长时间使用虚拟现实（VR）头戴式显示设备对低年龄用户视力的影响实验总结报告.pdf

1 长时间 使用虚拟现实（ VR）头戴式 显示设备 对低年龄用户 视力 的 影响 实验总结报告 参与单位 北京市未来影像高精尖创新中心 北京理工大学 北京蓝色光标电子商务股份有限公司 协助单位 V ive I m m e r s i v e M e d i a L a b 北京圣威特 科技 有限 公司 2 目录 缩写及术语对照表 . 3 一、背景说明 . 4 二、实验目标 . 5 三、参与人员 . 5 四、实验流程 . 5 4.1被试选择 . 5 4.2实验用 VR内容选择 . 6 4.3实验设备 . 7 4.4实验测量方法 . 7 4.5实验流程 . 9 五、实验结果 . 11 5.1主观测量结果 视疲劳量表 . 11 5.2客观测量结果 人 眼视力变化 . 14 5.2.1初始视力 1.5 的被试 . 14 5.2.2初始视力小于 1.5的被试 . 15 5.2.3远视与近视 对实验结果的影响 . 19 六、总结 . 23 6.1 结论 . 23 6.2 建议 . 26 6.3 实验的局限性 . 27 6.4 本次实验的负面情况报告 . 28 附录：视疲劳主观测试量表 . 29 附录：视力表及转换依据 . 30 参考文献 . 31 3 缩写 及 术语 对照表 缩写 或术语 说明 VR 虚拟现实 HMD 头戴式显示设备 被试 接受实验或测验的对象 低年龄段 9-12 岁 青少年 4 一 、 背景说明 随着 虚拟现实技术 （ VR） 的 快速 发展 ， VR 设备逐渐走入大众的视野 ，当前 主流的 VR 头戴式显示设备 一般 采用 双目 单 焦 面 的设计，这种设计结构简单， 适用性范围较广。 相对于 传统 VR 用于专业化 短时间 的 应用情景 ， 目前 VR 技术 希望 能够更多地应 用于普适化 长时间的 应用情景 。 但是用户在使用 VR 头戴式显示 设备 时，双眼长时间聚焦在一个固定的距离，这 引发了人们对头戴式显示设备 可能会 对用户带来 较为严重的眼部疲劳甚至损伤 的担心 。鉴于 VR 技术已经为各行各业带来翻天覆地的变化和革新， 这种隐忧为行业发展带来了不确定性 。 为此 ， 北京市 未来影像高精尖创新中心 联合 北京理工大学 等多家单位， 设计 本 实验 来 探究 长时间使用 VR 头戴式 显示 设备 对 低年龄段用户 视 力 的 影响 。 参与 本 实验 具体组织和测试的 单位 有： 单位 名称 参与 内容 北京市 未来影像高精尖创新中心 实验设计 、 数据 分析 北京理工大学 实验实施 、 数据分析 北京蓝色光标电子商务股份有限公司 实验 实施 、 现场组织 此外 ，为了保证实验的科学性， 本实验还邀请了多家单位对数据获取及分析的过程提出建设意见并参与监理整个实验过程 。 邀请单位名单如下 ： 单位 名称 建议 内容 Vive Immersive Media Lab 头戴式显示设备 设备 及 测试环境搭建建议 北京 圣威特 科技有限公司 实验 设计 及实施 组织建议 5 二 、 实验 目标 本实验目的在于探究长时间使用 VR 头戴式显示设备 对于低年龄段用户 视力 的影响 。实验 将分别针对智能平板和 VR 头戴式显示设备这两种设备进行对比测试，并将 被试人员 安置在特定的 、 相似 的 使用场景中，进行一段较长时间 （约一小时） 的使用测试。 同时通过主客观测量方法， 获取 被试使用设备前后和使用过程中的相关 数据，从而分析 VR头戴式显示设备对低年龄用户的视力影响 。 