2026 年 11 月 4 日
来源：石原理工学院
目前的虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 显示器通常将虚拟物体呈现在固定的焦距上，这导致人眼汇聚点与聚焦平面之间产生不匹配。针对这一问题，一项最新研究测试了能够根据虚拟物体深度动态调整焦点的多焦显示器，旨在提升交互效率。
实验数据显示，在 3D 指针任务中，多焦显示技术显著提高了用户的平均移动速度和信息吞吐量，且未对错误率产生负面影响。然而，不同用户从中获得的收益存在差异，这表明未来的 AR 显示设计可能需要向个性化方向演进。
解决“会聚-调节冲突”难题
AR 技术通过将数字物体叠加在现实世界上来工作，而 VR 则让用户沉浸在计算机生成的环境中。在这两种场景中，如果显示器无法模拟人类眼睛的自然聚焦机制，用户在与不同深度的虚拟物体交互时便会面临挑战。人眼需要同时调整会聚角度和晶状体焦距来清晰观看不同距离的物体。
大多数现有的 AR 和 VR 头显即使面对处于不同深度的虚拟对象，仍以固定焦距显示图像。这种生理需求与技术限制之间的不匹配被称为“会聚-调节冲突”（VAC），它可能影响佩戴者的舒适度以及交互体验的有效性。
为应对这一挑战，来自日本石原理工学院的助理教授小丹·胡（Dan Hu）联合来自中国、加拿大及日本的专家团队开展了一项国际合作研究。团队成员包括奈良科学技术学院的基约希·基约卡瓦（Kiyoshi Kiyokawa）、上海嘉通大学的张医生（Dr. Zhang）、卡尔加里大学的梅拉·多纳吉·巴雷拉·马丘卡博士（Dr. Mela Donagi Barreira Machuca）、康科迪亚大学的阿尼尔·乌福克·巴特马兹博士（Dr. Anil Ufuk Batmaz）以及西蒙·弗雷泽大学的沃尔夫冈·斯图尔辛格博士（Dr. Wolfgang Stuerzinger）。
此次合作结合了亚洲团队在硬件开发和用户研究方面的专长，以及加拿大团队在交互实验设计上的经验。相关研究成果已于今年 8 月在《虚拟现实》杂志上在线发表。
3D 指向中的焦点调整测试
研究团队利用立体 AR 原型测试了多焦点显示器在改善 3D 指向性能方面的潜力。实验中，参与者使用追踪棒在不同尺寸和距离下选择虚拟目标。研究人员对比了在侧向运动和深度运动中，固定焦点模式与多焦点模式的差异，并测量了移动时间、错误率和吞吐量以评估任务效率。第一项研究涉及 24 名参与者，随后进行的第二项研究增加了 12 名参与者以验证硬件性能。
结果显示，在第一项研究中，采用多焦观看模式显著减少了移动时间并提高了吞吐量。值得注意的是，错误率并未出现显著变化，这意味着性能的提升并非以牺牲准确性为代价。在深度运动方面，多焦技术的优势更为明显，尽管在吞吐量指标上，不同运动方向的差异仅处于边界水平。
研究结果表明，动态调整焦距确实能改善人们与虚拟物体的互动方式。但小丹·胡指出：“并非所有使用者都能获得同等程度的益处，这使得个体差异成为未来研究的重要课题。”
个体优势与原型局限
虽然多焦显示器有助于 AR 和 VR 耳机在用户与不同距离物体互动时提供更自然的聚焦线索，但该研究尚未评估该技术对眼睛长期健康状况的影响，也未确定其是否能有效防止眼睛疲劳。参与者的反馈显示，他们在不同显示模式之间没有表现出明确的偏好，且不适感轻微。
总体而言，研究证实利用多焦技术减少 VAC 可以提升 3D 指点性能，但也凸显了解释响应差异原因的必要性。双眼视觉或深度感知的个体差异可能是影响因素之一，但这些变量在本研究中未被测量。此外，该原型受限于有限的视野，且未使用眼动追踪技术来实时调整焦点，这限制了其与日常 AR 应用场景的相似度。
小丹·胡表示：“未来的研究可以探讨哪些用户特征预测了更大的获益，以及显示器如何更好地适应个人需求。”这项工作为评估个性化 AR 系统提供了基础。
参考文献：
Dan Hu et al, Multi-focal displays reduce the impact of convergence-accommodation conflict on 3D pointing performance in augmented reality systems, Virtual Reality (2026). DOI: 10.1007/s10055-026-01473-5
