Comfort
Tijdens natuurlijke weergave is het menselijke visuele systeem afhankelijk van meerdere informatiebronnen, of 'aanwijzingen', om 3D-vormen en de relatieve posities van objecten te interpreteren. Sommige aanwijzingen zijn alleen afhankelijk van één oog of monoculaire cue, waaronder:
Andere aanwijzingen zijn afhankelijk van beide ogen, of verrekijkers, en omvatten:
- Vergence - in wezen de relatieve draaiingen van de ogen die nodig zijn om naar een object te kijken
- Binoculaire dispariteit - het patroon van verschillen tussen de projecties van de scène op de achterkant van de twee ogen
Om maximaal comfort op hoofdbeeldschermen te garanderen, is het belangrijk om inhoud te maken en te presenteren op een manier die hints in de natuurlijke wereld nabootst. Vanuit een fysiek perspectief is het ook belangrijk om inhoud te ontwerpen waarvoor geen vermoeiende bewegingen van de nek of armen nodig zijn. In dit artikel worden belangrijke overwegingen besproken om rekening te houden met het bereiken van deze doelen.
Vergence-accommodatie conflict
Om objecten duidelijk te kunnen zien, moeten mensen de focus van hun ogen aanpassen aan de afstand van het object. Tegelijkertijd moet de draaiing van beide ogen convergeren naar de afstand van het object om dubbele beelden te voorkomen. In natuurlijke weergave, vergence en accommodatie zijn verbonden. Wanneer u bijvoorbeeld iets in de buurt bekijkt, vliegt een huis dicht bij uw neus, uw ogen kruisen en passen zich aan een nabijgelegen punt. Als je daarentegen iets optisch oneindig bekijkt (ongeveer beginnend bij 6 m of verder voor normaal gezichtsvermogen), worden de gezichtslijnen van je ogen parallel en de lenzen van je ogen zijn geschikt voor oneindigheid.
In de meeste op de kop gemonteerde beeldschermen passen gebruikers altijd de brandpuntsafstand van het beeldscherm toe om een scherp beeld te krijgen, maar convergeren naar de afstand van het object van belang om één afbeelding te krijgen. Wanneer gebruikers zich op verschillende afstanden bevinden en convergeren, wordt de natuurlijke verbinding tussen de twee aanwijzingen verbroken, wat leidt tot visuele ongemakken of vermoeidheid.
Richtlijnen voor holografische apparaten
HoloLens-beeldschermen zijn vastgezet op een optische afstand van ongeveer 2,0 m van de gebruiker. Gebruikers moeten altijd in de buurt van 2,0 m passen om een duidelijk beeld in het apparaat te behouden. App-ontwikkelaars kunnen helpen waar de ogen van gebruikers samenkomen door inhoud en hologrammen op verschillende diepten te plaatsen. Ongemak van het vergence-accommodatie-conflict kan worden vermeden of geminimaliseerd door inhoud waarop gebruikers convergeren zo dicht mogelijk bij 2,0 m te houden. Plaats bijvoorbeeld in een scène met veel diepte waar mogelijk de interessegebieden in de buurt van 2,0 m van de gebruiker. Wanneer inhoud niet in de buurt van 2,0 m kan worden geplaatst, is het ongemak van het vergence-accommodatieconflict het grootst wanneer de blik van de gebruiker heen en weer schakelt tussen verschillende afstanden. Met andere woorden, het is veel comfortabeler om te kijken naar een stationair hologram dat op 50 cm afstand blijft dan naar een hologram op 50 cm afstand dat in de loop van de tijd naar u toe en weg beweegt.
Optimale afstand voor het plaatsen van hologrammen tot de gebruiker
Aanbevolen procedures voor HoloLens (1e generatie) en HoloLens 2
Voor maximaal comfort is de optimale zone voor plaatsing van hologrammen tussen 1,25 m en 5 m. In elk geval moeten ontwerpers proberen inhoudsscènes te structureren om gebruikers aan te moedigen om 1 m of verder van de inhoud te werken (bijvoorbeeld de inhoudsgrootte en standaardplaatsingsparameters aanpassen).
