Name: ブラインドのナビゲーションスキルを支援するためにオーディオベースのバーチャル·ゲーム環境の開発 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-27T08:55:00.000+00:00
Duration: 9 min 1 s
Description: 学ぶ音声ベースのバーチャル環境を用いた視覚障害者のナビゲーション訓練法。AbESソフトウェアで空間認識スキルを安全に習得し、実環境での移動能力向上を実現する革新的アプローチを解説します。

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著者らは、この研究を実施する上で彼らのサポートのためのラビア·ダウ、パドマRajagopal、モリーコナーズと視覚障害者のためのキャロルセンター（ニュートンMA、USA）のスタッフに感謝したいと思います。 RO1 EY019924：この作品は、NIH / NEI助成金によって支えられている。

1。参加者の人口統計これは、18から45歳の間盲目の男性と女性の参加者を募集して現在進行中の研究である。すべての参加者が合法的に早期発症のブラインド（3歳前に文書化されている）および眼病因を変えるのです。研究参加者はいずれも、ターゲット物理的な建物の空間的レイアウトを使用して、以前に精通していなかった。 2。 AbES有する製剤と習熟<ol><li>トレーニングやアセスメントプロセスを通して着用する目隠しとヘッドホンで参加者を提供します。目隠しは、快適目の上に配置されており、ヘッドホンを正しい向きで耳（左耳の上すなわち左スピーカー）の上に配置されていることを確認します。 </li><li>割り当てられたキーとAbESでオーディオキューによって表される情報をどのように使うかの参加者を養成する。特定のキーストローク（ 図3）を使用して 、ユーザーがナビゲートすると探究（前進、右または左）事実上構築。各仮想のステップは、実際の物理的な建物の中に一歩を近似します。 </li><li>ゲームのルールと前提しておきます。 </li><li>ゲームプレイに固有のオーディオキュー（場所宝石や近くのモンスターの音などの音）に慣れる。ユーザが建物を通ってナビゲートすると、聴覚系、文脈空間情報を順次取得し、動的に更新されます。空間と状況情報が取られた各ステップの後に提供象徴と空間音響的な手がかりに基づいています。オリエンテーションは、ユーザの現在位置に関するさらなる情報を提供するために使用される音声合成（TTS）を通過するカーディナルコンパスの見出し（ 例えば &quot;北&quot;や&quot;東&quot;）としたテキストに基づいて方位と見出し（ 例えば &quot;あなたが最初に廊下にあるので、西に面した床、 &quot;）、ならびにそれらのパス内のオブジェクトや障害の識別情報（ 例えば、&quot;これは&quot;ドアです）。距離手がかりはo基づいて提供されn個の変調音の強さ。音の空間的局在は、ユーザーの自己中心的な見出しと一致するように更新されます。本質的には、ソフトウェアがユーザーの位置や自己中心的な見出しの関数として適切なオーディオファイルを再生するように設計されており、彼らが環境内を移動するユーザーの位置を追跡しています。ドアは、人の右側に配置されている場合たとえば、ノッキング音が（すなわち、ソフトウェアが右チャンネルのノック音の音声ファイルを再生）ユーザの右耳で聞いています。同じドアは今や彼らの左側に位置するように、人はすぐに180度回る場合は、同じ打音は、現在左チャンネル（ すなわち、ソフトウェアが左チャンネルのノック音の音声ファイルを再生）で聞かれる。最後に、ユーザーがドアを向いている場合、同一のノック音が均等に両耳で聞かれる。ユーザーの自己中心的な見出しを追跡することによって、ソフトウェアを特定、適切な空間ローカライズサウンドを再生することができますプレゼンスとオブジェクトの位置と、ユーザーが仮想環境内を移動するこれらの変更を追跡します。 図4を参照してください。 </li></ol> 3。 AbESトレーニングとゲームプレイ（1.5時間の合計のための3つのセッションの各ラスティング30分） <ol><li>自由なゲームプレイを可能にし、どんな困難や課題を（ すなわち、キーストロークの使用、オーディオキュー、困難なナビゲーションの領域）にも注意してください。正の強化と明確化が各トレーニングセッションの終了時に提供されています。 </li><li>レコード·ゲームのパフォーマンス（ 例えば 、参加者が宝石を見つけた数、時間と場所）。 </li></ol> 4。仮想ナビゲーションタスクのパフォーマンスを評価<ol><li>参加者にテストの詳細を説明し、仮想ナビゲーションタスクを完了する方法についての指示を提供します。参加者が順次参加一度AbESソフトウェア（ すなわちを用いて提示10所定のナビゲーションタスクを完了しますパンツは、最初のタスクを正常に完了すると、コンピュータが自動的に）次の作業の出発点にそれらを再検索します。 </li><li>彼らは各ナビゲーションタスクを完了するために、6分の最大を持っていることを参加者に通知します。 </li><li>同程度の難易度10の仮想ナビゲーションパス（ すなわち走行距離とターン数）10スタートとストップの場所（ すなわち室 ）の所定の組み合わせに基づいて選択されます。具体的には、目標ルートをナビゲートするために必要な手順の範囲は25から35の手順（仮想環境）と90度の3-4ターンの間に組み込ま間であった。 </li><li>自動化されたプレゼンテーションやパフォーマンスのデータ·キャプチャ用AbESに10ナビゲーションペアをロードします。 </li><li>アウトカム指標は、自動的にAbES &#39;内部のソフトウェアを使用して記録されます。アウトカム指標は、次のとおりです。ナビゲーションタスクと目標を達成するの​​に要した時間が正常に完了したことを。 図5Aを参照してください。 </li><li>命令D開始位置とターゲット宛先をescribingは、各タスクの開始時にAbESソフトウェアによって自動的に提供されます。タイミングは、被験者が開始位置から彼らの最初の仮想ステップを取り、一度ターゲットの場所（時間は実行が不完全として採点され、次のパスが提示されている6分、より長くかかる場合を除きます）に到着一度終了直後に開始されます。キャプチャされたデータは自動的にテキストフ​​ァイルに送信され、データベース/さらなる分析のための統計ソフトウェアに続いて開かれます。 </li></ol> 5。物理的なナビゲーション·タスクのパフォーマンスを評価<ol><li>参加者にテストの詳細を説明し、物理的なナビゲーション·タスクを完了する方法についての指示を提供します。参加者は10所定のナビゲーション作業（以前の仮想性能評価からスクランブルの順序で表示）と、経験豊かな調査員の監督の下で完了します。 </li><li>彼らは最大を持つことになり、参加者に知らせる各ナビゲーションタスクを完了するために6分のお母さん。物理的なナビゲーション·タスクの目的のために、参加者はモビリティサポートのために彼らの白杖を使用することが許される。 </li><li> 10物理的なナビゲーション·パスは匹敵する難易度の10スタートとストップの場所（ すなわち部屋）（ すなわち走行距離とターン数）の所定の組み合わせに基づいて選択されます。 </li><li>調査官は、ストップウォッチやパフォーマンスの手動スコアリング用のナビゲーションタスクのリストをクリップボードを準備します。 </li><li>アウトカム指標は、手動で調査者によって記録されます。アウトカム指標は、次のとおりです。ナビゲーションタスクと目標を達成するの​​に要した時間が正常に完了したことを。 </li><li> &quot;スクエアオフ&quot;参加者（ つまりそれらの背後に位置開始位置のドアを持つ参加者）。開始位置とターゲット宛先を記述する手順は、各タスクの開始時に治験責任医師によって提供されています。タイミングは、被験者鐸たら直ちに開始ES開始位置から彼らの最初の物理的なステップと参加者が口頭で（時間は実行が不完全として採点され、次のパスが提示されている6分、より長くかかる場合を除きます）目的地に到着報告したときに終了します。キャプチャしたデータを手動で記録し、その後データベース/さらなる分析のための統計ソフトウェアに転送されます。 図5Bを参照してください。 </li></ol> 6。タスクパフォ​​ーマンスオフ物理Dropを評価する<ol><li>参加者にテストの詳細を説明し、ナビゲーション作業オフ物理降下を完了する方法を提供します。参加者は、できるだけ最短のルートを使用して建物を出たの目標とし、経験豊かな調査員の監督の下で5ナビゲーション作業を完了します。 </li><li>彼らは各ナビゲーションタスクを完了するために、6分の最大を持っていることを参加者に通知します。ナビゲーションタスクオフ物理降下の目的のために、参加者が許可されモビリティサポートのために彼らの白杖を使用します。 </li><li> 5所定の物理的な開始位置は、異なる長さの3の終了パスが可能であることはそのような使用されています。 </li><li>調査官は、ストップウォッチやパフォーマンスの手動スコアリング用のナビゲーションタスクのリストをクリップボードを準備します。 </li><li>アウトカム指標は、手動で調査者によって記録されます。アウトカム指標は、次のとおりです。ナビゲーションタスクと目標を達成するの​​に要した時間が正常に完了したことを。また、パスが取ら最短パスが最大のポイント（最短経路すなわち 3、第2、タスクを完了することができないの最長は1、0）を与えられるように採点されます。 図5Cを参照してください。 </li><li>最初に開始位置で &quot;スクエアオフ&quot;の参加者。開始位置を記述する手順は、各タスクの開始時に治験責任医師によって提供されています。タイミングは、一度被写体が開始位置から彼らの最初の物理的なステップを取り、終了直後に始まる参加者は、口頭で建物の出口のドア（時間は、実行が不完全であると得点が記録され、次のスタートの場所が提示されている6分、より長くかかる場合を除きます）に到着したときに報告します。キャプチャしたデータを手動で記録し、その後データベース/さらなる分析のための統計ソフトウェアに転送されます。 </li></ol>

