【英論全訳】VR酔いー原因と測定方法のレビュー (Chang et al 2020)
要約
バーチャルリアリティ（VR）では，ユーザーが乗り物酔いの症状を経験することがあり，これはVR酔いまたはサイバー酔いと呼ばれています．この症状には，目の疲れ，方向感覚の喪失，吐き気などが含まれますが，これらに限定されるものではなく，ユーザーのVR体験を損なう可能性があります．多くの研究で不快感の軽減が試みられてきましたが、VR酔いの程度は様々で、相反する結果が得られました。特に、視覚的に改善されたVRが、必ずしもVR酔いの減少につながるとは限りません。このような予想外の結果を理解するために、私たちはVR酔いの原因と症状の測定方法を調査しました。VR酔いの原因を大きく3つの要因（ハードウェア、コンテンツ、ヒューマンファクター）に整理し、それぞれの要因のサブコンポーネントを調査しました。そして、主観的なアプローチと客観的なアプローチの両方で、頻繁に使用されるVR酔いの測定法を調査しました。さらに、VR酔いを軽減するための新たなアプローチを調査し、今後の研究のヒントとなるマルチモーダルフィデリティ仮説を提案しました。
１．はじめに
VR（バーチャルリアリティ）産業への関心の高まりとともに、映画やゲーム、教育などさまざまな分野でVR技術を取り入れようとする動きが活発化しています。しかし、VRの体験中に、一部のユーザーは乗り物酔いのような厄介な症状に悩まされることがあります。この現象をMcCauleyは「cybersickness」と呼び、「VR sickness」とも呼ばれています（McCauley & Sharkey, 1992）。VR酔いの主な症状は、目の疲れ、方向感覚の喪失、および吐き気です（LaViola Jr, 2000）。これらの不快な感情は、将来のVR体験を阻害する可能性があるため、VR酔いは解決すべき緊急の問題とみなされています。
多くの研究者がVRを用いたユーザー実験を行い、有害な症状の原因を調査しています（Duh et al., 2004; Häkkinen et al., 2002; Keshavarz et al., 2011） 。実験結果に基づいて、いくつかの研究では、VR酔いを軽減するためのガイドラインが示されています（Carnegie & Rhee, 2015; Y. Y. Kim et al., 2008; L. Rebenitsch, 2015）。本稿では、既存のVR酔い研究の結果をレビューし、症状を軽減するための今後の研究の方向性を議論した。77人のユーザーによる実験結果をもとに、VR酔いを引き起こす要因を調査した。また、症状を確実に測定するための様々な方法を調査しました。サンキー（Sankey）ダイアグラムを用いて、VR酔いの動向を多面的に捉えました。この図では、VR酔いの原因から症状の測定まで、一連の研究プロセスをパイプラインで表現しています。この作業を通して、現在の研究成果と今後の研究計画についての洞察を与えようとしました。このような背景から、本研究では、VR酔いとその軽減に関する深い知識を提供することを目的としました。
1.1. VR酔いの範囲
人間は、様々な感覚器官を通じて、自分の向きや自己の動きを認識しています。特に、人間は前庭感覚、視覚感覚、自己受容感覚からの情報を用いて、3次元空間における自己運動の一貫した知覚を獲得します。すべての感覚情報が互いに同期して処理されているので、私たちは何の困難もなく空間における自分の位置と動きを正確に認識することができます。
しかし、この知覚システムは、現代の交通システムによって妨害されることがあります(McCauley & Sharkey, 1992)。人が乗り物（車、船、飛行機など）に乗っているとき、前庭器官を通して自分の体が動いているのを感じることができますが、それに対応する視覚情報を受け取ることができないときがあります。視覚情報が動的な前庭入力と一致しない場合，現在の状態を表す求心性信号間で感覚的なコンフリクトが生じる。人が期待と異なる感覚情報を繰り返し受け取ると、乗り物酔いを経験することがあります(Sherman, 2002)。
動く視覚刺激も乗り物酔いの原因となります（Bonato et al., 2008; Chen, Chen, So et al., 2011; Lo & So, 2001; Lubeck et al., 2015; So & Lo, 1999）。視覚刺激が乗り物酔いを引き起こす支配的な感覚入力である場合、その症状はvisually induced motion sickness (VIMS)と名付けられます（Keshavarz, Riecke et al., 2015）。映像酔いは、文脈に応じて、ゲーム酔い、シミュレータ酔い、シネラマ酔い、VR酔いなどと呼ばれることもあります。特に、シネラマ酔いは、1900年代初頭の映画の時代から報告されています（Reason & Brand, 1975）。
