混合现实作为身体活跃年轻成人反应速度评估的环境：测量可靠性及与沉浸式虚拟现实相比的参与者体验

《Sensors》：Mixed Reality as an Environment for Reaction Speed Assessment in Physically Active Young Adults: Measurement Reliability and Participant Experience Compared with Immersive Virtual Reality

　　

通过视频透视式头戴显示器呈现的混合现实（MR）可在保持对物理环境感知的同时进行反应速度评估，但其测量属性仍不清楚。本研究评估了MR中反应速度测量的可靠性，并将表现和用户体验与沉浸式虚拟现实（VR）进行比较。40名大学生（20名女性；年龄22.9±2.3岁）以平衡顺序在每种环境中使用Meta Quest 3和Rezzil Player完成三次1分钟的Reaction–Micro Wall试验。分析平均反应速度（RS）和每分钟击中次数（hits/min）；使用经验证问卷评估愉悦感、心流和临场感。两种环境中单次试验的组内相关系数均良好（0.797–0.884；均p < 0.001），且在MR中略高。RS（VR: 517.4 ± 44.6；MR: 521.9 ± 60.3 ms；p = 0.600）、hits/min（p = 0.742）和临场感（p = 0.577）差异均无统计学意义。VR引发更高的愉悦感（p = 0.011）和心流（p = 0.003）。跨环境关联为中等（RS r = 0.494），Bland–Altman分析显示偏倚可忽略（?4.6 ms），但一致性界限较宽（?111.3至+102.2 ms）。MR能够实现可靠的群体水平反应速度评估；未检测到环境间的显著差异，尽管未正式检验等价性，且对个体的纵向监测应始终在同一环境中进行。

研究背景与问题

反应速度是基本协调能力之一，由反应时（reaction time, RT）和运动时间（movement time, MT）构成。传统实验室测试精度高，但多依赖坐姿按键，仅涉及手部精细动作，与运动情境差异较大；场地测试如落尺法虽简便，但精度低且易受主试者影响。光体育训练系统（light sport training systems, LSTSs）如FitLight Trainer?和BlazePod?提供了一定折中，但需要实体布置，且受试者可能因担心碰撞而在运动末段减速。沉浸式虚拟现实（virtual reality, VR）可标准化刺激并记录运动参数，但已有研究显示VR中反应时较真实环境延长，且这些研究往往同时改变了设备和任务，难以判断差异来自环境虚拟性还是测量工具。混合现实（mixed reality, MR）通过视频透视（video see-through）技术在保留真实环境视野的同时锚定虚拟物体，使同一设备、同一任务仅改变虚拟化程度成为可能。然而，MR中反应速度测量的信度与效度尚属空白。该论文发表于《Sensors》，旨在评估MR中反应速度测量的可靠性，并与沉浸式VR进行表现和用户体验的比较。

研究方法概述

研究对象为波兰Katowice的Jerzy Kukuczka体育学院40名大学生（20名女性），均为身体活跃的年轻成人。研究人员使用Meta Quest 3头显和Rezzil Player应用程序的“Reaction—Micro Wall”模块，在VR和MR两种环境下以平衡顺序各完成3次60秒测试；MR通过彩色视频透视功能实现。采用组内相关系数（intraclass correlation coefficient, ICC）评估单次试验可靠性，配对样本t检验比较环境间差异，Bland–Altman法分析个体一致性，并使用PACES、FSS-2和PQ量表分别评估愉悦感、心流和临场感。样本队列来源于该大学实验室，纳入标准排除神经疾病、眩晕史和可能影响快速反应的损伤。

研究结果

3.1 测量可靠性
通过ICC(3,1)分析发现，两种环境中单次试验的可靠性均为良好。VR中平均反应速度的ICC为0.826，每分钟击中数为0.797；MR中分别为0.884和0.869。三次连续试验间无系统性练习效应（重复测量方差分析p = 0.165–0.465，η_p² = 0.019–0.045），说明MR同样能够稳定测量反应速度。

