Name: 虚拟现实环境中人类观察者的受控旋转 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-04-21T13:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 11 s
Description: 学习利用办公转椅和Arduino控制器在虚拟现实环境中实现人体受控旋转的方法。该方案可独立操控视觉与前庭信号，为沉浸式体验研究提供经济高效的实验平台。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

本工作得到了澳大利亚研究理事会基金 DP160104211、DP190103474 和 DP190103103 的资助。

警告：电气工作应由合格人员进行。
1. 机械系统设置步骤
<ol>
	<li>将主滑轮安装到转椅的上轴上。
	<ol>
		<li>拆下上轴。 
		注意：通常需要将椅子侧放，并拆除位于椅子底部的销钉，该销钉用于防止上轴从下轴中滑出。</li>
		<li>将滑轮通过过盈配合安装到轴上。
		<ol>
			<li>使用游标卡尺测量轴的直径，并用车床加工滑轮孔，使其与轴的直径相匹配。</li>
			<li>在滑轮上加工螺纹孔，用于安装固定滑轮的螺钉。在滑轮轮毂上额外钻孔，使孔总数达到4个，并与螺钉直径匹配。使用丝锥攻丝，使螺钉能够将滑轮固定在轴上，螺纹规格需与螺钉一致。 
			注意：如果无法加工螺纹，可选方案是将滑轮轮毂和椅子轴完全钻通，在确定滑轮正确位置后（见步骤1.4.6），用螺栓贯穿固定。</li>
			<li>将滑轮滑套到椅子轴上。</li>
			<li>将螺钉松松插入（待主滑轮和小滑轮对齐后再拧紧）。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>将传动带松松地放置在转椅的上轴上（稍后安装到主滑轮和小滑轮上）。</li>
		<li>将上轴重新安装到椅子底座上。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将电机支架安装到转椅的下轴上。
	<ol>
		<li>制作一个可调节的夹具，用于连接电机安装支架。
		<ol>
			<li>制作夹具的两个对称部件——每侧轴各一个（通过四个螺栓压紧）。尺寸参见图2。</li>
			<li>将90°角铁按所需长度切割。安装四个用于穿过螺栓的叶片。</li>
			<li>为安全起见，将每个叶片（金属条）边缘打磨圆滑。在每根金属条末端钻出足够大的孔，以便螺栓穿过。在适当位置弯折成45°角（可在金属条上刻痕以确保弯折更精确）。将每根金属条点焊到角铁上，螺栓孔朝外。 
			注意：也可选择用螺栓将叶片固定到位，但需注意避免突出部分妨碍角铁与椅子轴接触。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>制作两个电机安装支架。尺寸参见图3。在每个支架的金属条上钻两个孔，用于连接上述夹具。在适当位置弯折成90°角（可在金属条上刻痕以确保弯折更精确）。</li>
		<li>通过将4个螺栓穿过夹具部件和支架并拧紧，将夹具和支架安装到椅子的下轴上。如果后续需要调整支架以完成步骤1.4.6中的对齐操作，则螺栓不要拧得过紧。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将小滑轮安装到电机轴上。
	<ol>
		<li>将电机轴上的键槽磨平（不再突出）。 
		注意：这将提供一个平整表面，使滑轮固定螺钉能够紧固，防止滑轮在电机轴上打滑。</li>
		<li>扩钻滑轮孔，使其直径与电机轴匹配。</li>
		<li>将滑轮套在轴上，并将螺钉松松地紧固在轴的平整面上。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将电机安装到上述电机支架上。
	<ol>
		<li>准备4个电机连接条，在适当位置各钻两个孔（孔位需与电机上的安装孔对齐）。尺寸参见图4。</li>
		<li>如有必要为避让空间，可从上下两根连接条中的上条切去一段，以便电机轴上的滑轮自由旋转（可选）。</li>
		<li>将四个小型护罩安装支架覆盖在四个外侧孔上，稍后用于安装保护罩，覆盖皮带和滑轮。</li>
		<li>松松安装八个螺母和螺栓，在上下连接条之间留出空间，以便将安装支架条插入其中。</li>
		<li>将电机安装条滑入支架——每个上连接条位于安装支架条上方，每个下连接条位于其下方。</li>
		<li>定位并夹紧电机。
		<ol>
			<li>上下移动主滑轮、小滑轮或两者，直到主滑轮和小滑轮水平对齐。如有需要，移动夹具位置。</li>
			<li>将传动带套在小滑轮和主滑轮上。</li>
			<li>将电机组件从椅子方向向外滑动，直到皮带绷紧。</li>
			<li>拧紧电机连接条上的8个螺栓，将电机牢固固定在电机支架上。</li>
			<li>拧紧夹具螺栓和滑轮固定螺钉。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>安装防护罩，防止任何物体卷入滑轮/皮带系统。
	<ol>
		<li>根据图5所示，弯折亚克力防护罩的两侧。 
		&#8203;注意：若无亚克力折弯工具，可选用金属板和金属板折弯机作为替代方案。</li>
		<li>根据图5所示，切割出适配椅子轴的缺口部分。</li>
		<li>钻孔，使其与小型护罩安装支架上的孔对齐。</li>
		<li>使用小型护罩安装螺栓将防护罩固定。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 电气系统设置步骤
<ol>
	<li>将电源开关和紧急关闭开关连接至主电源。使用额定电压和电流合适的电缆，将IEC连接器（主电源电缆的公插头）连接至紧急关闭开关和电源开关。 在系列中 （断开其中任意一个即可切断对其他组件的供电）。 
	注意：可能需要进行焊接。</li>
	<li>将 Arduino 的 5 V 直流电源连接到开关（可选）。 
	注意：需要使用焊接工具和额定用于市电的电缆。</li>
	<li>将48 V直流电源（用于椅子驱动器）与5 V电源并联连接至开关。 
	注意：需要使用额定主电源电缆。</li>
	<li>为混合式步进电机驱动器设置适当的 DIP 开关。例如：
	<ol>
		<li>将开关1-4分别设置为开、关、开、开，以实现步进电机每转1,600个脉冲（数值越高，控制越精细，但旋转速度上限越低，具体取决于Arduino产生脉冲的速度）。</li>
		<li>将开关5拨至OFF位置，以设置为逆时针默认旋转方向。</li>
		<li>将开关6拨至ON，以启用驱动点动模式（PM），而非空间矢量控制模式（或磁场定向控制，FOC）。</li>
		<li>将开关7和8均设为关（OFF），以使控制器与86系列12 NM闭环电机匹配。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将混合式步进电机驱动器连接到电源和椅子驱动器电缆。
	<ol>
		<li>将额定参数匹配的电缆从48 V电源输出端子连接至电机驱动器电源输入连接器外壳，并插入该外壳。</li>
		<li>通过连接器外壳将两根电机电缆连接到驱动器上。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将 Arduino 连接到混合式步进电机驱动器。
	<ol>
		<li>使用带插针的跳线将 PUL+ 连接&#34;脉冲&#34; +），DIR+（&#34;方向&#34; +）和 ENA+（&#34;启用&#34; 将电机驱动器连接器外壳上的 +) 端子连接至 Arduino 上的 2、3 和 5 引脚（引脚编号可选，此处作为示例贯穿全文使用）。</li>
		<li>使用短导线将电机驱动器连接器外壳上的 PUL-、DIR- 和 ENA- 端子相连，并使用一根较长的带针跳线将 ENA- 连接到 Arduino 上的 GND（接地）引脚。</li>
		<li>将连接器外壳插入电机驱动器中。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>将 Arduino 连接到 5 V 直流电源（可选）。使用带针脚的跳线将 Arduino 上的 GND 和 Vin 引脚连接到 5 V 电源的 5 V 输出端子。</li>
	<li>将电位器连接到 Arduino。使用带针脚的跳线将 A1（模拟 &#34;模拟输入&#34; 将 Arduino 上的接地（GND）和 5 V 引脚连接到电位器的三个端子。 
	注意：需要焊接。</li>
	<li>将拨动开关连接到 Arduino。使用带针脚的跳线将 Arduino 上的 6 号引脚和 GND 连接到拨动开关的两个端子。 
