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微软的HoloLens不适用于AR辅助手术

作者: 魔杰作

时间: 2019-06-13 18:36

关键词: 微软,AR辅助,手术,HoloLen

测试者使用HoloLens完成任务与裸眼相比准确率低且更容易疲劳

图源:Microsoft

只需要一台适配的设备,一些写入的程序,然后轻击开关键,增强现实技术(AR)就能够改变全世界——或者说改变的是眼前几厘米的世界。但在当今工业急速发展并努力改进AR体验时,一个重要的天然壁垒也务须攻破:我们眼睛聚焦物体的方式。

最新研究表明人类的眼睛还不能够同时聚焦两个相邻物体——一个在现实中,一个在虚拟环境中。发表在五月六日的IEEE Transactions on Biomedical Engineering上的研究表明目前科技无法做到利用AR辅助在双手两米左右的范围内完成一个需要高精度的任务。而这对设计相关AR辅助程序的研究者来说可能是个坏消息。举例来说,一些科研学者正在探索使用AR来指导外科医生完成精确手术切口的可能性,或尝试在骨头表面架设虚拟坐标来指导完成重组手术。但如果我们的眼睛无法同时聚焦虚拟和现实的物体(这种现象也称作“焦点竞争”),那么就有可能会产生误差。

在这项新研究中,比萨大学的Sara Condino, Vincenzo Ferrari和同事们通过实验测试了“焦点竞争”对测试者借助AR完成一些精确任务的影响。研究者们选取了20位测试者,并要求他们分别完成一项名叫“连接点”的实验。这项实验通过测试者们头戴的可透光(OST)设备将一串带编号的序列点投影到测试者眼前的半透明显示屏上——这种头戴式可透光的AR设备可以使用户看到显示屏上电脑生成的内容,同时可以看到显示屏外现实中的事物。在这项实验中研究者们选用的是目前最先进的OST设备之一——微软的HoloLens。

图源:EndoCas

测试者佩戴HoLoLens进行“连接点”等一系列AR测试

“连接点”任务会在显示屏上投影带编号的一系列虚拟点,而测试者需要把这些虚拟点在现实中的位置用笔和尺子在纸上连接起来。“这项任务迫使测试者的双眼同时聚焦在虚拟物体和现实物体上,”Condino解释道。

测试者们在四种测试条件下完成此项测试:带或不带AR设备,只睁开一只眼或两个眼都睁开。每种条件下研究者们都会记录和评估测试者们的完成测试所用时间和准确度,随后询问测试者们自己的感受。

测试者们声明,使用或不使用AR设备从个人感觉上对完成任务没有产生太大影响。但测试数据所展示的结果却是截然不同的:在使用HoloLens的情况下,测试者们的平均误差是2.3毫米(最大误差为5.9毫米),而在裸眼测试情况下,这项平均误差是0.9毫米。

图源:EndoCas

这两张图片模拟了用户使用AR设备时遇到的焦点竞争问题。左侧图片中的镜头聚焦在尺子和笔上。右侧图片的镜头聚焦在投影的数字上。

“很不幸的是,用户们并不会注意到在完成有AR辅助的任务时自己所制造的巨大误差,”参与此项研究的学者Marina Carbone如实地说。同时,她还注意到测试者提到了在完成有AR辅助的任务时更容易产生疲劳感。Carbone说,“为了进一步对此进行评估,我们准备在之后的重复测试中收集EEG(脑电图)数据。”

研究团队也在计划研发一套可以在OST和VST(视频可透)模式下切换的新型混合式AR系统,用于进一步研究与AR辅助的手术的相关问题。这种新型混合系统可以通过头戴的外置相机来实时的把现实环境导入到虚拟环境当中,以便更好的把现实环境中的设施和虚拟环境中的设施相结合。通过比对两套AR系统,研究团队能够更好的跨平台去理解人类视觉的各种限制。

值得注意的是,OST(可透光)设备利用的光场显示(light field display)技术可以克服目前研究方法里的所有限制——但这种技术依然处于早期开发状态。

参考:IEEE SPECTRUM

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