تم إجراء جميع الإجراءات التجريبية التي شملت مشاركين بشريين وفقا لإعلان هلسنكي. تمت مراجعة بروتوكول الدراسة والموافقة عليه من قبل لجنة أخلاقيات العلوم والتكنولوجيا في جامعة تسينغهوا (الطب) (المشروع رقم THU01-20250087). تم الحصول على موافقة مستنيرة كتابية من جميع المشاركين قبل إدراجهم في الدراسة. المواد الاستهلاكية والمعدات المستخدمة مدرجة في جدول المواد.
إطار تجريبي ثنائي النمط
استخدمت المنهجية نظام تحقق مزدوج النمط لالتقاط تقاطع الواقع مع الإعاقة. في المرحلة الأولى، ارتدى المشاركون نظام تتبع للعين قابل للارتداء بتردد أخذ عينات 50 هرتز. التقط هذا الجهاز ديناميكيات النظرة عالية الدقة، بما في ذلك التردد الساكادي ومدة التثبيت، حيث كان المشاركون يتنقلون بشكل مستقل في مسار نهائي حقيقي من المدخل إلى البوابة. في المرحلة الثانية، تم استخدام سماعات الواقع المختلط (MR) المثبتة على الرأس لمحاكاة فقدان الرؤية المرضي. باستخدام ملاحظات OpenGL في الوقت الحقيقي، قام النظام بتركيب عيوب مجال الرؤية على رؤية المشاركين للبيئة النهائية، مكررا خصائص التنكس البقعي (الجاف المركزي)، والزرق (فقدان المحيط)، واعتلال الشبكية السكري (الرؤية المتقطعة)، والتهاب الشبكية الصباغية (الرؤية النفقية). لتحديد المتغيرات المحددة التي تؤدي إلى فشل الملاحة، تم تنفيذ تصميم مصفوفة متعامدة قياسية بمستوى L9. قام هذا التصميم الإحصائي بتقييم منهجية لأربعة متغيرات مستقلة، كل منها يخصص له ثلاثة مستويات منفصلة: كثافة المعلومات (منخفضة، متوسطة، عالية)، تنسيق الترميز (نص فقط، أيقونات فقط، هجينة)، التداخل البيئي (منخفض، متوسط، شديد)، وضغط الوقت (لا شيء، متوسط، مرتفع). هذه المعلمات أنتجت تسع تركيبات تجريبية متماثلة. بالإضافة إلى سيناريو واحد غير موزون للتحكم في خط الأساس الأساسي، أدى ذلك إلى ما مجموعه 10 شروط تجريبية. لتقليل تأثيرات التعلم المتسلسل وتحيز الانتقال، تم توزيع ترتيب عرض هذه السيناريوهات العشرة بشكل عشوائي بدقة لكل مشارك باستخدام استراتيجية المربع اللاتيني (الجدول التكميلي 1).
مهام الملاحة ومحاكاة ضعف البصر
استخدمت الدراسة جهازا منهجيا مزدوج المستويات. في المرحلة الأولى، نفذ المشاركون سلسلة من مهام تحديد الطريق الموحدة الواقعية (بوابة → الأمنية → المدخل، على مسار محدد مسبقا تقريبا بطول 450 مترا) داخل محطة مطار كبيرة تعمل. تم توجيه المشاركين للتنقل بوتيرة المشي الطبيعية دون طلب مساعدة خارجية. أجريت جميع الجلسات التجريبية تحت ظروف إضاءة محيطة نهارية موحدة (حوالي 300–500 لوكس). استمرت كل جلسة حوالي 30 دقيقة وشملت فترة تكيف إلزامية مدتها 5 دقائق للسماح للمشاركين بالتكيف مع وزن السماعة وعروضها البصرية قبل تسجيل البيانات. تم تسجيل بيانات النظرة المستمرة عند تردد أخذ عينات 50 هرتز. تم تنفيذ معالجة البيانات المبدئية والتحليل التشغيلي باستخدام برنامج تحليل تتبع العين المخصص. خلال هذه المرحلة، ارتدى المشاركون نظارات تتبع العين المذكورة سابقا. قبل الملاحة، كان النظام يضبط بشكل فردي لكل مشارك باستخدام إجراء معايرة نقطة واحدة