Comfort

Tijdens natuurlijke weergave vertrouwt het menselijke visuele systeem op meerdere informatiebronnen of 'aanwijzingen', om 3D-vormen en de relatieve posities van objecten te interpreteren. Sommige aanwijzingen zijn alleen afhankelijk van één oog of monoculaire cue, waaronder:

Andere aanwijzingen zijn afhankelijk van beide ogen of verrekijker cues, en omvatten:

  • Vergence - in wezen de relatieve rotaties van de ogen die nodig zijn om naar een object te kijken
  • Verrekijke dispariteit - het patroon van verschillen tussen de projecties van de scène aan de achterkant van de twee ogen

Om maximale comfort te garanderen op head-mounted displays, is het belangrijk om inhoud te creëren en presenteren op een manier die cues in de natuurlijke wereld nabootst. Vanuit fysiek perspectief is het ook belangrijk om inhoud te ontwerpen waarvoor geen vervelende bewegingen van de nek of armen nodig zijn. In dit artikel behandelen we belangrijke overwegingen om in gedachten te houden om deze doelen te bereiken.

Vergence-accommodatieconflict

Om objecten duidelijk te kunnen bekijken, moeten mensen de focus van hun ogen aanpassen aan de afstand van het object. Tegelijkertijd moet de draaiing van beide ogen convergeren naar de afstand van het object om dubbele afbeeldingen te voorkomen. In natuurlijke weergave zijn vergence en accommodatie gekoppeld. Wanneer u iets in de buurt bekijkt, bijvoorbeeld een huis in de buurt van uw neus vliegen, kruisen uw ogen elkaar en bieden ze plaats aan een dichtbij punt. Omgekeerd, als je iets bekijkt optisch oneindigheid (ongeveer vanaf 6 m of verder voor normaal zicht), worden de gezichtslijnen van je ogen parallel en de lenzen van je ogen zijn geschikt voor oneindigheid.

In de meeste head-mounted displays zullen gebruikers altijd op de brandpuntsafstand van het scherm passen om een scherpe afbeelding te krijgen, maar convergeren tot de afstand van het object van belang om één afbeelding te krijgen. Wanneer gebruikers zich op verschillende afstanden bevinden en convergeren, wordt de natuurlijke koppeling tussen de twee aanwijzingen verbroken, wat leidt tot visueel ongemak of vermoeidheid.


Richtlijnen voor holografische apparaten

HoloLens beeldschermen staan op een optische afstand van ongeveer 2,0 m van de gebruiker. Gebruikers moeten altijd in de buurt van 2,0 m zijn om een duidelijke afbeelding in het apparaat te behouden. App-ontwikkelaars kunnen bepalen waar de ogen van gebruikers convergeren door inhoud en hologrammen op verschillende diepten te plaatsen. Ongemak van het conflict tussen vergence-accommodatie kan worden vermeden of geminimaliseerd door inhoud te houden waar gebruikers zo dicht mogelijk tot 2,0 m convergeren. Plaats bijvoorbeeld in een scène met veel diepte, indien mogelijk, de interessegebieden in de buurt van 2,0 m van de gebruiker. Wanneer inhoud niet in de buurt van 2,0 m kan worden geplaatst, is ongemak van het conflict tussen vergence-accommodatie het grootst wanneer de blik van de gebruiker heen en weer schakelt tussen verschillende afstanden. Met andere woorden, het is veel comfortabeler om te kijken naar een stationair hologram dat 50 cm verwijderd blijft dan om naar een hologram van 50 cm te kijken dat zich in de loop van de tijd van u af beweegt.

Optimal distance for placing holograms from the user.
Optimale afstand voor het plaatsen van hologrammen van de gebruiker

Aanbevolen procedures voor HoloLens (1e generatie) en HoloLens 2

Voor maximaal comfort ligt de optimale zone voor hologramplaatsing tussen 1,25 m en 5 m. In elk geval moeten ontwerpers proberen inhoudsscènes te structureren om gebruikers aan te moedigen om 1 m of verder van de inhoud te communiceren (bijvoorbeeld om de inhoudsgrootte en standaardplaatsingsparameters aan te passen).