Hoewel inhoud af en toe dichter dan 1 m moet worden weergegeven, raden we u af om hologrammen dichter dan 40 cm te presenteren. Daarom raden we aan om inhoud bij 40 cm te vervagen en een rendering-knipvlak op 30 cm te plaatsen om objecten in de buurt te voorkomen.
Objecten die diep bewegen, zijn waarschijnlijker dan stationaire objecten om ongemak te veroorzaken vanwege het vergence-accommodatie-conflict. Op dezelfde manier kan het vereisen dat gebruikers snel schakelen tussen bijna-focus en verbijsterde focus (bijvoorbeeld omdat een pop-up hologram directe interactie vereist) visuele ongemakken en vermoeidheid veroorzaken. U moet extra voorzichtig zijn om het aantal gebruikers te minimaliseren: inhoud bekijken die diep wordt verplaatst of snel de focus schakelen tussen hologrammen dichtbij en ver weg.
Andere overwegingen voor HoloLens 2 en bijna-interactieafstanden
Bij het ontwerpen van inhoud voor directe (bijna)interactie in HoloLens 2, of in toepassingen waar inhoud dichter dan 1 m moet worden geplaatst, moet extra aandacht worden besteed aan het comfort van de gebruiker. De kans op ongemak als gevolg van het vergence-accommodatieconflict neemt exponentieel toe met een afnemende kijkafstand. Bovendien kunnen gebruikers meer wazigheid ervaren bij het bekijken van inhoud op bijna interactieafstand, dus we raden u aan inhoud te testen die zowel binnen de zone van optimale hologramplaatsing als dichterbij (minder dan 1,0 m naar beneden naar het knipvlak) wordt weergegeven om ervoor te zorgen dat deze duidelijk en gemakkelijk te bekijken blijft.
We raden u aan een 'dieptebudget' te maken voor apps op basis van de hoeveelheid tijd die een gebruiker verwacht om inhoud te bekijken die bijna (minder dan 1,0 m) is en uitgebreid moet worden verplaatst. Een voorbeeld is om te voorkomen dat de gebruiker meer dan 25% van de tijd in dergelijke situaties wordt geplaatst. Als het dieptebudget wordt overschreden, raden we u aan zorgvuldige gebruikerstests uit te voeren om ervoor te zorgen dat het een comfortabele ervaring blijft.
Over het algemeen raden we ook aan om zorgvuldige tests uit te voeren om ervoor te zorgen dat eventuele interactievereisten (bijvoorbeeld bewegingssnelheid, bereikbaarheid, enz.) op bijna-interactieafstand comfortabel blijven voor gebruikers.
Richtlijnen voor insluitende apparaten
Voor insluitende apparaten zijn de richtlijnen en best practices voor HoloLens nog steeds van toepassing, maar de specifieke waarden voor de Zone of Comfort worden verschoven, afhankelijk van de brandpuntsafstand tot het beeldscherm. Over het algemeen liggen de brandpuntsafstanden van deze beeldschermen tussen 1,25m-2,5m. Als u twijfelt, kunt u voorkomen dat interessante objecten te dicht bij gebruikers worden weergegeven en probeer in plaats daarvan de meeste inhoud 1 m of verder weg te houden.
Interpupillaire afstand en verticale verschuiving
Bij het bekijken van digitale inhoud op hoofdbeeldschermen (HMD) is de positie van de ogen van een kijker op basis van de weergavepositie van digitale inhoud essentieel. Zowel interpupillary distance (IPD) als vertical offset (VO) zijn belangrijk voor een comfortabele weergave van digitale inhoud in HMD's.
IPD verwijst naar de afstand tussen de pupillen of centra van de ogen van een individu. VO verwijst naar de mogelijke verticale verschuiving van digitale inhoud die aan elk oog wordt getoond ten opzichte van de horizontale as van de ogen van de kijker (dit is met name NIET hetzelfde als horizontale verschuiving of binoculaire dispariteit). Een onjuiste afstemming van een of beide factoren op een individuele gebruiker kan de effecten van ongemak door vergence-accommodatieconflicten verergeren, maar het kan zelfs ongemak veroorzaken wanneer het V-A-conflict wordt geminimaliseerd (bijvoorbeeld voor inhoud die wordt weergegeven op de brandpuntsafstand van 2,0 m van de HoloLens).
