VR多用户协同移动中主动与被动用户的体验差距探究
一、 作者、机构与发表信息
本研究的核心作者包括Tianren Luo、Fenglin Lu、Jiafu Lv、Xiaohui Tan、Chang Liu、Fangzhi Yan、Jin Huang、Chun Yu、Teng Han以及通讯作者Feng Tian。研究团队主要来自中国科学院软件研究所、首都师范大学信息工程学院、中国传媒大学媒体融合与传播国家重点实验室以及北京师范大学、清华大学等国内知名高校及研究机构。该研究成果以题为《Exploring Experience Gaps Between Active and Passive Users During Multi-User Locomotion in VR》的论文形式，发表于人机交互领域的顶级会议ACM CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (CHI ‘24)，会议于2024年5月11日至16日在美国夏威夷檀香山举行。
二、 学术背景与研究目的
本研究属于人机交互（Human-Computer Interaction, HCI）与虚拟现实（Virtual Reality, VR）交叉领域，具体聚焦于多用户VR协同移动（Co-locomotion）中的用户体验问题。随着VR设备的普及，多用户协同活动（如多人游戏、团队训练、虚拟导览、VR直播）日益增多。在这些场景中，常出现一种交互模式：一名用户（主动用户）控制应用移动，而其他用户（被动用户）则作为“乘客”跟随移动。这种模式虽能节省被动用户的导航精力，但也带来了独特的挑战。
研究的核心动机源于一个关键观察：在协同移动过程中，主动用户与被动用户之间存在显著的“体验差距”（Experience Gap）。这种差距主要源于感觉冲突（Sensory Conflict）和移动意图（Locomotion Intention）的差异。主动用户通过自身操作（如行走、推动摇杆）产生移动意图，其视觉、前庭觉和本体感觉（Proprioception）在一定程度上是协调的。而被动用户无法预知移动，其视觉接收到的运动信号与静止或有限活动的身体所感知到的前庭/本体感觉严重不匹配，导致更强烈的感官冲突，从而可能引发晕动症（Motion Sickness）、空间迷失感、临场感（Presence）和移动感（Locomotion Sensation）下降等不适体验。
尽管已有大量关于单用户VR移动的研究，但对多用户协同移动中这种体验差距的系统性探索仍很有限。现有研究多关注创新移动方法或意图沟通，但缺乏对多种协同移动情境下，特别是由不同感觉冲突类型和水平驱动的、暂时性体验差距的深入理解。因此，本研究旨在系统性探究在多用户VR协同移动的不同情境中，主动与被动用户之间在生理、心理及认知体验指标上的差距，分析其成因，并为设计更舒适、包容的协同VR应用提供依据。
具体研究目标包括：1) 定义典型的VR多用户协同移动情境及相关影响因素；2) 系统探索不同移动条件和子移动组合下的体验差距，以及各种因素（如移动类型、速度、个体差异）对这些差距的影响；3) 基于可接受性差异，识别值得注意、避免或干预的协同移动情境。
三、 研究设计与详细流程
本研究采用受控用户实验方法，系统性地对比了不同协同移动情境下主动用户与被动用户的体验。整个工作流程严谨，包含以下几个核心阶段：
1. 实验设计与前期研究（预实验）： 研究者首先基于文献综述和设计考量，确定了实验的自变量。主动用户的移动方式选择了三种代表性方法：物理行走（Walking，感觉一致）、摇杆飞行（Flying Joystick，连续人工控制，存在感觉冲突）和瞬移（Teleportation，离散移动，冲突最小）。被动用户的行为选择了两种基本模式：静止站立（Standing Still）和环顾四周（Looking Around）。由此组合出6种实验条件（Condition）：WS（行走+静止）、WL（行走+环顾）、FS（飞行+静止）、FL（飞行+环顾）、TS（瞬移+静止）、TL（瞬移+环顾）。