<ol><li>Loomis, J. M., Klatzky, R. L., Golledge, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Navigating+without+vision%3A+basic+and+applied+research%5BTitle%5D)+AND+%22Optom.+Vis.+Sci%22%5BJournal%5D)">Navigating without vision: basic and applied research.</a> Optom. Vis. Sci. 78, 282-289 (2001).</li>
<li>Siegel, A. W., White, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+development+of+spatial+representations+of+large-scale+environments%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Child+Dev.+Behav%22%5BJournal%5D)">The development of spatial representations of large-scale environments.</a> Adv. Child Dev. Behav. 10, 9-55 (1975).</li>
<li>Strelow, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+is+needed+for+a+theory+of+mobility%3A+direct+perception+and+cognitive+maps--lessons+from+the+blind%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol.+Rev%22%5BJournal%5D)">What is needed for a theory of mobility: direct perception and cognitive maps--lessons from the blind.</a> Psychol. Rev. 92, 226-248 (1985).</li>
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<li>Bavelier, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brains+on+video+games%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Brains on video games.</a> Nat. Rev. Neurosci. 12, 763-768 (2011).</li>
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<li>Lange, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Designing+informed+game-based+rehabilitation+tasks+leveraging+advances+in+virtual+reality%5BTitle%5D)+AND+%22Disabil.+Rehabil%22%5BJournal%5D)">Designing informed game-based rehabilitation tasks leveraging advances in virtual reality.</a> Disabil. Rehabil. , (2012).</li>
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	 <a target="_blank" href="http://www.who.int/blindness/causes/trends/en/index.html">http://www.who.int/blindness/causes/trends/en/index.html</a> (2012).</li>
</ol>

著者らは、利害の衝突は宣言しない。

我々は盲目の一般的な空間認識とナビゲーション·スキルを向上させるために設計されたインタラクティブなオーディオベースの仮想環境シミュレータについて説明します。我々はAbESと相互作用するオブジェクトとターゲット環境の全体的なレイアウト間の空間的関係を記述する正確な手がかりを提供することを実証している。盲目のユーザーは、この聴覚情報にと没入型仮想環境と相互作用することによって、基に正確な空間認知地図を生成することができます。さらに、ゲームのメタファーのコンテキスト内AbESと相互作用すると、その空間認知コンストラクトは単にソフトウェアとの因果関係の相互作用を介して暗黙のうちに、むしろ学ぶことができますを示しています。研究のこの初期段階で示されるように、ゲームのインタラクティブな没入と性質は、新しい環境の個々の空間意識を向上させる正確な空間認知地図を作成するためのプラットフォームを提供し、independenに関連付けられている不安を減らすことができますトンナビゲーション不慣れな建物に到着する前に。 典型的には、視覚障害を持つ個人は、オリエンテーションとモビリティ（O＆M）研修を通じて機...

