Bewertung der Flugleistung und der Augenbewegungsmuster mit dem Virtual Reality Flight Simulator

Summary

Es wurde ein neuer Virtual-Reality-Flugsimulator gebaut, der eine effiziente und kostengünstige Bewertung der Flugleistung und der Augenbewegungsmuster ermöglicht. Es bietet auch ein vielversprechendes Forschungsinstrument für die Ergonomie und andere Forschungen.

Abstract

Die effiziente und wirtschaftliche Leistungsbewertung von Piloten ist für die Luftfahrtindustrie von entscheidender Bedeutung geworden. Mit der Entwicklung von Virtual Reality (VR) und der Kombination von Eye-Tracking-Technologie werden Lösungen, die diesen Anforderungen gerecht werden, Realität. Frühere Studien haben VR-basierte Flugsimulatoren untersucht, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf der Technologievalidierung und dem Flugtraining lag. In der aktuellen Studie wurde ein neuer VR-Flugsimulator entwickelt, um die Flugleistung von Piloten anhand von Augenbewegungen und Flugindikatoren in einer immersiven 3D-Szene zu bewerten. Während des Experiments wurden 46 Teilnehmer rekrutiert: 23 Berufspiloten und 23 Studenten ohne Flugerfahrung. Die Versuchsergebnisse zeigten signifikante Unterschiede in der Flugleistung zwischen Teilnehmern mit und ohne Flugerfahrung, wobei erstere höher waren als letztere. Im Gegensatz dazu zeigten diejenigen mit Flugerfahrung strukturiertere und effizientere Augenbewegungsmuster. Diese Ergebnisse der Differenzierung der Flugleistung zeigen die Validität des aktuellen VR-Flugsimulators als Methode zur Bewertung der Flugleistung. Die unterschiedlichen Blick-Bewegungsmuster mit Flugerfahrung bilden die Grundlage für die zukünftige Flugauswahl. Dieser VR-basierte Flugsimulator hat jedoch Mängel wie Bewegungsfeedback im Vergleich zu herkömmlichen Flugsimulatoren. Diese Flugsimulator-Plattform ist sehr flexibel, abgesehen von den scheinbar niedrigen Kosten. Es kann die unterschiedlichen Bedürfnisse von Forschenden erfüllen (z. B. Messung des Situationsbewusstseins, der VR-Krankheit und der Arbeitsbelastung durch Hinzufügen relevanter Skalen).

Introduction

Die Europäische Agentur für Flugsicherheit (2012) kategorisiert Flugsimulatoren als Schulungseinrichtungen, Flug- und Navigationsprogrammtrainer, Flugtrainingsgeräte und komplette Flugsimulatoren¹. Bisher steht eine Reihe von Flugsimulatoren für die Ausbildung zur Verfügung, von Low-Level-Tischsystemen bis hin zu hochkomplizierten, bewegungsbasierten Vollflugsimulatoren². Der traditionelle Simulator umfasst ein Flugdynamikmodell, eine Systemsimulation, ein Hardware-Cockpit, eine externe Visualisierung und eine optionale Bewegungssimulation³.

Diese traditionellen Flugsim....

Protocol

Alle hier beschriebenen Methoden wurden vom Institutional Review Board (IRB) der Tsinghua-Universität genehmigt, und es wurde eine Einverständniserklärung aller Teilnehmer eingeholt. Nach Abschluss des Turniers erhielten alle Teilnehmer 12 $ (oder ein Geschenk im gleichen Wert).

1. Auswahl der Teilnehmer

1. Rekrutieren Sie die Teilnehmer gemäß einer früheren Studie zur Leistungsanalyse mit der G*Power-Software³⁵ (siehe Materialtabelle), um sicherzustellen, dass die Teilnehmerzahl der von G*Power angegebenen erwarteten Stichprobengröße entspricht, die 21 beträgt.
   HINWEIS: Di....

Results

Für das aktuelle Experiment wurden 23 Experten mit Flugerfahrung und 23 Neulinge ohne Flugerfahrung ausgewählt. Die Teilnehmer waren zwischen 25 und 58 Jahre alt (Experten: M = 32,52 Jahre, SD = 7,28 Jahre; Anfänger: M = 29,57 Jahre, SD = 5,74 Jahre). Das Geschlecht aller Teilnehmer war männlich. Alle Neulinge wurden von der Tsinghua-Universität rekrutiert (Studenten oder Dozenten), und alle Experten kamen von China Eastern Airlines.

