[论文解读] Exploration of Hands-free Text Entry Techniques For Virtual Reality

Xueshi Lu, Difeng Yu+5 more|arXiv (Cornell University)|Oct 7, 2020

Interactive and Immersive Displays参考文献 39被引用 6

一句话总结

本文评估了三种适用于虚拟现实的免提文本输入技术：BlinkType（基于眨眼的选择）、NeckType（基于颈部动作的选择）和DwellType（基于停留时间的选择）。一项包含36名参与者的用户研究结果显示，BlinkType的文本输入速率最高（13.47 wpm），优于NeckType（11.18 wpm）和DwellType（11.65 wpm），且由于其更优的可用性和更低的疲劳感，更受用户青睐。

ABSTRACT

Text entry is a common activity in virtual reality (VR) systems. There is a limited number of available hands-free techniques, which allow users to carry out text entry when users' hands are busy such as holding items or hand-based devices are not available. The most used hands-free text entry technique is DwellType, where a user selects a letter by dwelling over it for a specific period. However, its performance is limited due to the fixed dwell time for each character selection. In this paper, we explore two other hands-free text entry mechanisms in VR: BlinkType and NeckType, which leverage users' eye blinks and neck's forward and backward movements to select letters. With a user study, we compare the performance of the two techniques with DwellType. Results show that users can achieve an average text entry rate of 13.47, 11.18 and 11.65 words per minute with BlinkType, NeckType, and DwellType, respectively. Users' subjective feedback shows BlinkType as the preferred technique for text entry in VR.

研究动机与目标

• 为解决当用户双手被占用或控制器不可用时，虚拟现实中缺乏高效免提文本输入技术的问题。
• 探索超越基于停留时间技术的其他免提输入方法，因为后者存在固定停留时间及用户疲劳的问题。
• 评估BlinkType（基于眨眼）和NeckType（基于颈部动作）在性能、可用性及用户偏好方面与DwellType的对比。
• 基于实证评估和用户反馈，为虚拟现实中的免提文本输入提供设计建议。

提出的方法

• BlinkType利用眨眼作为选择触发机制，单次眨眼即可确认当前高亮字母的选中。
• NeckType通过前后方向的颈部动作触发字符选择，提供一种低成本、无需额外硬件的替代方案。
• DwellType作为基线方法，要求用户将视线停留在目标字符上固定400ms以完成选择。
• 采用被试内设计的用户研究，共36名参与者参与六轮实验，测量文本输入速率、系统可用性量表（SUS）、用户体验问卷（UEQ）及模拟器晕动症问卷（SSQ）。
• 参与者在虚拟现实环境中使用虚拟键盘，性能数据在多轮实验中追踪，以评估学习效应。
• BlinkType使用眼动追踪硬件，颈部动作通过动作传感器捕捉；所有技术均在VR头戴设备上实现。

实验结果

研究问题

• RQ1 在虚拟现实中，BlinkType、NeckType和DwellType在文本输入性能（以每分钟输入词数衡量）方面有何差异？
• RQ2 这三种免提文本输入技术在用户体验和感知可用性方面有何不同？
• RQ3 用户性能随时间如何演变？BlinkType和NeckType是否存在学习曲线？
• RQ4 这些技术对模拟器晕动症和用户疲劳有何影响？
• RQ5 哪种技术最受用户青睐？影响这一偏好的因素有哪些？

主要发现

• BlinkType实现了13.47词/分钟的最高平均文本输入速率，显著优于DwellType（11.65 wpm）和NeckType（11.18 wpm）。
• 用户报告称BlinkType是最受欢迎的技术，因其可用性更优且感知努力更低，优于DwellType和NeckType。
• BlinkType在六轮实验中输入速度提升了53.78%，表明存在显著的学习效应，且随着练习仍有进一步提升的潜力。
• NeckType在性能和可用性方面与DwellType相当，但需要约10分钟的训练时间才能达到熟练水平。
• DwellType因固定停留时间导致用户压力增大，需快速在按键间移动，从而加剧疲劳感。
• 眼动追踪硬件被确认为BlinkType的关键使能技术，且其在现代VR头戴设备（如HTC VIVE Pro Eye、HoloLens 2）中的日益普及，提升了该技术的可行性。