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虚拟现实(VR)沉浸式环境如何实现深度取向的学习投入?——复杂任务情境中的学习效果研究

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远程教育杂志 2021年第4期39卷 72-82页

作者：刘妍胡碧皓尹欢欢方文波顾小清华东师范大学教育信息技术学系华东师范大学上海数字化教育装备工程技术研究中心上海200062

虚拟现实(VR)沉浸式环境打破了场景边界,给学习者带来了身临其境般的体验,但鲜有研究关注VR环境如何实现深度取向的学习投入。针对这一问题的研究可设计为:假设VR环境与2D媒体提供的场景资源对学习效果和学习投入之间产生差异,利用VR“... 详细信息

虚拟现实(VR)沉浸式环境打破了场景边界,给学习者带来了身临其境般的体验,但鲜有研究关注VR环境如何实现深度取向的学习投入。针对这一问题的研究可设计为:假设VR环境与2D媒体提供的场景资源对学习效果和学习投入之间产生差异,利用VR“遨游人类皮肤”场景,设计基于皮肤知识的任务和测试内容,借助眼动数据和相关量表,跟踪和测试学习深度投入、注意力表现、学业表现、即时测试成绩和知识留存率(一周后测试成绩),藉此深入探究VR环境对深度投入的作用机制。研究显示:虽然实验结束后立即测试VR组和非VR组没有明显差异,但是一周后的知识留存率却存在显著性差异。这证实了在VR环境中能够保持学习和强化学习者的长期记忆,即VR环境中的学习能够不断促进学习者的深度信息加工和学习投入。此外,VR学习能够实现陈述性知识和程序性知识的情景化,促进知识保留和内化,增强学习体验和深度投入。其原因在于,VR沉浸式环境提供了多通道感知和复合型信息检索的机会,能够帮助学习者集中注意力和深层次信息检索。研究结果表明:在VR环境中视听感官体验能够提升学习者的情感投入,可以帮助学习者获得更为持久的记忆效果,促进深度取向的学习投入;VR学习需要考虑学习者的眩晕感等生理因素和临场情绪,及时调整学习进度和内容。因此,建议开放VR教学设计的角色,鼓励一线教师参与定制化的VR沉浸式资源,优化凸显情感元素的VR学习内容,设计多通道感知的知识情境,形成“设计—教学—诊断—反馈—干预”的学习资源设计,以提升学习者的认知水平和综合能力。

关键词： VR学习环境深度投入多通道信息处理知识留存率眼动跟踪

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虚拟环境的用户意图捕获

中国图象图形学报 2015年第2期20卷 271-279页

作者：程成赵东坡卢保安北京理工大学计算机学院智能信息技术北京市重点实验室北京100081

目的虚拟制造环境中需要复杂精确的3D人机交互。目前的虚拟环境(VE)的主要问题是人在交互过程中的认知和操作负荷太重,交互效率亟需提高。解决此问题的重要途径是提高机器的认知能力。方法本文研究了用户意图的分析和抽取,并建立多通道... 详细信息

目的虚拟制造环境中需要复杂精确的3D人机交互。目前的虚拟环境(VE)的主要问题是人在交互过程中的认知和操作负荷太重,交互效率亟需提高。解决此问题的重要途径是提高机器的认知能力。方法本文研究了用户意图的分析和抽取,并建立多通道用户意图理解的算法,以此来提高交互效率。结果结合虚拟装配应用给出了典型意图的实验结果并给予分析。通过实验对多通道意图的可用性和可靠性,以及基于意图系统的实时性进行了评估。实验是虚拟装配空间中用户拾取对象意图的实验。当3维鼠标和对象距离为5 000 mm时,传统系统中操作平均耗时5.344 7 s,而基于意图的系统中平均耗时2.326 6 s。基于意图的系统极大地降低了操作的时间和复杂度。结论采用意图驱动的系统情景转换能在虚拟环境工作中有效地降低人的认知负荷,并能很好地帮助系统开发者进行混成系统的建模和分析,降低开发的复杂度。实践结果表明用户意图理解的多通道模型和算法能极大地提高交互式系统的交互自然性和交互效率。该方法不仅适用于本文所用的虚拟装配系统,对于所有的虚拟环境应用场景都有同样的有效性。

关键词：意图人机交互虚拟环境眼动跟踪多通道

视场角与观察角度对三维地图视觉信息加工的影响研究

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地球信息科学学报 2015年第12期17卷 1490-1496页

作者：刘兵董卫华王彦文张宁旭北京师范大学地理学与遥感科学学院北京100875 北京师范大学遥感科学国家重点实验室北京100875

传统地图符号视觉参量研究,主要是对地图颜色、形状、尺寸、方向等进行分析。本文通过眼动跟踪三维地图认知实验与眼动参数解析,建构了视场角和观察角度对于三维地图有效性和效率影响的评价指标体系,定量分析了2个参量对三维地图视觉信... 详细信息