Hoewel inhoud soms dichter dan 1 m moet worden weergegeven, raden we aan om hologrammen dichter dan 40 cm te presenteren. Daarom raden we u aan om te beginnen met het vervagen van inhoud op 40 cm en het plaatsen van een rendering-knipvlak op 30 cm om eventuele dichtere objecten te voorkomen.

Objecten die diep worden verplaatst, zijn waarschijnlijker dan stationaire objecten om ongemak te produceren vanwege het conflict tussen vergence-accommodatie. Op dezelfde manier kan het vereisen dat gebruikers snel schakelen tussen near-focus en far-focus (bijvoorbeeld vanwege een pop-up hologram dat directe interactie vereist) visuele ongemak en vermoeidheid veroorzaken. Er moet extra aandacht worden besteed aan het minimaliseren van hoe vaak gebruikers zijn: inhoud bekijken die diep wordt verplaatst, of snel schakelen tussen bijna- en verre hologrammen.

Andere overwegingen voor HoloLens 2 en bijna-interactieafstanden

Bij het ontwerpen van inhoud voor directe (bijna) interactie in HoloLens 2 of in toepassingen waar inhoud dichter dan 1 m moet worden geplaatst, moet er extra aandacht worden besteed aan het comfort van de gebruiker. De kans op ongemak als gevolg van het conflict tussen vergence-accommodatie neemt exponentieel toe met afnemende kijkafstand. Daarnaast kunnen gebruikers meer wazigheid ervaren bij het bekijken van inhoud op afstand tussen interacties, dus we raden u aan om inhoud te testen die zowel binnen de zone van optimale hologramplaatsing als dichter (minder dan 1,0 m naar het knipvlak) wordt weergegeven om ervoor te zorgen dat deze helder en comfortabel is om te bekijken.

We raden u aan om een 'dieptebudget' te maken voor apps op basis van de hoeveelheid tijd die een gebruiker verwacht om inhoud te bekijken die bijna (minder dan 1,0 m) ligt en uitgebreid wordt verplaatst. Een voorbeeld is om te voorkomen dat de gebruiker in die situaties meer dan 25% van de tijd wordt geplaatst. Als het dieptebudget wordt overschreden, raden we u aan zorgvuldige gebruikerstests uit te voeren om ervoor te zorgen dat het een comfortabele ervaring blijft.

Over het algemeen raden we ook zorgvuldige tests aan om ervoor te zorgen dat interactievereisten (bijvoorbeeld snelheid van beweging, bereikbaarheid, enz.) op bijna-interactieafstanden comfortabel blijven voor gebruikers.

Richtlijnen voor insluitende apparaten

Voor insluitende apparaten zijn de richtlijnen en best practices voor HoloLens nog steeds van toepassing, maar de specifieke waarden voor de Zone of Comfort worden verschoven, afhankelijk van de brandpuntsafstand tot het scherm. Over het algemeen liggen de brandpunten van deze displays tussen 1,25m-2,5m. Vermijd bij twijfel het weergeven van interessante objecten te dicht bij gebruikers en probeer in plaats daarvan de meeste inhoud 1 m of verder weg te houden.

Interpupillaire afstand en verticale verschuiving

Bij het bekijken van digitale inhoud op head-mounted displays (HMD), is de positie van de ogen van een kijker op basis van de weergavepositie van digitale inhoud essentieel. In het bijzonder zijn zowel interpupillaire afstand (IPD) als verticale offset (VO) belangrijk voor het comfortabel weergeven van digitale inhoud in HMD's.

IPD verwijst naar de afstand tussen de pupillen of centra van de ogen van een individu. VO verwijst naar de mogelijke verticale verschuiving van digitale inhoud die voor elk oog wordt weergegeven ten opzichte van de horizontale as van de ogen van de kijker (met name dit is NIET hetzelfde als horizontale verschuiving of verrekijkerverschil). Een of beide factoren die niet overeenkomen met een of beide factoren kunnen de gevolgen van ongemak veroorzaakt door een conflict met vergence-accommodatie verslechteren, maar het kan zelfs ongemak veroorzaken wanneer V-A-conflict wordt geminimaliseerd (bijvoorbeeld voor inhoud die wordt weergegeven op de brandpuntsafstand van 2,0 m van de HoloLens).