	注意：需要焊接。</li>
	<li>将LED连接到Arduino。
	<ol>
		<li>将电阻焊接到LED的一个引脚上（以降低LED电路中的电压）。</li>
		<li>将 Arduino 上的引脚 7 和 GND 通过带插头的跳线分别连接至电阻器末端和 LED 的另一端。 
		注意：需要焊接。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>绝缘并安置电气/电子元件。参见 图6 完成的封闭系统示意图。 
	注意：有多种方法可用于绝缘电气系统的高压部件，保护脆弱的电子元件免受损坏，并将所有这些组件集中于一个便于管理的空间内。以下为一种建议方法。
	<ol>
		<li>在仪器外壳侧面钻孔/开孔，用于安装IEC电源连接器、主电源开关、两个电机控制电缆、小型拨动开关、LED、电位器以及Arduino的USB端口（此孔应开得较大，以便空气流入外壳内部散热）。</li>
		<li>使用适当的方法（如螺丝、螺栓、热熔胶枪）将这些部件逐一固定。</li>
		<li>在机箱盖板上切割通风孔（在48 V电源的风扇上方开一个孔）以及紧急开关的安装孔；然后安装通风滤网和开关。</li>
		<li>使用垫圈和螺丝将 Arduino 固定在机箱底部。调整位置，使 Arduino 的 USB 端口与机箱上的 USB 端口孔对齐。</li>
		<li>使用魔术贴和泡沫块将48 V和5 V电源以及电机驱动器固定在机箱底部。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 虚拟现实设置流程
<ol>
	<li>根据制造商的说明设置 VR 系统。</li>
</ol>
4. 软件设置步骤
<ol>
	<li>安装并设置 Arduino 软件。
	<ol>
		<li>根据开发者的说明下载并安装 Arduino 程序。</li>
		<li>使用USB线将Arduino连接到计算机。</li>
		<li>在……之下 工具 下拉菜单中，选择 Arduino 开发板所连接的端口。</li>
		<li>在同一菜单下，选择相应的开发板和处理器。确保其与上述第 2 节中使用的开发板和处理器一致，例如， &#34;Arduino Mega 2560&#34; 板和 &#34;ATmega2560&#34; 处理器</li>
	</ol>
	</li>
	<li>使用Arduino板编程，实现通过以下两种方式控制椅子的旋转：1）通过电位计控制；2）通过计算机经由USB发送指令控制。
	<ol>
		<li>编写要上传到 Arduino 处理器的代码。 
		注意：示例实验中的示例代码包含在 补充文件 1 （文件名：hybrid_motor_controller.ino）</li>
		<li>注意波特率（Serial.Begin() 命令的参数），例如 9,600。</li>
		<li>保存代码，并使用以下方法将其上传到 Arduino 开发板 上传 按钮</li>
	</ol>
	</li>
	<li>测试系统目前是否正常工作。
	<ol>
		<li>接通并启动电气子系统。</li>
		<li>将小型拨动开关拨至小LED指示灯亮起的位置。</li>
		<li>调节电位器，以确保其控制椅子的速度和方向。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>根据开发者的说明安装并配置 Steam 和 SteamVR。</li>
	<li>安装并设置 Unity。
	<ol>
		<li>根据开发者的说明安装并配置 Unity。</li>
		<li>打开一个新的或现有的 Unity 项目（选择一个类型，例如 &#34;3D&#34; 适用于该应用的）</li>
		<li>为项目设置 SteamVR 以供使用。
		<ol>
			<li>打开资源商店（点击 窗口 | 资源商店).</li>
			<li>搜索 SteamVR 并选择 SteamVR 插件.</li>
			<li>点击 添加到资源.</li>
			<li>在 Unity 中，打开包管理器（单击） 窗口 | 包管理器).</li>
			<li>在 SteamVR 下查找 我的资源 表。</li>
			<li>点击 导入 并按照提示完成导入。</li>
			<li>点击 接受全部 如果系统提示进行配置更改。</li>
			<li>将 Steam VR 摄像机装置导入场景中。查找一个名为 Steam VR 在检查器屏幕的项目窗口中。打开 Steam VR | 预制件.</li>
			<li>将 [Camera Rig] 资源拖入层级或场景窗口，以启用游戏中的VR头显和控制器。</li>
			<li>移除默认设置 主摄像头 从层级或场景中移除，以免干扰 SteamVR 摄像头。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>安装并设置 Ardity。
	<ol>
		<li>在 Unity 资源商店中搜索 Ardity 并选择下载（如上文步骤 4.5.3.2 所述）。</li>
		<li>更新 API 兼容性级别。
		<ol>
			<li>打开 项目设置 在……之下 编辑 菜单</li>
			<li>点击 播放器 | 其他设置.</li>
			<li>选择 .NET 4.X 在下拉菜单中 API 兼容性级别.</li>
			<li>退出 设置 并等待错误消息消失。</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>设置 Unity 游戏环境。 
	注意：用户若要控制轮椅并将其运动与虚拟现实（VR）体验相集成，需完成以下最低限度的操作步骤。
	<ol>
		<li>创建特定应用所需的对象和函数。
		<ol>
			<li>通过点击创建对象 游戏对象 并选择以下任意一项 二维物体 或 三维物体.</li>
			<li>通过点击为所创建的对象添加功能 添加组分 按钮在 检查员 选择对象的窗口并选择其中一个选项。选择 新脚本 创建一个类似于其中的 C# 脚本 补充文件 3 （文件名：SetUpTrial.cs）</li>
		</ol>
		</li>
		<li>将串行控制器脚本导入游戏。
		<ol>
			<li>在……之下 资源 文件夹中的 项目 窗口，打开 Ardity 文件夹 | 脚本 文件夹</li>
			<li>拖动 串行控制器 将脚本导入所需的游戏对象中 层级 窗口，例如， 背景 游戏对象</li>
			<li>单击对象并向下滚动组件列表中的项目 检查员 窗口以定位 串行控制器 脚本</li>
			<li>确保 端口名称 和 波特率 与上述步骤 4.1 和 4.2 中为 Arduino 程序设置的参数一致。</li>
			<li>拖动要关联的物体 串行控制器 脚本已随附 层级结构 输入框旁边的窗口 消息监听器 在检查器窗口中。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>编写并导入 椅子控制器 将脚本导入游戏。
		<ol>
			<li>在底部 检查员 同一游戏对象的窗口，单击 添加组分 并选择 新脚本. 命名新脚本 ChairController.</li>
			<li>编写代码，用于接收控制器和鼠标指令，并将其转换为通过 USB 发送给 Arduino 的数字信号。 
			注意：所需代码的最小示例已包含在内 补充文件 2 （文件名：ChairController.cs）</li>
			<li>保存脚本。</li>
			<li>填满空白的方框 检查员 窗口。将HMD对象从 层级结构 输入框旁边的窗口 头部 在……之下 椅子控制器 脚本在其中 检查员 窗口。同样，拖动 控制器 （右侧）物体放入旁边盒子中 手.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
5. 实验（或体验）步骤
<ol>
	<li>选择输入方式。 
	注意：提供的示例 ChairController 代码引用了一个名为 SetUpTrial 的脚本，其中设置了公共整型变量 inputType（inputType 3 表示 VR 控制器，inputType 4 表示鼠标）。以下步骤均基于此脚本/变量设置。</li>
	<li>单击附加了 SetUpTrial 脚本的游戏对象，例如 Background。</li>
	<li>在 Inspector 窗口中向下滚动，找到 SetUpTrial 脚本的公共变量。</li>
	<li>将 inputType 设置为 3 以使用 VR 控制器，或设置为 4 以使用 鼠标控制。</li>
	<li>按下 Unity 中的 Play 按钮，开始通过控制器或鼠标控制运动的 VR 体验。</li>
</ol>

