游戏体验中产生的视觉疲劳研究

作者:knight623
2024-07-06
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编者按

本文来自 GDC 官方 Youtube 频道,原内容形式为视频演讲,indienova 对其进行了编译整理,以图文形式分享。原链接见文末。

  • 演讲人:Su Yuling
  • 译者:knight623

正文

我是 Su Yuling,一名来自网易游戏的用户体验研究员。保持健康在日常生活中至关重要,玩游戏时也不例外,而本次演讲讨论的正是玩家的健康问题——在游戏体验中产生的视觉疲劳研究。

演讲内容主要有以下几方面:首先,我将简要介绍一些由观看屏幕引起的视觉疲劳的背景知识;其次,我将讨论为研究游玩电子游戏时产生的视觉疲劳而专门进行的两项研究;最后,我将解释导致视觉疲劳的常见原因,并为游戏设计师提供一些如何避免玩家视觉疲劳的建议。

背景介绍

众所周知,长时间观看电子屏幕会导致视觉疲劳、头痛、视力模糊、眼睛干涩等一系列症状,这也被称为计算机视觉综合症(Computer Vision Syndrome, CVS)。随着手持式和头戴式 VR 设备的日益普及,视觉疲劳对玩家的健康和游戏体验构成了非常切实的威胁。许多报告和文献还得出结论,使用电子屏幕——特别是长时间使用——可能会导致视觉疲劳。另外,我们还听到有玩家抱怨在一局游戏结束后眼睛不适。玩家们想知道为什么有些游戏会导致严重视觉疲劳,而有些却不会,同时,他们也在想尽一切办法来缓解这种不适。用户体验研究的出发点是为了向用户提供更好的体验,因此用户的视力健康是我们非常关心的问题。我们想知道游玩电子游戏是如何导致视觉疲劳的,以及如何缓解。因此,接下来我将展示为调查手游玩家视觉疲劳而开展的两项研究。

研究 1: 提出评估指标

研究 1 的目标是确定评估方式,我们希望找到一个客观且易于实施的评价指标,并且结果在不同场景之间可以对比。通过查阅文献,我们发现了几种方法:第一种是自我评估,它易于进行,并且支持在不同场景之间对比,但显然非常主观;第二种方法——验光测量——绝对客观,但很难开展;最后一种是心理生理学方法,它完全符合我们的要求。

因此,我们通过心理生理学指标来测量一个人的生理状态,如心率、眼球运动、皮肤电导等——然后利用这些指标来推断他们的心理状态。本研究选择了两个与视觉敏感度相关的指标来判断视觉疲劳程度。


概念引入

第一个指标是 CFF(Critical Flicker/Fusion Frequency, 临界闪烁频率,指间歇光源所发出光线的临界频率,到达该频率后,间歇光源发出的闪烁光线可被人眼感知为连续光线),用于检测视觉疲劳。测量 CFF 的装置如图所示。

该装置内部装有一个可调节闪烁频率的 LED 光源,受试者要从目镜里看向该光源。测试开始时,受试者会看到 LED 发出的光线还在闪烁,随着 LED 光源的闪烁频率提高,受试者会感知到光线渐渐连续起来,当受试者认为光线不再闪烁时,当前光源的闪烁频率即为临界闪烁频率。以下图为例,随着闪烁频率从 7.9 赫兹增至 30 赫兹,我们感知到光线逐渐从闪烁变得连续,当频率达到 30 赫兹时,光线变得完全连续,则可认为 CFF 为 30 赫兹。