Richtlijnen voor holografische apparaten

HoloLens (eerste generatie)

Voor HoloLens (1e gen) wordt IPD geschat en ingesteld tijdens de kalibratie van het apparaat. Voor nieuwe gebruikers naar een reeds ingesteld apparaat moet kalibratie worden uitgevoerd of moet IPD handmatig worden ingesteld. VO is helemaal afhankelijk van de pasvorm van het apparaat. Om VO te minimaliseren, moet het apparaat op het hoofd van een gebruiker rusten, zodat de beeldschermen gelijk zijn aan de as van zijn/haar ogen.

HoloLens 2

Voor HoloLens 2 wordt IPD geschat en ingesteld tijdens de kalibratie van het oog/apparaat. Voor nieuwe gebruikers naar een reeds ingesteld apparaat moet kalibratie worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat IPD correct is ingesteld. VO wordt automatisch geregistreerd in HoloLens 2.

Richtlijnen voor insluitende apparaten

Windows Mixed Reality insluitende HMD's hebben geen automatische kalibratie voor IPD of VO. IPD kan handmatig worden ingesteld in software (onder Mixed Reality Portal-instellingen, zie kalibratie), of sommige HMD's hebben een mechanische schuifregelaar waarmee de gebruiker de afstand van de lenzen kan aanpassen aan een comfortabele positie die ongeveer overeenkomt met hun IPD.

Renderingsnelheden

Mixed reality-apps zijn uniek omdat gebruikers vrij kunnen bewegen in de wereld en kunnen communiceren met virtuele inhoud alsof ze echte objecten waren. Om deze indruk te behouden, is het essentieel om hologrammen weer te geven, zodat ze stabiel in de wereld lijken en probleemloos worden animeren. Het weergeven van minimaal 60 frames per seconde (FPS) helpt dit doel te bereiken. Er zijn enkele Mixed Reality apparaten die ondersteuning bieden voor rendering op framerates die hoger zijn dan 60 FPS en voor deze apparaten wordt aanbevolen om te renderen met de hogere framerates om een optimale gebruikerservaring te bieden.

Dieper duiken

Als u hologrammen wilt tekenen om eruit te zien, alsof ze stabiel zijn in de echte of virtuele wereld, moeten apps afbeeldingen van de positie van de gebruiker weergeven. Omdat het weergeven van afbeeldingen tijd kost, voorspellen HoloLens en andere Windows Mixed Reality apparaten waar het hoofd van een gebruiker zich bevindt wanneer de afbeeldingen worden weergegeven in de weergaven. Dit voorspellingsalgoritmen zijn een benadering. Windows Mixed Reality algoritmen en hardware passen de gerenderde afbeelding aan om rekening te houden met de discrepantie tussen de voorspelde koppositie en de werkelijke koppositie. Dit proces maakt de afbeelding die door de gebruiker wordt weergegeven alsof deze vanaf de juiste locatie wordt weergegeven en hologrammen zich stabiel voelen. De updates werken het beste voor kleine wijzigingen in de hoofdpositie en ze kunnen niet volledig rekening houden met enkele weergegeven afbeeldingsverschillen, zoals die worden veroorzaakt door motion-parallax.

Door een minimumframerate van 60 FPS weer te geven, doet u twee dingen om stabiele hologrammen te maken:

  1. Het verminderen van het uiterlijk van judder, die wordt gekenmerkt door ongelijke beweging en dubbele beelden. Snellere hologrambewegingen en lagere rendersnelheden zijn gekoppeld aan meer uitgesproken judder. Het streven om altijd 60 FPS (of de maximale rendersnelheid van uw apparaat) te behouden, helpt daarom judder te voorkomen voor het verplaatsen van hologrammen.
  2. Minimaliseer de algehele latentie. In een engine met een gamethread en een renderthread die in lockstep wordt uitgevoerd, kan met 30FPS 33,3 ms extra latentie worden toegevoegd. Door latentie te verminderen, vermindert dit de voorspellingsfout en verhoogt u de stabiliteit van hologrammen.