<ol><li>Campos, J., Bülthoff, H. Multimodal integration during self-motion in virtual reality. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCampos%2C+J+%22The+Neural+Bases+of+Multisensory%22">The Neural Bases of Multisensory</a>. Murray, M. M., Wallace, M. T. , CRC Press. (2012).</li>
<li>Radianti, J., Majchrzak, T. A., Fromm, J., Wohlgenannt, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+systematic+review+of+immersive+virtual+reality+applications+for+higher+education%3A+Design+elements%2C+lessons+learned%2C+and+research+agenda%5BTitle%5D)+AND+%22Computers+%26+Education%22%5BJournal%5D)">A systematic review of immersive virtual reality applications for higher education: Design elements, lessons learned, and research agenda.</a> Computers & Education. 147, 103778(2020).</li>
<li>Madshaven, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+the+user+experience+of+virtual+reality+rehabilitation+solution+for+biomechatronics+laboratory+and+home+environment%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Virtual+Reality%22%5BJournal%5D)">Investigating the user experience of virtual reality rehabilitation solution for biomechatronics laboratory and home environment.</a> Frontiers in Virtual Reality. 2, 645042(2021).</li>
<li>Fan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+of+physical+training+motion+simulation+system+based+on+virtual+reality+technology%5BTitle%5D)+AND+%222021+The+13th+International+Conference+on+Computer+Modeling+and+Simulation.+Association+for+Computing+Machinery%22%5BJournal%5D)">Design of physical training motion simulation system based on virtual reality technology.</a> 2021 The 13th International Conference on Computer Modeling and Simulation. Association for Computing Machinery. , 81-86 (2021).</li>
<li>Roettl, J., Terlutter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+same+video+game+in+2D%2C+3D+or+virtual+reality+-+How+does+technology+impact+game+evaluation+and+brand+placements%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">The same video game in 2D, 3D or virtual reality - How does technology impact game evaluation and brand placements.</a> PLoS One. 13 (7), 0200724(2018).</li>
<li>Riecke, B. E., Sigurdarson, S., Milne, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moving+through+virtual+reality+without+moving%5BTitle%5D)+AND+%22Cognitive+Processing%22%5BJournal%5D)">Moving through virtual reality without moving.</a> Cognitive Processing. 13, Suppl 1 293-297 (2012).</li>
<li>Fauville, G., Queiroz, A. C. M., Woolsey, E. S., Kelly, J. W., Bailenson, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+water+immersion+on+vection+in+virtual+reality%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">The effect of water immersion on vection in virtual reality.</a> Scientific Reports. 11 (1), 1022(2021).</li>
<li>Bernhard, E. R., Jörg, S. -P., Marios, N. A., Markus Von Der, H., Heinrich, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cognitive+factors+can+influence+self-motion+perception+%28vection%29+in+virtual+reality%5BTitle%5D)+AND+%22ACM+Transactions+on+Applied+Perception%22%5BJournal%5D)">Cognitive factors can influence self-motion perception (vection) in virtual reality.</a> ACM Transactions on Applied Perception. 3 (3), 194-216 (2006).</li>
<li>Gibson, J. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGibson%2C+JJ+%22The+perception+of+the+visual+world%22">The perception of the visual world</a>. , Houghton Mifflin. (1950).</li>
<li>Angelaki, D. E., Gu, Y., Deangelis, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+and+vestibular+cue+integration+for+heading+perception+in+extrastriate+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">Visual and vestibular cue integration for heading perception in extrastriate visual cortex.</a> Journal of Physiology. 589, Pt 4 825-833 (2011).</li>
<li>Badcock, D., Palmisano, S., May, J. G. Vision and virtual environments. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBadcock%2C+D+%22Handbook+of+Virtual+Environments%3A+Design%2C+Implementation%2C+and+Applications%22">Handbook of Virtual Environments: Design, Implementation, and Applications</a>. Hale, K. S., Stanney, K. M. , CRC Press. 39-85 (2014).</li>
<li>Kaliuzhna, M., Prsa, M., Gale, S., Lee, S. J., Blanke, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learning+to+integrate+contradictory+multisensory+self-motion+cue+pairings%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vision%22%5BJournal%5D)">Learning to integrate contradictory multisensory self-motion cue pairings.</a> Journal of Vision. 15 (1), (2015).</li>
<li>Wilkie, R. M., Wann, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+visual+and+nonvisual+information+in+the+control+of+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Psychology%3A+Human+Perception+and+Performance%22%5BJournal%5D)">The role of visual and nonvisual information in the control of locomotion.</a> Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 31 (5), 901-911 (2005).</li>
<li>Sinha, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perception+of+self+motion+during+and+after+passive+rotation+of+the+body+around+an+earth-vertical+axis%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Perception of self motion during and after passive rotation of the body around an earth-vertical axis.</a> Progress in Brain Research. 171, 277-281 (2008).</li>
<li>Tremblay, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biases+in+the+perception+of+self-motion+during+whole-body+acceleration+and+deceleration%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Integrative+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Biases in the perception of self-motion during whole-body acceleration and deceleration.</a> Frontiers in Integrative Neuroscience. 7, 90(2013).</li>
<li>Nooij, S. A. E., Bockisch, C. J., Bülthoff, H. H., Straumann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Beyond+sensory+conflict%3A+The+role+of+beliefs+and+perception+in+motion+sickness%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Beyond sensory conflict: The role of beliefs and perception in motion sickness.</a> PLoS One. 16 (1), 0245295(2021).</li>
<li>Harris, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulating+self-motion+I%3A+Cues+for+the+perception+of+motion%5BTitle%5D)+AND+%22Virtual+Reality%22%5BJournal%5D)">Simulating self-motion I: Cues for the perception of motion.</a> Virtual Reality. 6 (2), 75-85 (2002).</li>
<li>Carr, H. A., Hardy, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Some+factors+in+the+perception+of+relative+motion%3A+A+preliminary+experiment%5BTitle%5D)+AND+%22Psychological+Review%22%5BJournal%5D)">Some factors in the perception of relative motion: A preliminary experiment.</a> Psychological Review. 27, 24-37 (1920).</li>
