Komfort
Podczas naturalnego wyświetlania system wizualny człowieka opiera się na wielu źródłach informacji lub "sygnałach", aby interpretować kształty 3D i względne pozycje obiektów. Niektóre sygnały opierają się tylko na pojedynczym oku lub monokularnym cue, w tym:
Inne sygnały opierają się na obu oczach lub dwutokowych sygnałach i obejmują:
- Vergence - zasadniczo względne rotacje oczu wymaganych do spojrzenia na obiekt
- Różnice binarne - wzorzec różnic między projekcjami sceny z tyłu dwóch oczu
Aby zapewnić maksymalny komfort wyświetlaczy zamontowanych na głowę, ważne jest, aby tworzyć i prezentować zawartość w sposób, który naśladuje sygnały w świecie naturalnym. Z perspektywy fizycznej ważne jest również, aby zaprojektować zawartość, która nie wymaga fatiguing ruchów szyi lub ramion. W tym artykule omówimy kluczowe zagadnienia, które należy wziąć pod uwagę w celu osiągnięcia tych celów.
Konflikt zakwaterowania Vergence
Aby wyraźnie wyświetlać obiekty, ludzie muszą pomieścić lub dostosować fokus oczu do odległości obiektu. Jednocześnie obrót obu oczu musi zbiegać się z odległością obiektu, aby uniknąć wyświetlania podwójnych obrazów. W naturalnym widoku, vergence i zakwaterowanie są połączone. Gdy zobaczysz coś w pobliżu, na przykład, dom latać blisko nosa, twoje oczy krzyż i pomieścić do bliskiego punktu. Z drugiej strony, jeśli oglądasz coś w nieskończoności optycznej (mniej więcej począwszy od 6 m lub dalej do normalnego widzenia), linie wzroku oczu stają się równoległe, a soczewki oczu mieszczą się w nieskończoność.
W większości wyświetlaczy zamontowanych na głowę użytkownicy zawsze będą mieścić się w odległości ogniskowej wyświetlacza, aby uzyskać ostry obraz, ale zbiegają się z odległością obiektu zainteresowania, aby uzyskać pojedynczy obraz. Gdy użytkownicy pomieścić i zbiegać się z różnymi odległościami, naturalny związek między dwoma sygnałami jest przerwany, co prowadzi do dyskomfortu wzrokowego lub zmęczenia.
Wskazówki dotyczące urządzeń holograficznych
Wyświetlacze HoloLens są stałe w odległości optycznej około 2,0 m od użytkownika. Użytkownicy muszą zawsze pomieścić blisko 2,0 m, aby zachować jasny obraz na urządzeniu. Deweloperzy aplikacji mogą kierować się tym, gdzie oczy użytkowników są zbieżne, umieszczając zawartość i hologramy na różnych głębokościach. Dyskomfort z powodu konfliktu zakwaterowania vergence można uniknąć lub zminimalizować, utrzymując zawartość, do której użytkownicy zbiegają się tak blisko 2,0 m, jak to możliwe. Na przykład w scenie z dużą głębokością umieść obszary zainteresowania w pobliżu 2,0 m od użytkownika, gdy jest to możliwe. Gdy nie można umieścić zawartości w pobliżu 2,0 m, dyskomfort z konfliktu zakwaterowania vergence jest największy, gdy spojrzenie użytkownika przełącza się z powrotem i z powrotem między różnymi odległościami. Innymi słowy, jest o wiele bardziej wygodne, aby spojrzeć na stacjonarny hologram, który pozostaje 50 cm od siebie niż spojrzeć na hologram 50 cm, który porusza się w kierunku i z dala od ciebie w czasie.
Optymalna odległość do umieszczania hologramów od użytkownika
Najlepsze rozwiązania dotyczące urządzeń HoloLens (1. generacji) i HoloLens 2
Dla maksymalnego komfortu optymalna strefa do umieszczania hologramu wynosi od 1,25 m do 5 m. W każdym przypadku projektanci powinni próbować strukturyzować sceny zawartości, aby zachęcić użytkowników do interakcji 1 m lub dalej od zawartości (na przykład dostosować rozmiar zawartości i domyślne parametry umieszczania).
