17、虚拟现实环境中的用户认知负荷研究

虚拟现实环境中的用户认知负荷研究

1. 引言

虚拟现实（VR）技术在制造、航天、教育和医疗等领域的训练模拟器设计与开发中应用日益广泛。随着支持VR的平台增多，其在各类外科手术模拟中的应用也不断增加。然而，当前研究主要集中在外科模拟器开发中的软硬件问题，对于VR环境设计中的人因方面关注不足。本文聚焦于基于人机交互（HCI）的设计标准，旨在理解这些标准在骨科手术训练VR模拟器设计、开发和评估中的影响。

认知负荷是指用户执行特定任务时所使用的工作记忆负荷。在学习复杂任务时，认知负荷是关键因素。工作记忆因人而异，若任务复杂度超过个人工作记忆，学习将受负面影响，导致认知过载。认知负荷理论将其分为内在负荷和外在负荷，前者由学习主题的性质决定，后者由信息或指令的呈现方式决定。

测量认知负荷的方法有主观和客观之分。主观方法包括NASA TLX测试、Paas量表等；客观方法如双任务测量，以及通过测量瞳孔扩张、脑电图（EEG）和心率等生理参数。此前研究多关注负荷评估方法，而未着重开发在XR环境中增加用户认知负荷的场景。本文通过两项研究，探讨个性特征和压力诱导因素对用户在VR训练环境中认知负荷的影响。

2. 研究因素分析

• 个性特征 ：在人机交互（HCI）领域，3D虚拟现实（VR）环境设计是研究重点。VR沉浸式训练环境在许多职业场景中应用广泛，但用户对沉浸式媒体的体验差异是否影响学习效果尚待研究。
  • 吸收性是一种个性特征，指个体完全投入真实或想象体验事件的倾向，会导致“自我感改变”，使人专注于体验而不受外界干扰。研究表明，吸收性与空间存在感密切相关，但在VR学习成果方面的研究较少