至于为什么把 CFF 作为视觉疲劳的评估指标,可以看个例子:玩游戏之前,玩家对闪烁的光源有较高的临时敏感度,这意味着玩家能够清楚地辨别微小的发光图案。此时的 CFF 为 40 赫兹,也就是说光源的闪烁频率高于 40 赫兹才能让玩家认为光源稳定且无闪烁,而一旦低于该阈值,就会让玩家感知为闪烁。玩了两个小时游戏之后,玩家感到疲惫,视力灵敏度随之下降,已经无法准确辨别闪烁光源。 此时,较低的闪烁频率(35 赫兹)就足以让玩家认为光源发出的光是连续的。这也就意味着,通过比较游玩游戏前后的 CFF 值,可以推断出玩家视觉疲劳的严重程度,如果 CFF 急剧下降,可以据此认定玩家的眼睛已经非常疲劳,相比之下,如果游玩前后没有出现明显变化,那么可能并不存在视觉疲劳。

第二个指标是对比敏感度(Contrast Sensitivity, CS),即区分物体和背景的能力。传统的对比敏感度测试方法是让受试者观看一张图表,如下图所示,字符对比度从黑色逐渐淡至完全透明。在玩家视觉疲劳程度较低时,他们可以将对比度稍浅的字母 V 与背景区分开来。 然而,玩家在较为疲惫时,就无法看到字母 V 了,只能看到另一个更暗的或对比度更高的字母 H。 因此,我们可以从对比敏感度的阈值变化反推视觉疲劳的严重程度。

在这项研究中,我们采用了三个评价指标,第一个是 CFF,用来测量临时敏感度,当一个人视觉疲劳时,CFF 会降低;第二个是对比敏感度,当一个人视觉疲劳时,他只能辨别具有较高对比度的字母,即分辨明暗的阈值会提高。第三个是自我报告。除了心理生理学方法外,我们还要求受试者以 1-5 分的量表进行自我报告,以衡量各种视觉疲劳症状,并检查 CFF 和对比敏感度指标是否有效。


实验过程与结果

实验过程非常简单:首先要求受试玩家游玩游戏或观看视频 20 分钟,在使用屏幕前后分别测试他们的 CFF 和对比敏感度,并要求他们填写自我报告问卷。通过比较前后的结果,我们可以了解玩家视觉疲劳的程度。

结果如下:图中灰色柱形为受试者在游玩游戏之前的 CFF 值,请注意,CFF 值降低意味着受试者视觉敏感度降低,可推断出受试者已产生了一定的视觉疲劳。可以看到的是,使用屏幕 20 分钟后,受试者的 CFF 值均或多或少有所下降。另外值得注意的是,玩游戏引发的视觉疲劳程度与看视频基本一致。除此之外,游玩 FPS 和赛车游戏产生的视觉疲劳比其他品类更严重。

最后,可以看出 CFF、对比敏感度与自我报告之间存在中等相关性,这表明 CFF 和对比敏感度阈值是评估视觉疲劳的有效指标。


收获与结论

本研究的主要目标是通过心理生理学方法,找出描述视觉疲劳的有效定量指标。我们发现 CFF 和对比敏感度似乎是衡量视觉疲劳的有效指标,它们可以帮助设计师确定游戏中的元素是否会导致视觉疲劳。例如,玩家可能会抱怨在大逃杀游戏中搜刮某些房间时感到不适,也就是说,室内光线亮度可能很重要。因此我们可以设置一个 A/B 测试,比较室内光线明亮和昏暗的房子,并结合玩家的心理生理学指标和自我报告数据来确定哪种情况会导致视觉疲劳。而此测试心理生理学指标表明:在光线昏暗的房间中翻箱倒柜可能容易导致视觉疲劳。确定该风险因素后,就可以针对性地调整游戏设计:减少此类房间的数量,避免玩家在此类房间中花费太多时间,或者调整亮度,设置更好的明暗过渡,为玩家提供更好的体验,减少视觉上的不适。

除了以上两个指标,自我报告对评估视觉疲劳也非常有用。同时我们还发现,游玩 FPS 和赛车游戏时玩家产生的视觉疲劳最为严重。

研究 2:进一步理解机制

在研究 2 中,我们希望进一步了解视觉疲劳背后的机制,同时总结出一些缓解视觉疲劳的方法,因此我们选择了 FPS 和赛车手游来进一步研究视觉疲劳并引入了验光测量手段。