进一步，研究者将完整的移动分解为子移动（Sublocomotion），例如主动用户的一次平移或旋转，被动用户的一次静止或头部转动。通过组合不同的子移动类型和速度参数，为每个条件构建了一系列移动节点（Locomotion Node），用于捕捉短暂的体验变化。例如，WL条件下包含“主动用户向前走”与“被动用户上下看”的组合节点。
通过一项有8名参与者参加的预实验，研究者确定了每种子移动（如行走速度、头部转动速度、瞬移间隔）的具体参数值（一大一小两个水平），以确保实验设置贴近真实的协同移动场景。
2. 参与者与配对： 研究招募了48名大学生参与者（25男，23女），平均年龄23.1岁。所有参与者均完成了晕动症易感性问卷（Motion Sickness Susceptibility Questionnaire, MSSQ），并根据得分（>11.3为易感）被分类为“易眩晕”或“不易眩晕”。参与者被分为24对，每对由一名主动用户和一名被动用户组成。配对考虑了四种晕动症易感性组合：易感-易感、不易感-不易感、易感-不易感、不易感-易感，以研究个体差异对体验差距的影响。
3. 实验场景与设备： 实验在一个丰富的城市虚拟场景中进行。为了模拟协同移动但避免网络延迟和协作问题的干扰，研究采用异步分离移动的方法：首先，所有24名主动用户依次完成所有条件下的移动节点，其移动轨迹被记录；随后，24名被动用户按照与配对主动用户完全相同的顺序和轨迹执行移动节点，从而“重放”协同移动过程。 实验使用Oculus Quest 2头戴式显示器，并为主动用户的行走条件提供了足够的室内物理空间。为了精确控制移动参数（如速度、间隔），研究使用了引导物体（如半透明小球、带倒计时的圆盘）来指导参与者的移动节奏。
4. 实验流程与测量： 实验采用被试内设计，所有参与者都需完成所有6个条件，条件顺序进行了平衡。每个条件包含多个移动节点（通过重复抽样使每个条件节点数一致为48个），每个节点持续8秒。 核心测量分为两部分： * 暂时性体验测量：在每个移动节点结束后，参与者立即在VR内填写5个单项量表，评估该节点期间的瞬时体验。包括：生理舒适度（如头晕、恶心感）、心理舒适度（如恐惧、不安感）、临场感（感觉身处虚拟世界的程度）、移动感（感觉自己正在移动的程度）以及可接受性（是否愿意在未来频繁体验）。除可接受性为二分（0/1）外，其余均为0-10分。 * 整体体验测量：在每个条件的所有节点完成后，参与者退出VR，填写三份事后问卷：模拟器疾病问卷（Simulator Sickness Questionnaire, SSQ，评估晕动症状）、临场感量表（Presence Scale）以及一份自定义问卷（评估整体移动感、心理舒适度和条件可接受性）。
此外，实验结束后还进行了访谈以收集定性反馈。为防止运动不适的累积效应，条件间设有充分休息时间。
5. 数据分析方法： 研究共收集了69120个暂时性体验数据点和864个整体体验数据点。由于数据大多不服从正态分布，主要使用中位数进行描述。采用威尔科克森符号秩检验（Wilcoxon signed-rank tests）比较主动与被动用户在每种条件/子移动组合下的体验差异。采用弗里德曼检验（Friedman tests）及事后比较分析不同条件、速度组合、MSS组合之间的体验差距是否显著。效应量通过r值或肯德尔W系数（Kendall’s W）表示。通过雷达图、箱线图和表格等形式可视化呈现结果。
四、 主要研究结果
研究结果全面揭示了不同层面存在的体验差距及其影响因素。
1. 整体条件层面的体验差距（事后问卷）： 在所有6种条件中，主动用户与被动用户之间至少在一种体验指标上存在显著差异。其中，FS（飞行+静止）条件在所有四项指标（SSQ、临场感、移动感、心理舒适度）上均显示出显著差距。具体而言： * 生理不适（SSQ）：在WS、WL、FS、FL条件下，被动用户的晕动症状显著高于主动用户。 * 临场感与移动感：在FS、TS、TL条件下，主动用户的临场感显著高于被动用户。在WS和FS条件下，主动用户的移动感显著更强。 * 心理舒适度：在FS、FL、TL条件下，主动用户的心理舒适度显著更高。 * 条件可接受性：绝大多数主动用户能接受所有条件，但超过半数的被动用户无法接受WL、FS、FL和TL条件。可接受性差距最大的是WS（50%），最小的是FL（25%）。
