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Während der natürlichen Betrachtung stützt sich das menschliche visuelle System auf mehrere Informationsquellen oder "Hinweise", um 3D-Formen und die relativen Positionen von Objekten zu interpretieren. Einige Hinweise basieren nur auf einem einzelnen Auge oder einem monokulären Hinweis, einschließlich:

Andere Hinweise basieren auf beiden Augen oder ferngläsernen Hinweisen und umfassen:

  • Vergence – im Wesentlichen die relativen Drehungen der Augen, die zum Betrachten eines Objekts erforderlich sind
  • Binocular Disparity - das Muster der Unterschiede zwischen den Projektionen der Szene auf der Rückseite der beiden Augen

Um maximalen Komfort auf kopfmontierten Displays zu gewährleisten, ist es wichtig, Inhalte auf eine Weise zu erstellen und zu präsentieren, die Hinweise in der natürlichen Welt imitiert. Aus physischer Perspektive ist es auch wichtig, Inhalte zu entwerfen, die keine ermahnenden Bewegungen des Halses oder der Arme erfordern. In diesem Artikel gehen wir auf die wichtigsten Überlegungen ein, die Sie beim Erreichen dieser Ziele berücksichtigen sollten.

Vergence-Accommodation-Konflikt

Um Objekte deutlich zu sehen, müssen Menschen den Fokus ihrer Augen an die Entfernung des Objekts anpassen oder anpassen. Gleichzeitig muss die Drehung beider Augen mit der Entfernung des Objekts konvergieren , um doppelte Bilder zu vermeiden. In der natürlichen Betrachtung sind Vergence und Unterkunft miteinander verknüpft. Wenn Sie etwas in der Nähe sehen, z. B. eine Hausfliege in der Nähe Ihrer Nase, kreuzen sich Ihre Augen und passen sich bis zu einem nahe gelegenen Punkt an. Wenn Sie dagegen etwas in optischer Unendlichkeit betrachten (ungefähr ab 6 m oder weiter für normales Sehen), werden die Augenlinien parallel und die Linsen Ihrer Augen passen sich der Unendlichkeit an.

Bei den meisten Monitoren am Kopf werden Benutzer immer den Fokusabstand der Anzeige berücksichtigen, um ein scharfes Bild zu erhalten, aber konvergieren sie mit der Entfernung des gewünschten Objekts, um ein einzelnes Bild zu erhalten. Wenn Benutzer unterschiedliche Entfernungen aufnehmen und konvergieren, wird die natürliche Verbindung zwischen den beiden Hinweisen unterbrochen, was zu Sehbeschwerden oder Müdigkeit führt.

Leitfaden für holografische Geräte

HoloLens-Displays sind in einem optischen Abstand von etwa 2,0 m vom Benutzer entfernt fixiert. Benutzer müssen immer in der Nähe von 2,0 m platzen, um ein klares Bild auf dem Gerät zu erhalten. App-Entwickler können steuern, wo die Augen der Benutzer zusammenlaufen, indem sie Inhalte und Hologramme in verschiedenen Tiefen platzieren. Unannehmlichkeiten durch den Vergence-Anpassungskonflikt können vermieden oder minimiert werden, indem Inhalte, an die Benutzer konvergieren, so nah wie möglich an 2,0 m gehalten werden. Platzieren Sie beispielsweise in einer Szene mit viel Tiefe die interessanten Bereiche nach Möglichkeit in der Nähe von 2,0 m vom Benutzer entfernt. Wenn inhalte nicht in der Nähe von 2,0 m platziert werden können, ist das Unbehagen durch den Vergence-Anpassungskonflikt am größten, wenn der Blick des Benutzers zwischen verschiedenen Entfernungen hin und her wechselt. Mit anderen Worten, es ist viel bequemer, ein stationäres Hologramm zu betrachten, das 50 cm entfernt bleibt, als ein Hologramm in 50 cm Entfernung zu betrachten, das sich im Laufe der Zeit in Richtung und weg von Ihnen bewegt.

Optimaler Abstand zum Platzieren von Hologrammen vom Benutzer.
Optimaler Abstand zum Platzieren von Hologrammen vom Benutzer

Bewährte Methoden für HoloLens (1. Generation) und HoloLens 2

Für maximalen Komfort liegt die optimale Zone für die Platzierung des Hologramms zwischen 1,25 m und 5 m. In jedem Fall sollten Designer versuchen, Inhaltsszenen zu strukturieren, um Benutzer zu ermutigen, 1 m oder weiter vom Inhalt entfernt zu interagieren (z. B. Anpassen von Inhaltsgröße und Standardplatzierungsparametern).

