[论文解读] A Comparative Analysis of Virtual Reality Head-Mounted Display Systems

Arian Mehrfard, Javad Fotouhi+4 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2019

Virtual Reality Applications and Impacts参考文献 21被引用 40

一句话总结

本研究提出了一个用于教育/培训的有线VR头显评估指标框架，比较了10种设备，并在一系列顶级候选中指出HTC Vive Pro在整体舒适度和显示方面表现最佳，同时进行的多用户研究突出了可读性、对比度和可用性之间的权衡。

ABSTRACT

With recent advances of Virtual Reality (VR) technology, the deployment of such will dramatically increase in non-entertainment environments, such as professional education and training, manufacturing, service, or low frequency/high risk scenarios. Clinical education is an area that especially stands to benefit from VR technology due to the complexity, high cost, and difficult logistics. The effectiveness of the deployment of VR systems, is subject to factors that may not be necessarily considered for devices targeting the entertainment market. In this work, we systematically compare a wide range of VR Head-Mounted Displays (HMDs) technologies and designs by defining a new set of metrics that are 1) relevant to most generic VR solutions and 2) are of paramount importance for VR-based education and training. We evaluated ten HMDs based on various criteria, including neck strain, heat development, and color accuracy. Other metrics such as text readability, comfort, and contrast perception were evaluated in a multi-user study on three selected HMDs, namely Oculus Rift S, HTC Vive Pro and Samsung Odyssey+. Results indicate that the HTC Vive Pro performs best with regards to comfort, display quality and compatibility with glasses.

研究动机与目标

• 为与教育和培训相关的VR头戴显示器评估开发一个指标框架。
• 系统地比较十种有线HMD，基于数据表、测量数据和用户反馈。
• 确定表现最佳的设备，并对最佳设备进行深入的多用户研究。
• 评估舒适度、人体工学以及与眼镜的兼容性，以支持企业部署。

提出的方法

• 将图像质量、舒适度和次要特征定义为评估类别。
• 为每个HMD使用数据表基线和仪器测量。
• 对前三台设备进行多用户研究，以评估可读性、对比度和可用性。
• 计算颈部扭矩和重量对扭矩比以衡量人体工学。
• 使用热成像评估热量发展，并通过面部接口可替换性评估卫生性。
• 分析用户问卷数据以评估舒适度、虚拟现实引起的晕动症和眼镜兼容性。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些有线VR头戴显示器符合一整套与教育/培训相关的指标？
• RQ2 数据表属性和测量特性如何转化为用户感知的舒适度和可用性？
• RQ3 在顶尖表现者中，实际使用中可读性、对比度和舒适度之间存在哪些权衡？
• RQ4 眼镜兼容性如何影响企业环境中的整体舒适度和采用？

主要发现

• 在所评估的设备中，HTC Vive Pro 在亮度、色彩准确性、热管理和颈带人体工学等方面的综合表现最佳。
• 三星Odyssey+ 提供出色的颈部舒适度并具有可替换的面部接口，但色偏较高且出现明显的热模式。
• 尽管亮度和色彩准确度较低，Oculus Rift S 在多用户测试中仍提供具有竞争力的可读性，部分原因是其文本可读性表现。
• 在多用户研究中，文本可读性偏向 Rift S，而 Vive Pro 和 Odyssey+ 在对比度和装载/安装便利性方面存在差异。
• 眼镜兼容性方面，Vive Pro 得分最高，其次是 Rift S 和 Odyssey+；Rift S 需要 IPD 软件调整，影响部分用户的可用性。
• Pimax 5k 因颈部过度紧张和不利的重量对扭矩比，被排除在多用户研究之外。