三、参与人员 本 实验主要参与人员清单如下： 姓名 单位 职称 /职务 参与 内容 包仪 华 北京市未来影像高精尖创新中心 研究主管 实验统筹 、实验设计 翁冬冬 北京理工大学 副研究员 实验设计 余兴尧 北京理工大学 硕 士研究生 实验设计 、 数据分析 郭洁 北京理工大学 博 士研究生 主观测量量表设计 刘珺 持证验光师 客观测试仪器使用 苏海新 北京蓝色光标电子商务股份有限公司 高级经理 实验统筹 四 、 实验流程 4.1 被试 选择 本 实验被试 来源为 VR 校园普及 体验 活动中的参与者，项目组记录了被试参与活动的全过程，并进行记录整理 及分析 ，最终 形成 本实验报告 。 本 实验被试 年龄范围 ： 9-12 岁 ； 特殊 要求 包括： 排除做过近视恢复手术及具有眼睛问题（包含高度近视、 高度远视、色盲、色弱 、 高度散光） 的 人员 ； 排除实验前已经很疲劳的人员 ；最终 参与实验被试人数 50人，其中男性 26 人，女性 24 人。 被试根据 年龄段 被分为 二 个 组别：四年级组别和六年级组别 。 实际 情况 如表 4-1 所示 ： 6 表 4- 1 每组被试人数 六年级 VR 25 平板 （对比组） 13 四年级 VR 25 平板 （对比组） 13 本次实验共计涉及 50名被试，四、六年级组各 25 名（其中六年级组女性 11 人，男性 14 人，四年级组女性 13 人，男性 12 人），全部参与完成 VR实验；而为了保证实验的可靠性，在 VR实验全部完成后，从各年级的 25 名被试中再度各自抽取 13名被试，于隔天参与平板对比组实验。 4.2 实验 用 VR 内容 选择 本实验 中被试将 长时间使用 智能平板 或虚拟现实 头戴式显示设备 ， 需要 选择一些特定的 VR内容供 被试 使用 。 选择 VR内容 的依据主要 有 ： 1. 体验内容生动有趣，寓教于乐 ，可供被试长时间使用 ； 2. 画面 整理较为明亮 ，且体验过程中亮度基本保持不变 ； 3. 画面 中内容 较为 丰富 饱满 ； 4. 体验内容避免出现大量快速运动的物体 等容易 导致晕动症 的因素 ； 5. VR游戏与 平板 游戏内容高度一致 ; 本实验最终 选用 VR内容 如表 4-2 所示 ，画面如图 4-1 所示 ： 表 4- 2 实验内容 内容 选择 开发厂商 应用组别 使用时间 Tilt Brush（雪地背景） Google VR 组 1 小时 Drawing Pad 画板 Murtha Design Inc. 平板 组 1 小时 7 (a)Tilt Brush (b) Drawing Pad 画板 图 4-1 实验选用的 VR 内容 4.3 实验设备 本实验 主要使用的设备包含用于构建 VR 环境的计算 机、 头戴式显示设备 、 跟踪交互 系统 以及 用于测试的 相关 仪器 。 具体清单如 表 4-3 所示 下： 表 4- 3 实验设备清单 设备 名称 品牌 /型号 /参数 数量 用途 头戴式显示设备及跟踪 交互系统 HTC Vive 4 显示 VR 内容 跟踪交互 高性能工作站 显卡 ： NVIDIA GeForce GTX 970 或 AMD Radeon R9 290 以上 4 渲染虚拟 现实内容 平板电脑 iPad 2 平板 实验对照 Samsung/Android 1 Nokia/Android 1 验光仪 尼德克多功能电脑验 光仪 1 用于 验证 使用设备 前后及恢复前后的 眼部参数变化 视力表箱 尼德克视力表箱 1 用于验证使用设备前后视力变化 4.4 实验测量方法 本实验采用主客观测量相结合的方式 ，主观测量方法采用视觉疲劳量表进行测量。