不慣れな環境で自分の道を見つけることは、視覚障害者のための重要な課題として提示します。正常にナビゲートすると、1つの自己と環境1,2内のオブジェクト間に存在する空間的な関係を理解する必要があります。周囲の空間を記述心的表象は、空間認知地図3と呼ばれています。盲目の人は、4,5、現実世界のナビゲーション作業の目的のための正確な空間認知地図の生成を可能にする他の感覚チャネル（例えば聴覚など）を介して、周囲の環境に関する関連する空間情報を収集できます。 かなりの関心がスキル6-9を学び、習得するための手段として、仮想環境とアクションビデオゲームの教育的可能性に関して生じている。実際、多くの戦略やアプローチが（4,10-12を参照） は、この目的のためのブラインドのために開発されている。我々は、アウディを開発したOベースの環境シミュレータ（AbES）;シミュレートナビゲーションと既存の物理的な建物の探査を可能にするユーザー中心のオーディオベースの仮想環境。 AbESソフトウェア（ 図1AおよびB）で生成された、元の建築のフロアプラン、現代の2階建ての建物（ニュートン、マサチューセッツ州視覚障害者のためのキャロルセンターに設置）の仮想描画から描画。 AbESは、建物空間の完全な探査を促進するために設計を前提とアクションゲームのメタファーを内蔵しています。簡単なキーストロークと空間音響的な手がかりを使用して、ユーザーが移動し、様々な部屋に隠された宝石の最大数を収集するために、建物全体を探る。ユーザーがそれらを奪う、他の場所の建物（ 図1C）で、それらを非表示にすることができますロービングモンスターを避けなければなりません。 我々はAbESと対話する盲目のユーザーが、聴覚情報に基づいて、対象建物の正確な空間的な認知地図を生成することができることを実証アクションゲームのメタファーのコンテキスト内cquired。これは、現実世界との大規模な屋内ナビゲーションタスク（全体の研究デザインについては図2を参照）、仮想環境から獲得した空間情報の転送を評価するために設計された研修後の行動一連のパフォーマンステストにより確認されている。我々の結果は、時間がない時、彼らは研究全体の目的を知らされず、また、彼らはの空間レイアウトをリコールするように指示されたという事実にもかかわらず、目の不自由なユーザーが正常に彼らが以前に不慣れであった対象の建物全体をナビゲートすることができることを示すゲームをプレイしながら構築しています。

<table border="1"><tbody><tr><td> 機器の名称 </td><th >注釈</td></tr><tr><td>ラップトップコンピュータ</td><td >研修参加者とデータ収集のためだけに使用されるラップトップ</td></tr><tr><td>ステレオヘッドフォン（完全密閉circumaural設計） </td><td >訓練中にすべての参加者が着用している</td></tr><tr><td>目隠し</td><td >トレーニングとテストの間に、すべての参加者が着用している</td></tr></tbody></table>

ブラインドのナビゲーションスキルを支援するためにオーディオベースのバーチャル·ゲーム環境の開発

Development of an Audio-based Virtual Gaming Environment to Assist with Navigation Skills in the Blind

オーディオベースの環境シミュレータ（AbES）はブラインドで現実世界のナビゲーションのスキルを向上させるために設計された仮想環境ソフトウェアです。ビデオゲームのメタファーのコンテキスト内でのみオーディオベースの手がかりとセットを使用して、ユーザーが建物のレイアウトに関する関連する空間情報を収集します。これにより、ユーザーは実際の屋内ナビゲーションタスクの目的のために操作することができる大規模な3次元空間の正確な空間認知マップを開発することができます。ゲームプレイの後、参加者は、その後の試合で表されるターゲット物理的な建物内を移動する能力に基づいて評価されます。予備的な結果は、初期の視覚障害者がナビゲーションして、一連の作業で、その性能によってインデックスとして以前になじみのない建物の空間的レイアウトに関する関連情報を取得することができたことを示唆している。これらのタスクは、仮想および物理的な建物を通って経路探索だけでなく、タスクのドロップオフのシリーズが含まれていた。我々はその没入見つけるとAbESソフトウェアの高度にインタラクティブな性質は大いに積極的に仮想環境を探索するために盲目のユーザに係合するように表示されます。このアプローチのアプリケーションでは、視覚障害者の個人の大きな集団にまで及ぶかもしれません。

3早いブラインドの参加者（19〜22歳）の結果は（参加者の特徴については表1を参照）が示されている。要約すると、3つのすべての参加者がAbESソフトウェアとゲームプレイに続くすべての3つのナビゲーション·タスクに成功の高いレベルを示した。これは、すべての3つの行動のタスクのパフォーマンススコア（グループ平均と個）（ 図6を参照）によって確認された。仮想（平均90％）の割合が正しい性能が続く物理的（平均：88.7％）のナビゲーションタスクは両方のタスク（ 図6A）の成功と匹敵する高いレベルのパフォーマンスを示しています。 （ 図6B）：実験ドロップオフでのパフォーマンスは、参加者が頻繁に建物を（3.0スコアを意味する）に終了する可能最短ルートを選択したことを示唆している。最後に、ターゲットに移動に要した平均時間は、 図6Cに示されているすべての3つのナビゲーション·タスクのために示されている。仮想NAV物理（73.8秒）、ナビゲーション性能より：igation時間（最初...

オーディオベースの環境シミュレータ（AbES）はブラインドで現実世界のナビゲーションのスキルを向上させるために設計された仮想環境ソフトウェアです。

Audio-based Environment Simulator (AbES) is virtual environment software designed to improve real world navigation skills in the blind. Using only audio ...

