Погружение в виртуальность: Когда тепло ощущается кожей

Автор: Денис Аветисян

Новое исследование показывает, как синхронизированное тепловое воздействие усиливает эффект присутствия в виртуальной реальности, создавая более реалистичный и захватывающий опыт.

Пока крипто-инвесторы ловят иксы и ликвидации, мы тут скучно изучаем отчетность и ждем дивиденды. Если тебе близка эта скука, добро пожаловать.

Купить акции "голубых фишек"

Система обратной связи по температуре, интегрированная в виртуальную реальность, позволяет пользователю ощущать тепловые изменения, расширяя возможности тактильного взаимодействия и погружения в симуляцию.

Мультимодальный анализ влияния динамической тепловой обратной связи на восприятие и поведение пользователей в высокоиммерсивных VR-сценариях.

Несмотря на растущий интерес к мультисенсорному опыту в виртуальной реальности, влияние динамической тепловой обратной связи на погружение и пользовательский опыт остается недостаточно изученным. В работе «Dynamic Thermal Feedback in Highly Immersive VR Scenarios: a Multimodal Analysis of User Experience» представлено исследование, в котором показано, что согласованная тепловая обратная связь усиливает ощущение присутствия в иммерсивных VR-сценариях, хотя индивидуальные особенности восприятия и последовательность прохождения сценариев существенно влияют на поведение пользователей. Выявленные закономерности позволяют сформулировать рекомендации по проектированию VR-систем с тепловой обратной связью. Какие еще аспекты мультисенсорной интеграции могут значительно улучшить реалистичность и эффективность виртуальных сред?

Иллюзия Присутствия: Между Обещанием и Реальностью

Виртуальная реальность (VR) предлагает впечатляющие возможности погружения, однако ощущение полного присутствия, когда мозг воспринимает виртуальный мир как реальный, остается сложной задачей. Несмотря на быстрое развитие технологий отображения и отслеживания движений, VR-системы часто не способны воссоздать все нюансы, необходимые для убедительного обмана чувств. Ощущение присутствия — это не просто визуальное восприятие; оно требует согласованной работы всех органов чувств и когнитивных процессов, а существующие VR-системы, как правило, фокусируются преимущественно на зрении. Это несоответствие между визуальными стимулами и отсутствием полноценного тактильного, слухового и, что особенно важно, проприоцептивного и вестибулярного восприятия, приводит к тому, что мозг не полностью «погружается» в виртуальную среду, оставляя ощущение нереальности и снижая степень вовлеченности пользователя.

Современные системы виртуальной реальности, несмотря на впечатляющие визуальные и звуковые возможности, часто не способны полностью убедить мозг в реальности происходящего. Это связано с тем, что для создания ощущения присутствия необходим целый комплекс тонких сигналов, которые обычно воспринимаются человеком в реальном мире. Недостаток этих сигналов — будь то едва уловимые изменения в освещении, тактильные ощущения от прикосновений или даже ощущение веса — приводит к тому, что мозг не воспринимает виртуальную среду как подлинную. Попытки воссоздать лишь визуальную составляющую, игнорируя другие органы чувств, приводят к эффекту «зловещей долины», когда виртуальная реальность выглядит почти реалистично, но в то же время вызывает дискомфорт и ощущение неестественности, снижая уровень погружения и достоверности происходящего.

Исследования показывают, что полное погружение в виртуальную реальность требует не только визуальных и аудиальных стимулов, но и согласованной интеграции всех органов чувств. Особое значение при этом имеет ощущение температуры, которое часто упускается из виду в современных VR-системах. Мозг интерпретирует окружающую среду, основываясь на комплексе поступающих сигналов, и несоответствие между визуальным представлением тепла или холода и фактическим ощущением может мгновенно разрушить иллюзию присутствия. Разработка устройств, способных реалистично передавать температурные ощущения, является ключевой задачей для создания действительно убедительных и захватывающих виртуальных миров, позволяющих пользователям ощутить себя полноценными участниками происходящего.