Richtlijnen voor holografische apparaten
HoloLens (1e generatie)
Voor HoloLens (1e generatie) wordt IPD geschat en ingesteld tijdens de kalibratie van het apparaat. Voor nieuwe gebruikers van een apparaat dat al is ingesteld, moet de kalibratie worden uitgevoerd of moet de IPD handmatig worden ingesteld. VO is volledig afhankelijk van de pasvorm van het apparaat. Om VO te minimaliseren, moet het apparaat op het hoofd van een gebruiker rusten, zodat de beeldschermen gelijk zijn met de as van zijn/haar ogen.
HoloLens 2
Voor HoloLens 2 wordt de IPD geschat en ingesteld tijdens de oog-/apparaatkalibratie. Voor nieuwe gebruikers van een apparaat dat al is ingesteld, moet kalibratie worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat IPD correct is ingesteld. VO wordt automatisch verwerkt in HoloLens 2.
Richtlijnen voor insluitende apparaten
Windows Mixed Reality immersive HMD's hebben geen automatische kalibratie voor IPD of VO. IPD kan handmatig worden ingesteld in software (onder Mixed Reality Portal-instellingen, zie kalibratie), of sommige HMD's hebben een mechanische schuifregelaar waarmee de gebruiker de afstand van de lenzen kan aanpassen aan een comfortabele positie die ongeveer overeenkomt met hun IPD.
Renderingsnelheden
Mixed reality-apps zijn uniek omdat gebruikers zich vrij in de wereld kunnen bewegen en kunnen communiceren met virtuele inhoud alsof het echte objecten zijn. Om deze indruk te behouden, is het essentieel om hologrammen weer te geven, zodat ze stabiel lijken in de wereld en soepel kunnen worden geanimeerd. Met een weergave van minimaal 60 frames per seconde (FPS) kunt u dit doel bereiken. Er zijn enkele Mixed Reality apparaten die ondersteuning bieden voor rendering bij framerates hoger dan 60 FPS en voor deze apparaten wordt aanbevolen om te renderen met de hogere framerates om een optimale gebruikerservaring te bieden.
Dieper duiken
Om hologrammen te tekenen, alsof ze stabiel zijn in de echte of virtuele wereld, moeten apps afbeeldingen weergeven vanaf de positie van de gebruiker. Omdat het weergeven van afbeeldingen tijd kost, voorspellen HoloLens en andere Windows Mixed Reality apparaten waar het hoofd van een gebruiker zich bevindt wanneer de afbeeldingen in de beeldschermen worden weergegeven. Dit voorspellingsgoritme is een benadering. Windows Mixed Reality algoritmen en hardware wordt de weergegeven afbeelding aangepast om rekening te houden met de discrepantie tussen de voorspelde hoofdpositie en de werkelijke hoofdpositie. Dit proces zorgt ervoor dat de afbeelding die door de gebruiker wordt gezien, wordt weergegeven alsof deze vanaf de juiste locatie wordt weergegeven, en hologrammen voelen stabiel aan. De updates werken het beste voor kleine wijzigingen in de hoofdpositie en ze kunnen niet volledig rekening houden met bepaalde weergegeven afbeeldingsverschillen, zoals die worden veroorzaakt door motion-parallax.
Door te renderen met een minimale framesnelheid van 60 FPS, doet u twee dingen om stabiele hologrammen te maken:
- Het verminderen van het uiterlijk van judder, die wordt gekenmerkt door ongelijke beweging en dubbele afbeeldingen. Snellere hologrambewegingen en lagere rendersnelheden zijn gekoppeld aan meer uitgesproken judder. Als u er daarom naar streeft om altijd 60 FPS (of de maximale rendersnelheid van uw apparaat) te behouden, voorkomt u judder voor het verplaatsen van hologrammen.
- De algehele latentie minimaliseren. In een engine met een gamethread en een renderthread die wordt uitgevoerd in lockstep, kan uitvoering op 30FPS 33,3 ms extra latentie toevoegen. Door de latentie te verminderen, vermindert dit de voorspellingsfout en verhoogt het de stabiliteit van hologrammen.
