人机即时交互：人类对视觉延迟的感知研究

### 人机即时交互：人类对视觉延迟的感知研究 在人机交互领域，即时响应是一个关键的追求目标。然而，“即时”并不意味着零延迟，了解人类对视觉延迟的感知能力，对于设计高效、流畅的交互系统至关重要。本文将深入探讨人类对运动 - 视觉延迟的敏感度，并通过两个实验进行研究。 #### 1. 交互延迟与感官过程 人类在处理和操作物体方面非常熟练，这得益于运动系统、视觉系统以及其他感官的协同作用。“行动感”指的是个体感觉自己是事件直接原因的体验，其中包含了许多行动后预期的延迟。例如，有研究发现参与者在使用操纵杆控制图像移动时，即使延迟长达700毫秒，仍能保持行动感。这种延迟类似于现实物理事件中的延迟，即后果的产生会因距离的传递而滞后。 但在许多人机交互场景中，如文本输入、射击移动目标或移动屏幕光标等，用户通常期望系统能即时响应。一项比较行动感和同时感时间界限的实验强调了这类人机交互对快速响应的高要求。实验中，参与者按下按钮并观察视觉闪光，然后判断事件是否同时发生或按钮按下是否为事件的起因。结果显示，只要视觉闪光延迟不超过约400毫秒，按钮按下通常被视为事件的起因；而当闪光延迟低于约250毫秒时，两个事件被判断为同时发生的概率高于随机水平。 在快节奏的游戏场景中，大约100毫秒的延迟就会被玩家察觉，这会对游戏体验产生不利影响。此外，需要指向和拖动的鼠标操作对时间延迟更为敏感。不过，人类能够适应鼠标移动和屏幕显示之间长达235毫秒的延迟，但随着视觉任务速度的加快，这种适应会变得越来越困难。 研究表明，人类感知系统具有一定的适应性，能够补偿相应信号之间的短暂时间偏移。为了确定感知系统在运动输入后能够补偿的视觉延迟程度，研究人员进行了一系列关于运动 - 视觉延迟的行为实验。 #### 2. 实验方法 本次研究通过两个重复测量实验，探索了人类对运动输入和视觉输出之间时间延迟的主观敏感度。 ##### 2.1 实验设置 - **参与者**：共51名参与者，包括10名女性和41名男性，年龄在19至33岁之间。 - **实验设备**：使用配备15.4英寸显示器的MacBook Pro电脑，参与者的调整和响应通过Griffin click + spin USB控制器（一种类似慢跑穿梭器的设备）记录。 - **视觉刺激**：整个实验使用相同的视觉刺激，即一个持续匀速旋转的黑色圆盘。圆盘的旋转速度有两种（0.2转/秒或1转/秒），每次试验随机变化，初始旋转方向也随机。 ##### 2.2 调整实验 - **实验流程**：每个试验开始时设置一个初始延迟（100、200、300或400毫秒）。参与者按下控制器上的按钮改变圆盘的旋转方向，并通过转动轮子调整按钮按下与视觉变化之间的延迟。由于没有参考点，参与者不知道实际的延迟值，但时钟面作为视觉提示显示了延迟的范围。参与者需要反复调整和测试，直到感觉视觉呈现能即时跟随运动输入。每个试验中，参与者至少要进行十次按钮点击才能进入下一个试验。 ```mermaid graph LR A[开始试验] --> B[设置初始延迟] B --> C[按下按钮改变旋转方向] C --> D[观察旋转圆盘] D --> E[评估点击与旋转变化的延迟] E --> F[转动按钮调整延迟] F --> G{是否感觉无延迟} G -- 否 --> C G -- 是 --> H[接受当前延迟，进入下一个试验] ``` - **实验次数和时间**：由于有四种初始延迟水平、两种旋转速度、两种旋转方向，且每种条件重复两次，整个调整实验共包含32次试验，大约需要10分钟完成。 ##### 2.3 辨别实验 - **实验流程**：每次试验中，参与者只需按一次按钮，圆盘的旋转方向会相应改变。按钮点击和方向改变之间的延迟随机从11个预设值（0、20、40、60、80、100、140、180、220、260和300毫秒）中选取。参与者按下按钮后，需密切关注视觉变化，并判断运动和视觉事件是否同时发生。他们通过向左或向右转动轮子选