客观测量方法采用视力表箱测量实验前后被试视力变化情况，采用验光仪测量被试实验前后视力参数变化， 实验测量项如表 4-4 所示 ： 8 表 4- 4 实验测量量及测试方法 测量量 设备 测量方法 双眼屈光度数 验光仪 分别 测量 左右眼不同的 屈光 度数， 用于 评价 眼睛 短时视力下降的情况 。 主要可测 参量为： 1) 左眼 （ L/OS） 及 右眼（ R/OD） 的 球镜度数 （ Sphere, S， 远 视 （ +） 或 近视（ -） 度数 ） 柱镜 度数 （ Cylinder, C， 远 视 （ +） 或 近视（ -）散光度数） ； 2) 散光 类型（ CYL，远视（ +） 、 近视 （ -） 及 混合类型（ MIX） ； 3) 散光轴方向（ Axis, A，轴度 ） ； 4) 瞳距 （ PD/mm） ； 5) 折合度数 （ Spherical Equivalent Power, S.E.）验光单 VD 为 电脑系统 设定好的参数，不随人变化。 6) 眼球调节力 ； 视力 视力表箱 被检者的视线要与 1.0 的一行平行，距离视力表箱1.1 米，视力表箱与被检查者的距离固定。进行检测先遮盖一眼，单眼自上而下辨认“ E”字缺口方向，直到不能辨认为止，记录下来即可。正常视力应在1.0 以上。 视觉 疲劳 视觉 疲劳 主观测试量表 视觉疲劳主观测量量表 采用 JAMES E. SHEEDY 针对视疲劳研究制作的量表，罗列了多 种可能影响人眼视疲劳的因素，同时考虑了多种诱发视疲劳症状的条件。 量表共 9 项， 对应 9 个视觉疲劳的症状， 每项 分值为 100 分， 分值越高，代表症状越严重 。 在正常情况下 ， 该量表应该由被试者自己打分 ；而考虑到本次试验的被试者年龄较小， 因此本次实验中 ， 将该量表分为 5 个级别： “全无症状”对应 0 分、“轻度症状”对应 25 分、“中度”对应 50 分、 “较严重”对应 75 分、“非常严重”对应 100 分 ；并且采用由 工作人员口头询问 症状严重程度 的方式 ， 请被试从上述 5 个备选中进行回答。 具体的 9 个问题请参见附录 。 9 图 4-2 客观测量仪器 验光仪 （左）视力表箱（右） 4.5 实验 流程 实验 的整体流程分为 三个 阶段： 实验预备阶段 、 实验测试阶段 、 视力恢复 阶段 。 图 4-3 实验整体流程 4.5.1实验预备阶段 （ 5 分钟） 实验开始前，被试者进行 5 分钟眼部 放松 后， 填写视觉疲劳量表 ，并 进行一次验光与视力测试 。 实验现场如图 4-4 所示： 10 图 4-4 实验现场照片 4.5.2实验测试阶段 （ 60+分钟） 实验测试阶段， 平板 组在正常室内 光照条件下 使用画板 工具进行绘画 ， VR 组 佩戴 头戴式 显示 设备 ，并 使用 Tilt Brush 软件进行绘画 。 每个被试的测试时间为 60 分钟 ， 这 60 分钟 分为三个阶段 ，每 阶段长 20 分钟 ，其 间保持被试者 在测试期间持续完成 绘画 任务， 保证平板组和 VR 组在同一时间段内 的绘画内容大致 相同 。 每个 阶段结束后 ， 组织 被试者 完成 视觉疲劳测试量表并 采集视力表箱数据 ； 各个检测步骤 所花的时间并不计算在 各个 实验 阶段的 20 分钟内 ， 每个 测试时间 均 2.5 分钟 。 在 整个流程 60 分钟 结束后 ， 还需 额外的 对被试者进行一次验光 。实验现场如图 4-5 所示：