この現象は、ベクションと呼ばれる自己運動の錯覚に関連しているのではないかと多くの研究者が主張している（Bonato et al., 2008; Liu & Uang, 2012; Lubeck et al., 2015; So & Lo, 1999; So, Lo et al.,2001） 前庭入力がなくても、人は特定の条件下で視覚情報に基づいて動いているように感じる。通常、現実では短い時間（数秒以下）しかベクションを経験しませんが、VRではその錯覚を長くすることができます。バーチャルリアリティでは、より高い没入感を得るために、動的な視覚刺激によって強いベクションを体験することができます。私たちの知覚システムは，動く視覚刺激に対応する前庭情報を期待する。しかし、ユーザーは通常、静止している（例えば、座っているか、立っている）ので、前庭器官は限られた、または最小限の入力しか受け取れません。従来の乗り物酔いは、通常、乗り物に乗っているときに起こるものですが、VRユーザーは、ダイナミックなVRシーンを見ているだけで、不快な身体状態（すなわち、映像酔い）を経験する可能性があります。
なお、VR酔いは映像酔いのサブタイプに限定されるものではありません。近年、VRにおけるユーザー体験の向上を目的として、モーション・シミュレータが導入されている。モーションシミュレーターを導入することで、高臨場感のあるVRの開発やVR酔いの軽減が期待されています。しかし，このような効果を得るためには，動いている視覚刺激に同期した前庭入力が不可欠であると考えられる。もし、視覚情報と時間的・空間的に一致しない非同期の前庭情報が提供された場合、ユーザーはVR酔いを経験する可能性もある。このように、現在のVRシステムを考えると、VR酔いの原因は、ベクトルを喚起する視覚刺激だけでなく、非同期の感覚入力（視覚と前庭感覚）にも拡張することができます。
1.2. 関連研究
VR酔いの初期の研究では、シミュレーションコンテンツのほとんどがナビゲーションや運転でした。そのため、シーンの速度や回転運動などのコンテンツ関連の要因が、VR酔いの潜在的な原因として考えられてきました（So & Lo, 1998, 1999）。また、研究者たちは、VR酔いの可能性のある原因を見つけるために、ハードウェアまたは個人の特性要因を調査し始めました。
これまでの研究では、VR酔いを引き起こす1つまたは2つの支配的な要因を特定することが期待されていましたが、実際には、さまざまな要因がVR酔いの原因となりうることが結果として示されています（Duh et al., 2004; DiZio & Lackner, 1997; Jaeger & Mourant, 2001; Yang & Sheedy, 2011）。 VRシステムは、ハードウェア技術とコンテンツレンダリングの複雑な組み合わせから成り立っているため、VRシステムの多くのコンポーネントがユーザーの不快感に関与していることはもっともなことだと思われます。さらに、研究者たちは、個人差がVR酔いのレベルに影響を与えることを発見しています（Dennisonら、2016年、Llorachら、2014年、Parkら、2006年）。人々は同じデバイスを通して同じVRコンテンツを体験しているにもかかわらず、個人の特性によって不快感のレベルが異なるのです。先行研究では、ユーザーの不快感の度合いを予測するために、どのような人的要因が顕著な指標となるかに注目しています。例えば、乗り物酔いの履歴や、ユーザーの過去のVR体験などが広く調査されている（Dennison et al., 2016; Stanney et al., 2003）
一方、VR酔いのレベルを定量化する方法も広く検討されています。症状を診断して軽減するためには、重症度を確実に測定することが重要です。方法によっては、ユーザーは主観的または客観的な測定によって自分の体の状態を報告することができます。初期の研究では、ほとんどの研究が、様々なタイプのアンケートなどの主観的な方法を使用していました。最近では、姿勢の乱れや生理的な信号を用いた客観的なアプローチで不快感のレベルを測定する試みがなされている。
本論文では、先行するVR実験をレビューし、VR酔いを引き起こす関連性の高い要因を見つけることを目的としました。また、提案されているVR酔いの測定法を調査し、どのパラメータがユーザーの体験を評価し、不快感を予測するための有望な指標であるかを検討しました。最後に、マルチモーダルフィデリティ仮説を提案し、フィデリティとVR酔いの関係を明らかにしました。
