VR环境下虚拟上肢视觉显示对自我中心距离知觉的影响研究

摘要

自我中心距离知觉是指观察者从自身到外界目标物体之间的距离的知觉，是视觉空间知觉的重要组成部分。观察者的距离知觉判断能力对于人机交互过程具有重要作用，而自然环境与虚拟环境存在诸多差异，在虚拟环境下，各种视觉线索均由计算机图像生成，因此有必要深入探讨虚拟现实环境中影响距离判断视觉线索的特殊机制，并将其应用于虚拟现实人机交互界面的设计中。本研究尝试从虚拟肢体对距离知觉影响角度探讨自我中心距离知觉的认知特点。 本研究包含三个部分:研究一为虚拟上肢的显示长度对自我中心距离的影响，包括两个实验:实验1考察延长虚拟上肢对自我中心距离知觉的影响;实验2考察缩短虚拟上肢对自我中心距离知觉的影响。研究二为虚拟上肢的视觉线索对自我中心距离知觉的影响，包括三个实验:实验3考察等比例长度虚拟上肢条件下，虚拟上肢的不同视觉线索对自我中心距离知觉的影响;实验4考察延长虚拟上肢条件下，虚拟上肢的不同视觉线索对自我中心距离知觉的影响;实验5考察缩短虚拟上肢条件下，虚拟上肢的不同视觉线索对自我中心距离知觉的影响。研究三为虚拟上肢的特定行为对自我中心距离知觉的影响，本研究中特定行为是指控制虚拟上肢使用虚拟手触摸目标物体的行为，包括三个实验:实验6考察等比例长度虚拟上肢条件下，虚拟上肢有无特定行为对于自我中心距离知觉的影响;实验7考察延长虚拟上肢条件下，虚拟上肢有无特定行为对于自我中心距离知觉的影响;实验8考察缩短虚拟上肢条件下，虚拟上肢有无特定行为对于自我中心距离知觉的影响。 本研究得出以下主要结论: (1)延长虚拟上肢，在虚拟上肢活动范围内的距离估计值显著减小，缩短虚拟上肢，在虚拟上肢活动范围内的距离估计值显著变大，无论延长还是缩短虚拟上肢，对虚拟上肢活动范围外的距离估计没有影响。 (2)等比例和延长虚拟上肢，在上肢活动范围内，不完整抽象虚拟上肢条件下的距离估计值大于形象的虚拟上肢条件下的距离估计，在上肢活动范围外，虚拟上肢的视觉线索对距离知觉没有影响。缩短虚拟上肢，在上肢的活动范围内外，上肢的视觉线索对距离知觉都没有影响。 (3)无论等比例、延长和缩短虚拟上肢条件下，在上肢活动范围外，有无特定行为对距离知觉没有显著影响。而在上肢活动范围内，只有延长虚拟上肢条件下，有特定行为时距离估计值小于无特定行为时距离估计值。 (4)延长虚拟上肢，自我中心距离知觉与上肢的视觉线索和特定行为有关。 (5)缩短虚拟上肢，自我中心距离知觉与上肢的视觉线索和特定行为无关。 本研究结果可以为包括航天、航空、驾驶等领域涉及距离知觉判断或深度知觉的操作任务（包括自然或虚拟环境下）中如何减少由于个体行为能力或肢体线索因素造成的知觉偏差提供科学依据。从而可以提升操作人员深度知觉判断能力，以及安全完成操作任务的可靠性。

目录

声明

摘要

1前言

2研究背景

2．1相关研究

2．1．1虚拟环境下的自我中心距离知觉研究

2．1．2个体行为能力对距离知觉的影响研究

2．1．3虚拟环境下个体肢体视觉线索对距离判断知觉的影响研究

2．2问题提出

2．3研究思路

2．5研究的意义和创新点

3研究一：虚拟上肢的长度对于自我中心距离知觉的影响

3．1实验一：延长虚拟上肢的长度对于远空间自我中心距离知觉的影响

3．1．1实验目的

3．1．2实验方法

3．1．3实验结果

3．1．4结果讨论

3．2实验二：缩短虚拟上肢的长度对于近空间自我中心距离知觉的影响

3．2．1实验目的

3．2．2实验方法

3．2．3实验结果

3．2．4结果讨论

4研究二：虚拟上肢的视觉线索对自我中心距离知觉的影响

4．1实验三：等比虚拟上肢时，视觉线索对距离知觉的影响

4．1．1实验目的

4．1．2实验方法

4．1．3实验结果

4．1．4结果讨论

4．2实验四：延长虚拟上肢时，视觉线索对距离知觉的影响

4．2．1实验目的

4．2．2实验方法

4．2．3实验结果

4．2．4结果讨论

4．3实验五：缩短虚拟上肢时，视觉线索对距离知觉的影响

4．3．1实验目的

4．3．2实验方法

4．3．3实验结果

4．3．4结果讨论

5研究三：虚拟上肢的特定行为对自我中心距离知觉的影响

5．1实验六：等比虚拟上肢时，特定行为对距离知觉的影响

5．1．1实验目的

5．1．2实验方法

5．1．3实验结果

5．1．4结果讨论

5．2实验七：延长虚拟上肢时，特定行为对距离知觉的影响

5．2．1实验目的

5．2．2实验方法

5．2．3实验结果

5．2．4结果讨论

5．3实验八：缩短虚拟上肢时，特定行为对距离知觉的影响

5．3．1实验目的

5．3．2实验方法

5．3．3实验结果

5．3．4结果讨论

6总讨论

6．1虚拟上肢的长度对自我中心距离知觉的影响

6．2虚拟上肢的视觉线索对自我中心距离知觉的影响

6．3虚拟上肢的特定行为对自我中心距离知觉的影响

7总结论

8研究展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