周辺ヘッドマウントディスプレイ

周辺ヘッドマウントディスプレイ（PHMD）は、ユーザーの視野（FOV）/周辺視野の周辺にあるユーザーの頭部に取り付けられた視覚ディスプレイ（単眼または双眼）です。これにより、マウントの実際の位置（ディスプレイ技術として）は、FOV全体をカバーしない限り無関係であると見なされます。PHMDは追加の常時利用可能な視覚出力チャネルを提供しますが、ユーザーが実行する現実世界のタスクを制限することはありません。^[1]

PHMDという用語にはGoogle Glassなどのデバイスが含まれますが、NASAによる元の定義に従うと、ヘッドアップディスプレイ（HUD）^[2]と誤分類されることがよくあります。^[3] NASAは宇宙飛行研究の何世紀にもわたる歴史を経てこの用語を定義しましたが、^[3]実際には、ユーザーが頭を下げる必要がなくなることで、アイズフリーの問題に対処するディスプレイを表しています。さらに、ユーザーの前方視野（FOV）に拡張情報を提供し、これは通常フロントガラスに投影されます。対照的に、ヘッドダウンディスプレイ（HDD）は計器コントロールパネルにあります。^[3]また、HUDは主に現実に追加情報を拡張するために使用されますが、これはGoogle Glassなどの製品では技術的にまだ実現可能ではありません（ディスプレイにレンズの焦点を合わせると、ぼやけた環境が発生します。下の図を参照）。

ヘッドマウントディスプレイのこの分類は、技術に依存するのではなく、その機能の特性と人間の目が周辺情報を知覚する能力に基づいています。この記事では、PHMD の視覚インターフェースを設計する際に考慮する必要がある、視覚知覚に関するヒューマンファクターについてまとめています。

最も重要な独自性は、ユーザーの視野が完全には覆われていないため、HMD がしばしば目指すような没入感を高めたり作り出したりする必要がなく、ユーザーが制限なく現実世界のタスクを実行できることです。現在のディスプレイ技術では、画像を目に投影する際に、画面を明瞭に読み取れるように瞳孔で画面の焦点を合わせる必要があるため、環境がぼやけて焦点が合わなくなります。そのため、Google Glassなどの PHMD は、瞳孔がディスプレイ自体に焦点を合わせているときに詳細な情報を表示でき、目が現実世界に焦点を合わせているときに周辺情報も表示できます。それでも、通知などの簡単な情報は、ディスプレイではなく現実世界に焦点を合わせているときに認識できます。

研究によると、ヘッドマウントディスプレイの最適な視覚出力を設計することは、ユーザーの知覚に大きな影響を与える生理学的要因がいくつかあるため、複雑な問題です。^[4]研究では、以下の効果が知られています。

ユーザーからの距離が異なるオブジェクトに再度焦点を合わせることで、永続的に切り替わります。ユーザーの目に何らかの方法で取り付けられたディスプレイは、焦点距離が固定されています。画面に表示される情報に焦点を合わせると、焦点深度が変わります。これにより、他のレイヤーに表示される情報がぼやけ、特にテキストなどの高空間周波数情報の知覚が低下します。

実際には 10° という特定の角度で行われます。この角度から外れたオブジェクトに焦点を合わせるには、自動的に頭の動きがサポートに使用されます。ただし、この角度を超える目の動きでHMD を装着すると、頭の動きがインターフェイスに影響を与えないため、目の筋肉が疲れて快適性が低下する可能性があります。

FOVを表します。ユーザーの目の視野角は、中心から94°、鼻側で62°です。^[5]垂直角度は上方向に約60°、下方向に約75°です。HMDはFOV全体をカバーしないことが多く、これもサイバー酔いの増加の原因となっています。

人間の目に異なる画像が提示されたときに起こる現象を説明しています。^{[6] [7]それぞれの目でキャプチャされた2つの画像はステレオ処理には互換性がないため、もう一方の目の側面図に対する}視覚的な優位性を争い、結果として2つの目からのビューが交互に表示され、非優位ビューはほとんど見えなくなります。この効果は、単眼HMDを装着しているときによく発生します。この設定では、研究者^{[8]は、ユーザーの}注意から数秒間完全に消えるオブジェクトも観察しました。