<li>Reinhardt-Rutland, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Induced+movement+in+the+visual+modality%3A+An+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Psychological+Bulletin%22%5BJournal%5D)">Induced movement in the visual modality: An overview.</a> Psychological Bulletin. 103, 57-71 (1988).</li>
<li>Zivotofsky, A. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracking+of+illusory+target+motion%3A+Differences+between+gaze+and+head+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Research%22%5BJournal%5D)">Tracking of illusory target motion: Differences between gaze and head responses.</a> Vision Research. 35 (21), 3029-3035 (1995).</li>
<li>Farrell-Whelan, M., Wenderoth, P., Wiese, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Studies+of+the+angular+function+of+a+Duncker-type+induced+motion+illusion%5BTitle%5D)+AND+%22Perception%22%5BJournal%5D)">Studies of the angular function of a Duncker-type induced motion illusion.</a> Perception. 41 (6), 733-746 (2012).</li>
<li>Warren, P. A., Rushton, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optic+flow+processing+for+the+assessment+of+object+movement+during+ego+movement%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Optic flow processing for the assessment of object movement during ego movement.</a> Current Biology. 19 (18), 1555-1560 (2009).</li>
<li>Fajen, B. R., Matthis, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+and+non-visual+contributions+to+the+perception+of+object+motion+during+self-motion%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Visual and non-visual contributions to the perception of object motion during self-motion.</a> PLoS One. 8 (2), 55446(2013).</li>
<li>Duminduwardena, U. C., Cohen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+the+Schaire+Internet+Chair+with+a+mobile+device%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+CIT%3A+The+Fourth+International+Conference+on+Computer+and+Information+Technology%22%5BJournal%5D)">Controlling the Schaire Internet Chair with a mobile device.</a> Proceedings CIT: The Fourth International Conference on Computer and Information Technology. , Wuhan, China. 215-220 (2004).</li>
<li>Ashiri, M., Lithgow, B., Mansouri, B., Moussavi, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+between+vestibular+responses+to+a+physical+and+virtual+reality+rotating+chair%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+11th+Augmented+Human+International+Conference%22%5BJournal%5D)">Comparison between vestibular responses to a physical and virtual reality rotating chair.</a> Proceedings of the 11th Augmented Human International Conference. , Association for Computing Machinery. Winnipeg, Manitoba, Canada. (2020).</li>
<li>Koenig, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+multiaxis+rotating+chair+for+oculomotor+and+vestibular+function+testing+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Neuro-ophthalmology%22%5BJournal%5D)">A new multiaxis rotating chair for oculomotor and vestibular function testing in humans.</a> Neuro-ophthalmology. 16 (3), 157-162 (1996).</li>
<li>Mowrey, D., Clayson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motion+sickness%2C+ginger%2C+and+psychophysics%5BTitle%5D)+AND+%22The+Lancet%22%5BJournal%5D)">Motion sickness, ginger, and psychophysics.</a> The Lancet. 319 (8273), 655-657 (1982).</li>
<li>Sanmugananthan, P., Nguyen, N., Murphy, B., Hossieni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+development+of+a+rotating+chair+to+measure+the+cervico-ocular+reflex%5BTitle%5D)+AND+%22Cureus%22%5BJournal%5D)">Design and development of a rotating chair to measure the cervico-ocular reflex.</a> Cureus. 13 (10), 19099(2021).</li>
<li>Gugenheimer, J., Wolf, D., Haas, G., Krebs, S., Rukzio, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SwiVRChair%3A+a+motorized+swivel+chair+to+nudge+users%27+orientation+for+360+degree+storytelling+in+virtual+reality.+1996-2000%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+2016+CHI+Conference+on+Human+Factors+in+Computing+Systems%22%5BJournal%5D)">SwiVRChair: a motorized swivel chair to nudge users' orientation for 360 degree storytelling in virtual reality. 1996-2000.</a> Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , Association for Computing Machinery. San Jose, California, USA. (2016).</li>
<li>Roto VR Ltd. Roto VR Chair. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.rotovr.com/">https://www.rotovr.com/</a> (2021).</li>
<li>Yaw VR Ltd. Yaw Motion Simulator. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.yawvr.com/">https://www.yawvr.com/</a> (2021).</li>
<li>Warren, P. A., Rushton, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Perception+of+object+trajectory%3A+Parsing+retinal+motion+into+self+and+object+movement+components%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vision%22%5BJournal%5D)">Perception of object trajectory: Parsing retinal motion into self and object movement components.</a> Journal of Vision. 7 (11), 1-21 (2007).</li>
<li>Bonnen, K., Burge, J., Yates, J., Pillow, J., Cormack, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Continuous+psychophysics%3A+Target-tracking+to+measure+visual+sensitivity%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Continuous psychophysics: Target-tracking to measure visual sensitivity.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (3), (2015).</li>
<li>SimXperience. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.simxperience.com/">https://www.simxperience.com/</a> (2021).</li>
<li>Harris, L. R., Jenkin, M., Zikovitz, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+and+non-visual+cues+in+the+perception+of+linear+self-motion%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Visual and non-visual cues in the perception of linear self-motion.</a> Experimental Brain Research. 135, 12-21 (2000).</li>
<li>DOF Reality Motion Simulators. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.dofreality.com/">https://www.dofreality.com/</a> (2021).</li>
<li>Next Level Racing. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://nextlevelracing.com/">https://nextlevelracing.com/</a> (2022).</li>
<li>Motion Systems. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://motionsystems.eu/">https://motionsystems.eu/</a> (2022).</li>
<li>Redbird Flight Simulations. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://simulators.redbirdflight.com/">https://simulators.redbirdflight.com/</a> (2022).</li>
<li>Teufel, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MPI+motion+simulator%3A+development+and+analysis+of+a+novel+motion+simulator%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+AIAA+Modeling+and+Simulation+Technologies+Conference+and+Exhibit+%28AIAA+2007%29%22%5BJournal%5D)">MPI motion simulator: development and analysis of a novel motion simulator.</a> Proceedings of the AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit (AIAA 2007). , Hilton Head, South Carolina. (2007).</li>
</ol>

