▎背景說明 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）的快速發(fā)展，VR設(shè)備逐漸走入大眾的視野，當(dāng)前主流的VR頭戴式顯示設(shè)備一般采用雙目單焦面的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，適用性范圍較廣。相對(duì)于傳統(tǒng)VR用于專業(yè)化短時(shí)間的應(yīng)用情景，目前VR技術(shù)希望能夠更多地應(yīng)用于普適化長時(shí)間的應(yīng)用情景。但是用戶在使用VR頭戴式顯示設(shè)備時(shí)，雙眼長時(shí)間聚焦在一個(gè)固定的距離，這引發(fā)了人們對(duì)頭戴式顯示設(shè)備可能會(huì)對(duì)用戶帶來較為嚴(yán)重的眼部疲勞甚至損傷的擔(dān)心。鑒于VR技術(shù)已經(jīng)為各行各業(yè)帶來翻天覆地的變化和革新，這種隱憂為行業(yè)發(fā)展帶來了不確定性。 為此，北京市未來影像高精尖創(chuàng)新中心聯(lián)合北京理工大學(xué)等多家單位，設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)來探究長時(shí)間使用VR頭戴式顯示設(shè)備對(duì)低年齡段用戶視力的影響。 ▎實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo) 本實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑谟谔骄块L時(shí)間使用VR頭戴式顯示設(shè)備對(duì)于低年齡段用戶視力的影響。實(shí)驗(yàn)將分別針對(duì)智能平板和VR頭戴式顯示設(shè)備這兩種設(shè)備進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，并將被試人員安置在特定的、相似的使用場(chǎng)景中，進(jìn)行約為一小時(shí)的使用測(cè)試。同時(shí)通過主客觀測(cè)量方法，獲取被試使用設(shè)備前后和使用過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而分析VR頭戴式顯示設(shè)備對(duì)低年齡用戶的視力影響。 ▎ 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 1 被試選取 本實(shí)驗(yàn)共計(jì)50名被試，四、六年級(jí)組各25名（其中六年級(jí)組女性11人，男性14人，四年級(jí)組女性13人，男性12人），全部參與完成VR實(shí)驗(yàn)。為了保證實(shí)驗(yàn)的可靠性，在VR實(shí)驗(yàn)全部完成后，從各年級(jí)的25名被試中再各自抽取13名被試，用于隔天的平板對(duì)比組實(shí)驗(yàn)。

表3- 1每組被試人數(shù)

2 VR內(nèi)容選擇 本實(shí)驗(yàn)最終選用VR內(nèi)容如表3-2所示，畫面如圖3-1所示：

表3- 2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

(a)Tilt Brush

(b)Drawing Pad畫板

圖3-1 實(shí)驗(yàn)選用的VR內(nèi)容

3 實(shí)驗(yàn)流程 實(shí)驗(yàn)的整體流程分為三個(gè)階段：實(shí)驗(yàn)預(yù)備階段、實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段以及視力恢復(fù)階段。

圖3-2 實(shí)驗(yàn)整體流程

實(shí)驗(yàn)開始前，被試者進(jìn)行5分鐘眼部放松后，填寫視覺疲勞量表，并進(jìn)行一次驗(yàn)光與視力測(cè)試。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖3-3所示：

圖3-3 驗(yàn)光與視力測(cè)試

實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段，平板組在正常室內(nèi)光照條件下使用畫板工具進(jìn)行繪畫，VR組佩戴頭戴式顯示設(shè)備，并使用Tilt Brush軟件進(jìn)行繪畫。 每個(gè)被試的測(cè)試時(shí)間為60分鐘，這60分鐘分為三個(gè)階段，每階段時(shí)長20分鐘，其間保持被試者在測(cè)試期間持續(xù)完成繪畫任務(wù)，保證平板組和VR組在同一時(shí)間段內(nèi)的繪畫內(nèi)容大致相同。每個(gè)階段結(jié)束后，組織被試者完成視覺疲勞測(cè)試量表并采集視力表箱數(shù)據(jù)；各個(gè)檢測(cè)步驟所花的時(shí)間并不計(jì)算在各個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的20分鐘內(nèi)，每個(gè)測(cè)試時(shí)間均≤2.5分鐘。在整個(gè)流程60分鐘結(jié)束后，還需額外的對(duì)被試者進(jìn)行一次驗(yàn)光。