２．方法
2.1. データの選択
このレビューは、VR酔いの原因と対策を調査することを目的としました。レビューのために、関連するキーワードで Google Scholar で検索しました。最初の検索では、「VR sickness」、「cybersickness」、「motion sickness」、「simulator sickness」、「visually induced motion sickness」、「virtual reality」、「HMD」などの用語が含まれていた。発表時期の範囲は1992年から2019年で、結果として518件の論文が提供された。研究範囲を維持するために、VRトレーニングやセラピーに焦点を当てた研究は除外しました。また、健康な成人を対象としたヒトの研究のみを対象としたため、患者（前庭機能の異常、片頭痛、脳卒中など）を対象とした研究は対象外となりました。データリストには、主観的または客観的な測定方法が少なくとも1つある実験データのみを含めた。最後に，検索エンジンから見落とされた関連性の高い論文および／または引用された論文を含めるために，前方および後方引用検索（Crameri et al.，2019）を適用した。最終的に，77件の実験結果がさらなる分析のために選択された。
2.2. データ分析
2.2.1. 分類
収集された論文は、VR酔いの原因または対策のいずれかを調査しています。5つの論文は、症状の原因ではなく、VR酔いの主観的な測定値と客観的な測定値の関係を調査していました。残りの論文は、VR酔いの原因を調査し、VRシステムの特定の要因がユーザーの不快感にどのように影響するかを示しています。研究の目的に応じて、VR酔いの原因を調査した実験論文は3つのカテゴリーに分類されました。本研究では、症状の原因を「ハードウェア要因」「コンテンツ要因」「人的要因」の3つの異なる領域に再整理しました。
ハードウェア要因には、ディスプレイの種類や表示モード、時間遅延など、VR機器に対するあらゆる操作が含まれます。
コンテンツ要因には、グラフィックスやタスクに関連する機能（持続時間や制御可能性など）の変更によるVRシーンやシナリオの変化が含まれます。
人的要因には、VR酔いに関係する個人差が含まれます。
一つの論文が複数の独立変数を同時に扱っている場合（例：VR 酔いに対するディスプレイの種類と性別の両方の影響を調べている）、その論文は関連するカテゴリーに分けてカウントされた（例：ハードウェアと人的要因の両方のセクションに分類された）。
2.2.2. サンキーダイアグラム
VR酔いの原因ごとに、サンキーダイアグラムを提示しました。サンキーダイアグラムは、VR酔い研究のパイプラインの概要を示しています。VR酔いの原因からユーザーの不快感の測定まで、過去の研究がどのように関連しているか、今後の研究でどの部分を改善すればよいかを理解することができました。
サンキーダイアグラムの描画には、Google chart（https://developers.google.com/chart/interactive/docs/gallery/sankey）の「Multilevel Sankeys」を使用しました。フローの幅は、論文の数を表しており、フローの幅が広いほど、特定のトピックや測定における先行研究が多いことを意味しています。一般的に、各記事の重みは1です。ある研究が様々な主観的（または客観的）測定を同時に使用している場合、重み（すなわち1）を使用された測定の数に分割しました。例えば，van Emmerikは，主観的な測定値としてmisery scale (MISC) と simulator sickness questionnaire (SSQ) の両方を使用しました (van Emmerik et al., 2011)。この場合，各測定値の重みは0.5でした。Dennisonら（2016）の研究では、7つの客観的測定値と2つの主観的測定値が同時に使用され、VR酔いを評価するための14の組み合わせがありました。ここでは、各組み合わせの重みを0.071（1/14）とした。この図は、定量的な方法に基づいて先行研究の数を可視化することを目的としました。そのため、重みの計算には各研究のサンプルサイズを考慮していません。個々の論文の実験変数、客観的測定値、主観的測定値、重量値を表（表1、表3、表4）に記載した。これらの表の情報をもとに、VR酔いの要因ごとにサンキーダイアグラムを作成しました（図1、2、3）。
（同）実践サイコロジー研究所は、心理学サービスの国内での普及を目指しています！ 『適切な支援をそれを求めるすべての人へ』