Chociaż zawartość może czasami być wyświetlana bliżej niż 1 m, zalecamy prezentowanie hologramów bliżej niż 40 cm. W związku z tym zalecamy rozpoczęcie wynikania zawartości na 40 cm i umieszczenie płaszczyzny przycinania renderowania na 30 cm , aby uniknąć wszelkich bliżej obiektów.
Obiekty, które poruszają się głębiej, są bardziej prawdopodobne niż stacjonarne obiekty, aby powodować dyskomfort z powodu konfliktu zakwaterowania vergence. Podobnie, wymaganie, aby użytkownicy szybko przełączali się między zbliżeniem fokusu i daleko fokusem (na przykład z powodu wyskakującego hologramu wymagającego bezpośredniej interakcji) mogą powodować dyskomfort wizualny i zmęczenie. Należy zachować szczególną ostrożność, aby zminimalizować częstotliwość działania użytkowników: wyświetlanie zawartości poruszającej się w głębi systemu lub szybkie przełączanie fokusu między niemal i daleko hologramami.
Inne zagadnienia dotyczące HoloLens 2 i odległości bliskich interakcji
Podczas projektowania zawartości bezpośredniej (bliskiej) interakcji w HoloLens 2 lub w aplikacjach, w których zawartość musi być umieszczona bliżej niż 1 m, należy zadbać o zapewnienie komfortu użytkownika. Szanse na dyskomfort z powodu konfliktu zakwaterowania vergence rosną wykładniczo z zmniejszeniem odległości oglądania. Ponadto użytkownicy mogą doświadczać zwiększonej rozmycia podczas wyświetlania zawartości w pobliżu odległości interakcji, dlatego zalecamy przetestowanie zawartości renderowanej zarówno w strefie optymalnego umieszczania hologramu, jak i bliżej (mniej niż 1,0 m w dół do płaszczyzny przycinania), aby upewnić się, że pozostaje jasne i wygodne do wyświetlenia.
Zalecamy utworzenie "budżetu głębokości" dla aplikacji na podstawie czasu, przez jaki użytkownik ma wyświetlać zawartość zbliżoną (mniej niż 1,0 m) i przechodząc głębiej. Przykładem jest unikanie umieszczania użytkownika w tych sytuacjach ponad 25% czasu. Jeśli budżet głębokości zostanie przekroczony, zalecamy staranne testowanie użytkowników, aby upewnić się, że pozostanie wygodne.
Ogólnie rzecz biorąc, zalecamy również staranne testowanie w celu zapewnienia, że wszelkie wymagania dotyczące interakcji (na przykład szybkość ruchu, osiągalność itp.) w pobliżu odległości interakcji pozostają wygodne dla użytkowników.
Wskazówki dotyczące urządzeń immersyjnych
W przypadku urządzeń immersyjnych wskazówki i najlepsze rozwiązania dotyczące urządzenia HoloLens są nadal stosowane, ale określone wartości strefy komfortu są zmieniane w zależności od odległości ogniskowej do wyświetlacza. Ogólnie rzecz biorąc, odległość centralna do tych wyświetlaczy wynosi od 1,25 m do 2,5 m. W razie wątpliwości unikaj renderowania obiektów zainteresowań zbyt blisko użytkowników i zamiast tego spróbuj zachować większość zawartości 1 m lub dalej.
Odległość interpupillary i przesunięcie pionowe
Podczas wyświetlania zawartości cyfrowej na wyświetlaczach zamontowanych na głowicy (HMD) pozycja oczu widza na podstawie położenia wyświetlania zawartości cyfrowej ma kluczowe znaczenie. W szczególności zarówno odległość interpupillary (IPD) i przesunięcie pionowe (VO) są ważne dla wygodnego wyświetlania zawartości cyfrowej w HMD.
IPD odnosi się do odległości między uczniami lub centrami oczu osoby. Vo odnosi się do potencjalnego przesunięcia pionowego zawartości cyfrowej pokazanej każdemu okiem względem osi poziomej oczu widza (zwłaszcza nie jest to samo co przesunięcie poziome lub różnice binarne). Nieprawidłowe dopasowanie lub oba te czynniki do pojedynczego użytkownika mogą pogorszyć skutki dyskomfortu spowodowanego konfliktem zakwaterowania vergence, ale może to nawet spowodować dyskomfort, gdy konflikt V-A jest zminimalizowany (na przykład w przypadku zawartości wyświetlanej na odległości ogniskowej 2,0 m urządzenia HoloLens).