Prestatieanalyse
Er zijn verschillende hulpprogramma's die kunnen worden gebruikt om de framesnelheid van uw toepassing te benchmarken, zoals:
- GPUView
- Visual Studio Graphics Debugger
- Profilers die zijn ingebouwd in 3D-engines, zoals het Frame Debugger in Unity
Zelfbeweging en gebruikersmotie
De enige beperking is de grootte van uw fysieke ruimte; Als u gebruikers wilt toestaan om verder te gaan in de virtuele omgeving dan in hun echte ruimte, moet een vorm van puur virtuele beweging worden geïmplementeerd. Aanhoudende virtuele bewegingen die niet overeenkomen met de werkelijke, fysieke beweging van de gebruiker, kunnen echter vaak bewegingsziekte veroorzaken. Dit resultaat is omdat de visuele aanwijzingen voor zelfbeweging van de virtuele wereld conflicteren met de vestibulaire aanwijzingen voor zelfbeweging die afkomstig zijn uit de echte wereld.
Gelukkig zijn er tips voor het implementeren van gebruikersbewegingen die het probleem kunnen helpen voorkomen:
- Geef de gebruiker altijd de controle over zijn bewegingen; onverwachte zelfbeweging is problematisch
- Mensen zijn gevoelig voor de richting van de zwaartekracht. Daarom moeten vooral verticale bewegingen die niet door de gebruiker worden geïnitieerd, worden vermeden.
Richtlijnen voor holografische apparaten
Een methode waarmee de gebruiker naar een andere locatie in een grote virtuele omgeving kan gaan, is om de indruk te geven dat ze een klein object in de scène verplaatsen. Dit effect kan als volgt worden bereikt:
- Geef een interface op waar de gebruiker een locatie kan selecteren in de virtuele omgeving waar hij of zij zich wil verplaatsen.
- Bij selectie verkleint u de scène die wordt weergegeven tot een schijf rond de gewenste plek.
- Terwijl de plek geselecteerd blijft, staat u de gebruiker toe deze te verplaatsen alsof het een klein object is. De gebruiker kan de selectie vervolgens dicht bij zijn voeten verplaatsen.
- Bij het opheffen van de selectie hervat u de weergave van de hele scène.
Richtlijnen voor insluitende apparaten
De voorgaande holografische apparaatbenadering werkt niet zo goed in een insluitende apparaat, omdat de app een grote zwarte leegte of een andere standaardomgeving moet weergeven tijdens het verplaatsen van de 'schijf'. Deze behandeling verstoort het gevoel van onderdompeling. Een truc voor de bewegingsmotie van gebruikers in een immersive headset is de 'blink'-benadering. Deze implementatie biedt de gebruiker controle over zijn beweging en geeft een korte indruk van beweging, maar maakt het zo kort dat de gebruiker zich minder snel gedesoriënteerd voelt door de puur virtuele zelfbeweging:
- Geef een interface op waar de gebruiker een locatie kan selecteren in de virtuele omgeving waar hij of zij zich wil verplaatsen.
- Start bij selectie een snelle gesimuleerde beweging (100 m/s) naar die locatie terwijl de rendering snel vervaagt.
- De weergave weer infaden na het voltooien van de vertaling.
Heads-upbeeldschermen
In first-person-shooter-videogames presenteren heads-up displays (HUD's) permanent informatie zoals de status van de speler, minikaarten en inventarissen rechtstreeks op het scherm. HUD's werken goed om de speler op de hoogte te houden zonder de gameplay-ervaring te beindigen. In mixed reality-ervaringen kunnen HUD's aanzienlijk ongemak veroorzaken en moeten ze worden aangepast aan de meer meeslepende context. Met name HUD's die vastzitten aan de hoofdstand van de gebruiker, veroorzaken waarschijnlijk ongemak. Als voor een app een HUD is vereist, raden we u aan het lichaam te vergrendelen in plaats van hoofdvergrendeling. Deze behandeling kan worden geïmplementeerd als een set beeldschermen die onmiddellijk worden vertaald met de gebruiker, maar niet met het hoofd van de gebruiker roteren totdat een drempelwaarde voor rotatie is bereikt. Zodra deze rotatie is bereikt, kan de HUD zich omdraaien om de informatie in het weergaveveld van de gebruiker weer te geven. Vermijd het implementeren van 1:1 HUD-rotatie en vertaling op basis van de hoofdbewegingen van de gebruiker.
