为什么说多感官交互对VR虚拟培训更重要?

VR用于培训的优势是可为使用者提供一个安全、低成本、高效率、有趣的学习环境。VR所带来的逼真、沉浸的视觉效果,被认为可以提升学习和培训效果。VR培训的优势在于不受地点限制,可反复多次模拟训练场景,降低失误成本,尤其是对于医疗、飞行等行业来说,新手犯错的成本较高。


那么,如果搭配具备感官提示的体感道具,能否进一步提升VR培训的效果?


虚拟培训+体感实验
就这一问题,利物浦大学的科研人员进行了一场实验,目的是为了解体感反馈带来的感官提示能否提升VR培训的体验感和学习效果,尤其是在上手实践时能否显示出技能提升。同时,也为了探索有效的知识/技术转化所需的主要因素。
据悉,VR+体感有多种方案,除了沉浸的视觉外,还可模拟力反馈、触觉反馈、风感、温感等等,用于提供与任务相关的更多信息。不过从实际角度出发,在VR场景中模拟体感反馈,还需要考虑成本和运营等限制。比如现有的前庭感知、嗅觉感知、味觉感知技术还不够成熟,不够适合主流培训应用。
而利物浦大学科研人员提出的方案则是,将实物道具、体感手套与沉浸式投影结合,快速、低成本了解体感反馈对于VR培训效果的影响。
细节方面,他们随机筛选出42名来自利物浦大学的学生和教职工参与这场实验,并将实验对象随机分为三组,每组包含8名女性和6名男性,年龄在17到60岁之间。三组实验对象分别进行不同的任务,比如第一组仅接受传统的换胎教学,而第二组和第三组则通过3D 沉浸式方案培训换胎。二组和三组的区别是,第三组在沉浸式视觉基础上,还加入与培训内容相关的多重感官提示。
实验结果显示,3D沉浸式培训的效果均超越传统换胎教学,而额外的感官提示方案又进一步提升培训的效果(以客观绩效为标准)。也就是说,从感知工作量、临场感、舒适性等客观绩效上来看,VR+多重感官信号是一种提升培训效果、用户体验、知识转化率的有效方式。逼真的体感甚至有望增加使用者对于VR模拟的接受程度。

此外,有许多因素可能影响VR培训和学习效果,而多感官反馈则是其中一个主要因素。尽管大多数VR场景主要通过视觉,并以音频和体感信号辅助,来模拟和刺激感官。而以往的一些研究显示,多重感官信号在手术模拟、康复治疗和飞行培训等双任务VR培训场景中效果足够好。
而为了成功将VR培训的知识转化成应用于实际任务的经验,VR中的感官信号与真实场景的接近程度足够关键。
那么,如何才能模拟逼真的VR培训场景?首先需要确保对真实设备和环境的高度还原,而在这其中还分为对物理体验、心理或认知体验的还原。物理体验指的是模拟环境、声音、感受,而心理或认知体验指的是对认知因素的还原程度,以及对心理因素、任务或功能的还原程度。
实际上,培训过程中对任务完成的确认或提示也很重要,但如果通过视觉提示来进行确认,则会破坏逼真感和沉浸感。打个比方,在模拟组装过程中,在传统方案中你可能会通过钉子固定的扭力反馈来确认步骤完成,而在VR中,通常需要用视觉来进行提示,体感反馈难以模拟。因此,科研人员决定配合实物道具来还原任务操作的体感。
实验过程
实验的目标是通过三种方式去培训参与者用气动扳手换胎,过程是先拆掉4颗螺钉,然后更换轮胎,最后将螺钉在轮胎上分别固定好。


在第二组和第三组实验中,参与者需要佩戴无线LCD 3D眼镜,通过搭载的追踪设备和周围6颗红外摄像头,3D眼镜与分辨率1920x1200、尺寸2.74x1.72米的立体沉浸式投屏影像实现同步。与此同时,红外摄像头也将定位3D眼镜、体感手套、气动扳手模型。接着,利用VICON追踪软件来计算位置数据,采样率达200Hz。
除了沉浸视觉和体感外,还配备两个立体声音响来营造空间音频反馈。据悉,受培训者左右手体感手套分别与左右两侧的音响同步,在任务过程中会听到钻孔声,同时也能感受到手套的震动.体感手套配备的震动马达频率在15到250Hz之间,振幅最高达7g。
为了逼真模拟震动反馈,体感手套的震动强度也会根据课程内容动态改变。比如,触碰到螺钉时会触发中强度震动,当螺钉完全固定后,震动强度会突然提升,以确认任务完成。
经过5次任务模拟,结果显示,经过沉浸式虚拟培训的第二组和第三组完成任务所需的时间,基本比第一组要少,与此同时,结合体感反馈的第三组是所有小组里完成任务最快的。此外,第二组错误率最高,其次是第一组,最后是第三组。也就是说,虚拟培训如果不配合体感,即使任务完成时间短,但错误率甚至可能比传统培训方式更高。
科研人员通过对实验参与者的问卷调查发现,第二组和第三组培训方式比第一组产生的认知工作负荷更高,不过采用体感反馈对虚拟培训的认知工作负荷影响基本不大。沉浸感方面,参与者们认为增强体感的培训方式基本上比无体感培训沉浸感更强。


总之,科研人员从这次实验中发现在虚拟培训或VR培训中加入额外的体感信息,有助于提升知识转化率,同时也能提升用户体验和沉浸感。此外还发现,与任务相关的信息提示可有效替代VR中难以模拟的一些体感,比如扭矩和重量。

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