City Walk: Preliminary Insights into Embodied Immersive VR for Spatial Navigation
本文介绍了用于评估空间导航的虚拟现实（VR）严肃游戏“城市漫步”（City Walk），并报告了一项试点研究，该研究证明其增强沉浸式VR配置（结合了头戴式显示器与全向跑步机）是可行的、广受好评的，并且与桌面级VR相比，尽管完成时间较长，但在路径准确度和地标定位方面表现更优。
原始论文采用 CC BY 4.0 许可（https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。 这是一篇未经同行评审的预印本的AI生成解释。这不是医疗建议。请勿根据此内容做出健康决定。 阅读完整免责声明
从一个地方到另一个地方是人类的一项基本技能，然而我们的大脑如何构建世界的心理地图仍然是一个复杂的谜团。为了有效地导航，我们依赖两种截然不同的心理策略。一种是简单的、循序渐进的方法，比如记得在面包店左转，在公园右转；这是一种基于路径的方法，当你熟悉某条路径时效果很好，但如果你被移动到一个新的起点，这种方法就会失效。另一种是更灵活的、鸟瞰式的策略，即大脑构建一个整个区域的认知地图，使你能够理解各个地标之间的相互关系，并即使从一个陌生的地点也能规划出一条新路线。科学家们长期以来一直希望研究人类如何开发这些灵活的地图，但在现实世界中进行此类研究非常困难，因为很难控制每一个变量，从交通到天气。虚拟现实提供了一个解决方案，它创造了一个安全、可重复的数字世界，让研究人员可以在没有现实世界混乱干扰的情况下，观察人们是如何学习和移动的。
来自意大利的一个研究小组开发了一种名为“城市漫步”（City Walk）的新型数字工具，以探索这个问题。他们开发了一款严肃游戏——一种旨在用于学习而非仅仅为了娱乐的视频游戏——将玩家置于一个小型且真实的沿海城市中。其目标是观察在虚拟世界中不同的移动方式如何影响一个人学习布局和记忆事物位置的能力。研究人员比较了两种截然不同的设置。在第一种设置中，参与者坐在书桌前，使用键盘和鼠标来移动屏幕上的角色，就像玩标准的电脑游戏一样。在第二种更具沉浸感的设置中，参与者戴着遮住视线的头显，并站在一个特殊的跑步机上，该跑步机允许他们在原地进行任何方向的物理行走。第二组可以通过自然的方式观察四周并向前行走、转向和停止，就像在现实世界中那样，将身体参与到导航过程中。
这项研究涉及二十名健康的年轻人，他们被随机分配到这两个小组中。他们都玩了同一个虚拟城市中的六个关卡序列。体验从一次引导式游览开始，游戏会告诉他们确切的去向，帮助他们熟悉环境。随着进程的推进，引导消失了，他们必须自己寻找路径。挑战也变得越来越难：他们必须在夜间导航，与时间赛跑，在道路因施工被封锁时寻找新路线，最后，还要从一个他们从未去过的位置出发。最后的测试并不是一项导航任务，而是一项记忆测试。参与者被置于一个虚拟房间内，墙上挂着一张巨大的城市地图，并被要求在地图上放置贴纸，以展示他们记得的特定地标（如医院或保龄球馆）位于何处。
结果清晰地展示了两种体验之间的差异。使用沉浸式跑步机和头显的小组在路径中犯的错误更少。他们较少偏离前往目的地的最直接路径，这表明他们构建了一个更好的城市布局心理地图。当他们必须在没有帮助的情况下导航、倒退行驶刚刚走过的路线，或者绕过障碍物寻找绕行路线时，这种优势最为明显。在最后的记忆测试中，沉浸式组的表现显著更好。他们在地图上放置地标的位置准确率更高，且位置错误的次数更少。这表明，通过在虚拟环境中进行物理行走，有助于他们比单纯用鼠标移动角色更有效地编码不同地点之间的关系。
然而，这种改进的空间学习能力也带来了一个权衡。沉浸式组的参与者完成导航任务所需的时间更长。移动身体并全身转向自然比按键盘按键要慢，这种身体上的限制意味着他们的行程时间更长。他们还报告说心理负荷略有增加，这可能是因为他们必须协调行走动作与视觉注意力。尽管有这些额外的需求，沉浸式体验仍广受好评；参与者发现它易于使用且有趣，并且重要的是，他们并没有出现晕动症，这是虚拟现实中常见的问题。研究人员指出，虽然沉浸式设置似乎促进了对空间的深度理解，但本研究只是一个针对少量人群的初步测试，因此这些发现是一个强烈的信号而非最终的证明。
研究还利用头显内置的眼动追踪技术，观察了沉浸式组在行走时的视线方向。他们想看看一个人盯着某个地标看的时间长短是否能预测其稍后记忆该地标的效果。数据并未显示出“注视时间越长，记忆越好”的简单联系。事实上，对于某些地标而言，长时间的注视反而与困惑相关联，这表明一个人之所以盯着一座建筑看，可能是因为他不确定它的位置，而不是因为他正在成功地记忆它。这一发现暗示，我们利用眼睛学习空间的方式是复杂的，不能简单地通过计算注意力的秒数来衡量。
最终，“城市漫步”项目证明了结合头显与行走跑步机的虚拟现实系统是研究人类如何学习环境的一种可行且有效的途径。它表明，当我们物理性地穿行于一个空间（即使是数字空间）时，我们的大脑构建出的世界地图可能比被动移动时更加稳固且灵活。虽然沉浸式方法需要更多的时间和体力投入，但它似乎能产生更丰富的空间关系理解。研究人员计划在未来扩展这项工作，测试这些益处是否同样适用于老年人，并完善工具以更好地理解我们学习导航的具体机制。目前，这项研究为身体与心灵如何协同工作以寻找方向提供了一个引人入胜的视角。
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