Usability of Augmented Reality Head Mounted Displays (AR HMD) for Reading Studies

Abstract

Background Reading is a cognitively challenging skill that is used frequently in daily life, involving various visual factors. Previous studies have shown the impact of visual impairments on reading. The implementation of augmented reality (AR) is relatively new in ophthalmology. Studies have applied AR Head Mounted Displays (HMD) in vision enhancing systems for older drivers or as an instrument to compensate for metamorphopsia; however, the usability of an AR-HMD in ophthalmologic research has received little attention. The aim of this study was to assess the usability of AR-HMD for reading studies.

Patients and Methods Participants were randomly assigned to read aloud four of five texts with a similar level of reading skill as fast and accurately as possible, as displayed either on a PC monitor or on the Varjo XR4 AR HMD. Each test consisted of two reading blocks: a pilot for the participant to get familiar with the setup and the test with the recorded reading performance (4 blocks, 2 × 2). Reading speed (words/min) were recorded in both displays and eye movements were tracked for the reading experiment in the PC. At the end of the study, participants were asked about comfort, the adjustment of the AR-HMD and challenges experienced during the experiment.

Results All participants (n = 31) successfully completed all blocks. There was no significant difference in the speed at which participants read the pilot and test reading texts in either device; however, there was a significant difference between the reading speeds assessed with the PC and with the AR HMD (p = 0.003). The average saccade amplitude and average peak velocity were strongly correlated. Individual mean saccade amplitudes ranged from 1.47° to 1.65° and the mean of the mean fixation durations were calculated at 276 – 288 ms. Common complaints with the AR HMD included its weight and tightness and some participants reported an unnatural visual experience during use.

Conclusions This study demonstrated the potential usability of an AR HMD device for reading experiments. Future uses of AR-HMD could leverage its advanced technical capabilities (eye and head tracking) for complex visual behavioral studies, realistic simulation of ophthalmic diseases, and objective assessment of driving capability in real-world scenarios.

Zusammenfassung

Hintergrund Lesen ist eine kognitiv anspruchsvolle Fähigkeit, die häufig im täglichen Leben eingesetzt wird und verschiedene visuelle Faktoren beinhaltet. Frühere Studien haben den Einfluss von Sehstörungen auf das Lesen gezeigt. Die Implementierung von Augmented Reality (AR) ist in der Ophthalmologie relativ neu. Studien haben AR-Head-Mounted Displays (HMD) zur Verbesserung des Sehens für ältere Autofahrer oder als Instrument zum Ausgleich von Metamorphopsie eingesetzt; die Gebrauchstauglichkeit eines AR-HMD in der Ophthalmologie hat jedoch bisher wenig Aufmerksamkeit gefunden. Das Ziel dieser Studie war es, die Gebrauchstauglichkeit von AR-HMDs für Lesestudien zu bewerten.

Patienten und Methoden Die Teilnehmer wurden zufällig eingeteilt, 4 von 5 Texten mit einem ähnlichen Lesefertigkeitsniveau so schnell und genau wie möglich laut vorzulesen. Die Texte wurden entweder auf einem PC-Monitor oder auf dem Varjo XR4 AR-HMD angezeigt. Jeder Test bestand aus 2 Leseblöcken: einem Pilotblock, damit sich der Teilnehmer mit der Einrichtung vertraut machen konnte, und dem eigentlichen Test mit der aufgezeichneten Leseleistung (4 Blöcke, 2 × 2). Die Lesegeschwindigkeit (Wörter/min) wurde bei beiden Displays gemessen, und die Augenbewegungen wurden für das Leseexperiment am PC aufgenommen. Am Ende wurden die Teilnehmer zum Komfort, zur Anpassung des AR-HMD und Herausforderungen, die während des Experiments auftraten, befragt.

Ergebnisse Alle Teilnehmer (n = 31) schlossen alle Blöcke erfolgreich ab. Es gab keinen signifikanten Unterschied in der Geschwindigkeit, mit der die Teilnehmer die Pilot- und Test-Lesetexte in jedem Gerät; es gab jedoch einen signifikanten Unterschied zwischen den mit dem PC und dem AR-HMD bewerteten Lesegeschwindigkeiten (p = 0,003). Die durchschnittliche Sakkadenamplitude und die durchschnittliche Spitzengeschwindigkeit korrelierten stark miteinander. Die individuellen mittleren Sakkadenamplituden reichten von 1,47° bis 1,65°, und der Mittelwert der mittleren Fixationsdauern wurde mit 276 – 288 ms berechnet. Zu den häufigsten Beschwerden bez. des AR-HMD gehörte das Gewicht, das Engegefühl, und einige Teilnehmer berichteten von einer unnatürlichen Seherfahrung während der Nutzung.

Schlussfolgerungen Diese Studie demonstrierte die potenzielle Gebrauchstauglichkeit eines AR-HMD-Geräts für Leseexperimente Das AR-HMD soll zukünftig seine fortschrittlichen technischen Funktionen (Eye- und Head-Tracking) nutzen, um komplexe visuelle Verhaltensstudien, die realistische Simulation von Augenkrankheiten und die objektive Bewertung der Fahrfähigkeit im realitätsnahen Umfeld durchzuführen

Keywords

augmented reality - reading speed - visual performance - eye tracking - device usability

Schlüsselwörter

Augmented Reality - Lesegeschwindigkeit - visuelle Leistung - Eye-Tracking - Gerätebedienbarkeit

Publication History

Received: 31 October 2025

Accepted: 11 January 2026

Article published online:
05 February 2026

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