传统地图符号视觉参量研究,主要是对地图颜色、形状、尺寸、方向等进行分析。本文通过眼动跟踪三维地图认知实验与眼动参数解析,建构了视场角和观察角度对于三维地图有效性和效率影响的评价指标体系,定量分析了2个参量对三维地图视觉信息加工的影响。实验结果表明:视场角对三维地图中垂直方向信息提取的有效性和实体形状信息提取的有效性影响显著;对实体间角度信息提取的效率影响边缘显著,而对垂直方向信息提取的效率、水平方向信息提取的有效性和效率、实体间角度信息提取的有效性、形状信息提取的效率影响不显著;观察角度对垂直方向信息、水平方向信息,以及实体间角度信息感知的效率和有效性的影响都不显著,但对实体形状信息感知的效率和有效性均有显著影响。该研究适用于三维地图适人化设计、表达与自动理解。

关键词：三维地图视场角观察角度眼动跟踪

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模拟管制中管制员注视转移特征研究

中国安全科学学报 2014年第10期24卷 65-70页

作者：靳慧斌蔡亚敏中国民航大学国家空管运行安全技术重点实验室

为研究管制员对界面中信息的注意特征,整合雷达管制模拟机和眼动仪,构建试验平台,并通过坐标转换,将被试注视点在眼动仪系统中的屏幕坐标与航空器所在坐标系中的地理坐标进行匹配,确定被试关注的位置。将界面有6架航空器的试验阶段分为... 详细信息

为研究管制员对界面中信息的注意特征,整合雷达管制模拟机和眼动仪,构建试验平台,并通过坐标转换,将被试注视点在眼动仪系统中的屏幕坐标与航空器所在坐标系中的地理坐标进行匹配,确定被试关注的位置。将界面有6架航空器的试验阶段分为无冲突和存在飞行冲突2种情况,应用马尔科夫链模型分析被试的视觉注视转移特征。结果发现,同一被试在不同情境下采取不同的策略获取界面中的信息,有时倾向于对各位置采取多次长时间注视后转移的策略,有时倾向于对各区域均采取单次注视,频繁扫视的策略。相同情境下不同被试获取界面中信息的方式也不相同。

关键词：模拟管制眼动跟踪视觉特征注视转移马尔科夫链

面向产品造型风格的用户认知模式及量化模型研究

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图学学报 2017年第6期38卷 869-875页

作者：寸文哲吕健潘伟杰袁国术孙辉刘国凯贵州大学现代制造技术教育部重点实验室贵州贵阳550025

针对产品造型设计过程中存在的主观感性认知偏见问题,提出一种面向产品造型风格的用户认知模式及量化模型。首先对产品造型风格中的特征元素进行显著性分析,并结合"风格曲线"及特征线概念探究了特征元素收敛至线性轮廓的用户认知模式;... 详细信息

针对产品造型设计过程中存在的主观感性认知偏见问题,提出一种面向产品造型风格的用户认知模式及量化模型。首先对产品造型风格中的特征元素进行显著性分析,并结合"风格曲线"及特征线概念探究了特征元素收敛至线性轮廓的用户认知模式;继而在特征整合的基础上提出产品造型风格的一般认知模式,即伴随着用户认知的不断深化,产品造型风格在用户头脑中将逐渐收敛至产品特征元素的线性轮廓;最后结合MATLAB相关系数概念提出特征元素线性轮廓的量化模型,为产品设计提供客观、理性的决策依据。以中国高速列车CRH380系列产品造型进行眼动跟踪实验,验证了该理论模型的可行性。

关键词：产品造型风格认知模式眼动跟踪特征元素线性轮廓

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边缘计算在飞行训练中的应用

计算机科学 2021年第S1期48卷 603-607,612页

作者：钱基德熊仁和王乾垒杜冬王在俊钱基业中国民用航空飞行学院四川广汉618307 民航飞行技术与飞行安全重点实验室四川广汉618307 国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆400000

眼是人心理活动和思想在外观上的重要表现形式,文中通过使用高速图像采集系统跟踪飞行员的眼动轨迹来分析其心理行为,以研究飞行员在训练过程中的注意力情况。随着低功耗嵌入式设备、高速5G网络的逐渐成熟,已逐步进入"万物互联"新时代,... 详细信息

眼是人心理活动和思想在外观上的重要表现形式,文中通过使用高速图像采集系统跟踪飞行员的眼动轨迹来分析其心理行为,以研究飞行员在训练过程中的注意力情况。随着低功耗嵌入式设备、高速5G网络的逐渐成熟,已逐步进入"万物互联"新时代,基于此,提出采用边缘计算设备评估飞行训练效果的解决方案。该方案介绍了一种基于边缘计算架构的实时眼动跟踪系统,采用高速CMOS图像传感器采集眼部图像,提出了一种基于MobileNet的轻量级网络结构快速定位瞳孔位置,然后利用NVIDIA Jetson Nano板卡实现在连续视频图像中定位瞳孔并计算出注视点的功能,以获得眼动视觉焦点轨迹。实验结果表明,该边缘计算系统构成简单,且能满足实时眼动跟踪的要求,为实现实时心理行为分析提供了一种新的有效方法,给改进飞行训练效果提供了重要参考依据。