不存在利益冲突。

本文介绍了一种在观察者或实验者控制下，为办公椅增加自动旋转功能的方法，以及将该运动整合到虚拟体验中的配套方法。关键步骤包括将电机机械固定到椅子上、搭建电机的供电与电气控制系统，然后配置Arduino和计算机以驱动电机控制器。机械固定步骤需要一些专用设备和技能，尽管针对最困难的操作已提出了替代方案。根据硬件的可获得性，可能还需要进一步修改。
高压电气操作应由具备资质的人员完成，并且在法律要求的情况下，须由相关机构认证。低压操作可由经验有限的人员进行。上述说明已足够详细，若使用相同设备可实现重复实验，但若使用不同设备，则需对步骤进行适当调整。
已提供 Arduino 代码以配合此处建议的特定电子配置。请注意，所提供的 Arduino 及其他软件指令适用于 Arduino 1.8.12 版本、SteamVR 1.18.7 版本、Unity 2020.2.7f1 版本以及 Ardity 1 版本。其他软件版本可能需要对协议进行相应修改。
该方法的一个局限性在于需要对角加速度进行阻...

在自然条件下，多种线索共同作用从而产生自我运动感1。在许多娱乐、健康和教育类虚拟现实（VR）应用中，实现这种自我运动感是一个重要目标2,3,4,5，而仅仅理解这些线索如何协同作用以产生自我运动感，长期以来也是神经科学家的研究重点6,7,8,9,10,11。自我运动感知的三类最重要线索分别是视觉、前庭和本体感觉线索1。在真实世界中的自然主动运动过程中，这三类线索以一致的方式共同作用，从而提供稳定而丰富的自我运动感。为了理解每类线索的作用以及线索之间的整合方式，研究人员传统上会剥夺实验受试者的一种或多种线索，或使不同线索之间产生冲突1,12。例如，为了在缺乏本体感觉线索的情况下提供旋转性前庭线索，可使用电动转椅被动地旋转受试者13,14,15,16。研究表明，这种被动运动能够提供非常逼真的自我运动线索17。通过VR头显提供的受控视觉线索，可以与转椅的运动保持一致、不一致，或完全缺失。本体感觉线索则可通过让受试者自主驱动转椅来引入，例如通过用脚推动转椅实现自我旋转。
本文介绍一种将办公转椅改装为可物理旋转观察者身体的方法，并将该旋转运动整合到视觉（以及潜在的听觉）虚拟体验中。转椅的旋转可由观察者、计算机程序或另一人（如实验者）控制。观察者控制的旋转可以是被动式的，即通过电机驱动旋转，并使其依赖于观察者手持控制器的位置；也可以是主动式的，即关闭电机，由观察者自行转动转椅。
本文还展示了该座椅/虚拟现实系统的一种心理物理学应用。这一示例应用突显了通过控制观察者的被动旋转，来理解自我运动线索如何相互作用以产生整体感知体验的重要性。具体目标是深入探究一种长期被研究的视觉错觉——诱导运动18,19。在诱导运动中，一个静止或移动的目标在感知上会被运动的背景“排斥”而偏离其实际路径&#34;repulsed&#34;。例如，当一个红色目标点在向右移动的蓝色点阵背景中垂直向上移动时，该目标点看起来不仅会如预期般向上运动，还会向左偏移，即远离背景运动的方向20,21。本研究旨在检验这种排斥效应是否源于将背景运动解释为由自身运动所引起22,23。
如果情况确实如此，那么添加与背景视觉运动一致的物理旋转，应会增强背景运动是由观察者在静止环境中自身旋转所引起的感觉。这反过来应会增强将背景运动从目标运动中减去，从而获得目标相对于静止世界运动的倾向23。这种增强的减法倾向将导致更大的目标排斥感。为验证这一点，实验中加入了与背景运动一致或不一致的物理自身旋转。本文所介绍的系统能够精确控制物理运动及其对应的视觉运动，以检验该假设。在示例中，座椅的运动由观察者通过VR系统的手持控制器直接控制。
尽管文献中已有许多用于各种虚拟现实（VR）应用的电动旋转座椅实例24,25,26,27,28,29，但作者尚未发现有关如何制作此类座椅并将其集成到交互式VR体验中的简明指导方案。目前仅对SwiVRChair29提供有限的制作说明，其结构与本文所述座椅相似，但设计目的不同：该座椅由计算机程序驱动，旨在增强VR环境中的沉浸感，用户可通过将双脚踩地来手动覆盖座椅的运动。鉴于商用座椅成本较高30,31，部分研究人员可能更倾向于自行在实验室内部&#34;in-house&#34;制作。对于处于此类情况的研究者，以下方案应具有实用价值。
系统概述 
本方案包含将办公椅改装为电动旋转椅，并将椅子运动整合到虚拟现实（VR）体验中的操作说明。整个系统完成后由四个部分组成：机械、电气、软件和虚拟现实子系统。图1展示了完整系统的照片。图中所示系统即为示例实验中所使用的系统。
机械子系统的功能是通过电机物理旋转转椅的上部转轴。该系统由一把办公椅组成，其上安装有两个部件：一个固定在办公椅上部旋转转轴上的滑轮，以及一个安装在转轴下部固定部分的可调节安装支架。一台电动步进电机安装在支架上，电机转轴上装有一个滑轮，该滑轮与办公椅上部转轴的滑轮对齐。通过一条皮带将电机滑轮与椅子滑轮连接，从而使电机能够带动椅子旋转。
电气子系统为电机提供电力，并实现对电机的电子控制。该系统包括一个电机驱动器、一个为电机供电的电源、一块用于将驱动器与计算机连接的 Arduino 控制板，以及一个为 Arduino 供电的电源（可选）。Arduino 控制板在电子爱好者和专业电子制作者中广受欢迎，其内部包含可编程微处理器、控制器、输入和输出引脚，以及（在某些型号中）一个 USB 接口（本应用中必需）。所有电气元件均安装在一个经过定制改装的电绝缘箱体内。由于电机供电所需的变压器以及（可选的）Arduino 电源均需使用市电，且电机工作电压较高，因此除低压电子部分操作（如下文协议步骤 2.5 至 2.10）外，所有操作均应由具备资质的专业人员完成。
软件子系统包括用于编程 Arduino 的 Arduino 软件、用于创建虚拟现实（VR）环境的 Unity 软件、用于驱动 VR 系统的 Steam 软件，以及 Ardity——一个允许 Unity 与 Arduino 开发板通信的 Unity 插件。在示例实验中，这些软件安装在一台运行 Microsoft Windows 10 Enterprise 操作系统的 Gygabyte Sabre 15WV8 笔记本电脑上（图 1）。
虚拟现实系统由头戴式显示器（HMD）、手持控制器以及用于确定头戴式显示器和控制器在空间中位置与方向的基站组成。本项目所使用的虚拟现实系统为 HTC Vive Pro（图1）。
以下介绍的是将这些组件组合起来，以实现一种虚拟体验的方法，该体验结合了物理旋转（实验或其他操作），并通过手持控制器由观察者、或通过计算机鼠标或电位器由主机/实验者控制座椅运动。该方案的最后部分包括启动虚拟现实体验所需的步骤。需要注意的是，编写Unity代码以实现试验和数据采集的方法不在本文的讨论范围之内。某些步骤，特别是机械子系统的相关步骤，需要特定的车间设备和一定水平的专业技能。原则上，所介绍的方法可根据这些资源的可获得性进行调整。对于一些技术性较强的步骤，本文提供了替代方案。

