バーチャルリアリティフライトシミュレータを使用した飛行性能と眼球運動パターンの評価

Summary

新しいバーチャルリアリティフライトシミュレータが構築され、飛行性能と眼球運動パターンの効率的かつ低コストな評価が可能になりました。また、人間工学やその他の研究のための高い可能性を秘めた研究ツールも提供します。

Abstract

パイロットの効率的で経済的なパフォーマンス評価は、航空業界にとって重要になっています。バーチャルリアリティ(VR)の発達と視線追跡技術の組み合わせにより、これらのニーズを満たすソリューションが現実のものとなりつつあります。これまでの研究では、VRベースのフライトシミュレータが検討されており、主に技術検証と飛行訓練に焦点を当てていました。本研究では、3D没入型シーンにおける視線運動と飛行指標に基づいてパイロットの飛行性能を評価するための新しいVRフライトシミュレータを開発しました。実験中には、プロのパイロット23名と飛行経験のない大学生23名の計46名が参加しました。実験結果は、飛行経験のある参加者とない参加者の間で飛行性能に大きな差があり、前者が後者よりも高かった。対照的に、飛行経験のある人は、より構造化された効率的な眼球運動パターンを示しました。これらの飛行性能の微分結果は、現在のVRフライトシミュレータが飛行性能評価手法として妥当性を有することを実証しています。飛行経験によるさまざまな眼球運動パターンは、将来の飛行選択の基礎となります。ただし、このVRベースのフライトシミュレーターには、従来のフライトシミュレーターと比較してモーションフィードバックなどの欠点があります。このフライトシミュレータプラットフォームは、見かけの低コストを除いて、非常に柔軟性があります。研究者の多様なニーズ(例えば、状況認識、VR酔い、関連するスケールの追加による作業負荷の測定など)を満たすことができます。

Introduction

欧州航空安全機関(2012)は、フライトシミュレータを訓練施設、飛行およびナビゲーションプログラムのトレーナー、飛行訓練機器、および完全なフライトシミュレータとして分類しています¹。現在までに、低レベルのテーブルトップシステムから非常に複雑なモーションベースのフルフライトシミュレータ²まで、さまざまなフライトシミュレータをトレーニングに利用できます。従来のシミュレータには、フライトダイナミクスモデル、システムシミュレーション、ハードウェアコックピット、外部可視化、およびオプションのモーションシミュレーション³が含まれています。

これらの伝統的なフライトシミュレーターには、効果的な飛行訓練機器としていくつかの利点があります。ただし、各システムの駆動にはかなりの電気エネルギーが必要であり、特にフルフライトシミュレータは高温高圧の流体または空気圧を必要とし、多くの電力を消費し、^{多くのノイズを生成する}ため、コストは高く、環境にやさしくありません4。

ただし、シンプルなデスクトップ シミュレーター システムは柔軟性があり、低コストであり、フル フライト シミュレーター² よりも没入感が低く、相互....

Protocol

ここに記載されているすべての方法は、清華大学の治験審査委員会(IRB)によって承認されており、すべての参加者からインフォームドコンセントが得られています。終了後、参加者全員に12ドル(または同等の価値のギフト)が支払われました。

1. 参加者の選考

1. G*Powerソフトウェア³⁵ ( 資料表を参照)を使用したパワー分析の事前研究に従って参加者を募集し、参加者数がG*Powerによって与えられる予想されるサンプルサイズ(21)を満たしていることを確認します。
   注:G * Powerによって与えられる予想サンプルサイズは、指定された効果サイズ、有意水準、および使用される統計的検定に基づいて、望ましいレベルの統計的検出力を達成するために研究に必要な参加者の推定数を指します。予想されるサンプルサイズは、研究計画において重要な考慮事項です。これは、研究者が研究デザインの実現可能性と費用対効果を判断し、研究が意味のある効果を検出するのに十分な統計的検出力を持っていることを確認するのに役立ちます。
2. てんかん、心臓または脳の病気、最近の内分泌または精神科の薬、または重度の皮膚アレルギーの病歴がある参加者がいないことを確認してください。
3. スネレン視力検査(メートル法6/6を使用)^....

