虚拟现实诱导运动错觉（Vection）的现场定量研究：基于2023军事健康研讨会的数据采集与分析

　　为解决航空空间定向障碍（SD）引发的飞行安全问题，研究人员利用虚拟现实（VR）技术开展运动错觉（Vection）定量研究。通过在军事健康研讨会（MHSRS）现场使用Vive Pro Eye头显与随机点刺激范式，发现错觉强度与持续时间随运动一致性点数量增加呈系统性变化，证实VR系统在非受控环境下进行心理物理学研究的可行性，为远程SD训练与评估提供新途径。

　　

在航空操作中，飞行员面临一种被称为“空间定向障碍（Spatial Disorientation, SD）”的致命威胁——即无法正确感知自身或飞行器相对于地表和重力垂直方向的位置、运动或姿态。其中，运动错觉（Vection）作为一种典型的SD表现，指的是静止个体因视觉场景运动而产生自身运动的错觉。例如，当直升机在沙漠中降落时，旋翼下洗流卷起的沙尘以特定模式掠过挡风玻璃，可能诱发飞行员产生“正在爬升”的错觉，从而导致误操作并造成严重事故。历史上，在伊拉克和阿富汗军事行动中，因沙尘暴引起的“棕视（Brownout）”导致的直升机事故损失甚至超过敌方火力攻击。

传统SD研究依赖大型、昂贵且非便携的设备，如光动力鼓（Optokinetic Drum）或前庭视觉球体装置（Visual Vestibular Sphere Device, VVSD），这些设备难以在实战环境或野外条件下使用。此外，COVID-19大流行期间实验室研究中止，也凸显出远程、自控式实验平台的迫切需求。为此，美国陆军航空医学研究实验室（USAARL）开发了虚拟现实运动错觉系统（Virtual Reality Vection System, VRVS），利用消费级VR设备实现定量化、可移植的vection研究。

在2023年军事健康系统研究研讨会（MHSRS）的展览现场，研究人员开展了一项探索性实验。他们使用HTC Vive Pro Eye头显呈现计算机控制的随机点运动刺激，通过按钮按压（Button Press, BP）记录vection持续时间，通过线性电位计（Linear Potentiometer, LP）记录vection强度。每名被试接受两个45秒的刺激帧：第一帧为100%一致性向右运动的黑点，作为参考；第二帧则包含不同比例的一致性运动点（0、50、100、150、200、250个）与随机运动点的混合。实验在开放、嘈杂的展览大厅中进行，无需隔音或光线控制，参与者为自愿报名的研讨会访客。

该研究共收集31名被试的197次试验数据，最终纳入119组有效观测。结果表明，平均BP和LP值随一致性点数增加呈现先升后降再上升的趋势：从0点至50点（20%一致性）和100点（40%一致性）时持续上升，在150点（60%）和200点（80%）时略有下降，而在250点（100%）时达到最高。这一变化模式显示出vection与运动一致性之间存在系统性心理物理依赖关系。尽管个体间响应差异较大，且完全无一致性运动时仍有少数被试报告错觉（可能源于注意力分散或误解任务），但整体趋势支持VRVS在复杂环境中诱发和测量vection的有效性。

研究人员使用Vive Pro Eye VR头显呈现动态点阵刺激，通过Alienware笔记本电脑控制实验流程与数据采集。被试通过手持控制器上的按钮记录vection持续时间，通过带刻度的线性电位器（LP）实时报告错觉强度。刺激为直径约3°的黑点，以40°/秒的速度运动。每名被试参与105秒的试验，包含两个刺激帧与中间15秒空白间隔。数据经预处理后，剔除异常值，并按被试与条件进行聚合分析。

结果部分：

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  Vection响应与一致性点数的关系：BP和LP均值在一致性点数0至100之间逐步上升，在150和200点时轻微下降，250点时显著升高。箱线图显示各组响应分布广泛，尤其在中等一致性条件下变异较大。

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  响应分布的统计分析：LP响应在低一致性条件下呈正偏态分布，随一致性提高逐渐平坦化；BP分布在除0点外的各组中均较为均匀。部分被试在完全随机条件下仍报告较长错觉持续时间，可能源于任务误解或注意力波动。

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  其他变量的影响分析：运动方向（左/右）和被试年龄未显示与vection响应的明显关联，因此未纳入最终模型。

研究表明，VRVS能够利用商用VR技术在开放、嘈杂的展览环境中成功诱发并定量测量运动错觉（Vection），且响应值与运动一致性之间存在可重复的心理物理关系。这一结果验证了便携式VR系统在非实验室环境下执行精密心理物理学实验的潜力，尤其适用于航空SD的现场培训与评估。尽管存在被试响应标准不一致、数据匿名性导致的依赖关系不明确等局限，该研究为未来远程、自控式虚拟现实研究提供了重要范式。随着远程办公和分布式研究的普及，VR技术有望在军事医学、人因工程及康复训练等领域发挥更广泛的作用。

论文发表于《Military Medicine》，属于美军健康研究研讨会增刊，得到了军事作战医学研究计划（MOMRP）的资助。所有作者声明无利益冲突，实验方案经USAARL伦理审查委员会批准为豁免类 benign behavioral intervention 研究（32 CFR 219.104(d)(4iii)），数据可依请求公开获取。