Prestatieanalyse

Er zijn verschillende hulpprogramma's die kunnen worden gebruikt om de framesnelheid van uw toepassing te benchmarken, zoals:

  • GPUView
  • Visual Studio Grafisch foutopsporingsprogramma
  • Profilers die zijn ingebouwd in 3D-engines, zoals het Frame Debugger in Unity

Zelfbeweging en gebruikersmotie

De enige beperking is de grootte van uw fysieke ruimte; Als u wilt toestaan dat gebruikers zich verder in de virtuele omgeving verplaatsen dan in hun echte ruimten, moet er een vorm van puur virtuele beweging worden geïmplementeerd. Aanhoudende virtuele beweging die niet overeenkomt met de echte, fysieke beweging van de gebruiker kan echter vaak bewegingsziekte veroorzaken. Dit resultaat komt doordat de visuele aanwijzingen voor zelfbeweging uit de virtuele wereld conflicteren met de vestiaire aanwijzingen voor zelfbeweging die afkomstig zijn uit de echte wereld.

Gelukkig zijn er tips voor het implementeren van gebruikersmotie die u kan helpen het probleem te voorkomen:

  • Zet de gebruiker altijd de controle over hun bewegingen; onverwachte zelfbeweging is problematisch
  • Mensen zijn gevoelig voor de richting van de zwaartekracht. Daarom moeten niet-door de gebruiker geïnitieerde verticale bewegingen worden vermeden.

Richtlijnen voor holografische apparaten

Een methode waarmee de gebruiker naar een andere locatie in een grote virtuele omgeving kan gaan, is door de indruk te geven dat ze een klein object in de scène verplaatsen. Dit effect kan als volgt worden bereikt:

  1. Geef een interface op waar de gebruiker een plek kan selecteren in de virtuele omgeving waar ze willen verplaatsen.
  2. Verklein bij selectie de scène die wordt weergegeven naar een schijf rond de gewenste plek.
  3. Terwijl de spot is geselecteerd, kan de gebruiker deze verplaatsen alsof het een klein object was. De gebruiker kan de selectie vervolgens dicht bij hun voeten verplaatsen.
  4. Wanneer de selectie is ongedaan gemaakt, hervat u de hele scène.

Richtlijnen voor insluitende apparaten

De voorgaande holografische apparaatbenadering werkt niet zo goed in een insluitende apparaat, omdat de app een grote zwarte leegte of een andere standaardomgeving moet weergeven tijdens het verplaatsen van de 'schijf'. Deze behandeling verstoort het gevoel van onderdompeling. Een truc voor gebruikers locomotie in een insluitende headset is de 'blink'-benadering. Deze implementatie biedt de gebruiker controle over hun beweging en geeft een korte indruk van beweging, maar maakt het zo kort dat de gebruiker zich minder geneigd voelt gedesoriënteerd te voelen door de zuiver virtuele zelfbeweging:

  1. Geef een interface op waar de gebruiker een plek kan selecteren in de virtuele omgeving waar ze willen verplaatsen.
  2. Begin bij selectie een snelle gesimuleerde beweging (100 m/s) naar die locatie terwijl de rendering snel vervaagt.
  3. Vervaag de weergave weer in na het voltooien van de vertaling.

Kop- en hoofdweergaven

In first-person-shooter videogames presenteren heads-up displays (HUD's) permanent informatie zoals spelerstatus, minikaarten en inventarissen rechtstreeks op het scherm. HUD's werken goed om de speler op de hoogte te houden zonder in te dringen op de gameplay-ervaring. In mixed reality-ervaringen hebben HUD's het potentieel om aanzienlijk ongemak te veroorzaken en moeten ze worden aangepast aan de meer meeslepende context. Met name HUD's die strikt zijn vergrendeld voor de hoofdstand van de gebruiker, zullen waarschijnlijk ongemak veroorzaken. Als voor een app een HUD is vereist, raden we aan om body locking in plaats van kopvergrendeling. Deze behandeling kan worden geïmplementeerd als een set beeldschermen die direct met de gebruiker worden vertaald, maar draai niet met de hoofdkop van de gebruiker totdat een draaidrempel is bereikt. Zodra deze rotatie is bereikt, kan de HUD zich opnieuw voordoen om de informatie in het weergaveveld van de gebruiker weer te geven. Vermijd het implementeren van 1:1 HUD-draaiing en vertaling op basis van de hoofdbewegingen van de gebruiker.

