[论文解读] Resolution deficits drive simulator sickness and compromise reading performance in virtual environments

Jialin Wang, Xinru Cheng+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2026

Virtual Reality Applications and Impacts被引用 0

一句话总结

研究表明，端到端有效分辨率（logMAR）是影响XR阅读表现和模拟航行不适的主要驱动因素，0 logMAR 为临界点；VR 与 VST 模式在分辨率恶化时均表现出退化，并提供跨语言、跨模式曲线。

ABSTRACT

Extended reality (XR) is evolving into a general-purpose computing platform, yet its adoption for productivity is hindered by visual fatigue and simulator sickness. While these symptoms are often attributed to latency or motion conflicts, the precise impact of textual clarity on physiological comfort remains undefined. Here we show that sub-optimal effective resolution, the clarity that reaches the eye after the full display-optics-rendering pipeline, is a primary driver of simulator sickness during reading tasks in both virtual reality and video see-through environments. By systematically manipulating end-to-end effective resolution on a unified logMAR scale, we measured reading psychophysics and sickness symptoms in a controlled within-subjects study. We find that reading performance and user comfort degrade exponentially as resolution drops below 0 logMAR (normal visual acuity). Notably, our results reveal 0 logMAR as a key physiological tipping point: resolutions better than this threshold yield naked-eye-level performance with minimal sickness, whereas poorer resolutions trigger rapid, non-linear increases in nausea and oculomotor strain. These findings suggest that the cognitive and perceptual effort required to resolve blurry text directly compromises user comfort, establishing human-eye resolution as a critical baseline for the design of future ergonomic XR systems.

研究动机与目标

• 识别端到端有效分辨率如何影响 XR HMD（VR 与 VST）的阅读表现与舒适度。
• 开发 XR-Read，使其成为一种可语言切换的阅读测试，在 VR 与 VST 中按 logMAR 控制分辨率。
• 推导参考曲线，将 logMAR 映射到阅读指标与模拟不适症状，以指导 XR 系统设计。

提出的方法

• 引入 XR-Read，以在 VR 与 VST 中精确控制有效分辨率的 logMAR。
• 在英语与中文、VR 与 VST 下进行同受试者设计的研究，覆盖四种有效分辨率（0.00、0.22、0.40、0.60 logMAR）。
• 测量阅读表现指标：MRS、CPS、RA、ACC，以及模拟不适（SSQ）。
• 将 VR 渲染比例尺校准至 logMAR 目标，并将 VST 模糊度校准以匹配 logMAR 水平。
• 使用非参数统计（Friedman 检验与 Wilcoxon 事后检验）评估分辨率、语言与显示模式的效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 RQ1：有效分辨率（logMAR）如何影响 HMD 的阅读表现指标（MRS、CPS、RA、ACC）？
• RQ2 RQ2：这些效应是否在显示模式（VR 与 VST）和语言（英语与中文）之间普遍存在？
• RQ3 RQ3：有效分辨率如何与模拟不适相关，以及是否能为舒适度推导实际工作点？

主要发现

• 有效分辨率驱动阅读表现与舒适度；在各指标（MRS、CPS、RA、ACC）上均有退化，VR 的效应强于 VST。
• 阅读表现与舒适度随分辨率恶化呈单调下降趋势，呈从 A→D 的单调模式（0.00 到 0.60 logMAR）。
• 0 logMAR（正常视力）可实现接近肉眼水平的表现且模拟不适极低，而较差的分辨率会引发恶心与眼动负担的增加。
• VR 条件下，ACC、CPS、MRS、RA 的分辨率效应显著，效应量中等到大；VST 的效应相似但较弱，效应量较小。
• 跨语言（英语 vs. 中文）结果一致，显示分辨率驱动的阅读指标下降以及 SSQ 症状增加。
• 研究提供一般化的参考曲线，将 logMAR 映射到阅读表现与 SSQ 症状，用于指导渲染预算与排版决策。