Leesbaarheid van tekst
Optimale leesbaarheid van tekst kan helpen om de belasting van de ogen te verminderen en het comfort van de gebruiker te behouden, met name in toepassingen of scenario's waarin gebruikers moeten lezen tijdens het gebruik van een HMD. De leesbaarheid van tekst is afhankelijk van verschillende factoren, waaronder:
- Weergave-eigenschappen zoals pixeldichtheid, helderheid en contrast.
- Lenseigenschappen zoals chromatische aberratie
- Eigenschappen van tekst/lettertype, zoals gewicht, afstand, serifs en tekst-/achtergrondkleur.
Over het algemeen raden we u aan specifieke toepassingen te testen op leesbaarheid en tekengrootten zo groot mogelijk te maken voor een comfortabele ervaring. Meer gedetailleerde richtlijnen voor holografische en immersive apparaten vindt u op onze pagina's Typografie en Tekst op Unity .
Overwegingen voor holografisch frame
Voor mixed reality-ervaringen met grote objecten of veel objecten is het van cruciaal belang om na te gaan hoeveel hoofd- en nekbewegingen nodig zijn om met inhoud te communiceren. Ervaringen kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën in termen van hoofdbeweging:
- Horizontaal (naast elkaar)
- Verticaal (omhoog en omlaag)
- Insluitende (zowel horizontaal als verticaal)
Beperk waar mogelijk de meeste interacties tot horizontale of verticale categorieën, idealiter met de meeste ervaringen die plaatsvinden in het midden van het holografische frame terwijl het hoofd van de gebruiker zich in een neutrale positie bevindt. Vermijd interacties die ertoe leiden dat de gebruiker de weergave voortdurend verplaatst naar een onnatuurlijke hoofdpositie (bijvoorbeeld altijd omhoog kijken om toegang te krijgen tot een toetsmenuinteractie).
Optimale regio voor inhoud is 0 graden tot 35 graden onder de horizon
Horizontale hoofdbewegingen zijn meer bedoeld voor frequente interacties, terwijl verticale bewegingen moeten worden gereserveerd voor ongebruikelijke gebeurtenissen. Een ervaring met een lange horizontale tijdlijn moet bijvoorbeeld de verticale hoofdbeweging beperken voor interacties (zoals omlaag kijken in een menu).
Overweeg om volledige lichaamsbewegingen te stimuleren, in plaats van alleen hoofdbewegingen, door objecten rond de ruimte van de gebruiker te plaatsen. Ervaringen met bewegende objecten of grote objecten moeten speciale aandacht besteden aan hoofdbewegingen, met name wanneer ze frequente beweging langs zowel de horizontale als verticale as vereisen.
Staarrichting
Om belasting van ogen en nek te voorkomen, moet de inhoud zo worden ontworpen dat overmatige oog- en nekbewegingen worden vermeden.
- Vermijd staarhoeken meer dan 10 graden boven de horizon (verticale beweging)
- Vermijd staarhoeken meer dan 60 graden onder de horizon (verticale beweging)
- Vermijd nekrotaties meer dan 45 graden buiten het midden (horizontale beweging)
De optimale (rustende) blikhoek wordt beschouwd tussen 10-20 graden onder de horizon, omdat het hoofd de neiging heeft om iets naar beneden te kantelen, vooral tijdens activiteiten.
Armposities
Spiermoeheid kan zich ophopen wanneer van gebruikers wordt verwacht dat ze een hand omhoog houden gedurende de duur van een ervaring. Het kan ook vermoeiend zijn om te vereisen dat de gebruiker herhaaldelijk luchttikbewegingen over lange tijd maakt. We raden u daarom aan om te voorkomen dat constante, herhaalde bewegingen worden ingevoerd. Dit doel kan worden bereikt door korte pauzes op te nemen of een combinatie van gebaar en spraakinvoer aan te bieden om met de app te communiceren.