概念引入

查阅相关文献后,我们选取了三个验光指标。玩家游玩游戏时,双眼会较为专注地注视屏幕,且眨眼次数将远远低于正常水平,这将导致眼睛干涩。基于此,我们选取的第一个指标为泪膜破裂时间(Tear Breakup Time, TBUT),是用以评估眼睛干涩程度的临床指标。TBUT 缩短意味着在游戏期间或者游戏结束后可能会出现眼睛干涩和不适。其余两个指标与眼睛的调节能力有关,它们的变化意味着睫状肌可能已经疲劳并将导致视力模糊。第二个指标是前房深度(Anterior Chamber Depth, ACD),当视线聚焦在远处物体上时,睫状肌处于放松状态,晶状体变平;当视线聚焦在近处的物体上时,睫状肌则会收缩,晶状体变厚,也就意味着长时间将视线聚焦在近处,将导致睫状肌疲劳。第三个指标是睫状体调节力(Accommodation Power, AP),该指标与人眼焦距调节有关。人眼疲劳时,睫状肌调节力将受到影响,图像便无法准确地投射到视网膜上,从而导致视线模糊。


实验过程与结果

通过使用这些验光测量方法,我们可以进一步了解玩游戏时视觉疲劳的机制。研究 2 的设计与研究 1 较为类似,包括游戏前、游玩一小时和游戏后测试。

CFF 及对比敏感度的结果如图所示,正如预期,CFF 和对比敏感度在每次游戏后都会受到影响,CFF 降低以及对比敏感度提高都表明游玩游戏后会产生严重视觉疲劳。但我们发现两类游戏对视觉疲劳的影响程度区别不大。

验光测量则出现了一些有趣的结果:一方面,游玩这两类游戏后,泪膜破裂时间都有所缩短,这与之前的研究结果一致。也就是说,使用屏幕一小时后就可能会出现眼睛干涩和不适。

另一方面,前房深度和睫状体调节能力仅在游玩 FPS 游戏时会受到影响,而游玩赛车游戏时则不受影响。前房深度变浅表明在玩 FPS 游戏后睫状肌暂时处于疲劳状态,睫状体调节时间延长表明睫状体调节力同样受到影响,也就是说,游玩 FPS 游戏后眼睛无法快速完成睫状体的调节。综上所述,游玩 FPS 游戏后,人眼的屈光和聚焦能力会受到显著影响,这可能是因为 FPS 游戏中有更多复杂的镜头控制操作。


收获与结论

研究 2 的结果表明,不同游戏类型对视觉疲劳的影响也有所不同。泪膜破裂时间与使用电子屏幕的时间直接相关,且在各类型游戏中都较为一致。但仅有 FPS 游戏会导致前房深度变浅和睫状体调节力下降,在游玩该类型游戏时,眼球运动速度更快且需要频繁改变焦距,进而在游玩 FPS 游戏后引发严重睫状体疲劳。简单来说,在游玩 FPS 游戏后,眼睛的聚焦能力可能会暂时受到影响。

在研究 2 中,我们使用验光测量手段来进一步阐明视觉疲劳机制。FPS 游戏可能与其他游戏类型不同,它需要大量的眼球运动、焦点切换以及对细小事物的分辨力。与其他游戏类型相比,它对视觉的要求要高得多,因此长时间游玩 FPS 游戏可能会导致视觉功能暂时下降。另一方面,泪膜破裂时间的结果也表明,就算不玩射击游戏,长时间观看屏幕也会导致眼睛干涩。

总结

我们从以上研究中提炼了一些结论,同时也参考了其他文献,总结出导致视觉疲劳的常见原因,同时提供一些可以帮助设计师提升游戏视觉友好度的小贴士。


视觉疲劳常见原因

造成视觉疲劳的首要原因是过高的亮度。以生存类手游《明日之后》为例:内测期间,玩家经常抱怨游戏中下雨时眼睛会感到疲劳。通过分析画面并与其他游戏进行比较,我们发现这是雨滴过于密集和明亮导致的。因此在正式发布版本中,我们降低了雨滴的密度和亮度以改善用户体验,也收到了玩家对这次改动的良好反馈。