Wskazówki dotyczące urządzeń holograficznych
HoloLens (1. generacja)
W przypadku urządzenia HoloLens (1. generacji) jest szacowany i ustawiany podczas kalibracji urządzenia. W przypadku nowych użytkowników, którzy mają już skonfigurowane urządzenie, należy uruchomić kalibrację lub ręcznie ustawić adres IPD. Vo zależy całkowicie od dopasowania urządzenia. W szczególności, aby zminimalizować vo, urządzenie musi spoczywać na głowie użytkownika tak, aby wyświetlacze są wyrównane z osią jego oczu.
HoloLens 2
W przypadku HoloLens 2 wartość IPD jest szacowana i ustawiana podczas kalibracji oka/urządzenia. Aby nowi użytkownicy skonfigurowali już urządzenie, należy uruchomić kalibrację, aby upewnić się, że adres IPD został poprawnie ustawiony. Vo jest rozliczany automatycznie w HoloLens 2.
Wskazówki dotyczące urządzeń immersyjnych
Windows Mixed Reality immersywne HMD nie mają automatycznej kalibracji IPD ani VO. Adres IPD można ustawić ręcznie w oprogramowaniu (w obszarze Mixed Reality Ustawienia portalu, zobacz kalibrację) lub niektóre elementy HMD mają suwak mechaniczny, który umożliwia użytkownikowi dostosowanie odstępów obiektywów do wygodnej pozycji, która w przybliżeniu pasuje do ich IPD.
Współczynniki renderowania
Aplikacje rzeczywistości mieszanej są unikatowe, ponieważ użytkownicy mogą swobodnie przenosić się na świat i korzystać z zawartości wirtualnej, tak jakby były to prawdziwe obiekty. Aby utrzymać to wrażenie, ważne jest, aby renderować hologramy, aby wydawały się stabilne na świecie i płynnie animować. Renderowanie co najmniej 60 klatek na sekundę (FPS) pomaga osiągnąć ten cel. Istnieje kilka Mixed Reality urządzeń, które obsługują renderowanie z szybkością klatek wyższej niż 60 KLATEK NA sekundę, a dla tych urządzeń zaleca się renderowanie przy wyższych szybkościach klatek w celu zapewnienia optymalnego środowiska użytkownika.
Nurkowanie głębiej
Aby narysować hologramy, tak jak są stabilne w świecie rzeczywistym lub wirtualnym, aplikacje muszą renderować obrazy z pozycji użytkownika. Ponieważ renderowanie obrazów zajmuje dużo czasu, urządzenia HoloLens i inne urządzenia Windows Mixed Reality przewidują, gdzie głowa użytkownika będzie wyświetlana na ekranach. Ten algorytm przewidywania jest przybliżeniem. Windows Mixed Reality algorytmy i sprzęt dostosuj renderowany obraz, aby uwzględnić rozbieżność między przewidywaną pozycją głowy a rzeczywistym położeniem głowy. Ten proces sprawia, że obraz widoczny przez użytkownika jest wyświetlany tak, jakby był renderowany z poprawnej lokalizacji, a hologramy czują się stabilne. Aktualizacje działają najlepiej w przypadku małych zmian w pozycji head i nie mogą całkowicie uwzględniać niektórych renderowanych różnic obrazu, takich jak te spowodowane przez ruch parallax.
Dzięki renderowaniu z minimalną szybkością klatek wynoszącą 60 KLATEK NA SEKUNDĘ robisz dwie rzeczy, aby ułatwić tworzenie stabilnych hologramów:
- Zmniejszenie wyglądu juddera, który charakteryzuje się nierównomiernym ruchem i podwójnymi obrazami. Szybszy ruch hologramu i niższe współczynniki renderowania są skojarzone z bardziej wyraźnym judderem. W związku z tym dążenie do utrzymania 60 FPS (lub maksymalnej szybkości renderowania urządzenia) pomoże uniknąć judder do przenoszenia hologramów.
- Minimalizacja ogólnego opóźnienia. W aucie z wątkiem gry i wątkiem rendera działającym w blokadzie, działa na poziomie 30FPS może dodać 33,3 ms dodatkowego opóźnienia. Zmniejszając opóźnienie, zmniejsza to błąd przewidywania i zwiększa stabilność hologramu.