Obwohl Inhalte gelegentlich näher als 1 m angezeigt werden müssen, wird davon abgeraten, Hologramme immer näher als 40 cm zu präsentieren. Daher wird empfohlen, inhalte bei 40 cm auszublenden und eine Rendering-Clippingebene bei 30 cm zu platzieren , um näherstehende Objekte zu vermeiden.

Objekte, die sich in der Tiefe bewegen, verursachen aufgrund des Vergennkungskonflikts wahrscheinlicher als stationäre Objekte Unbehagen. Ebenso kann die Anforderung, dass Benutzer schnell zwischen Nahfokus und Fernfokus wechseln müssen (z. B. aufgrund eines Popup-Hologramms, das eine direkte Interaktion erfordert), zu Sehbehagen und Ermüdung führen. Es ist besonders vorsichtig, um die Häufigkeit der Benutzer zu minimieren: Anzeigen von Inhalten, die sich in der Tiefe bewegen, oder schnelles Wechseln des Fokus zwischen nah und fernen Hologrammen.

Weitere Überlegungen zum HoloLens 2 und nahem Interaktionsabstand

Beim Entwerfen von Inhalten für die direkte (Nah-)Interaktion in HoloLens 2 oder in Anwendungen, bei denen Inhalte näher als 1 m platziert werden müssen, sollte besonders darauf geachtet werden, den Benutzerkomfort zu gewährleisten. Die Wahrscheinlichkeit von Unannehmlichkeiten aufgrund des Vergence-Anpassungskonflikts steigt exponentiell mit abnehmender Sichtdistanz. Darüber hinaus kann es beim Anzeigen von Inhalten in interaktionsnahen Abständen zu einer erhöhten Verschwommenheit kommen. Daher empfehlen wir, Inhalte zu testen, die sowohl innerhalb der Zone der optimalen Platzierung des Hologramms als auch näher (weniger als 1,0 m nach unten zur Clippingebene) gerendert werden, um sicherzustellen, dass sie klar und bequem zu sehen sind.

Es wird empfohlen, ein "Tiefenbudget" für Apps basierend auf der Zeitspanne zu erstellen, die ein Benutzer erwartet, um Inhalte anzuzeigen, die sich in der Nähe (weniger als 1,0 m) befinden und sich in der Tiefe bewegen. Ein Beispiel besteht darin, zu vermeiden, dass der Benutzer mehr als 25 % der Fälle in diesen Situationen platziert wird. Wenn das Tiefenbudget überschritten wird, empfehlen wir sorgfältige Benutzertests, um sicherzustellen, dass es eine komfortable Erfahrung bleibt.

Im Allgemeinen empfehlen wir auch sorgfältige Tests, um sicherzustellen, dass alle Interaktionsanforderungen (z. B. Bewegungsgeschwindigkeit, Erreichbarkeit usw.) bei nahem Interaktionsabstand für die Benutzer angenehm bleiben.

Leitfaden für immersive Geräte

Für immersive Geräte gelten die Anleitungen und bewährten Methoden für HoloLens weiterhin, aber die spezifischen Werte für die Zone of Comfort werden je nach Fokusabstand zum Display verschoben. Im Allgemeinen liegen die Brennweiten zu diesen Displays zwischen 1,25 m und 2,5 m. Vermeiden Sie im Zweifelsfall das Rendern von Objekten von Interesse zu nahe an Den Benutzern, und versuchen Sie stattdessen, die meisten Inhalte 1 m oder weiter entfernt zu halten.

Interpupillary-Abstand und vertikaler Offset

Beim Anzeigen digitaler Inhalte auf Head-Mounted Displays (HMD) ist die Position der Augen eines Betrachters basierend auf der Anzeigeposition digitaler Inhalte entscheidend. Insbesondere sind sowohl der Interpupillary Distance (IPD) als auch der vertikale Offset (VO) wichtig für die komfortable Anzeige digitaler Inhalte in HMDs.

IPD bezieht sich auf den Abstand zwischen den Pupillen oder Zentren der Augen einer Person. VO bezieht sich auf den potenziellen vertikalen Offset von digitalen Inhalten, die für jedes Auge relativ zur horizontalen Achse der Augen des Betrachters angezeigt werden (insbesondere ist dies NICHT dasselbe wie horizontaler Offset oder binokuläre Disparität). Eine fehlerhafte Übereinstimmung dieser Faktoren mit einem einzelnen Benutzer kann die Auswirkungen von Unannehmlichkeiten verschlechtern, die durch einen Vergence-Anpassungskonflikt verursacht werden, aber es kann sogar zu Unbehagen führen, wenn der V-A-Konflikt minimiert wird (z. B. für Inhalte, die im 2,0-m-Fokusabstand der HoloLens angezeigt werden).

