虚拟现实头戴式显示设备的面贴适合性研究

摘要

不适配用户头面部的虚拟现实(VR)头显设备的面贴部件会在佩戴区域产生局部压力和漏光等问题，为了提升头显面贴对于中国用户群体的适合性，并向生产厂商提供高适合性VR头显的生产指导建议，研究首先对近期构建的中国三维人头数据库中的2177个三维人头扫描模型的眼面部特征数据进行测量，测量结果作为代表国人眼面部形态的客观依据，并基于测得的人体测量数据和美国国家职业安全卫生研究所研发的主成分分栏法，构建覆盖96.87%中国成年人样本的眼面部产品主成分分栏，该分栏将数据库样本按照眼面部形态的类别进行划分，再根据5个尺寸类别的三维人头数据，拟合代表对应类别的三维参考头型，以参考头型的曲面特征作为面贴内表面的设计基准，应用逆向工程设计方法和虚拟佩戴规范对现有头显面贴进行适合性改进设计和加工，得到经过改进后的5款头显面贴，并基于分栏法对代表不同脸型的25名被试按照分层抽样条件进行招募，对改进后及现有头显面贴进行适合性检验，并应用三维扫描技术高精度地统一主观和客观评估实验时被试与面贴的佩戴状态，适合性检验以4个号型系列和7个面部分区为自变量，对主观和客观检验实验的整体适配偏好、压力、漏光、间隙、干涉和均匀性等因变量进行了数据统计。　　适合性检验结果表明，改进后面贴所在的号型系列对于国人眼面部的适合程度相比现有头显面贴在整体上得到显著提升，并基于面贴研究自变量和因变量的分析成果得出头显面贴的生产指导性建议，使得未来厂商生产的VR头显面贴更适合于国人佩戴。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 研究背景

1.1.1 虚拟现实概述

1.1.2 适合性与可穿戴产品

1.1.3 VR 头显的适合性

1.2 研究现状

1.2.1 人体测量学与数据库

1.2.2 人群归类与参考头型

1.2.3 产品适合性检验

1.3 本文研究内容

1.3.1 研究理论框架

1.3.2 研究内容

第 2 章 设计参考头型构建

2.1 概述

2.2 确定研究对象

2.3 基于三维人头数据库人体数据测量

2.4 主成分分栏构建

2.5 基于主成分分栏法的参考头型构建

2.6 本章小结

第 3 章 面贴逆向工程设计与原型制作

3.1 概述

3.2 获取现有 VR 头显的数字模型

3.3 基于参考头型的面贴改进设计

3.3.1 参考头型的虚拟佩戴规范

3.3.2 面贴贴合面改进设计

3.4 面贴加工与适合性检验原型制作

3.5 本章小结

第 4 章 适合性检验

4.1 概述

4.2 分层抽样招募被试

4.3 适合性研究的自变量

4.3.1 号型系列

4.3.2 面部分区

4.4 主观适合性检验

4.4.1 实验原理

4.4.2 实验步骤

4.5 客观适合性检验

4.5.1 实验原理

4.5.2 实验步骤

4.6 本章小节

第 5 章 适合性分析

5.1 概述

5.2 主观适合性检验结果

5.2.1 整体不适配度主观评分结果

5.2.2 压力不舒适度主观评分结果

5.2.3 漏光程度主观评分结果

5.3 客观适合性检验结果

5.3.1 间隙均值测量结果

5.3.2 干涉均值测量结果

5.3.3 分布不均匀性测量结果

5.4 综合适合性分析

5.4.1 号型系列

5.4.2 面部区域

5.4.3 生产指导性建议

5.5 本章小节

结 论

参考文献

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

致 谢