Отсутствие достоверной тепловой обратной связи существенно снижает эффект погружения в виртуальную реальность, делая ощущения искусственными и ограничивая реалистичность происходящего. Мозг человека воспринимает мир комплексно, интегрируя информацию от всех органов чувств, и температурные ощущения играют критически важную роль в формировании убедительного опыта. Если визуальные и аудиальные стимулы не подкрепляются соответствующими тепловыми сигналами — например, ощущение тепла от костра или прохлады от ветра — возникающий диссонанс разрушает иллюзию присутствия. Это приводит к снижению вовлеченности пользователя и уменьшает эффективность VR-приложений, особенно в тех сферах, где реализм имеет первостепенное значение, таких как обучение, терапия и развлечения.

Тепловое восприятие зависит от разницы температур между кожей и окружающей средой, определяя ощущение тепла или холода.

Тепловая Обратная Связь: Новый Уровень Погружения

Термическая обратная связь представляет собой новый подход к повышению погружения в виртуальную реальность за счет стимуляции ощущения температуры. В отличие от традиционных методов, ориентированных на визуальные и аудиальные сигналы, данная технология напрямую воздействует на тактильные рецепторы, ответственные за восприятие тепла и холода. Это достигается за счет использования термоэлектрических элементов или систем жидкостного охлаждения/нагрева, интегрированных в VR-устройства, такие как перчатки, костюмы или шлемы. Стимуляция температуры позволяет создавать более реалистичные ощущения, например, ощущение тепла от виртуального костра или холода от снега, что способствует усилению иллюзии присутствия и более глубокому вовлечению пользователя в виртуальную среду.

В отличие от локальной температурной стимуляции, воздействующей на отдельные участки тела, амбиентная (окружающая) температурная обратная связь, имитирующая общую температуру окружающей среды, оказывает значительно большее влияние на восприятие и усиление эффекта присутствия в виртуальной реальности. Исследования показывают, что воздействие на более обширные участки поверхности кожи, синхронизированное с виртуальной обстановкой, активирует большее количество тактильных рецепторов и обеспечивает более целостное сенсорное восприятие. Это, в свою очередь, приводит к более сильному когнитивному отклику и повышает убедительность виртуального опыта, поскольку организм воспринимает согласованность между визуальной и температурной информацией.

Использование обратной связи по температуре значительно расширяет спектр достоверных сенсорных ощущений в виртуальной реальности. Вместо ограничения взаимодействия только зрением и слухом, добавление температурной стимуляции позволяет пользователю воспринимать виртуальную среду более целостно. Это достигается за счет активации терморецепторов кожи, что приводит к ощущению тепла или холода, соответствующему виртуальному окружению. Такая мультисенсорная интеграция не только повышает реалистичность, но и позволяет пользователю более убедительно воспринимать виртуальные объекты и события, уменьшая расхождение между виртуальным и реальным миром и усиливая эффект присутствия.

Манипулирование температурой в виртуальной реальности способно вызывать физиологические реакции, усиливающие ощущение присутствия. Изменение температуры кожи стимулирует терморецепторы, передающие сигналы в центральную нервную систему. Эти сигналы могут влиять на частоту сердечных сокращений, кожное сопротивление и даже выработку гормонов, создавая телесные ощущения, соответствующие виртуальной среде. Например, снижение температуры может вызывать ощущение холода, а повышение — ощущение тепла, что позволяет мозгу интерпретировать виртуальное окружение как более реалистичное и достоверное. Данный механизм позволяет не только улучшить сенсорное восприятие, но и усилить когнитивное убеждение в реальности происходящего.