Leitfaden für holografische Geräte

HoloLens (1. Generation)

Bei HoloLens (1. Generation) wird IPD während der Gerätekalibrierung geschätzt und festgelegt. Wenn neue Benutzer ein bereits eingerichtetes Gerät verwenden, muss die Kalibrierung ausgeführt werden, oder die IPD muss manuell festgelegt werden. VO hängt vollständig von der Gerätepassung ab. Um die VO zu minimieren, muss das Gerät auf dem Kopf des Benutzers ruhen, sodass die Displays mit der Achse seiner Augen ausgerichtet sind.

HoloLens 2

Für HoloLens 2 wird IPD während der Augen-/Gerätekalibrierung geschätzt und festgelegt. Wenn neue Benutzer ein bereits eingerichtetes Gerät verwenden, muss die Kalibrierung ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass IPD ordnungsgemäß festgelegt ist. VO wird automatisch in HoloLens 2 berücksichtigt.

Leitfaden für immersive Geräte

Windows Mixed Reality immersiven HMDs haben keine automatische Kalibrierung für IPD oder VO. IPD kann manuell in der Software festgelegt werden (unter Mixed Reality Portal-Einstellungen, siehe Kalibrierung), oder einige HMDs verfügen über einen mechanischen Schieberegler, mit dem der Benutzer den Abstand der Linsen an eine komfortable Position anpassen kann, die ungefähr ihrem IPD entspricht.

Renderingraten

Mixed Reality-Apps sind einzigartig, da Benutzer sich frei in der Welt bewegen und mit virtuellen Inhalten interagieren können, als wären sie echte Objekte. Um diesen Eindruck zu erhalten, ist es wichtig, Hologramme so zu rendern, dass sie in der Welt stabil erscheinen und reibungslos animieren. Das Rendern von mindestens 60 Frames pro Sekunde (FPS) trägt dazu bei, dieses Ziel zu erreichen. Es gibt einige Mixed Reality Geräte, die Rendering mit Frameraten von mehr als 60 FPS unterstützen. Für diese Geräte wird empfohlen, mit den höheren Frameraten zu rendern, um eine optimale Benutzererfahrung zu bieten.

Tiefer tauchen

Um Hologramme so zu zeichnen, als wären sie in der realen oder virtuellen Welt stabil, müssen Apps Bilder aus der Position des Benutzers rendern. Da das Rendern von Bildern einige Zeit in Anspruch nimmt, sagen HoloLens und andere Windows Mixed Reality Geräte vorher, wo sich der Kopf eines Benutzers befindet, wenn die Bilder in den Displays angezeigt werden. Dieser Vorhersagealgorithmus ist eine Näherung. Windows Mixed Reality Algorithmen und Hardware passen das gerenderte Bild an, um die Diskrepanz zwischen der vorhergesagten Kopfposition und der tatsächlichen Kopfposition zu berücksichtigen. Dadurch wird das vom Benutzer gesehene Bild so dargestellt, als würde es von der richtigen Position gerendert, und Hologramme fühlen sich stabil an. Die Updates funktionieren am besten für kleine Änderungen in der Kopfposition, und sie können einige gerenderte Bildunterschiede, wie sie durch Motion-Parallax verursacht werden, nicht vollständig berücksichtigen.

Indem Sie mit einer Mindestframerate von 60 FPS rendern, tun Sie zwei Dinge, um stabile Hologramme zu erstellen:

  1. Reduzierung des Auftretens von Richter, die durch ungleiche Bewegung und Doppelbilder gekennzeichnet ist. Eine schnellere Hologrammbewegung und niedrigere Renderraten sind mit einem stärker ausgeprägten Judder verbunden. Daher hilft das Streben, immer 60 FPS (oder die maximale Renderrate Ihres Geräts) beizubehalten, um zu vermeiden, dass sich Hologramme bewegen.
  2. Minimieren der Gesamtlatenz. In einer Engine mit einem Spielthread und einem Renderthread, der im Sperrschritt ausgeführt wird, kann die Ausführung mit 30FPS zu einer zusätzlichen Latenz von 33,3 ms führen. Durch die Verringerung der Latenz verringert dies Vorhersagefehler und erhöht die Stabilität des Hologramms.