造成视觉疲劳的第二个常见原因是低对比度。显而易见,对比度较低时,查看并寻找场景中的有用信息将非常困难。举例来说,一位玩家可以更简单地从右图中识别并分辨出细节,而对比度较低的左图则相对困难。可想而知,如果对比度太低,玩家就不得不眯起眼睛来玩游戏,这会更快导致视觉疲劳。

另一个原因则是视野(FOV)和镜头灵敏度,这在射击游戏中尤为常见。下图展示了较窄的视野和较高的镜头灵敏度给玩家带来的晕眩体验。最开始视野为 90 度,看上去似乎仍然可以接受;140 度的视野则会更好,更顺滑;但狭窄到只有 30 度的视野,会让玩家感到头晕目眩。当然,并不是说完全不要在游戏中采用较窄的视野,只是如此设置时要尽可能谨慎。如我们刚刚所见,高镜头灵敏度加上较窄的视野会很快导致视觉疲劳,如果镜头灵敏度与视野相适应,则可以为玩家提供更好的体验。

FOV = 90

FOV = 140

FOV = 30

和镜头相关的另一个因素是稳定性,以赛车游戏为例:如下图所示,在游玩过程中,汽车和玩家的距离并非一成不变。汽车减速时,汽车的位置离玩家更近,加速时,位置离玩家较远。这种相对位置的变换是赛车游戏中经常使用的技巧,可以为玩家带来更强的速度感,大多数情况下,该技巧不会引发视觉疲劳。但在某些游戏中或者一些极端情况下,汽车的位置变化太明显、太突然,让人感觉车仿佛在跳跃一般,同时镜头也不稳定,这会导致视觉疲劳。

建议

那么在开发游戏时,应该怎样避免或缓解视觉疲劳呢?第一个建议是使用有效的视觉疲劳指标进行 A/B 测试。在设计新地图、添加新元素或打算对游戏进行修改时,可以通过 A/B 测试来识别可能会导致视觉疲劳的元素,并尽可能减少其影响。正如之前所说,CFF、对比敏感度和自我报告都是非常实用的视觉疲劳测量指标。特别是对比敏感度,只需要一张对比度图或是一台计算机就可以开展测试。通过多种方法的结合,就能够找出风险因素并设法消除它们。

第二个建议是为玩家提供选项,让他们通过自定义显示选项(例如亮度、视野、相机灵敏度)来设置自己的视觉偏好,从而更有可能找到适合自己的参数。

另外,还可以在游玩过程中设置提醒或是提供相应设置,以给予玩家更好的游玩体验。这里我们建议使用眼科医生推荐的 20-20-20 规则,以防止视觉疲劳,即每使用屏幕 20 分钟,就应该远眺 20 英尺外的物体 20 秒。而在游戏设计方面,当玩家(特别是儿童和青少年)长时间玩游戏时,可以设置一个红色的停止警告,以提醒玩家放松眼睛。我们还可以利用手机或其他设备上的自适应亮度功能,根据游戏内容来调整屏幕亮度和环境光照,提供更舒适的视觉体验。

综上所述,CFF 和对比敏感度是衡量视觉疲劳的有效心理生理学指标。它们客观、易于实施,可在不同场景间对比。利用这些指标进行 A/B 测试可以帮助我们识别视疲劳的危险因素。我们还讨论了一些导致视觉疲劳的常见原因,例如亮度、对比度、视野和镜头稳定度。我们可以据此增加游戏内设置,如一些提示,或自动调节游戏内亮度,来缓解视觉疲劳。

最后,我今天所展示的内容是和网易游戏的同事 Jade Wong 共同完成的,另外还要特别感谢广东省视光学学会的王幼生教授,他为第二项研究提供了测量仪器,并协助进行了数据分析工作。


原链接:https://www.youtube.com/watch?v=Kr7hdAOeeUs
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