圖3-4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，安排所有被試者進(jìn)行總長為20分鐘的眼部放松，分為兩個(gè)階段，每個(gè)階段10分鐘，期間禁止觀看任何電子屏幕，以進(jìn)行視力恢復(fù)。在每個(gè)10分鐘結(jié)束后，組織被試者完成視覺疲勞測(cè)試量表并采集視力表箱數(shù)據(jù)；在整個(gè)流程20分鐘結(jié)束后，還需另對(duì)被試者進(jìn)行一次驗(yàn)光。 ▎實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1 主觀測(cè)量結(jié)果——視疲勞量表 使用視疲勞量表的結(jié)果如圖4-1所示，圖中所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)為第2、3、4、5、6次測(cè)驗(yàn)的疲勞數(shù)值減去初次測(cè)量數(shù)值的差，代表這一實(shí)驗(yàn)階段對(duì)被測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的影響，即數(shù)值0可代表與實(shí)驗(yàn)前處于同一水平。從反饋回來的視疲勞量表中可以觀察出VR被試的視覺疲勞程度與平板被試在不同的疲勞癥狀中的主觀視覺疲勞度變化。其中平板被試有部分癥狀的平均疲勞程度略高于VR被試的情況，例如圖4-1（a）（b）所呈現(xiàn)的第四癥狀（眼睛刺激感）和第六癥狀（視野模糊）。也有部分癥狀平板被試略低，例如圖4-1（c）（d）所呈現(xiàn)的第八癥狀（眼睛干澀）和第九癥狀（頭痛）。

(a)

(b)

(c)

(d)

圖4-1 視疲勞癥狀變化圖

另外，從以上四幅圖中可以觀測(cè)出，由于實(shí)驗(yàn)所引發(fā)的視疲勞，VR被試和平板被試均可在休息過程中逐漸恢復(fù)，也就是說本次實(shí)驗(yàn)VR組和平板組的視疲勞在短暫休息后都會(huì)完全消失。 對(duì)于VR被試部分癥狀的出現(xiàn)，一個(gè)可能的原因是由于本次實(shí)驗(yàn)所采用的頭戴式顯示設(shè)備（HTC Vive），其可調(diào)節(jié)的最小瞳距為60mm；而本次實(shí)驗(yàn)中六年級(jí)被試的平均瞳距為60mm，最低為56mm，四年級(jí)被試的平均瞳距為57mm，最小為52mm。佩戴時(shí)瞳距略有差異可能會(huì)對(duì)疲勞度產(chǎn)生一定的影響。此外，VR組的體驗(yàn)運(yùn)動(dòng)量更大，少數(shù)四年級(jí)被試反映頭盔略微沉重，也是可能是VR組部分癥狀產(chǎn)生的重要原因。這一現(xiàn)象及原因有待進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)考證。 2 客觀測(cè)量結(jié)果——人眼視力變化 由于低年齡段用戶的視力及視覺調(diào)節(jié)力較好，因此被試群體中雙眼視力為1.5的樣本較多，而1.5為國際標(biāo)準(zhǔn)視力表的上限值，向上并無增長空間，因此以初次測(cè)量時(shí)雙眼視力達(dá)到1.5與否為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各組樣本進(jìn)行劃分后獨(dú)立分析。 2.1 初始視力為1.5的被試 按照流程計(jì)算總共對(duì)被試進(jìn)行了6次視力測(cè)試。對(duì)于四年級(jí)和六年級(jí)初始視力為1.5（即對(duì)數(shù)視力表的5.2）的樣本而言，不論是VR組還是平板組，其在對(duì)數(shù)視力表下視力變化的絕對(duì)值均小于0.1，并且在下一階段快速恢復(fù)。