关键词：边缘计算飞行训练注意力分配眼动跟踪深度学习

语前聋成人在不同语言熟悉度下的语音视觉感知策略分析

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南京师范大学文学院学报 2020年第3期 2-10页

作者：陈彧毛泽民天津理工大学聋人工学院天津300384

本文运用眼动跟踪技术,对比了以汉语普通话为第一口语语言的语前聋成人和健听人在不同语言熟悉度(普通话、信阳方言)和任务条件(聆听任务、判断任务)下语音视听感知的视觉注意分配策略。结果发现,两类被试在语音视听感知活动中采用了不... 详细信息

本文运用眼动跟踪技术,对比了以汉语普通话为第一口语语言的语前聋成人和健听人在不同语言熟悉度(普通话、信阳方言)和任务条件(聆听任务、判断任务)下语音视听感知的视觉注意分配策略。结果发现,两类被试在语音视听感知活动中采用了不同的视觉注意分配模式:健听人将更多视觉注意资源分配到话者眼部信息区,但也会根据对象语言和任务对视觉注意分配策略加以灵活调整;相较之下,语前聋人被试在不同对象语言和任务条件下都将更多注意资源投入到话者嘴部信息区,视觉注意分配策略较为固定。据此结果,本文在前人研究结果的基础上进一步发展了“语前聋人视觉依赖的语音感知假设”,认为语前聋人在口语语音视听感知活动中,以牺牲社交情感信息为代价,将视觉注意集中于嘴部信息区以最大限度地获取语音视觉线索。

关键词：方言熟悉度语前聋视听感知注意分配眼动跟踪

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一种基于脑电信号的眼动方向分类方法

计算机科学 2020年第4期47卷 112-118页

作者：程时伟陈一健徐静如张柳新吴剑锋孙凌云浙江工业大学计算机科学与技术学院杭州310023 联想研究院北京100085 浙江工业大学工业设计研究院杭州310023 浙江大学CAD&CG国家重点实验室杭州310027

为了提高基于眼电的眼动方向的识别准确性,文中利用包含眼电伪迹的脑电信号,提出了一种新的眼动方向分类方法。首先,在10-20国际标准导联配置下,通过脑电仪采集靠近人脑额叶处的AF7,F7,FT7,T7,AF8,F8,FT8,T8这8个通道的脑电信号;然后,... 详细信息

为了提高基于眼电的眼动方向的识别准确性,文中利用包含眼电伪迹的脑电信号,提出了一种新的眼动方向分类方法。首先,在10-20国际标准导联配置下,通过脑电仪采集靠近人脑额叶处的AF7,F7,FT7,T7,AF8,F8,FT8,T8这8个通道的脑电信号;然后,通过基线移除、归一化、最小二乘法降噪等进行数据预处理;最后,采用支持向量机的方法进行眼动方向的多次二分类,并使用投票策略实现眼动方向的四分类识别。实验结果表明,所提方法进行眼动方向分类时,在上、下、左、右4个方向上的分类率分别达到了78.47%,72.22%,84.03%,79.86%,平均分类率达到了78.65%。与已有的分类方法相比,所提方法的分类准确率更高,分类算法的实现过程更简单,这进一步验证了利用脑电信号识别眼动方向的可行性和有效性。

关键词：脑机接口脑电眼动跟踪眼电人机交互

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基于界面指定任务的用户视觉认知差异研究

包装工程 2018年第22期39卷 97-103页

作者：刘翔吕健虞杰贵州大学贵阳550025

目的使界面设计更好地符合用户群体认知行为习惯。方法在指定任务序列下,提出跨年龄层视觉认知差异比较的一般模型。选取非遗贵州蜡染图案个性化定制系统界面为实验样本,使用EyeSo Ec60遥测式眼动跟踪设备获取眼动指标,并利用单因素方... 详细信息

目的使界面设计更好地符合用户群体认知行为习惯。方法在指定任务序列下,提出跨年龄层视觉认知差异比较的一般模型。选取非遗贵州蜡染图案个性化定制系统界面为实验样本,使用EyeSo Ec60遥测式眼动跟踪设备获取眼动指标,并利用单因素方差分析,检验数据显著性,结合界面感兴趣区转移频次矩阵进行对比分析。结论不同年龄层用户在指定任务序列下的眼动数据、AOI区域关注度以及Likert量表结果都存在显著差异,通过对实验数据的处理与分析,反馈用户认知差异性,为界面设计与开发提供参考和借鉴。

关键词：界面设计差异研究任务序列视觉认知眼动跟踪