قياسي عبر تطبيق وحدة التحكم المصاحبة. بدأت التجارب التجريبية فقط بعد أن أنتج البرنامج تأكيدا ناجحا للمعايرة، مما ضمن عتبة دقة رسم الخريطة المكانية بزاوية رؤية <0.5 درجة. تم تنعيم متجهات النظرة الخام عبر مرشح وسيط (حجم النافذة = 3 عينات) لعزل ضوضاء الإشارة عالية التردد. تم تعريف التثبيتات تشغيليا باستخدام خوارزمية تحديد عتبة السرعة (I-VT)، مع معامل عتبة السرعة عند 30 درجة/ثانية ومدة تثبيت دنيا تبلغ 60 مللي ثانية. استبعدت معلمات تصفية النظرة فترات فقدان الإشارة التي تتجاوز 100 مللي ثانية، الناتجة عن الوميضات أو تشوهات في الأجهزة. في المرحلة الثانية، لعزل التأثير السلوكي للعيوب البصرية عن التدهور المعرفي العام المرتبط بالعمر، استخدم فقط مجموعة الضابطين الأصغر سنا نظارات الرنين المغناطيسي لمحاكاة ملفات محددة لفقدان الرؤية المرضي. من خلال تنفيذ ظلال OpenGL المبرمجة في الوقت الحقيقي (المطورة ضمن محرك ألعاب متعدد المنصات القياسي)، قام نظام MR بتركيب فلاتر بصرية فوق البيئة الفيزيائية. قبل كل كتلة محاكاة، تحقق فريق البحث بشكل منهجي من تفعيل الظلال وانسداد الحقل البصري الدقيق مقابل شبكة معايرة فيزيائية موحدة كنقطة تفتيش وسيطة أساسية. لضمان قابلية التكرار، تم تثبيت معلمات المحاكاة في نماذج عيون سريرية راسخة20: تم محاكاة التنكس البقعي عبر نقطة مركزية مطلقة تغطي 10° الوسطى من المجال البصري؛ تم محاكاة الزرق والتهاب الشبكية الصباغي من خلال درجات متفاوتة من الانسداد المحيطي (الرؤية النفقية محدودة بفتحة مركزية 20° و10° على التوالي)؛ وتم تكرار اعتلال الشبكية السكري باستخدام جذور تجمع عشوائية متقطعة مع انخفاض موحد بنسبة 40٪ في حساسية التباين.
استكشاف الأخطاء المنهجية ومراقبة الجودة
لضمان موثوقية البروتوكول ثنائي الطريقة، تم تنفيذ تدابير صارمة لمراقبة الجودة. خطوة حاسمة لدقة تتبع العين كانت الحفاظ على عتبة دقة رسم الخريطة المكانية تبلغ <0.5 درجة؛ كان الانجراف المعاير، وهو تحد شائع أثناء مهام المشي الطويلة والحقيقية، يتم التعامل معه من خلال جدولة نقاط إعادة معايرة إلزامية كل 10 دقائق. بالنسبة لمحاكاة الواقع المختلط، كان الحفاظ على استقرار في انسداد المجال البصري رغم حركة رأس المشاركين يمثل تحديا تقنيا كبيرا. تم التخفيف من ذلك باستخدام قدرات تثبيت التثبيت المكاني في سماعة MR لتثبيت الظلال بشكل صارم على مسافة الحدقان (IPD) للمستخدم، والتحقق بشكل منهجي من محاذاة الانسداد مقابل شبكة معايرة فيزيائية قبل كل تجربة.
حساب متوسط السرعة الزاوية
المقياس الكمي الأساسي المستخرج كان متوسط السرعة الزاوية (AV) للنظرة، والذي يعمل كمؤشر تشغيلي لشدة المسح المكاني الذي قد يعكس جهد الاستكشاف التعويضي وعدم اليقين الملاحي الكامن. تم حساب AV كمقدار معدل الإزاحة الزاوية لمتجه النظرة عبر فترات أخذ عينات منفصلة (Δt = 20 مللي ثانية، وهو ما يتوافق رياضيا مع معدل أخذ عينات الأجهزة 50 هرتز). تم حساب السرعة الزاوية اللحظية، المشار إليها ب ω(t)، باستخدام إحداثيات النظرة ثنائية الأبعاد المصفاة (x, y) على المستوى البصري المسقط:
(3)