光学头戴显示器虚拟信息对跨障碍步态性能的影响研究

　　本研究针对光学头戴显示器（OHMD）在跨障碍行走时可能降低情境意识、增加跌倒风险的问题，通过对比无OHMD、佩戴OHMD无虚拟信息（OC_HMD）及显示虚拟内容（OC_AR）三种条件下的步态参数，发现OHMD使用会显著降低步速（1.36±0.20 m/s）和步长（1.26±0.14 m），并增加足尖离地间隙（领先足210.79±35.38 mm）和 trailing foot placement（258.53±46.25 mm）。该研究为未来OHMD设计如何平衡信息呈现与运动安全提供了实证依据。

　　

在物流、维修等职业场景中，光学头戴显示器（OHMD）正逐渐成为解放双手、提升效率的工具。然而，当使用者边行走边阅读显示器上的虚拟信息时，注意力分散与视野遮挡可能引发跨障碍失误甚至跌倒——这一矛盾随着OHMD普及变得日益尖锐。台湾地区的研究团队注意到，既往研究多聚焦于OHMD的视觉遮挡效应，却鲜少区分物理遮挡与认知干扰对步态的不同影响，而这恰恰是优化设备设计的关键。

为厘清这一问题，研究人员设计了包含20名健康成年人的对照实验。通过三维运动捕捉系统，量化分析了三种场景（无OHMD、佩戴未激活的OHMD、显示AR信息的OHMD）下的步态参数。技术方法上，重点采用时空步态分析（spatiotemporal gait analysis）测量步速、步长等指标，并结合运动学建模计算足尖离地间隙和足部定位，所有数据均通过重复测量方差分析进行统计验证。

Results部分核心发现

1. 速度与步长抑制：虚拟信息使接近速度降至1.70±0.25 m/s（降幅达12%），步长缩短至1.26±0.14 m，表明认知负荷对运动计划的影响大于单纯设备佩戴。
2. 动态补偿机制：无论是否显示信息，OHMD均引发保守策略——领先足离地间隙增加35.38 mm， trailing foot placement在OC_HMD条件下扩展至258.53±46.25 mm，反映视觉受限时的安全代偿。
3. 叠加效应：OC_AR状态下 crossing speed进一步降低，证实虚拟信息与设备物理特性存在协同干扰。

Discussions揭示的深层机制
研究首次证实OHMD对步态的干扰呈现"双重路径"：设备结构通过遮挡下视野（lower visual field）限制环境感知，而虚拟信息则占用认知资源，导致运动控制精度下降。特别值得注意的是， trailing foot placement的异常增加（较基线>15%）暗示OHMD使用者可能依赖"试探性"步伐来补偿视觉反馈缺失，这种策略在复杂环境中反而可能增加绊倒风险。

该成果发表于《Gait》期刊，其价值在于为OHMD的人机工程学设计提供了量化标准：未来设备需同时优化光学透光率与信息呈现频率，尤其在工业应用场景中，应开发动态调节功能以匹配用户运动状态。研究团队建议，通过生物反馈技术实时监测步态参数，或可成为预防OHMD相关跌倒事故的突破方向。