表4-1 初始視力為1.5的被試平均視力變化

2.2 初始視力小于1.5的被試 對(duì)于初始視力小于1.5的樣本而言，除四年級(jí)平板組的被試之外，其余三組的視力值在第一階段中都是增加的；而在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)束后（即開始實(shí)驗(yàn)60分鐘后），所有組別的視力值都比實(shí)驗(yàn)之前高。在休息過程中，平板組被試的視力逐漸回落而VR組被試的視力仍有增長的趨勢(shì)。

表4-2 初始視力小于1.5的被試平均視力變化

表4-2呈現(xiàn)了初始視力非1.5的被試，在休息階段的視力變化情況?？梢詮膱D中看出，對(duì)于平板被試而言，他們的視力在休息過程中反而呈現(xiàn)下降趨勢(shì)：六年級(jí)平板被試的最后一次視力僅僅與實(shí)驗(yàn)前相同，而四年級(jí)平板被試已經(jīng)略低于實(shí)驗(yàn)前的數(shù)值。與之相對(duì)的，VR被試在結(jié)束實(shí)驗(yàn)休息的20分鐘內(nèi)，平均視力都恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)前的狀態(tài)，甚至相對(duì)于實(shí)驗(yàn)前相同或較高的值。然而上觀表4-2，這部分視力數(shù)據(jù)具有較大的標(biāo)準(zhǔn)差，因此只能作為定性分析大致推斷VR被試的恢復(fù)情況略好的平板被試。

圖4-2 休息階段視力恢復(fù)情況

此外，我們還對(duì)實(shí)驗(yàn)開始20分鐘后、實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)和休息階段結(jié)束后的視力與實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖4-3所示?？梢钥闯?，VR組被試在整個(gè)流程超過1小時(shí)20分鐘的時(shí)間內(nèi)，視力持平乃至提升的比例高達(dá)90%。

圖4-3 視力變化情況比例圖

實(shí)驗(yàn)中的另一個(gè)觀察到的現(xiàn)象是：從實(shí)驗(yàn)剛開始到休息結(jié)束后，VR組被試中視力持平或者升高發(fā)生的比例與平板基本持平，甚至更高，但并未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的顯著區(qū)別。

圖4-4視力升高人數(shù)占比

圖4-5被試平均視力值變化

根據(jù)表4-2和圖4-3得出實(shí)驗(yàn)最終視力變化圖4-4和4-5。其中根據(jù)圖4-4視力升高人數(shù)占比圖，整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程結(jié)束后，高達(dá)14%的VR被試視力出現(xiàn)了一定幅度提升，而平板組僅為7.7%，VR組出現(xiàn)視力上升的案例比平板組多出近一倍；在圖4-5關(guān)于被試平均視力變化的統(tǒng)計(jì)分布數(shù)據(jù)中，VR組被試視力變化平均值均≥0，意味著VR組的平均視力較實(shí)驗(yàn)前呈上升狀態(tài)；而平板組平均視力值≤0，意味著平板組的平均視力較實(shí)驗(yàn)前呈持平甚至下降狀態(tài)。從目前初步實(shí)證結(jié)果來看，正確佩戴VR設(shè)備，選取合適的VR內(nèi)容，VR最終對(duì)學(xué)生視力的影響也是較為積極的。如果我們能接受學(xué)生使用平板電腦進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)，那么VR也是可以被接受的。 2.3 遠(yuǎn)視與近視對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響 本次實(shí)驗(yàn)的50個(gè)VR樣本中，有22個(gè)樣本在驗(yàn)光中檢測(cè)出至少有一只眼睛屈光度大于0；而在26個(gè)平板被試樣本中，有12個(gè)樣本檢測(cè)出上述情況。這些屈光度大于0 的眼睛，可視為具有遠(yuǎn)視傾向，其在長時(shí)間觀看呈現(xiàn)于近處且足夠清晰的物體將會(huì)調(diào)節(jié)該眼球晶狀體，使該眼的焦平面拉近。若眼睛的屈光度小于0，可以初步將該眼認(rèn)為近視傾向，其在長時(shí)間觀看呈現(xiàn)于遠(yuǎn)處而又足夠清晰的物體，將會(huì)調(diào)節(jié)該眼球晶狀體，使該眼的焦平面推遠(yuǎn)。 為探究初始視力小于1.5并具有遠(yuǎn)/近視癥狀的被試，根據(jù)使用VR/平板1小時(shí)后視力的變化，總結(jié)出如下數(shù)據(jù)：