Оценка Эффективности Тепловой VR: Методология Исследования

В исследовании использовался внутригрупповой (within-subject) дизайн, что позволило каждому участнику последовательно испытать как контрольные условия без тепловой обратной связи, так и условия с её использованием. Такой подход минимизировал влияние индивидуальных различий между участниками на результаты, поскольку каждый испытуемый служил собственной контрольной группой. Это обеспечило более высокую статистическую мощность и точность при сравнении эффектов тепловой обратной связи на восприятие и поведение в виртуальной реальности, поскольку вариативность, обусловленная различиями между людьми, была снижена.

Для оценки обобщающей способности системы тепловой обратной связи, участники исследования были погружены в два различных виртуальных окружения: пустынный остров и заснеженные горы. Выбор этих сценариев обусловлен значительными различиями в ожидаемых температурных ощущениях и визуальном окружении. Использование двух контрастных сред позволило проверить, способна ли система корректно моделировать тепловые ощущения в различных контекстах и не зависит ли её эффективность от конкретного визуального представления. Такой подход позволил оценить, насколько хорошо разработанные алгоритмы переноса тепловой обратной связи адаптируются к новым, ранее не встречавшимся виртуальным средам, что является критически важным аспектом для создания реалистичного и убедительного опыта виртуальной реальности.

Поведение пользователей в виртуальной реальности тщательно отслеживалось с использованием инструментария PLUME Toolbox, что позволило зафиксировать как исследовательское поведение, так и характер взаимодействия с виртуальным окружением. PLUME Toolbox обеспечивает сбор данных о перемещениях пользователя, направлении взгляда, манипуляциях с виртуальными объектами и других параметрах, позволяя проводить детальный анализ паттернов поведения и выявлять влияние различных факторов, включая тепловую обратную связь, на взаимодействие пользователя с виртуальным миром. Собранные данные использовались для количественной оценки степени вовлеченности и эффективности взаимодействия пользователей с виртуальными сценариями.

Оценка субъективного присутствия осуществлялась с помощью вопросника IPQ (Индекс присутствия). Результаты показали, что при использовании тепловой обратной связи средний показатель общего присутствия превысил значение 4.41, что соответствует оценке “Отличное присутствие”. Данный результат указывает на значительное повышение ощущения погружения в виртуальную реальность при добавлении тепловых стимулов, что подтверждает эффективность данной технологии для усиления реалистичности пользовательского опыта.

Тепловые карты проекций (на плоскости X-Z) показывают вероятность нахождения участника 4 в виртуальном пространстве во время двух различных прохождений сценария «Desert Island».

Влияние и Перспективы: Куда Ведет Тепловая VR?

Исследования показали, что использование тепловой обратной связи значительно усиливает ощущение присутствия и реалистичности в виртуальной реальности, способствуя более глубокому погружению. Данный эффект достигается за счет воссоздания естественных ощущений температуры, которые обычно присутствуют в реальном мире и играют важную роль в формировании нашего восприятия окружающей среды. Когда виртуальная реальность способна достоверно имитировать температурные ощущения, мозг пользователя воспринимает виртуальную среду как более правдоподобную и убедительную, что, в свою очередь, ведет к более сильному эмоциональному отклику и повышению степени вовлеченности в происходящее. Этот механизм позволяет преодолеть разрыв между виртуальным и реальным мирами, создавая иллюзию физического присутствия в цифровом пространстве и открывая новые возможности для интерактивных развлечений, обучения и терапевтических приложений.

Исследования показывают, что реалистичные сенсорные стимулы способны снизить когнитивную нагрузку, необходимую для поддержания иллюзии присутствия в виртуальной реальности. Когда виртуальная среда предоставляет правдоподобные ощущения, такие как температура, мозг тратит меньше ресурсов на «проверку» реальности происходящего и больше — на само взаимодействие с ней. Это снижение когнитивной нагрузки не только облегчает восприятие виртуального мира, но и способствует более глубокому погружению и повышает ощущение реалистичности происходящего, позволяя пользователю более свободно и естественно взаимодействовать с виртуальной средой без постоянного осознанного усилия по поддержанию иллюзии.