<table><tbody><tr><td>48 V直流电源（电机）</td><td>明纬</td><td>RSP-320-48</td><td>https://www.meanwellaustralia.com.au/products/rsp-320</td></tr><tr><td>5 V直流电源（arduino）</td><td>Jaycar</td><td>MP3295</td><td>https://www.jaycar.com.au/15w-5v-3a-enclosed-power-supply/p/MP3295?pos=5&amp;&queryId=dda344422ab16c6&lt;br/&gt; 7f558551ac0acbd40</td></tr><tr><td>Unity 的 Ardity 插件</td><td>开源</td><td></td><td>https://ardity.dwilches.com/</td></tr><tr><td>Arduino MEGA 2560</td><td>Jaycar</td><td>XC4420</td><td>https://www.jaycar.com.au/duinotech-mega-2560-r3-board-for-arduino/p/XC4420?pos=2&amp;&queryId=901771805f4bf6e0&lt;br/&gt; 虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可及性，推动了在更接近自然、多感官且沉浸式条件下开展感知与行为研究的快速发展。多感官整合研究领域尤其受益于VR系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合可产生自我运动感知。因此，一种能够在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法，代表了一项有益的技术创新。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，并提出了将该运动整合到虚拟现实体验中的技术方案。通过一个示例实验，验证了所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当物理运动与视觉刺激一致时，整合程度较高；当二者不一致时，整合程度较低。</td></tr><tr><td>Arduino 软件</td><td>Arduino</td><td></td><td>https://www.arduino.cc/en/software</td></tr><tr><td>腰带</td><td>运动动力学</td><td>RFTB10010</td><td>选择适合应用的尺寸。我们使用了60齿。https://www.motiondynamics.com.au/polyurethane-timing-belts-16mm-t-10/</td></tr><tr><td>支架螺栓（用于固定电机）</td><td>The Fastner Factory</td><td>161260</td><td>x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-35mm-100pc</td></tr><tr><td>支架螺栓（不用于固定电机）</td><td>紧固件工厂</td><td>161258</td><td>x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-25mm-100pc</td></tr><tr><td>夹紧角铁</td><td>Austral Wright Metals</td><td>50004813</td><td>x 2. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/</td></tr><tr><td>夹紧螺栓</td><td>紧固件工厂</td><td>161265</td><td>x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-70mm-100pc&amp;nbsp;&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>夹具叶片（不锈钢扁钢）</td><td>Austral Wright Metals</td><td>50004687</td><td>x 8. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/</td></tr><tr><td>盖板（亚克力）</td><td>Bunnings Warehouse</td><td>1010489</td><td>https://www.bunnings.com.au/suntuf-900-x-600-x-5mm-grey-acrylic-sheet_p1010489</td></tr><tr><td>盖板螺栓/螺母</td><td>Bunnings Warehouse</td><td>247292</td><td>x 4. https://www.bunnings.com.au/pinnacle-m3-x-16mm-stainless-steel-hex-head-bolts-and-nuts-12-pack_p0247292</td></tr><tr><td>覆盖支架</td><td>Bunnings Warehouse</td><td>44061</td><td>x 4. https://www.bunnings.com.au/zenith-20mm-zinc-plated-angle-bracket-16-pack_p0044061</td></tr><tr><td>紧急关闭开关</td><td>Jaycar</td><td>SP0786</td><td>https://www.jaycar.com.au/latching-emergency-stop-switch/p/SP0786?pos=1&amp;&queryId=5abe9876cf78dc3d&lt;br/&gt; d26b9067fbc36f74</td></tr><tr><td>混合式步进电机及驱动器</td><td>Vevor</td><td>?</td><td>闭环步进电机 Nema 34 12NM 伺服电机混合驱动器 https://vevor.com.au/products/1712oz-in-nema34-closed-loop-stepper-motor-12nm-hybrid-servo-driver-hsc86-kit?variant=33058303311975</td></tr><tr><td>IEC 电源连接器</td><td>RS Components</td><td>811-7213</td><td>https://au.rs-online.com/web/p/iec-connectors/8117213</td></tr><tr><td>仪器箱（外壳）</td><td>Jaycar</td><td>HB6381</td><td>https://www.jaycar.com.au/abs-instrument-case-with-purge-valve-mpv2/p/HB6381</td></tr><tr><td>LED</td><td>Jaycar</td><td>ZD0205</td><td>https://www.jaycar.com.au/green-10mm-led-100mcd-round-diffused/p/ZD0205?pos=11&amp;&queryId=e596cbd3d71e86&lt;br/&gt; 37ab9340cee51175e7&amp;&sort=&lt;br/&gt; 相关性</td></tr><tr><td>主滑轮（椅子）</td><td>运动动力学</td><td>ALTP10020</td><td>选择适合应用的尺寸。齿数越多，旋转越慢。我们使用了36齿。https://www.motiondynamics.com.au/timing-pulleys-t10-16mm.html</td></tr><tr><td>电机连接杆（不锈钢扁条）</td><td>Austral Wright Metals</td><td>50004687</td><td>x 4. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/</td></tr><tr><td>安装支架（不锈钢扁钢）</td><td>Austral Wright Metals</td><td>50004687</td><td>x 2. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/</td></tr><tr><td>坚果</td><td>快速工厂</td><td>161989</td><td>x 12. https://www.thefastenerfactory.com.au/stainless-steel-hex-nylon-insert-lock-nut-m6-100pc</td></tr><tr><td>开关</td><td>Jaycar</td><td>SK0982</td><td>https://www.jaycar.com.au/dpdt-illuminated-rocker-large-red/p/SK0982?pos=4&amp;amp;queryId=88e0c5abfa682b74&lt;br/&gt; 虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可获得性，推动了在更接近自然、多感官且沉浸式条件下开展感知与行为研究的快速发展。其中，多感官整合研究领域尤其受益于VR系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合所产生的自我运动感知。因此，一种能够在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法，代表了一项有益的技术创新。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，并提出了将该运动整合到虚拟现实体验中的技术方案。通过一个示例实验，验证了所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当物理运动与视觉刺激一致时，整合程度较高；当二者不一致时，整合程度较低。&amp;&sort=相关性</td></tr><tr><td>电位器</td><td>Jaycar</td><td>RP8610</td><td>https://www.jaycar.com.au/10k-ohm-logarithmic-a-single-gang-9mm-potentiometer/p/RP8610?pos=4&amp;&queryId=0d1510281ba100d&lt;虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可及性，推动了在更接近自然、多感官且沉浸式条件下开展感知与行为研究的快速发展。其中，多感官整合研究领域尤其受益于VR系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合，以产生自我运动感知。因此，开发一种可在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法，是一项有益的创新。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，并提出将该运动整合进虚拟现实体验的技术方案。通过一个示例实验，验证了所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当物理运动与视觉刺激一致时整合程度高，不一致时整合程度低。&gt; 虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可及性，推动了在更接近自然、多感官且沉浸式条件下对感知与行为研究的迅速发展。在这一背景下，多感官整合研究领域尤其受益于VR系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合可引发自我运动感知。因此，开发一种能够在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法，成为一项有益的创新。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，以及将该运动整合至虚拟现实体验的技术方案。通过一个示例实验，验证了所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当运动与视觉刺激一致时整合程度高，不一致时整合程度低。</td></tr><tr><td>滑轮螺钉</td><td>快速工厂</td><td>155856</td><td>x 5. https://www.thefastenerfactory.com.au/stainless-steel-hex-socket-head-cap-screw-m4-x-25mm-100pc</td></tr><tr><td>150 欧姆电阻器</td><td>Jaycar</td><td>RR2554</td><td>https://www.jaycar.com.au/150-ohm-1-watt-carbon-film-resistors-pack-of-2/p/RR2554?pos=19&amp;&queryId=48c6317c73fd361&lt;br/&gt; 虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可获得性，推动了在更接近自然、多感官且沉浸式条件下开展感知与行为研究的快速发展。多感官整合研究领域尤其受益于VR系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合可产生自我运动感知。因此，一种能够在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法代表了一项有益的创新。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，并提出了将该运动整合到虚拟现实体验中的技术方案。通过一个示例实验，验证了所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当物理运动与视觉刺激一致时，整合程度较高；当二者不一致时，整合程度较低。&amp;&sort=&lt;虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可及性，推动了在更接近自然、多感官且沉浸式条件下对感知与行为研究的近期加速。在这一背景下，多感官整合研究领域尤其受益于VR系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合，从而产生自我运动感知。因此，一种能够在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法，代表了一项有益的创新。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，并提出将该运动整合至虚拟现实体验的技术方案。通过一个示例实验，我们证明了所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当物理运动与视觉刺激一致时整合程度高，不一致时整合程度低。&gt; 相关性</td></tr><tr><td>小滑轮（电机）</td><td>运动动力学</td><td>ALTP10020</td><td>根据应用需求选择合适的尺寸。齿数越多，旋转速度越快。我们使用了24齿。https://www.motiondynamics.com.au/timing-pulleys-t10-16mm.html</td></tr><tr><td>小型拨动开关</td><td>Jaycar</td><td>ST0555</td><td>https://www.jaycar.com.au/sealed-mini-toggle-switch/p/ST0555?pos=14&amp;&queryId=066b989a151d83&lt;br/&gt; 虚拟现实系统的低成本与普及性推动了在更接近自然、多感官且沉浸式的条件下对感知与行为的研究加速发展。其中，多感官整合研究领域尤其受益于虚拟现实系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合可产生自我运动感知。因此，一种能够在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法具有重要创新意义。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，并提出将该运动整合至虚拟现实体验的技术方案。通过一个示例实验表明，所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当物理运动与视觉刺激一致时整合程度高，不一致时整合程度低。&amp;&sort=&lt;br/&gt; 相关性</td></tr><tr><td>Steam 软件</td><td>Valve Corporation</td><td></td><td>https://store.steampowered.com/</td></tr><tr><td>SteamVR 插件（用于 Steam）</td><td>Valve Corporation</td><td></td><td>https://store.steampowered.com/app/250820/SteamVR/</td></tr><tr><td>Unity 软件</td><td>Unity Technologies</td><td></td><td>https://unity3d.com/get-unity/download</td></tr><tr><td>VR 系统</td><td>Scorptec</td><td>99HANW007-00</td><td>HTC Vive Pro 配控制器和基站。https://www.scorptec.com.au/product/gaming-peripherals/vr/72064-99hanw007-00?gclid=Cj0KCQiA5OuNBhCRARIsA&lt;br/&gt; CgaiqX8NjXZ9F6ilIpVmYEhhanm&lt;br/&gt; GA67xLzllk5EmjuG0gnhu4xmiE&lt;虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可及性，推动了在更接近自然、多感官且沉浸式条件下开展感知与行为研究的快速发展。其中，多感官整合研究领域尤其受益于VR系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合可产生自我运动感。因此，一种能够在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法，代表了一项有益的技术创新。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，并提出将该运动整合至虚拟现实体验的技术方案。通过一个示例实验，验证了所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当物理运动与视觉刺激一致时整合程度高，不一致时整合程度低。&gt; _RwSgaAhn8EALw_wcB</td></tr></tbody></table>