Leistungsanalyse

Es gibt verschiedene Tools, die verwendet werden können, um die Bildfrequenz Ihrer Anwendung zu vergleichen, z. B.:

  • GPUView
  • Visual Studio-Grafikdebugger
  • In 3D-Engines wie den Framedebugger in Unity integrierte Profiler

Selbstbewegung und Fortbewegung des Benutzers

Die einzige Einschränkung ist die Größe Ihres physischen Raums; Wenn Sie benutzern erlauben möchten, sich in der virtuellen Umgebung weiter zu bewegen als in ihren realen Räumen, dann muss eine Form der rein virtuellen Bewegung implementiert werden. Eine anhaltende virtuelle Bewegung, die nicht mit der realen, physischen Bewegung des Benutzers übereinstimmt, kann jedoch häufig zu Reisekrankheit führen. Dieses Ergebnis liegt daran, dass die visuellen Hinweise für die Selbstbewegung aus der virtuellen Welt mit den vestibulären Hinweisen für die Selbstbewegung aus der realen Welt in Konflikt stehen.

Glücklicherweise gibt es Tipps für die Implementierung von Benutzer-Fortbewegung, mit denen das Problem vermieden werden kann:

  • Geben Sie dem Benutzer immer die Kontrolle über seine Bewegungen; Unerwartete Selbstbewegung ist problematisch
  • Menschen sind empfindlich auf die Schwerkraftrichtung. Daher sollten insbesondere nicht vom Benutzer initiierte vertikale Bewegungen vermieden werden.

Leitfaden für holografische Geräte

Eine Methode, mit der der Benutzer an einen anderen Ort in einer großen virtuellen Umgebung wechseln kann, besteht darin, den Eindruck zu erwecken, dass er ein kleines Objekt in der Szene bewegt. Dieser Effekt kann wie folgt erreicht werden:

  1. Stellen Sie eine Benutzeroberfläche bereit, in der der Benutzer einen Ort in der virtuellen Umgebung auswählen kann, an den er sich bewegen möchte.
  2. Verkleinern Sie nach der Auswahl die Szene, die auf einen Datenträger um die gewünschte Stelle gerendert wird.
  3. Lassen Sie den Spot ausgewählt, und erlauben Sie es dem Benutzer, ihn so zu verschieben, als ob es sich um ein kleines Objekt handeln würde. Der Benutzer kann die Auswahl dann nahe an seine Füße verschieben.
  4. Setzen Sie nach der Abwahl das Rendern der gesamten Szene fort.

Leitfaden für immersive Geräte

Der vorherige Ansatz für holografische Geräte funktioniert auf einem immersiven Gerät nicht so gut, da die App beim Verschieben des "Datenträgers" eine große schwarze Leerstelle oder eine andere Standardumgebung rendern muss. Diese Behandlung stört das Gefühl des Eintauchens. Ein Trick für die Fortbewegung von Benutzern in einem immersiven Headset ist der "Blink"-Ansatz. Diese Implementierung gibt dem Benutzer die Kontrolle über seine Bewegung und gibt einen kurzen Eindruck von Bewegung, macht es aber so kurz, dass der Benutzer sich weniger orientierungslos durch die rein virtuelle Selbstbewegung fühlt:

  1. Stellen Sie eine Benutzeroberfläche bereit, in der der Benutzer einen Ort in der virtuellen Umgebung auswählen kann, an den er sich bewegen möchte.
  2. Beginnen Sie nach der Auswahl mit einer schnellen simulierten Bewegung (100 m/s) zu dieser Position, während sie das Rendering schnell ausblenden.
  3. Blenden Sie das Rendering nach Abschluss der Übersetzung wieder ein.

Heads-up-Displays

In First-Person-Shooter-Videospielen stellen Heads-up-Displays (HUDs) informationen wie Spielergesundheit, Minikarten und Inventare dauerhaft direkt auf dem Bildschirm dar. HUD arbeitet gut daran, den Spieler auf dem Laufenden zu halten, ohne das Spielerlebnis zu beeinflussen. In Mixed Reality-Erfahrungen haben HUDs das Potenzial, erhebliche Beschwerden zu verursachen, und müssen an den immersiveren Kontext angepasst werden. Insbesondere HUDs, die starr an der Kopfausrichtung des Benutzers gebunden sind, verursachen wahrscheinlich Beschwerden. Wenn für eine App ein HUD erforderlich ist, empfehlen wir die Textkörpersperre anstelle der Kopfsperre. Diese Behandlung kann als Eine Reihe von Anzeigen implementiert werden, die sofort mit dem Benutzer übersetzt werden, aber nicht mit dem Kopf des Benutzers drehen, bis ein Schwellenwert für die Drehung erreicht ist. Sobald diese Drehung erreicht ist, kann das HUD neu ausgerichtet werden, um die Informationen im Sichtfeld des Benutzers darzustellen. Vermeiden Sie die Implementierung einer 1:1-HUD-Drehung und -Übersetzung basierend auf den Kopfbewegungen des Benutzers.