3.2 VR与MR结果比较
配对t检验显示，平均反应速度（VR: 517.4 ± 44.6 ms；MR: 521.9 ± 60.3 ms；p = 0.600）、每分钟击中数（p = 0.742）和临场感（p = 0.577）在两种环境间均无显著差异。VR在愉悦感（p = 0.011）和心流（p = 0.003）上显著高于MR，效应量为小到中等。研究人员指出，未检测到差异并不等于环境等价，因为未进行等价性检验。

3.3 两种环境测量的一致性
跨环境相关分析显示，平均反应速度在VR与MR之间的相关系数为r = 0.494（p = 0.001），击中数为r = 0.431（p = 0.006），属中等关联。Bland–Altman分析显示系统偏倚很小（RS为?4.6 ms，击中数为+0.6次/min），但95%一致性界限较宽（RS为?111.3至+102.2 ms，击中数为?23.0至+24.3次/min）。这说明群体层面两种环境结果接近，但个体层面不能完全互换。

3.4 反应指标之间的关联
平均反应速度与每分钟击中数在VR（r_S = ?0.982）和MR（r_S = ?0.996）中均呈极强负相关。由于任务时长固定，击中数实际上是平均反应速度的转换，两个指标几乎完全冗余；科学研究中建议优先报告以毫秒表示的平均反应速度，以便与传统测试比较。

3.5 击打侧分布
探索性分析显示，参与者左手击打比例在VR中为41.5%，在MR中为43.1%，均显著低于50%，这与37名参与者为右利手一致。该指标跨环境一致性较高（r = 0.699），提示它反映个体稳定的运动侧偏好，而非环境特性。

3.6 女性与男性比较
两种环境中，女性与男性的平均反应速度和击中数均无显著差异。男性名义上略快（VR中快17.5 ms，MR中快13.2 ms），但效应量为小到中等。问卷变量也未显示性别差异。研究人员认为，由于样本是同质的体育专业学生且任务涉及全身运动，性别差异可能被部分抵消，但该结论需更大样本验证。

3.7 结果小结
Reaction–Micro Wall测试在VR和MR中均表现出良好的单次试验可靠性。未发现环境类型对反应速度主指标的影响，也未发现性别差异；个体水平的一致性仅为中等。参与者对VR的愉悦感和心流评价更高，临场感则在两种环境中相当。

讨论与结论

讨论部分强调，MR的ICC不低于VR，且与已发表的同类工具研究一致，说明MR可用于反应速度的可靠评估。既往文献中VR较真实环境反应时延长可能部分源于工具和任务设计的差异，而非单纯的环境虚拟性；但本研究未包含真实环境条件，因此无法直接验证该解释。由于两种环境间个体水平一致性有限，对运动员个体的纵向监测应在同一环境中完成。VR在愉悦感和心流上的优势提示沉浸式环境更有利于提升参与度，而MR在保证同等可靠性的同时允许受试者保持与真实环境的接触，更适合训练和临床诊断场景。临场感在两种环境中相似，可能与高质量视频透视和虚拟物体的空间锚定有关。

研究结论部分可概括为：MR中反应速度相关变量获得了较高的ICC值，表明该环境能够可靠测量此运动能力，且MR中的可靠性不低于完全沉浸环境。未发现VR与MR之间反应速度的显著差异，环境效应大小可忽略；尽管未正式检验等价性，但在本研究精度内可认为环境类型未对结果产生可检测影响。群体层面两种环境结果可比，但个体层面的相关性仅为中等、一致性界限较宽，因此个体反应速度变化应在同一环境中持续监测。女性与男性在两种数字环境中的反应速度均无显著差异，但需更大样本进一步确认。与MR相比，在VR中进行反应速度评估能带来更高的愉悦感和心流；MR则在保持同等可靠测量和真实环境感知的条件下，仍是至少同样有用的诊断工具。