Augenbewegung

Discussion

In der aktuellen Studie wurde untersucht, ob Teilnehmer mit Flugerfahrung eine bessere Flugleistung aufwiesen als diejenigen ohne Flugerfahrung in einem VR-basierten Flugsimulator. Vor allem aber wurde untersucht, ob bei diesen Teilnehmern mit besserer Flugleistung ein optimiertes Augenbewegungsmuster gefunden werden konnte. Die Ergebnisse zeigen signifikante Unterschiede zwischen Teilnehmern mit und ohne Flugerfahrung bei drei wichtigen Flug-QAR-Indikatoren: Nickwinkel 1 s vor der Landung, die mittlere Entfernung zur Re.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D-Engine SDK	Epic Games	Unreal Engine 4 GameAnalytics Unreal SDK	Dieses SDK ist ein leistungsstarkes und dennoch flexibles kostenloses Analysetool, das für Spiele entwickelt wurde.
CPU	Intel	IntelCore i9	Eine der leistungsstärksten CPUs auf dem Mainstream-Markt.
Eye-Tracking-SDK	Tobii	Tobii XR SDK	Dieses SDK bietet geräteunabhängigen Zugriff auf Eye-Tracking-Daten, um die Entwicklung von Headsets von vielen verschiedenen Hardware-Anbietern zu ermöglichen, und ist nicht auf Geräte beschränkt, die Tobii Eye-Tracking-Hardware verwenden.
Eye-Tracking-Software	Entwickelt vom Forschungsteam		Ein Programm, das die Bewegung der Augen einer Person verfolgt, während sie ein Virtual-Reality-HMD verwendet.
FlySimulator-Programm	Vom Forschungsteam		Eine Software, die Flugerlebnisse in einer virtuellen Umgebung mit VR-HMD und Handheld-Controllern simuliert.
Grafikkarte	NVIDIA	GeForce RTX 3090 10496 NVIDIA CUDA Cores 1.70 GHz Boost Takt    24 GB Arbeitsspeicher Größe GDDR6X Speichertyp	Eine der leistungsstärksten Grafikkarten auf dem Mainstream-Markt.
Betriebssystem (OS)	Microsoft	Windows XP	Ein Betriebssystem (OS), das von Microsoft Corporation entwickelt und exklusiv vertrieben
Replica Bedienfeld	THRUSTMASTER	2960720 2971004 2962072 2960748 2960769	U.S. Air Force A-10C Kampfflugzeug HOTAS
Replica Joystick	THRUSTMASTER	2960720	U.S. Air Force A-10C Kampfflugzeug HOTAS
Replica Pedal	THRUSTMASTER		TPR Pendelruder
Replik Drosselklappe	THRUSTMASTER		U.S. Air Force A-10C Angriffsflugzeug HOTAS
Bildschirm mit PC verbunden	Redmi	RMMNT27NF, 27 Zoll, Auflösung 1920 x 1080	Bildschirm ermöglicht es dem Experimentator, gleichzeitig zu sehen, was in der VR HMD
Bildschirmaufzeichnungssoftware	OBS Project	OBS Studio Version 28.0	passiertEine kostenlose Open-Source-Software für Videoaufzeichnung und Live-Streaming
Software zur Analyse der statistischen Trennschärfe	Open-Source	G*power Version 3.1.9.6	Ein kostenloses und benutzerfreundliches Tool zur Schätzung der statistischen Aussagekraft und der Stichprobengröße.
Statistiksoftware	IBM	SPSS Version 24.0	Eine leistungsstarke Statistik-Softwareplattform
Vielseitiges Statistik-Tool	GraphPad Software	GraphPad Prism Version 9.4.0	Ein vielseitiges Statistik-Tool, das speziell für Wissenschaftler entwickelt wurde - nicht für Statistiker
VR-App-Store	HTC Corporation	VIVE Software 2.0.17.6 / 2.1.17.6	Ein App-Store für Virtual Reality, in dem Kunden die Inhalte erkunden, erstellen, verbinden und erleben können, die sie lieben und brauchen.
VR-Head-Mounted-Display (HMD)	HTC Corporation	VIVE Pro Eye	Ein VR-Headset mit präziser Eye-Tracking-VR-Software
	Steam	Steam VR Version 1.23	Ein Tool zum Erleben von VR-Inhalten auf der Hardware