両眼が重なり合った異なる画像を知覚するが、脳がそれらを区別できない 現象を表します。この現象は、視覚分離不能としても知られています。

目が特定の点に焦点を合わせていないときの目の筋肉の状態を表します。3つの異なる状態があり、区別することができます：内斜位、外斜位、正斜位。片方の目が閉じているか、ディスプレイによって遮られている場合、斜位が発生する可能性があり、めまいや吐き気を引き起こす可能性もあります。^[9]

ユーザーは2つの目を持っていますが、主に片方の目が使われます。もう片方の目は補正や追加の空間情報の提供に使われます。利き目には単眼 HMDを装着することが推奨されます。 ^[4]

前述の要因のほとんどは、両目がディスプレイで覆われている場合に問題になりますが、周辺視野に 1 つのディスプレイが置かれている場合は、現実世界の知覚される画像に永続的な影響を与えないため、問題はないと考えられます。

前述のように、周辺ヘッドマウントディスプレイで認識できる情報には、(1) 詳細情報: ディスプレイに意識的に焦点を合わせたとき、(2) 周辺情報: 人間の視覚を通じて「現実世界」に焦点を合わせたときの 2 種類があります。(上の図も参照)

最も明らかな変化は「動き」であり、これはFOVの全スペクトルにわたって知覚できます。より狭い角度では、色の変化もかなりよく知覚できます（図を参照）。対照的に、形状を知覚したりテキストを読んだりするには、瞳孔の非常に熱心な注意が必要です。しかし、専用のタスクに集中しているときは、形状の大まかな変化は依然として周辺的に知覚できます。^[10]ヒューマンコンピュータインタラクションの分野でも、眼鏡による周辺の色知覚など、この視覚的な「周辺チャネル」に関する研究が行われています。^[11]さらに、研究者は、ユーザーエクスペリエンスを向上させるために、周辺ヘッドマウントディスプレイにアイトラッカーを追加で利用することを提案しました。^[5]どのディスプレイ位置が最も適しているかについても調査が行われています。^[8]人間の視覚の中央と下部に表示される通知は目立ちやすいことが判明しています。ただし、上部と中央の位置は気を散らすことが少なく、より快適で、ユーザーに好まれています。すべての位置の中で、中央右の位置が、注目度、快適さ、注意散漫の間で最もバランスが取れていることがわかりました。

ほとんどのHMDは両眼視野闘争、被写界深度、斜視の影響を強く受けますが、PHMDの場合は異なります。PHMDはFOVを完全にカバーしておらず、実際の物体に関する情報も拡張していないため、現実と投影の間で注意が切り替わる影響など、単眼HMDが通常抱える既知の問題の影響を受けません。このような問題は何世紀にもわたる空域研究で解明されており、通常は現実を拡張しようとするときに発生します。^[12]交通に参加するなど、重要な状況で操作する場合のこれらの潜在的な危険性は、PHMDではそれほど顕著ではありません。

PHMDはユーザーの視野の周辺に位置しているため、可用性が高く、フォーカスすることですぐに要求することができます。さらに、刺激に応じて、画面コンテンツの大幅な変化は、ディスプレイにフォーカスしなくても知覚できます。 [ ^11]この効果は、周辺情報（メールの受信、予定の接近、警告などの視覚的な通知など）を設計するために使用できます。このような知覚された情報への効率的な応答は、素早い手の動きなどの素早い周辺入力で実現できます。このようにして、ユーザーは現実世界のタスクを完了する際に大きな中断を受けることはありません。ヒューマンコンピュータインタラクションの研究では、これは周辺インタラクションとも呼ばれます^[13]

それにもかかわらず、社会的にぎこちないものではない、PHMDに適した入力様式はまだ発見されていない。PHMDを装着し、会話に参加しながら画面に注意を向けることによる否定的または肯定的な社会的影響が存在する可能性はあるが、まだ証明されていない。さらに、視覚入力様式に集中しながら交通に参加すると、道路への注意が大幅に低下する可能性がある（意味記憶とマルチモーダルインタラクションも参照）。ただし、スマートフォンの 操作と比較すると、デバイスをポケットやバッグから取り出す必要がないため、現実世界のタスクにすばやく切り替えることができる。さらに、PHMDはユーザーの手で持つ必要がないため、完全にハンズフリーの操作が可能になる。常に利用できるため、いつでも周辺視覚情報を提供できるが、ポケットに入れたスマートフォンの周辺情報はまったくまたはほとんど認識できない（クラブ/ディスコ内、歩行中など）。