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不同虚拟现实系统对寻路任务绩效影响的研究

作　者: 杨睿
导　师: 张伟
学　校: 清华大学
专　业: 管理科学与工程
关键词: 寻路全景显示虚拟现实系统虚拟现实虚拟环境空间信息处理
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 29次
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内容摘要

虚拟现实技术已经在空间信息处理领域的研究中扮演了非常重要的角色。在虚拟现实的环境中,受逼真度、交互方式及本体感受等因素的影响,人对空间信息的加工处理方式同在真实环境中并不完全相同。因此,虚拟现实系统的设计是否对人们在虚拟环境中对空间信息的利用以及定位定向能力有影响,进而是否对空间任务绩效产生影响的问题值得思考和研究。寻路行为,作为空间信息处理行为的一种,在基于虚拟环境的任务执行和工作开展中最为常见,而且往往不可避免,因此吸引了大量研究工作者的关注。本研究从前人针对寻路问题总结的“决策制定——决策执行——信息处理”流程出发,从具体的细节入手,将寻路问题分解为“识别方向信息并进行目标方向判断”与“确认已经历路径”两种行为类型,并与空间更新机制中“外部参考系”与“自我参考系”的建立分别对应。本研究据此建立了研究框架。本研究探讨了两种不同的虚拟现实系统对寻路任务绩效的影响。两种虚拟现实系统分别为全新开发的全景显示虚拟现实系统和传统的桌面式虚拟现实系统。在两种虚拟现实系统平台上,通过实验的方法考察了不同系统对寻路任务绩效的影响,并从系统设计的角度对产生绩效差异的原因进行了深入分析。根据两种不同类型的寻路行为,本研究设计并实施了两个实验对研究假设进行验证。实验一针对“识别方向信息并进行目标方向判断”类型的寻路任务,考察两种虚拟现实系统对用户任务成功率、任务执行时间和任务难度主观评价三个因变量的影响;实验二针对“确认已经历路径”类型的寻路任务,分析使用不同系统的用户在任务成绩和信心程度主观评价绩效指标中的差异。同时,考虑到个体空间能力差异这一无法避免的变量,本研究分析了个体空间能力差异对寻路任务绩效的影响程度,以及在两种虚拟现实系统中体现出的敏感性差异。实验数据及统计检验结果表明,相比于传统的桌面虚拟现实系统,全景显示系统在寻路问题的各个行为类型层面的绩效中,或者说基于不同空间更新机制的寻路任务绩效中,体现出了全方位的优势,并且寻路任务绩效对个体空间能力的差异保有较高的敏感程度。本研究更为深远的意义在于借助寻路这一个具体的空间信息处理问题,通过研究实验验证全新开发的全景显示虚拟现实系统在基于虚拟环境的空间行为研究中的可用性及优越性,为今后的科学研究提供可查询的依据。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
图例目录  11-13
表格目录  13-15
第1章引言  15-19
  1.1 研究背景  15-17
  1.2 研究目的  17
  1.3 研究方法  17-19
第2章文献综述  19-35
  2.1 寻路问题与空间认知  19-30
    2.1.1 寻路问题的提出与定义  19-21
    2.1.2 空间知识的表征（Representation）与获取（Acquisition）  21-24
      2.1.2.1 认知地图（Cognitive Map）  21-22
      2.1.2.2 空间知识的表征  22-23
      2.1.2.3 空间知识的获取  23-24
    2.1.3 空间参照系（Spatial Reference Frame）与空间更新  24-25
    2.1.4 个体空间能力（Spatial Ability）及其测量  25-28
      2.1.4.1 空间能力及其个体差异  25-26
      2.1.4.2 空间能力的测量  26-28
    2.1.5 虚拟环境下寻路问题的特点  28-30
  2.2 现有的虚拟现实系统  30-33
  2.3 已有的相关研究综述  33-35
第3章研究模型、系统与假设  35-47
  3.1 研究模型  35-39
  3.2 本研究中使用的两种虚拟现实系统  39-44
    3.2.1 全景显示虚拟现实系统（Panorama VR）  39-43
    3.2.2 桌面虚拟现实系统（Desktop VR）  43-44
  3.3 研究假设  44-47
    3.3.1 假设一  44-45
    3.3.2 假设二  45-46
    3.3.3 假设三  46-47
第4章研究方法与实验设计  47-55
  4.1 实验一（X1）  47-52
    4.1.1 实验任务及说明  47-49
    4.1.2 实验材料  49-50
    4.1.3 被试  50
    4.1.4 实验因变量  50
    4.1.5 实验自变量  50-51
    4.1.6 控制变量  51
    4.1.7 实验流程  51-52
  4.2 实验二（X2）  52-55
    4.2.1 实验任务及说明  52-53
    4.2.2 实验材料  53
    4.2.3 被试  53
    4.2.4 实验因变量  53
    4.2.5 实验自变量  53-54
    4.2.6 控制变量  54
    4.2.7 实验流程  54-55
第5章实验结果统计与分析  55-83
  5.1 统计结果描述  55-61
    5.1.1 被试基本信息统计  55-56
    5.1.2 空间能力测试成绩统计与分析  56-60
    5.1.3 主观评价问卷的可靠性检验  60-61
  5.2 实验一实验结果分析  61-74
    5.2.1 任务成功率（Success Rate）  61-65
    5.2.2 任务执行时间（Completion Time）  65-70
    5.2.3 参试者主观评价（Estimation）  70-71
    5.2.4 个体空间能力的相关性与显著性分析  71-74
  5.3 实验二实验结果分析  74-80
    5.3.1 任务成绩（Score）  74-78
    5.3.2 参试者主观评价（Estimation）  78-79
    5.3.3 个体空间能力的相关性与显著性分析  79-80
  5.4 参试者满意度评价（Satisfaction）  80-83
第6章假设验证讨论  83-89
  6.1 假设一验证讨论  83-85
  6.2 假设二验证讨论  85-86
  6.3 假设三验证讨论  86-89
第7章结论与展望  89-93
  7.1 研究结论  89-91
  7.2 应用与研究前景展望  91-93
参考文献  93-97
致谢  97-99
附录实验材料  99-129
  附录A 被试同意书  99-100
  附录B 被试基本信息调查问卷  100-101
  附录C 空间能力测试试卷  101-115
  附录D 全景显示虚拟现实系统操作说明书  115-116
  附录E 桌面虚拟现实系统操作说明书  116-117
  附录F 实验指导书  117-121
  附录G 实验主观评价问卷  121-127
  附录H 被试主观满意度调查问卷  127
  附录I 客观题目答案  127-129
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  129

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