Анализ сценария «Остров» продемонстрировал заметное снижение как физического, так и виртуального расстояния, пройденного участниками, а также снижение энтропии перемещения между первой, второй и третьей попытками (p < 0.001 и p < 0.05 соответственно). Данный результат указывает на то, что использование тепловой обратной связи способствует снижению потребности в исследовании виртуальной среды. Повторные прохождения сценария с тепловой обратной связью привели к более целенаправленным и ограниченным перемещениям, что свидетельствует о формировании у испытуемых более устойчивого ощущения присутствия и реалистичности окружения, снижая необходимость в активном исследовании пространства для подтверждения его правдоподобности.

Перспективные исследования направлены на создание индивидуализированных тепловых профилей, учитывающих физиологические особенности каждого пользователя и его предпочтения. Важным направлением является разработка динамической обратной связи, когда тепловые ощущения меняются в реальном времени, реагируя на действия пользователя в виртуальной среде — например, ощущение тепла от виртуального костра или прохлады при приближении к воде. Особый интерес представляет интеграция тепловой обратной связи с другими сенсорными модальностями, такими как тактильные ощущения или запахи, для достижения максимального эффекта погружения и создания по-настоящему реалистичного опыта в виртуальной реальности. Такой мультисенсорный подход позволит существенно расширить возможности применения VR-технологий в различных областях, от развлечений и игр до обучения и реабилитации.

Тактильный опыт позволяет пользователю взаимодействовать с виртуальной средой посредством ощущения прикосновений.

Исследование динамической тепловой обратной связи в VR-сценариях, как показывает практика, лишь подтверждает старую истину: даже самая изящная теория рушится под натиском реальности. Утверждение о том, что согласованная тепловая обратная связь усиливает ощущение присутствия, звучит логично, но индивидуальные различия в чувствительности и последовательность воздействия — это те факторы, которые всегда найдут способ внести хаос в любую систему. Как метко заметил Бертран Рассел: «Всякое знание есть, в сущности, временное». Похоже, что и в данном случае, идеальная симуляция неизбежно столкнется с несовершенством человеческого восприятия, и вместо абсолютного погружения получим лишь приближение к нему. В конечном итоге, всегда найдется «продакшен», который укажет на несоответствия.

Куда Ведет Тепло?

Исследование, как и следовало ожидать, подтвердило: добавить ещё один сенсорный канал в виртуальную реальность — это, конечно, интересно. Но, как показывает опыт, «погружение» — величина непостоянная. Удобство и субъективная чувствительность к теплу оказываются куда более значимыми, чем элегантные модели мультисенсорной интеграции. В конечном итоге, вместо того чтобы стремиться к идеальной синхронизации, придётся разбираться с тем, как адаптировать виртуальное тепло под каждого пользователя — и, вероятно, с тем, как объяснить, почему оно иногда не работает. Багтрекер уже ждёт.

Вместо поиска универсальных алгоритмов, более перспективным представляется анализ паттернов индивидуальной термальной чувствительности. Ведь, в конечном счёте, мы не создаём «реальность», мы отпускаем иллюзию. А иллюзии, как известно, капризны. Особое внимание следует уделить последовательности воздействия — первоначальное восприятие тепла может задать тон всему последующему опыту, и этот эффект требует тщательного изучения. Иначе получится, что мы просто усложнили систему, не решив реальных проблем.

Предстоит понять, как термальная обратная связь влияет на долгосрочные поведенческие изменения в VR. Не станет ли виртуальное тепло ещё одним стимулом, который пользователь научится игнорировать? В конечном итоге, каждая «революционная» технология завтра станет техдолгом. Продакшен всегда найдёт способ сломать элегантную теорию. И это, пожалуй, самое предсказуемое, что можно сказать о будущем.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2601.04781.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2026-01-09 12:54