HoloLens与RealWear人体工程学研究报告

2019年5月美国马凯特大学研究生院进行了一项关于煤电厂工人使用头戴增强现实设备的人体工程学研究。研究人员对微软HoloLens和RealWear HMT-1两款普遍使用的头戴显示设备进行了测试，以监测电厂操作人员在佩戴设备情况下使用燃煤设备执行五项常规检查任务时眼睛疲劳以及颈部、肩部肌肉受力的各项指标。

研究者认为，采用AR及智能计算技术能够提高电力行业的生产效率和安全性，AR功能和实时的信息传递，对电力公用事业中的日常工作很有帮助。而目前关于AR对工人安全、人体工程学、工作性能和工作质量方面影响所做的研究则较少。

发电厂操作员的工作之一是检查发电厂的所有设备，以确保一切正常运行。每个操作人员都要负责其中一个单元，他们需要在10到12小时的轮班时间内检查700多件设备。

实验任务在三种情况下进行，分别为佩戴HoloLens、佩戴HMT-1和不使用AR设备，研究人员对三种情况下的实验数据进行分析。电厂各项检查任务的持续时间从平均10秒到28秒不等，共有12名经验丰富的发电厂操作员参与了这项研究。

▼眼睛疲劳度测试

（佩戴者执行任务时眼睛的眨眼率和湿润度的关系图表，通常情况眨眼率与相对湿度成反比，而较低的眨眼率是眼疲劳的危险因素）

在实验条件下，眨眼率没有明显变化，但有出现佩戴HoloLens人员的平均眨眼率比佩戴HMT-1人员和不使用头戴显示设备人员低（约4.5次/分钟，下降28%）的趋势。较低的眨眼率是眼疲劳的表现，根据实验数据表明，HoloLens可能引起眼疲劳；HMT-1佩戴者使用过程中的眨眼次数更接近于裸眼，眼疲劳的影响较小。

▼肌肉疲劳度测试

研究人员在实验中进行表面肌电信号(sEMG)监测，主要用于收集受试者在佩戴头戴设备过程中肩颈部的八个部位的肌电数据。实验过程中受试者需要执行五项发电厂日常的检查任务，用来测试实验者在佩戴HoloLens、HMT-1以及不佩戴设备的情况下完成各项任务的肌肉疲劳度。

（在不同工作情境下，颈部以及肩部肌肉的受力分析）

经过多轮实验显示HMT-1所造成的肌肉疲劳度要低于HoloLens，更接近于不佩戴AR设备状态。在实验进行的时间范围内，佩戴AR设备对受试者肩颈部肌肉产生的影响在可接受的范围内，并未造成肌肉疲劳。

注：本实验并未检测长时佩戴AR设备以后的肌肉数据

▼易用性和舒适性调查

（易用性和舒适性调查结果）

在实验附加的主观调查中，受试者在易用性和舒适性的调查中普遍认为HMT-1的易用性和舒适性高于HoloLens。

▼嘈杂环境语音识别

实验未在嘈杂环境下进行语音命令功能测试，但后续的测试证实，HoloLens在嘈杂环境下的语音命令识别有一定局限；而HMT-1可以正常使用不受影响。实验人员认为，一款头戴设备语音命令的快速准确响应对工业生产日常操作极为关键。

▼对HoloLens和HMT-1的综合感受

（受试者对HoloLens和HMT-1的主观感受，部分问题结果）

受试者被提问对于两种设备用途的主观感受，67%-75%的人认为两种设备有助于技术培训，但同时认为：AR设备可以作为一项辅助工具来使用，当需要执行快速响应的任务时，HMT-1在操作便捷性和辅助工作方面符合日常工作的需要。

结论

实验过程中对佩戴两种产品的受试者进行了针对易用性、舒适性、安全性、周围环境感知、喜爱程度和上下楼梯过程中的使用感受等一系列的问卷调查。调查结果表明，操作人员对日常工作情景下使用两款设备在安全性上差异较小，在舒适度和易用性的感知上HMT-1则更胜一筹。在移动检查作业的过程中，HMT-1佩戴受试者对周边事物的感知能力要强于佩戴HoloLens的受试者；出于易用性上的考虑，工人们普遍更接受在检查作业中使用HMT-1。

（受试者主观感受的统计汇总）

研究人员普遍认为：微软的HoloLens是一个真正的增强现实眼镜，全息影像和现实融合自然，而RealWear HMT-1更被认为是一款头戴计算机。这一结论主要来源于两款设备在具体操作过程中使用方式和展现效果方面的差异。

在智慧化生产的浪潮之下，越来越来多的企业开始采用可穿戴设备来提升日常操作的效率和安全性。以AR和AI为核心的可穿戴技术学术研究在也从未停止，研究者对于新技术是否能提高人们的工作生活效率以及体验抱有浓厚的兴趣。类似的研究将加深人们对智能可穿戴设备的了解，降低了人们使用类似设备的风险，同时也对可穿戴设备进一步推广使用提供了实验依据，并进一步催化了设备的升级和换代，相信在不远的未来，可穿戴设备将替代智能手机成为人们工作和生活不可替代重要角色。

来源：美国电力研究所（EPRI）