Influența vibrațiilor osoase asupra bolii simulatorului în realitatea virtuală

Conceptualizare roluri, curatare date, analiză formală, achiziție de finanțare, investigație, metodologie, administrare proiect, resurse, software, supraveghere, validare, vizualizare, scriere - schiță originală, scriere - revizuire și editare

Adresa actuală: Departamentul de Kinesiologie, Universitatea din Waterloo, Ontario, Canada

Departamentul de afiliere pentru psihologie, Universitatea Queen’s, Kingston, Ontario, Canada

Roluri Conceptualizare, Analiză formală, Investigație, Administrare de proiecte, Software, Vizualizare, Scriere - revizuire și editare

Adresa actuală: Institutul de Biomateriale și Inginerie Biomedicală, Universitatea din Toronto, Ontario, Canada

Centrul de afiliere pentru studii de neuroștiințe, Universitatea Queen’s, Kingston, Ontario, Canada

Conceptualizarea rolurilor, achiziționarea de fonduri, investigații, metodologie, administrarea proiectelor, resurse, software, supraveghere, scriere - revizuire și editare

Departamentul de Psihologie, Universitatea Queen's, Kingston, Ontario, Canada, Centrul pentru Studii Neuroștiințifice, Universitatea Queen's, Kingston, Ontario, Canada, Departamentul de Biologie, Universitatea Queen's, Kingston, Ontario, Canada, Școala de Calcul, Universitatea Queen, Kingston, Ontario, Canada

Seamas Weech,
Jae Moon,
Nikolaus F. Troy

Cifre

Abstract

Citare: Weech S, Moon J, Troje NF (2018) Influența vibrațiilor osoase asupra bolii simulatorului în realitatea virtuală. PLoS ONE 13 (3): e0194137. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0194137

Editor: Thomas A. Stoffregen, Universitatea din Minnesota, STATELE UNITE

Primit: 19 iulie 2017; Admis: 9 februarie 2018; Publicat: 28 martie 2018

Disponibilitatea datelor: Toate fișierele de date au fost puse la dispoziția publicului. Adresa URL a acestui set de date este următoarea: http://dx.doi.org/10.5683/SP/FNFGDU. DOI pentru acest set de date este după cum urmează: 10.5683/SP/FNFGDU.

Finanțarea: Această lucrare a fost finanțată de Discovery Grant de la Consiliul de Cercetări în Științe Naturale și Inginerie din Canada (CRSNG, numărul de grant 298198-11-388699, URL: http://www.nserc-crsng.gc.ca/Professors-Professeurs/Grants- Subs/DGIGP-PSIGP_eng.asp) acordat NFT și o bursă NSERC pentru colaborare în cercetare și formare profesională (numărul grantului 575375, URL: www.nserc-crsng.gc.ca/Professors-Professeurs/Grants-Subs/CREATE-FONCER_eng. asp) acordat NFT. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Recent, progresele tehnologice au susținut o proliferare de dispozitive hardware de realitate virtuală (VR) ieftine și puternice. Această avansare creează o nevoie urgentă de a rezolva unele dintre problemele cheie ale expunerii la VR. Poate că principala problemă este un fenomen cunoscut sub numele de „boală simulatoare” (cunoscută și sub numele de „cybersickness” [1-2]). Aproximativ 80% dintre utilizatorii VR prezintă de obicei unele simptome de boală, cu până la 50% simptome cu o gravitate atât de mare încât sunt obligați să încheie o sesiune de VR timpuriu [3]. Cele mai frecvente efecte adverse ale imersiunii în mediul virtual includ greață, dureri de cap, transpirații și vărsături. Aceste simptome pot persista câteva ore după expunerea la mediu [4-5]. Simptomele sunt adesea suficiente pentru a-i obliga pe utilizatori să evite în continuare utilizarea VR complet [6-7]. Având în vedere că tehnologia VR oferă o metodă valoroasă de utilizare în formarea competențelor, educație și reabilitare clinică, au existat o cantitate substanțială de cercetări privind cauzele bolii simulatorului în VR [3].

