[论文解读] Evaluating the Uncanny Valley Effect in Dark Colored Skin Virtual Humans

Victor Araujo, Ângelo Brandelli Costa+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2023

Virtual Reality Applications and Impacts被引用 4

一句话总结

本研究通过感知实验，比较了深色皮肤虚拟人与白皮肤对照组的逼真度和舒适度评分，调查了深色皮肤虚拟人在恐怖谷效应中的表现。研究发现，参与者认为深色皮肤角色的逼真度较低而舒适度较高，表明其位于恐怖谷的左侧，这可能是由于皮肤色调模拟技术中的渲染偏差所致。

ABSTRACT

With the rapid advancement of technology, the design of virtual humans has led to a very realistic user experience, such as in movies, video games, and simulations. As a result, virtual humans are becoming increasingly similar to real humans. However, following the Uncanny Valley (UV) theory, users tend to feel discomfort when watching entities with anthropomorphic traits that differ from real humans. This phenomenon is related to social identity theory, where the observer looks for something familiar. In Computer Graphics (CG), techniques used to create virtual humans with dark skin tones often rely on approaches initially developed for rendering characters with white skin tones. Furthermore, most CG characters portrayed in various media, including movies and games, predominantly exhibit white skin tones. Consequently, it is pertinent to explore people's perceptions regarding different groups of virtual humans. Thus, this paper aims to examine and evaluate the human perception of CG characters from different media, comparing two types of skin colors. The findings indicate that individuals felt more comfortable and perceived less realism when watching characters with dark colored skin than those with white colored skin. Our central hypothesis is that dark colored characters, rendered with classical developed algorithms, are considered more cartoon than realistic and placed on the left of the Valley in the UV chart.

研究动机与目标

• 调查恐怖谷效应在深色皮肤与白皮肤虚拟人之间是否存在差异。
• 评估种族认同是否影响人们对虚拟人逼真度和舒适度的感知。
• 通过聚焦感知研究中代表性不足的肤色，弥补CG研究中多样性不足的问题。
• 评估渲染技术对深色皮肤虚拟角色逼真度和舒适度感知的影响。
• 通过识别当前CG方法学中非白皮肤色调的偏见，为更公平的虚拟人设计做出贡献。

提出的方法

• 复现Araujo等人[13]的实验设置，仅使用深色皮肤虚拟角色收集感知数据。
• 收集参与者在观看一系列不同逼真度水平的虚拟人角色时，对逼真度和舒适度的评分。
• 使用统计方法分析数据，将深色皮肤角色的感知与白皮肤角色的基线数据进行比较。
• 根据参与者自我认同的种族进行分类，以检验内群与外群感知效应。
• 探究深色皮肤角色感知逼真度低下的潜在原因，包括渲染与光照技术。
• 探讨社会认同理论在不同种族群体对虚拟人感知中的作用。

(a) Dark Colored Skin Characters

实验结果

研究问题

• RQ1 与白皮肤虚拟人相比，恐怖谷效应在深色皮肤虚拟人中是否表现不同？
• RQ2 参与者自我认同的种族背景在多大程度上影响其对深色皮肤虚拟人逼真度和舒适度的感知？
• RQ3 当前CG渲染技术在多大程度上导致深色皮肤虚拟人感知逼真度降低？
• RQ4 当参与者与角色属于同一种族时，是否在感知虚拟人方面存在内群优势？
• RQ5 通过调整渲染管线以考虑肤色特异性次表面散射，能否改善对深色皮肤角色的感知？

主要发现

• 尽管刺激连续体中的逼真度水平相似，参与者报告深色皮肤虚拟角色的感知逼真度显著低于白皮肤角色。
• 参与者对深色皮肤角色的观看舒适度高于白皮肤角色，表明其与经典恐怖谷模式存在偏离。
• 数据表明，深色皮肤角色位于恐怖谷的左侧，暗示其被感知为更卡通化而非更真实。
• 深色皮肤角色感知逼真度较低的原因可能源于原本为白皮肤优化的渲染技术，尤其是在半透明度和次表面散射建模方面。
• 自我认同为黑人/棕色人种的参与者对深色皮肤角色的感知反应与自我认同为白人的参与者相似，尽管样本量限制了统计效能。
• 本研究揭示了CG研究与渲染中的系统性偏见，即技术主要基于白皮肤进行验证，导致深色皮肤色调的代表性不足与失真。

(b) White Colored Skin Characters