Analiza wydajności
Istnieją różne narzędzia, których można użyć do porównywania szybkości klatek aplikacji, takich jak:
- GpuView
- Debuger grafiki programu Visual Studio
- Profileery wbudowane w aparaty 3D, takie jak debuger ramek w środowisku Unity
Ruch własny i lokalomotion użytkownika
Jedynym ograniczeniem jest rozmiar przestrzeni fizycznej; jeśli chcesz zezwolić użytkownikom na poruszanie się dalej w środowisku wirtualnym, niż mogą w swoich rzeczywistych pokojach, należy zaimplementować formę czysto wirtualnego ruchu. Jednak trwały ruch wirtualny, który nie pasuje do rzeczywistego użytkownika, ruch fizyczny może często wywołać chorobę ruchową. Ten wynik jest spowodowany tym, że wizualne sygnały do samodzielnego ruchu z wirtualnego świata powodują konflikt z kamizelkami sygnałów do samodzielnego ruchu pochodzącego z świata rzeczywistego.
Na szczęście istnieją wskazówki dotyczące implementowania lokalomotion użytkownika, które mogą pomóc uniknąć problemu:
- Zawsze umieszczaj użytkownika w kontroli nad swoimi ruchami; nieoczekiwany ruch własny jest problematyczny
- Ludzie są wrażliwi na kierunek grawitacji. W związku z tym należy unikać ruchów pionowych zainicjowanych przez użytkownika.
Wskazówki dotyczące urządzeń holograficznych
Jedną z metod umożliwiających użytkownikowi przejście do innej lokalizacji w dużym środowisku wirtualnym jest przedstawienie, że przenosi mały obiekt w scenie. Ten efekt można osiągnąć w następujący sposób:
- Podaj interfejs, w którym użytkownik może wybrać miejsce w środowisku wirtualnym, w którym chcesz przenieść.
- Po zaznaczeniu zmniejsz renderowanie sceny do dysku wokół żądanego miejsca.
- Zachowując wybrane miejsce, zezwalaj użytkownikowi na przeniesienie go tak, jakby był to mały obiekt. Użytkownik może następnie przenieść zaznaczenie blisko stóp.
- Po anulowaniu zaznaczenia wznów renderowanie całej sceny.
Wskazówki dotyczące urządzeń immersyjnych
Powyższe podejście urządzenia holograficznego nie działa również na urządzeniu immersyjnym, ponieważ wymaga od aplikacji renderowania dużej czarnej pustki lub innego środowiska domyślnego podczas przenoszenia "dysku". To leczenie zakłóca poczuciemmersji. Jedną z sztuczki dla lokalomotion użytkownika w immersywnym zestawie słuchawkowym jest podejście "miganie". Ta implementacja zapewnia użytkownikowi kontrolę nad ruchem i daje krótkie wrażenie ruchu, ale sprawia, że jest tak krótki, że użytkownik jest mniej prawdopodobne, aby czuć się zdezorientowany przez czysto wirtualny ruch własny:
- Podaj interfejs, w którym użytkownik może wybrać miejsce w środowisku wirtualnym, w którym chcesz przenieść.
- Po zaznaczeniu rozpocznij szybki symulowany ruch (100 m/s) w kierunku tej lokalizacji, jednocześnie szybko zbliżając się do renderowania.
- Zanikanie renderowania z powrotem po zakończeniu tłumaczenia.
Wyświetlacze head-up
W grach wideo first-person-shooter, head-up wyświetlacze (HUD) uporczywie prezentują informacje, takie jak zdrowie gracza, minimapy i spisy bezpośrednio na ekranie. HuD działa dobrze, aby zapewnić graczowi informacje bez intruzowania na temat doświadczenia rozgrywki. W środowiskach rzeczywistości mieszanej huD mogą powodować znaczny dyskomfort i muszą być dostosowane do bardziej immersyjnego kontekstu. W szczególności huD, które są sztywno zablokowane w orientacji głowy użytkownika, mogą powodować dyskomfort. Jeśli aplikacja wymaga huD, zalecamy blokowanie treści , a nie blokowanie głowy. Ten zabieg można zaimplementować jako zestaw wyświetlaczy, które natychmiast przetłumaczą się z użytkownikiem, ale nie obracają się z głową użytkownika do momentu osiągnięcia progu rotacji. Po osiągnięciu tej rotacji huD może ponownie zorientować się na prezentowanie informacji w polu widoku użytkownika. Unikaj implementowania rotacji 1:1 HUD i tłumaczenia na podstawie ruchów głowy użytkownika.