Cauzele bolii simulatorului

Tehnici pentru reducerea bolii simulatorului

Abordarea de recuplare vizual-vestibulară a bolii simulatorului a condus la dezvoltarea unor dispozitive GVS preliminare orientate către consumator [35]. Cu toate acestea, rămân o serie de probleme practice în ceea ce privește utilizarea GVS în experiențele VR. Cercetările anterioare indică faptul că utilizarea GVS este asociată cu simptome de disconfort la unii utilizatori sănătoși [36]. Pentru anumite persoane, cum ar fi utilizatorii de stimulator cardiac, există riscuri grave implicate în aplicarea stimulării curentului direct pe suprafața corpului, așa cum este cazul GVS [37]. Un obstacol suplimentar în calea adoptării pe scară largă a GVS este potrivirea precisă dintre viziune și stimularea vestibulară necesară pentru a înlocui cu precizie semnalele vestibulare așteptate. Micile erori între indicii direcționale derivate din vedere și cele care sunt aplicate utilizând GVS ar putea genera neconcordanțe senzoriale care afectează semnificativ performanța și confortul [37].

Rezultatele lucrărilor anterioare efectuate de grupul nostru [44] au furnizat dovezi puternice că BCV - o stimulare a otolitului [38, 43] - facilitează vecția mai rapidă atunci când este aplicată în condiții în care nu ar fi de așteptat nici o stimulare a otolitului (de exemplu, axa verticală). Această constatare indică un efect general al BCV asupra procesării vestibulare, pe care l-am atribuit unei reduceri a fiabilității vestibulare. Același studiu contestă, de asemenea, posibilitatea ca stimularea vestibulară zgomotoasă să mascheze pur și simplu intrarea în organele vestibulare, deoarece am observat efecte similare între BCV (otolit) și GVS zgomotoase (stimulare aferentă vestibulară nespecifică [48]). În contextul relației dintre conflictul senzorial și boala simulatorului propus de Reason și Brand [13], ne-am așteptat că reducerea fiabilității vestibulare în acest mod va da naștere la un conflict redus și la un confort îmbunătățit în VR. Am proiectat studiul actual pentru a testa această posibilitate.

Obiectivele studiului

Scopul studiului actual a fost de a utiliza BCV ca o tehnică nouă pentru reducerea bolii simulatorului. Am testat efectul a două versiuni de BCV asupra bolii simulatorului, în timp ce participanții au finalizat o sarcină de navigare pe căi, bogată în auto-mișcare simulată. Am cuplat momentul stimulării BCV la accelerații unghiulare vizuale într-o condiție, iar în cealaltă condiție am aplicat BCV la intervale aleatorii.

Pe lângă obiectivul nostru principal, au existat două obiective secundare ale studiului actual. În primul rând, ne-am propus să testăm dacă BCV a redus boala simulatorului atât în condiții de control al mișcării active, cât și pasive; adică atunci când participanții își controlează propria mișcare în mediul VR și când se mișcă pasiv prin mediu. Gradul de control al mișcării pe care îl exercită participanții în VR este de obicei legat de măsurile bolii simulatorului [49-51]. Am fost interesați în principal de acest factor din cauza prevalenței simulării pasive de auto-mișcare în experiențele VR orientate spre consumator [23]. În al doilea rând, am vrut să evaluăm dacă creșterea liniară tipică a severității simptomelor observată în timp în timpul expunerii la VR [52-54] ar fi afectată de stimularea BCV.

În Experimentul 1, am proiectat o sarcină de navigație VR pentru a testa efectul BCV asupra bolii simulatorului. Având în vedere legătura propusă între boala simulatorului și erorile în estimările vizuale și vestibulare de auto-mișcare [12-13], am proiectat o sarcină de navigație spațială care presupunea mișcarea simulată a observatorului. Pentru a prezenta sarcina, am folosit un sistem VR bazat pe proiecție high-end cu urmărirea mișcării. În trei grupuri, fie: 1) am aplicat BCV când fluxul vizual a implicat accelerații unghiulare mai mari de 3 grade/s 2, 2) s-a aplicat BCV aleatoriu pe tot parcursul studiului sau 3) nu s-a aplicat nicio stimulare. În toate condițiile, participanții au efectuat atât teste active (participantul a controlat mișcarea), cât și teste pasive (mișcare automată). După fiecare test am măsurat boala simulatorului folosind SSQ. Am fost interesați de efectul general al stimulării asupra scorurilor SSQ, dar am vrut, de asemenea, să evaluăm dacă creșterea bolii simulatorului într-o serie de studii ar diferi pentru participanții care au primit stimulare BCV.