[论文解读] Defining Preferred and Natural Robot Motions in Immersive Telepresence from a First-Person Perspective

Katherine J. Mimnaugh, Markku Suomalainen+4 more|arXiv (Cornell University)|Feb 25, 2021

Virtual Reality Applications and Impacts参考文献 13被引用 4

一句话总结

本研究通过第一人称虚拟现实沉浸式远程呈现，探究自主机器人运动对用户舒适度和感知自然度的影响。基于36名参与者的用户研究，发现路径舒适度与主观自然度显著影响偏好，其中转向质量与物体接近度是关键因素，由此提出运动规划应优先兼顾生理舒适度与类人人运动感知的建议。

ABSTRACT

This paper presents some early work and future plans regarding how the autonomous motions of a telepresence robot affect a person embodied in the robot through a head-mounted display. We consider the preferences, comfort, and the perceived naturalness of aspects of piecewise linear paths compared to the same aspects on a smooth path. In a user study, thirty-six subjects (eighteen females) watched panoramic videos of three different paths through a simulated museum in virtual reality and responded to questionnaires regarding each path. We found that comfort had a strong effect on path preference, and that the subjective feeling of naturalness also had a strong effect on path preference, even though people consider different things as natural. We describe a categorization of the responses regarding the naturalness of the robot's motion and provide a recommendation on how this can be applied more broadly. Although immersive robotic telepresence is increasingly being used for remote education, clinical care, and to assist people with disabilities or mobility complications, the full potential of this technology is limited by issues related to user experience. Our work addresses these shortcomings and will enable the future personalization of telepresence experiences for the improvement of overall remote communication and the enhancement of the feeling of presence in a remote location.

研究动机与目标

• 理解通过头戴式显示器（HMD）实现的沉浸式远程呈现中，自主机器人运动如何影响用户体验。
• 识别影响用户舒适度与感知自然度的运动特征，例如路径平滑度、转向质量及与障碍物的接近度。
• 从第一人称用户视角出发，建立自然运动的分类框架，兼顾个体差异与情境变化。
• 通过以用户为中心的评估，为未来远程呈现机器人的运动规划提供设计依据。
• 通过用户导向的设计，解决当前远程呈现系统存在的局限，包括VR晕动症与不自然的运动表现。

提出的方法

• 开展一项包含36名参与者（18名女性）的用户研究，通过全景VR视频观看三种不同机器人路径在模拟博物馆中的运动。
• 通过问卷收集用户对路径偏好、舒适度及运动感知自然度的主观反馈。
• 分析反馈结果，从两个维度对自然度感知进行分类：时间框架（即时感知 vs. 整体路径感知）与普遍性（情境特定 vs. 一般行为）。
• 对比分段线性路径与平滑路径，评估用户在体验上的差异，重点关注转向行为与靠近墙壁/物体的程度。
• 采用定性分析方法，识别用户在描述若由自己控制时会如何在博物馆中移动时所呈现的重复主题。
• 计划开展后续实验，使用空置博物馆环境，以隔离视觉情境对运动感知的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 不同的机器人运动特征——特别是分段线性路径与平滑路径——如何影响沉浸式远程呈现中的用户舒适度？
• RQ2 在第一人称VR环境中，机器人运动的感知自然度在多大程度上影响用户对路径的偏好？
• RQ3 用户如何理解‘自然’运动？其感知背后存在哪些维度？
• RQ4 转向质量、速度以及与障碍物的接近度在塑造用户体验与偏好方面发挥何种作用？
• RQ5 视觉情境（如博物馆艺术品）的存在如何影响用户对机器人运动舒适度与自然度的判断？

主要发现

• 舒适度对路径偏好具有强烈且显著的影响，用户始终倾向于选择能最小化不适感的路径。
• 感知自然度同样显著影响偏好，尽管用户对‘自然’的定义存在多样且个性化的差异。
• 转向质量与靠近墙壁或物体的程度是用户判断自然度时最常提及的因素，其中急转弯与过近距离被视为不自然。
• 用户常通过其自身预期行为来描述自然运动，例如在观看展品时放慢速度并进行谨慎转向，表明自然度具有情境依赖性。
• 允许更近距离观察博物馆展品的路径被评为最自然，表明支持观察行为的运动更易被感知为类人。
• 不存在统一的自然运动定义；相反，自然度是情境依赖的，并因个体而异，因此用户评估对运动设计至关重要。