表4-3 近視遠(yuǎn)視視力變化情況表

50個(gè)VR樣本中，具有遠(yuǎn)視右眼的人有15個(gè)，其中初始視力為1.5的被試有8名（表中未列出），初始視力小于1.5的被試有7名；這7名被試在實(shí)驗(yàn)1小時(shí)后，有3名被試的視力相對(duì)與實(shí)驗(yàn)前較高，2名被試視力與實(shí)驗(yàn)前持平，2名被試視力較實(shí)驗(yàn)前低；2名視力下降的被試占該類別總?cè)藬?shù)15人的13.3%。 可以發(fā)現(xiàn)，在頭戴式顯示裝置的設(shè)計(jì)中，“左右眼到各自顯示屏虛焦面的距離相同”并不符合此年齡段用戶的需求。合理的面向低齡用戶的頭戴式顯示器設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足兩只眼睛遠(yuǎn)近視不同的需要，而實(shí)現(xiàn)雙眼焦距獨(dú)立可調(diào)。 圖4-5所列為近視/遠(yuǎn)視眼的視力在實(shí)驗(yàn)前后的變化情況分布。

圖4-5 單眼非正常視力變化情況比例圖

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以大致得出：遠(yuǎn)視眼的視力在VR實(shí)驗(yàn)中得到了一定程度的矯正（這僅僅針對(duì)初始視力小于1.5的樣本集、并未包含初始視力1.5的樣本）。有近視眼的被試眼睛視力在VR實(shí)驗(yàn)中也有部分出現(xiàn)了上升，而下降的比例小于該類別總數(shù)的25%。從表4-3也可以看出，就非正常視力的樣本而言，VR組在實(shí)驗(yàn)中視力下降的比例與平板組較為接近。 ▎ 結(jié)論 根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，可以初步進(jìn)行如下分析： 結(jié)論1：在1小時(shí)內(nèi)使用VR頭戴式顯示器的被試，視力大多為持平或者上升；