Leesbaarheid van tekst

Optimale leesbaarheid van tekst kan helpen de oogbelasting te verminderen en gebruikerscomfort te behouden, met name in toepassingen of scenario's waarvoor gebruikers moeten lezen tijdens het gebruik van een HMD. De leesbaarheid van tekst is afhankelijk van verschillende factoren, waaronder:

  • Eigenschappen weergeven, zoals pixeldichtheid, helderheid en contrast.
  • Lenseigenschappen zoalschromatische aberratie
  • Eigenschappen van tekst/lettertype, zoals gewicht, afstand, serifs en tekst-/achtergrondkleur.

Over het algemeen raden we u aan om specifieke toepassingen te testen op leesbaarheid en om tekengrootten zo groot mogelijk te maken voor een comfortabele ervaring. Meer gedetailleerde richtlijnen voor holografische en insluitende apparaten vindt u in onze Typografie en Tekst op Unity-pagina's .

Overwegingen voor holographic frame

Voor mixed reality-ervaringen met grote objecten of veel objecten is het van cruciaal belang om na te gaan hoeveel hoofd- en nekbewegingen nodig zijn om met inhoud te communiceren. Ervaringen kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën in termen van hoofdbewegingen:

  • Horizontaal (zij-naar-zijkant)
  • Verticaal (omhoog en omlaag)
  • Insluitende (zowel horizontaal als verticaal)

Beperk indien mogelijk de meeste interacties tot horizontale of verticale categorieën, in het ideale geval met de meeste ervaringen die plaatsvinden in het midden van het holografische frame terwijl het hoofd van de gebruiker zich op een neutrale positie bevindt. Vermijd interacties die ervoor zorgen dat de gebruiker de weergave voortdurend verplaatst naar een onnatuurlijke hoofdpositie (bijvoorbeeld altijd op zoek naar toegang tot een sleutelmenu-interactie).

Optimal region for content is 0 to 35 degrees below horizon
Optimale regio voor inhoud is 0 graden tot 35 graden onder de horizon

Horizontale kopbewegingen zijn vaker bedoeld voor regelmatige interacties, terwijl verticale bewegingen moeten worden gereserveerd voor ongebruikelijke gebeurtenissen. Een ervaring met een lange horizontale tijdlijn moet bijvoorbeeld de verticale kopverplaatsing beperken voor interacties (zoals omlaag kijken in een menu).

Overweeg om volledige lichaamsbewegingen aan te moedigen, in plaats van alleen hoofdbewegingen, door objecten rond de ruimte van de gebruiker te plaatsen. Ervaringen met bewegende objecten of grote objecten moeten speciale aandacht besteden aan hoofdbewegingen, vooral wanneer ze frequente bewegingen vereisen langs zowel de horizontale als verticale assen.

Richting van blik

Om oog- en nekbelasting te voorkomen, moet inhoud zo worden ontworpen dat overmatige oog- en nekbewegingen worden vermeden.

  • Vermijd kijkhoeken meer dan 10 graden boven de horizon (verticale beweging)
  • Vermijd kijkhoeken meer dan 60 graden onder de horizon (verticale beweging)
  • Vermijd nekrotaties meer dan 45 graden buiten het midden (horizontale beweging)

De optimale (rustende) blikhoek wordt beschouwd tussen 10-20 graden onder de horizon, omdat het hoofd de neiging heeft om iets omlaag te kantelen, vooral tijdens activiteiten.

Armposities

Spiermoeheid kan zich verzamelen wanneer gebruikers naar verwachting een hand opheffen gedurende de duur van een ervaring. Het kan ook fatiguïteit zijn om te vereisen dat de gebruiker herhaaldelijk luchttikbewegingen maakt gedurende lange tijd. Daarom raden we ervaringen aan om constante, herhaalde gebareninvoer te voorkomen. Dit doel kan worden bereikt door korte pauzes op te nemen of een combinatie van beweging en spraakinvoer te bieden om met de app te communiceren.

Zie ook