2. 子移动组合层面的暂时性体验差距： 这是本研究深入洞察的关键。分析特定子移动组合的暂时性体验，发现了更细微的规律： * 旋转的放大效应：当主动用户旋转（如转身）而被动用户同时环顾时，体验差距最为剧烈。无论两者旋转轴相同（如都左右转）还是不同（如主动用户滚转，被动用户上下看），都会在多个指标上产生显著的大差距，且超过一半的被动用户无法接受。这是因为被动用户的视觉感知到复合旋转，与前庭觉感知的单轴旋转产生严重冲突，可能诱发类似“科里奥利效应”的不适。 * 平移与环顾的协同效应：一个有趣的发现是，当主动用户平移（如前移、上升）而被动用户朝相似方向环顾（如上下看）时，被动用户在临场感和移动感上的评分有时甚至超过了主动用户，出现负向差距（即被动用户体验更好）。研究者推测，头部转动本身包含弧线平移成分，当与视觉平移方向协同时，可能误导大脑产生更强的平移错觉。 * 特定移动的影响：在飞行条件下，主动用户的滚转（Roll）动作对双方生理不适影响最大；垂直平移（上升/下降）容易引起被动用户的恐惧或不安（心理不适）。在瞬移条件下，移动的中断性会显著降低被动用户的临场感和心理舒适度。
3. 速度/间隔与晕动症易感性的影响： * 速度/间隔：高速/短间隔的移动会显著扩大体验差距。在被动用户静止的条件下（WS, FS, TS），高速带来的差距大于低速。在被动用户环顾的条件下（WL, FL, TL），高速-高速环顾组合产生的差距最大，而低速-低速环顾组合的差距最小。值得注意的是，高速-低速环顾的差距通常大于低速-高速环顾，这表明主动用户的移动参数对体验差距的影响比被动用户的行为参数更为关键。 * 晕动症易感性：MSS组合不仅显著影响晕动症（SSQ）的差距，也影响临场感的差距。不易感-易感组合的体验差距最大，而易感-不易感组合的差距最小。这为实际应用中用户配对提供了参考：让易眩晕者作为主动用户（拥有控制权可自行调整），不易眩晕者作为被动用户，有助于缩小整体体验差距。有趣的是，MSS组合对移动感和心理舒适度的差距没有显著影响。
五、 结论与研究价值
本研究首次系统、全面地探索了VR多用户协同移动中主动与被动用户之间的体验差距，特别是聚焦于由不同感觉冲突类型和水平驱动的暂时性体验差距。主要结论如下：
研究的科学价值与应用价值： * 理论贡献：深化了对多用户VR环境中感觉运动整合（Sensorimotor Integration）和感知机制的理解，特别是揭示了在协同移动背景下，不同感觉输入与运动意图交互如何影响主观体验。 * 设计指导：为VR多用户应用开发者提供了具体的设计指南： * 情境选择：优先考虑体验差距较小的条件（如WS, TS）。 * 行为引导/干预：在设计中应避免或主动干预可能导致巨大体验差距的子移动组合（如主动用户旋转时提示被动用户避免环顾）。可以利用动态元素吸引用户注意力，引导其行为。 * 参数设置：合理设置移动速度，优先优化主动用户的控制参数。 * 用户配对：在可能的情况下，考虑将易眩晕者安排为主动用户。 * 方法论贡献：采用了结合暂时性体验测量（单项量表）和整体体验测量（事后问卷）的综合评估方法，并设计了系统的子移动组合分析框架，为未来相关研究提供了范例。
六、 研究亮点
七、 其他有价值内容
研究在讨论部分还展望了未来的研究方向，包括探索基于暂时性体验差距结果的动态自动化感觉干预方法。例如：当主动用户转身时，系统自动向被动用户提供视觉文字提醒；当被动用户环顾时，向主动用户手柄施加震动以阻止其瞬移；或对主动用户施加前庭电刺激（GVS）使其感受与被动用户相似的前庭感觉，从而更及时地调整移动行为等。这些设想为构建自适应、减少不适的协同VR系统提供了前瞻性思路。同时，研究也指出了当前工作的局限，如可能存在的运动不适残留效应、实验情境与真实社交协作场景的差异等，为后续研究指明了改进方向。