Czytelność tekstu
Optymalna czytelność tekstu może pomóc zmniejszyć obciążenie oczu i utrzymać komfort użytkownika, zwłaszcza w aplikacjach lub scenariuszach, które wymagają od użytkowników odczytu podczas korzystania z HMD. Czytelność tekstu zależy od różnych czynników, w tym:
- Wyświetlanie właściwości, takich jak gęstość pikseli, jasność i kontrast.
- Właściwości obiektywu, takie jak aberracja chromatyczna
- Właściwości tekstu/czcionki, takie jak waga, odstępy, serifs i kolor czcionki/tła.
Ogólnie rzecz biorąc, zalecamy przetestowanie określonych aplikacji pod kątem czytelności i jak największego rozmiaru czcionek w celu uzyskania wygodnego środowiska. Bardziej szczegółowe wskazówki dotyczące urządzeń holograficznego i immersyjnego można znaleźć na stronach Typography and Text in Unity( Typography and Text in Unity ).
Zagadnienia dotyczące ramek holograficznej
W przypadku środowisk rzeczywistości mieszanej z dużymi obiektami lub wieloma obiektami ważne jest, aby wziąć pod uwagę, ile ruch głowy i szyi jest niezbędny do interakcji z zawartością. Środowiska można podzielić na trzy kategorie pod względem ruchu głowy:
- Poziome (od strony do boku)
- Pionowo (w górę i w dół)
- Immersyjne (poziome i pionowe)
Jeśli to możliwe, ogranicz większość interakcji do kategorii poziomych lub pionowych, najlepiej z większością środowisk odbywających się w środku ramki holograficznej, podczas gdy głowa użytkownika znajduje się w neutralnej pozycji. Unikaj interakcji, które powodują, że użytkownik stale przenosi widok do nienaturalnego położenia głowy (na przykład zawsze szuka dostępu do interakcji z kluczowym menu).
Optymalny region zawartości wynosi od 0 stopni do 35 stopni poniżej horyzontu
Ruch w poziomie głowy jest częstszy w przypadku częstych interakcji, podczas gdy ruchy pionowe powinny być zarezerwowane dla nietypowych zdarzeń. Na przykład środowisko obejmujące długą poziomą oś czasu powinno ograniczyć pionowy ruch głowy do interakcji (na przykład patrząc w dół w menu).
Rozważ zachęcanie do ruchu pełnoekranowego, a nie tylko ruch głowy, umieszczając obiekty wokół przestrzeni użytkownika. Doświadczenia z ruchomymi obiektami lub dużymi obiektami powinny zwrócić szczególną uwagę na ruch głowy, zwłaszcza gdy wymagają częstego przemieszczania się zarówno wzdłuż osi poziomych, jak i pionowych.
Kierunek spojrzenia
Aby uniknąć szczepu oka i szyi, zawartość powinna być zaprojektowana tak, aby unikać nadmiernego ruchu oczu i szyi.
- Unikaj kątów spojrzenia ponad 10 stopni nad horyzontem (ruch pionowy)
- Unikaj kątów spojrzenia ponad 60 stopni poniżej horyzontu (ruch pionowy)
- Unikaj obracania szyi więcej niż 45 stopni off-center (ruch poziomy)
Optymalny (spoczynkowy) kąt spojrzenia jest brany pod uwagę między 10-20 stopni poniżej horyzontu, ponieważ głowa ma tendencję do pochylenia w dół nieznacznie, zwłaszcza podczas działań.
Położenie ramienia
Zmęczenie mięśni może gromadzić się, gdy użytkownicy mają utrzymać rękę podniesioną przez cały czas trwania doświadczenia. Może to być również fatiguing, aby wymagać od użytkownika wielokrotnego wykonywania gestów naciśnięcia powietrza w długich okresach. Dlatego zalecamy, aby środowiska unikały stałego, powtarzanych danych wejściowych gestów. Ten cel można osiągnąć, włączając krótkie przerwy lub oferując kombinację gestów i danych wejściowych mowy w celu interakcji z aplikacją.