Results

今回の実験では、飛行経験のある専門家23名と飛行経験のない初心者23名が選ばれました。参加者は25歳から58歳(専門家: M =32.52歳、 SD =7.28歳、初心者: M =29.57歳、 SD =5.74歳)であった。参加者全員の性別は男性でした。すべての初心者は清華大学(学生または教員)から採用され、すべての専門家は中国東方航空からでした。

目の動き
計器の AOI、対気速度計、垂直速度計、高度計、およびエンジン速度計の目視移動データは、Shapiro-Wilk 検定 (すべての p 値 <0.05) に従って正規分布していません。したがって、マンホイットニーU検定が使用されました。その結果、専門家(M = 60.79%、 SD = 7.72)は、初心者(M = 53.31%、 SD = 12.89; U = 141, p <.......

Discussion

現在の研究では、飛行経験のある参加者が、VRベースのフライトシミュレーターで飛行経験のない参加者よりも優れた飛行パフォーマンスを発揮したかどうかを評価しました。さらに重要なことに、これらの参加者により最適化された眼球運動パターンが、より優れた飛行パフォーマンスで見つかるかどうかを評価しました。結果は、着陸前のピッチ角 1 秒、基準線までの平均距離、および基準線までの距離の標準偏差という 3 つの主要な飛行 QAR 指標において、飛行経験のある参加者とない参加者の間で大きな違いがあります (図 9B-D)。これらの結果は、飛行経験のある参加者は飛行偏差が少なく、飛行性能がより安定していることを示しています。同時に、飛行経験のある参加者とない参加者の間では、対気速度計、垂直速度計、高度計の 3 つの主要な計器の AOI で大きな違いがあります (図 8A-C)。さらに、飛行経験のある参加者.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D engine SDK	Epic Games	Unreal Engine 4 GameAnalytics Unreal SDK	この SDK は、ゲーム用に設計された強力でありながら柔軟な無料の分析ツールです。
CPU	Intel	IntelCore i9	メインストリーム市場で最も強力なCPUの1つ。
アイトラッキングSDK	Tobii	Tobii XR SDK	このSDKは、デバイスに依存しないアイトラッキングデータへのアクセスを提供し、Tobiiアイトラッキングハードウェアを使用するデバイスに限定されない、さまざまなハードウェアベンダーのヘッドセットの開発を可能にします。
アイトラッキングソフトウェア	研究チーム		仮想現実HMDを使用している人の目の動きを追跡するプログラム。
FlySimulator プログラム	研究チーム		、VR HMD とハンドヘルド コントローラーを使用して、仮想環境での飛行体験をシミュレートするソフトウェア。
グラフィックカード	NVIDIA	GeForce RTX 3090 10496 NVIDIA CUDA Cores 1.70 GHz Boost Clock   24 GB メモリサイズ GDDR6X メモリタイプ	主流市場で最も強力なグラフィックカードの 1 つ。
オペレーティングシステム (OS)	Microsoft	Windows XP	マイクロソフト社が開発・独占的に配布するオペレーティングシステム (OS
) レプリカコントロールパネル	THRUSTMASTER	2960720 2971004 2962072 2960748 2960769	米空軍 A-10C 攻撃機 HOTAS
レプリカジョイスティック	THRUSTMASTER	2960720	米空軍 A-10C 攻撃機 HOTAS
レプリカペダル	THRUSTMASTER		TPR振り子舵
レプリカスロットル	THRUSTMASTER		米国空軍A-10C攻撃機HOTAS
スクリーンはPCに接続	されていますRedmi	RMMNT27NF、27インチ、1920 X 1080解像度比	スクリーンにより、実験者はVR HMD
スクリーンレコーディングソフトウェア	OBSプロジェクト	OBSスタジオバージョン28.0	で何が起こっているかを同時に見ることができますビデオ録画とライブストリーミングのための無料のオープンソースソフトウェア
統計的検出力分析ソフトウェア	オープンソースの	G*powerバージョン3.1.9.6	統計的検出力とサンプルサイズを推定するための無料でユーザーフレンドリーなツール。
統計ソフトウェア	IBM	SPSS Version 24.0	強力な統計ソフトウェアプラットフォーム
多用途統計ツール	GraphPad Software	GraphPad Prism バージョン 9.4.0	統計学者ではなく科学者向けに設計された多用途統計ツール
VRアプリストア	HTC Corporation	VIVE Software 2.0.17.6 / 2.1.17.6	バーチャルリアリティのアプリストアで、お客様はお気に入りのコンテンツや必要なコンテンツを探索、作成、接続、体験できます。
VRヘッドマウントディスプレイ(HMD)	HTC株式会社	VIVE Pro Eye	精密視線追尾VRヘッドセット
ソフト	Steam	Steam VR Version 1.23	VRコンテンツをハードウェア上で体験できるツール