在虚拟现实环境中对人类观察者进行可控旋转

Controlled Rotation of Human Observers in a Virtual Reality Environment

虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可及性，推动了在更接近自然、多感官且沉浸式条件下开展感知与行为研究的快速发展。其中，多感官整合研究领域尤其受益于VR系统的应用，例如视觉与前庭觉线索的整合可产生自我运动感。因此，一种能够在虚拟环境中对观察者进行可控物理旋转的便捷方法，代表了一项有益的技术创新。本文介绍了一种自动化旋转办公转椅的方法，并提出了将该运动整合到VR体验中的技术方案。通过一个示例实验，证明了所产生的物理运动能够与观察者的视觉体验相整合，且整合程度符合预期：当运动与视觉刺激一致时整合程度高，不一致时整合程度低。

本示例实验的目的是确定在场景中添加物理旋转——无论是与视觉背景运动方向一致还是不一致——是否会影响该场景中移动目标的感知方向。根据假设，背景运动对目标方向感知的影响程度取决于受试者的视觉系统将背景运动归因于自身运动的难易程度，因此预期在物理运动一致与不一致条件下存在差异32,33。如果背景运动与物理运动方向一致，则预期因果关联感更强，从而导致感知到的目标方向相对于其在视觉显示中的实际方向产生更大的偏移。
观察者使用VR控制器调节转椅的旋转速度和方向。控制器相对于头戴式显示器（HMD）朝向方向偏移越远（越靠左或右），旋转速度就越快。在一致条件下，若目标图案（始终具有向上的垂直运动分量）看起来相对于垂直方向向右漂移，观察者会将控制器向左移动。这会导致转椅向左（逆时针）旋转，同时观察者的HMD也逆时针旋转，从而使视觉场景中的背景以适当的速度向右移动（如同观察者在旋转时所见的静止背景，图7A）。这种向右的背景运动对...