Lesbarkeit von Text

Eine optimale Textlesebarkeit kann dazu beitragen, die Belastung der Augen zu reduzieren und den Benutzerkomfort aufrechtzuerhalten, insbesondere in Anwendungen oder Szenarien, bei denen Benutzer während der Verwendung eines HMD lesen müssen. Die Lesbarkeit von Text hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter:

  • Anzeigeeigenschaften wie Pixeldichte, Helligkeit und Kontrast.
  • Linseneigenschaften wie chromatische Aberration
  • Text-/Schriftarteigenschaften wie Gewichtung, Abstand, Serifen und Schrift-/Hintergrundfarbe.

Im Allgemeinen empfehlen wir, bestimmte Anwendungen auf Lesbarkeit zu testen und schriftgrößen so groß wie möglich zu gestalten, um eine komfortable Erfahrung zu erzielen. Ausführlichere Anleitungen für holografische und immersive Geräte finden Sie auf unseren Seiten Typografie und Text in Unity .

Überlegungen zu holografischem Frame

Für Mixed Reality-Umgebungen mit großen Objekten oder vielen Objekten ist es wichtig zu berücksichtigen, wie viel Kopf- und Halsbewegung erforderlich ist, um mit Inhalten zu interagieren. Erfahrungen lassen sich in drei Kategorien hinsichtlich der Kopfbewegung unterteilen:

  • Horizontal (seitlich)
  • Vertikal (nach oben und unten)
  • Immersive (horizontal und vertikal)

Beschränken Sie die meisten Interaktionen nach Möglichkeit auf horizontale oder vertikale Kategorien, idealerweise mit den meisten Erfahrungen in der Mitte des holografischen Rahmens, während sich der Kopf des Benutzers in einer neutralen Position befindet. Vermeiden Sie Interaktionen, die dazu führen, dass der Benutzer seine Ansicht ständig in eine unnatürliche Kopfposition bewegt (z. B. immer nach oben sucht, um auf eine Tastenmenüinteraktion zuzugreifen).

Der optimale Bereich für den Inhalt liegt 0 bis 35 Grad unter dem Horizont.
Der optimale Bereich für den Inhalt liegt zwischen 0 Grad und 35 Grad unter dem Horizont.

Horizontale Kopfbewegungen sind eher für häufige Interaktionen geeignet, während vertikale Bewegungen für ungewöhnliche Ereignisse reserviert werden sollten. Beispielsweise sollte eine Erfahrung mit einer langen horizontalen Zeitleiste die vertikale Kopfbewegung für Interaktionen (z. B. das Betrachten eines Menüs nach unten) einschränken.

Erwägen Sie, die Ganzkörperbewegung anstatt nur die Kopfbewegung zu fördern, indem Sie Objekte um den Raum des Benutzers platzieren. Erfahrungen mit sich bewegenden Objekten oder großen Objekten sollten besonders auf die Kopfbewegung achten, insbesondere wenn sie häufige Bewegungen entlang der horizontalen und vertikalen Achse erfordern.

Anvisieren der Richtung

Um Augen- und Halsbelastungen zu vermeiden, sollte der Inhalt so gestaltet werden, dass übermäßige Augen- und Halsbewegungen vermieden werden.

  • Vermeiden Sie Anvisieren von Winkeln, die mehr als 10 Grad über dem Horizont liegen (vertikale Bewegung)
  • Vermeiden Sie Anvisieren von Winkeln, die mehr als 60 Grad unter dem Horizont liegen (vertikale Bewegung)
  • Vermeiden Sie Halsdrehungen um mehr als 45 Grad außerhalb der Mitte (horizontale Bewegung)

Der optimale (ruhende) Blickwinkel wird zwischen 10 und 20 Grad unter dem Horizont betrachtet, da der Kopf vor allem bei Aktivitäten leicht nach unten neigt.

Armpositionen

Muskelermüdung kann sich ansammeln, wenn von Benutzern erwartet wird, dass sie eine Hand während der Dauer eines Erlebniss angehoben halten. Es kann auch erbärmlich sein, dass der Benutzer über längere Zeit wiederholt Lufteingabegesten macht. Daher wird empfohlen, dass keine konstanten, wiederholten Gesteneingaben erforderlich sind. Dieses Ziel kann erreicht werden, indem kurze Pausen integriert werden oder eine Mischung aus Gesten- und Spracheingaben für die Interaktion mit der App angeboten wird.

Siehe auch