圖5-1 VR被試視力變化比重圖

這一情況主要是由于實(shí)驗(yàn)中存在較大數(shù)量具有遠(yuǎn)視傾向的被試，使得視力的測(cè)量值有所提升。從表4-2中可以看出，在實(shí)驗(yàn)正式開始后20分鐘、40分鐘、1個(gè)小時(shí)里，VR被試的視力平均值都高于實(shí)驗(yàn)前；圖5-1是由圖4-3中VR被試組的三張子圖壓縮變化而成，可以反映實(shí)驗(yàn)的三個(gè)時(shí)段中，初始視力非1.5的被試其視力變化比重。從圖中可以看出，在實(shí)驗(yàn)1小時(shí)后，VR被試中視力持平或上升的比例高達(dá)總?cè)藬?shù)的90%，僅有10%出現(xiàn)了視力下降。 結(jié)論2：連續(xù)使用1小時(shí)后，平板組被試僅依靠20分鐘的休息，不能全部恢復(fù)視力到實(shí)驗(yàn)前的狀態(tài)；VR組被試則呈現(xiàn)出較為積極的變化； 根據(jù)表4-2和圖4-2可以看出，在實(shí)驗(yàn)后的20分鐘休息階段里，平板組的視力出現(xiàn)了緩慢回落，其中6年級(jí)平板被試最終視力和初始狀態(tài)相同；而4年級(jí)平板被試的視力在最后甚至低于初始狀態(tài)。相對(duì)于平板，VR組被試的視力基本保持穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)了上升。其中，根據(jù)圖4-4顯示，整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程結(jié)束后，高達(dá)14%的VR被試視力出現(xiàn)了一定幅度提升，而平板組僅為7.7%，VR組出現(xiàn)視力上升的案例比平板組多出近一倍。因此有理由相信，在內(nèi)容和方法適當(dāng)?shù)那疤嵯?，VR可以在一定程度上改善低齡用戶的視力。 結(jié)論3： 低年齡段用戶視力容易受到VR頭戴式顯示器的影響 圖5-2 實(shí)驗(yàn)20min非1.5被試視力變化比重 將圖4-3中實(shí)驗(yàn)開始20分鐘的子圖取出并加以整改，可以得出圖5-2，反映實(shí)驗(yàn)開始20分鐘后，視力發(fā)生變化的人數(shù)比例。在實(shí)驗(yàn)開始20分鐘后，有28%的VR被試視力出現(xiàn)了變動(dòng)，而平板被試只有不到20%，說明在20分鐘內(nèi)VR被試視力受到的影響高過平板被試。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，VR設(shè)備在較短的使用時(shí)間內(nèi)就會(huì)對(duì)具有近/遠(yuǎn)視視力的低年齡段用戶的視力產(chǎn)生影響。根據(jù)圖4-6及表4-3所示，具有遠(yuǎn)視左眼的VR被試有41.2%在實(shí)驗(yàn)后1小時(shí)后視力上升，具有遠(yuǎn)視右眼的有20%視力上升；具有近視左眼的VR被試有13.6%視力上升，具有近視右眼的有19.4%出現(xiàn)上升。另外，本次實(shí)驗(yàn)VR設(shè)備（HTC Vive）的實(shí)測(cè)虛像距約為1.7m，比起通常學(xué)生使用平板的眼睛對(duì)焦距離0.3m-0.45m要遠(yuǎn)，在內(nèi)容適當(dāng)?shù)那闆r下，較遠(yuǎn)的虛像距對(duì)長期觀看的被試更為有益。 因此，如果頭戴式顯示設(shè)備的虛像距離設(shè)計(jì)合理，該設(shè)備可以起到較好視力矯正的作用。相對(duì)的，如果虛像距離設(shè)計(jì)不合理，將會(huì)導(dǎo)致視力的進(jìn)一步下降。 ▎ 建議 根據(jù)上述對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，項(xiàng)目組針對(duì)用于低齡用戶的VR頭戴式顯示器可以給出如下建議： 1） VR頭戴式顯示器可作為視力矯正設(shè)備 低年齡用戶的近遠(yuǎn)視大多是假性的，具有正?；目赡苄?；但低年齡段用戶若長期頻繁的處于固定的聚焦條件下，將有可能使視力定型。因此，當(dāng)前市場(chǎng)上針對(duì)成人正常眼球設(shè)計(jì)的、具有較近距離和固定虛焦面的頭戴式顯示裝置并不適合兒童長期長時(shí)間使用。 如果VR頭戴式顯示器能夠在呈現(xiàn)趣味性內(nèi)容的同時(shí)，允許用戶將近視眼對(duì)應(yīng)屏幕的虛像距離適當(dāng)拉遠(yuǎn)，將遠(yuǎn)視眼的虛像距離適當(dāng)拉近，可以適當(dāng)解決青少年左右眼視力不均、以及青少年假性近/遠(yuǎn)視的情況。同時(shí)，視力正常的青少年則需要在使用一段時(shí)間后適當(dāng)調(diào)節(jié)一下虛焦距，這樣可以起到提前預(yù)防近視的作用。 2） 低年齡用戶需要個(gè)性化的VR頭戴式顯示器 鑒于結(jié)論3所述，低年齡段用戶視力分布情況較為復(fù)雜，如果需要低年齡段用戶較長時(shí)間使用VR設(shè)備，一個(gè)較為合理的建議是：需要通過視力檢查掌握每一個(gè)用戶的實(shí)際視力情況，并在頭戴式顯示器上進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以滿足低年齡段用戶的用眼健康要求。假設(shè)，如果瞳距可以適應(yīng)更大范圍的調(diào)節(jié)，又或者VR設(shè)備本身更加輕便小巧等，那么理論上VR可以被更大的年齡范圍所接受。 來源：未來影像高精尖創(chuàng)新中心 關(guān)注微信公眾號(hào)：VR陀螺（vrtuoluo）,定時(shí)推送，VR/AR行業(yè)干貨分享、爆料揭秘、互動(dòng)精彩多。