在某些实验、娱乐和教育应用中，对人类观察者的物理旋转进行控制是可取的。本文概述了一种将办公转椅改装成在虚拟现实环境中实现受控物理旋转装置的方法。

虚拟现实（VR）系统的低成本和广泛可获得性，推动了近年来在更接近真实环境的条件下对感知与行为研究的加速发展。

当您在环境中移动时，您会接收到关于自身以及周围物体运动的视觉和前庭信号。该装置可让您独立操控这些信号。这是一种经济实惠的方法，利用现成的部件（如办公椅）即可在沉浸式视听环境中实现对个体运动的精确控制。对于整个座椅系统，我的建议是在正式组装之前，先确保电子元件和电机能够按预期正常工作。首先，使用 USB 数据线将 Arduino 开发板连接到计算机。在工具下拉菜单中，选择 Arduino 开发板所连接的端口。然后选择正确的开发板，接着选择处理器。确保所选的开发板和处理器与实际使用的相符。此处可以粘贴提供的示例 Arduino 代码。验证并保存 Arduino 代码。然后，使用上传按钮将其上传到 Arduino 开发板。连接并开启电气子系统。然后，拨动小型拨动开关至小LED指示灯亮起的位置，并旋转电位器旋钮，以确保其能够控制椅子的速度和方向。椅子的速度和方向应随电位器位置的变化而变化。接下来，打开一个新的或现有的Unity项目。要导入 SteamVR 插件，首先请确保您已登录 Unity 账户。然后，点击窗口（Window）和资源商店（Asset Store），在网页浏览器中打开资源商店。搜索 SteamVR。选择 SteamVR 插件，然后点击“添加到我的资源”。返回 Unity 后，在窗口选项卡下选择包管理器。选择我的资源。然后，在 SteamVR 下点击导入，并按照提示完成导入过程。点击“全部接受”以应用配置更改，并根据提示操作。在检视窗口的项目窗口中查找名为 SteamVR 的新资源。展开 SteamVR 资源文件夹，然后进入预制件（prefabs）。将摄像机装置资源拖入层级窗口，以启用游戏中的 VR 头显和控制器。从层级或场景中移除默认的主摄像机，因为它会干扰 SteamVR 摄像机的正常工作。接下来，使用与 SteamVR 相同的流程搜索 Ardity 插件。然后，创建实验所需的对象。为此，请单击游戏对象，然后选择 3D 对象。例如，这里有一个名为 background 的平面，它位于摄像机视图的背景中。该背景可以相对于头戴式显示器锁定在固定位置。为了向场景中添加功能，请在检视窗口中点击“添加组件”按钮，然后选择“新建脚本”。调用脚本 setup trial。此处的默认代码应替换为所提供的 setup trial 文件中的代码。这是确保椅子正确移动所需的最少代码。返回 Unity。新的设置试验脚本现已附加到背景对象上。在项目窗口的资源文件夹中，打开 Ardity 文件夹，然后进入其下的脚本文件夹。将串行控制器脚本拖放到层级窗口中背景游戏对象上。在检视窗口的组件列表中向下滚动，找到串行控制器脚本。确保端口名称和波特率与Arduino程序中的设置相匹配。将层级窗口中的背景对象拖动到检视器窗口中消息监听器旁边的消息输入框。点击检视器窗口底部的“添加组件”按钮，然后选择“新建脚本”。将新脚本命名为 chair controller。提供的椅子控制器脚本可粘贴到此文件中。至少需要一个函数，将用户的操作转换为 0 到 1,023 之间的数值。然后，使用串行控制器的“发送串行消息”功能将该数值发送至 Arduino，并保存脚本。返回 Unity 后，将层级窗口中的头戴式显示器对象拖动到“头”旁边的输入框中。然后，将右控制器对象拖动到“手”旁边的输入框中。在检视窗口中向下滚动，找到设置试验脚本的公共变量。根据样本代码的输入类型，三代表VR控制器，四代表鼠标控制。此处选择VR控制器。当SteamVR应用程序关闭时，首次在Unity中按下播放按钮，您将收到与SteamVR操作相关的错误消息。按照提示配置 SteamVR 操作。关闭设置窗口，并处理 SteamVR 弹出的其他提示。最后，按下播放按钮以开始 VR 体验。通过这些设置，用户能够使用VR控制器旋转椅子。此处展示了实验过程中观察者的操作以及相应的椅子和场景变化的示意图。在一致条件下，如果观察者将控制器向左移动，椅子也会向左转动，同时视觉背景则向相反方向移动，就像观察者在旋转时所面对的静止场景一样。在不协调条件下，椅子向相反方向移动，使得椅子的运动与视觉背景的运动不一致。图中所示为视觉显示刺激区域的截图。这些小的带图案区域始终保持静止，但其内部的图案会移动，就好像每个区域都是观察更大移动物体的一个窗口。位于环上的色块构成目标，其余色块构成背景。在此示例视频中，目标垂直向上移动，而背景向右移动。移动的背景使目标产生向左运动的错觉，从而看起来是向上且向左移动。这种向左的错觉运动被称为诱导运动。目标环的半径为5度视角，背景区域的张角为20度×20度。在一致运动和不一致运动条件下，诱导运动效应的强度由参数β的值表示。代表性图像显示了每位观察者在一致和不一致条件下的平均 beta 值。正如预期，如果观察者认为背景运动是由自身在静止世界中移动所引起，则一致条件下的平均 beta 值接近于 1。除了一名观察者外，其余所有观察者在不一致的椅子运动条件下 beta 值均有所下降。这些数据表明，观察者将视觉背景运动归因于自身物理运动的可能性降低。需要确保椅子滑轮和电机滑轮对齐良好，且皮带张力适中。皮带可有轻微弹性，但不宜过大。您可以使用头戴设备来控制视觉和听觉提示，此外还可以单独通过电机控制或脚踏驱动实现身体运动。可探索的内容非常丰富。

controlled-rotation-human-observers-virtual-reality

Research

科研

JoVE Journal

Behavior

行为

虚拟现实环境中人类观察者的受控旋转

本文描述了一种有效的方法，用于深入了解人类在三维空间中进行导航的方式。该方法利用了一种能够以传统模拟器无法实现的方式移动观察者的运动模拟器。实验结果证实，在水平面内的运动被低估，而垂直方向的运动则被高估。...

MPI CyberMotion 模拟器：一种新型运动模拟器的实现及其在三维多感官路径整合研究中的应用

本文描述了一种利用六自由度（6DF）运动模拟器在人体中测量三维前庭眼反射（3D...

使用六自由度运动平台进行三维前庭眼反射测试

本文介绍了可用于研究与身体相关的自我感知/自我表征的虚拟手和虚拟脸错觉范式。这些范式已在多项研究中被使用，证明在特定条件下，虚拟的手或脸可以被整合进个体的身体表征中，表明身体表征具有相当的灵活性。...

创建虚拟手部和虚拟面部错觉以研究自我表征

我们介绍一种基于虚拟现实的新颖实验装置，该装置通过主动控制一只手来提高另一只（未经训练的）手的运动技能表现。该方法通过提供实时的、基于运动的感官反馈，使未经训练的手产生正在运动的感知。这种新方法可用于增强单侧轻偏瘫患者的康复效果。...

利用虚拟现实将运动技能知识从一只手转移到另一只手

我们设计了一种利用动作捕捉系统评估日常生活工具性活动（IADL）的虚拟现实测试。我们提出了一种详细的运动学分析方法，用于解读参与者的各种动作，包括运动轨迹、移动距离和完成时间，以评估其IADL能力。...

使用运动捕捉系统在虚拟现实中测量日常生活动作的运动学参数

本文介绍了一种利用网络化计算机实验室进行多人决策与导航实验的方法。...

用于多参与者决策科学与导航实验的网络化桌面虚拟现实系统

尽管以往关于身体自我意识的研究假设，源自自身的运动与源自他人的运动在感知上是可区分的，但本方案通过虚拟手产生无意识的轻微运动，使两者的来源变得模糊。这使我们能够观察由自身感（SoO）和他人产生的能动感（SoA）共同形成的心理体验，而非仅仅观察能动感的缺失。...

虚拟手在自我与他人来源之间的模糊运动：拥有感与“他人产生”的能动感

开发了一种新型虚拟现实飞行模拟器，可高效且低成本地评估飞行性能和眼动模式。该模拟器还为人体工程学及其他研究领域提供了一种具有高潜力的研究工具。...

使用虚拟现实飞行模拟器评估飞行表现与眼动模式

我们开发了一种简单、可定制且高效的方法，用于从交互式空间任务中记录定量的过程数据，并将这些旋转数据与眼动追踪数据进行映射。...

利用眼动追踪数据对交互式虚拟物体旋转的三维映射

该方法探讨了视动和全身旋转过程中视觉与前庭觉对凝视稳定性的贡献。通过视觉、前庭觉以及视听觉联合试验实施刺激。每项试验中，扭转性眼动增益和眼震频率作为感觉特异性运动信息向反射性脑干反应的皮层下传递通路的指标。...

利用眼动追踪评估视觉与前庭输入在翻滚平面中对皮层下运动处理的相对重要性

学习利用办公转椅和Arduino控制器在虚拟现实环境中实现人体受控旋转的方法。该方案可独立操控视觉与前庭信号，为沉浸式体验研究提供经济高效的实验平台。

在虚拟现实环境中对人类观察者进行可控旋转

探索更多视频