本実験の全体的な目的は、仮想環境での操作によって、後に実際の物理的環境で評価可能な空間ナビゲーションスキルの転移が可能であることを実証することです。まず、ゲームプレイ中に仮想環境内を移動するためのキーストロークを学習します。次に、対象物とその相対的な位置を特定するための音の識別方法を参加者が習得します。ゲームプレイ後、環境への空間的理解を評価するため、一連の仮想的および物理的なナビゲーションタスクが提示されます。その結果、参加者がゲームプレイ中の仮想環境で表現されていた実際の物理的な建物内をナビゲートできることが示されました。標準的な方向定位および移動訓練などの既存の手法に対するこの手法の主な利点は、不慣れな建物の空間配置を、安全かつ制御された方法で仮想探索を通じて学習できることです。本手順の実演は、私の研究室のスタディコーディネーターであるAaron ConnorsとLindsey Ainoが行います。本研究の被験者は法的盲人で、学習対象となる建物の空間配置に関する事前知識はなく、また、建物の空間配置を学習するというゲームプレイの全体的な目的についても知らされていない状態で参加します。まず、被験者にアイマスクとヘッドホンを提供します。ヘッドホンが耳に正しく装着されていることを確認してください。次に、オーディオベースの環境シミュレーターにおいて、割り当てられたキーの使用方法と、オーディオキューによって提示される情報の取り扱いについて被験者に指示します。ここで示すように、特定のキーストロークを用いて仮想環境内を移動し、探索します。各バーチャルステップは、実際の物理的な建物における1ステップに相当します。操作方法を説明した後、ゲームの前提条件とルールを説明してください。また、ゲームプレイ中に使用されるさまざまなオーディオキューについて、参加者に通知してください。例えば、ユーザーが建物内を移動する際に宝石を見つけたり、近くにモンスターがいたりした時の音のように、聴覚および空間情報は逐次的に取得され、仮想環境内で一歩進むごとに動的に更新されます。テキスト読み上げ（TTS）を用いて、ユーザーの現在位置、向き、進行方向に加え、経路上のオブジェクトや障害物の正体に関する詳細な情報が提供されます。音の空間的な定位は、ユーザーの自己中心的な進行方向に合わせて更新されます。例えば、ドアが人物の右側に位置している場合、ノック音はユーザーの右耳で聞こえます。ここで、人物が180度向きを変えて同じドアが左側に位置するようにした場合、同じノック音は左チャンネルから聞こえるようになります。参加者に、30分間のセッションを3回、ゲームをプレイさせてください。ゲームプレイ中に発生した困難や課題を記録し、各トレーニングセッション後にポジティブなフィードバックを行い、必要に応じて説明や追加の指導を提供してください。その後、参加者がJuulを発見した回数、時間、および場所を集計することで、ゲームプレイのパフォーマンスをスコア化します。仮想ナビゲーションタスクのパフォーマンスをテストするために、Abesソフトウェアによって順次提示される10件のあらかじめ設定されたナビゲーションタスクを完了することを参加者に説明してください。各ルートの難易度は同等であり、あらかじめ設定された10組の開始地点と終了地点のペアに基づいて選択されます。各タスクの開始時に、それぞれのタスクにかけられる時間は最大6分であることを参加者に伝えてください。開始地点と目的地を説明する指示が自動的に提供されます。タイミングは、参加者が音声指示を受けてから自動的に計測が開始され、終了します。目的地に到着すると、ナビゲーションタスクの完遂の成否および目的地に到達するまでにかかった時間を含むアウトカム評価が自動的に記録されます。実際の場所での参加者のパフォーマンスをテストするため、あらかじめ決定された10個のナビゲーションタスクが与えられることを説明します。これは経験豊富な調査者の監督下で行われます。各タスクの完了にかけられる時間は最大6分であること、および移動補助として杖の使用が許可されることを参加者に伝えてください。ストップウォッチ、ナビゲーションタスクのリスト、および手動スコアリング用のクリップボードを用意してください。参加者の位置を確定させ、開始地点と目的地について説明します。被験者が最初の一歩を踏み出した瞬間に計測を開始し、目的地に到達した時点で終了します。参加者が目的地に到着したことを口頭で報告した時点で、タスクの達成可否と目標到達までにかかった時間を記録します。参加者に対し、可能な限り最短ルートで建物から退出することを目標とした5つのナビゲーションタスクを行うことを説明してください。経験豊富な研究者の監督下で、各ナビゲーションタスクの制限時間は最大6分であること、および移動サポートとして白杖の使用が認められることを参加者に伝えてください。3つの異なる長さと複雑さを持つ出口経路が設定されるよう、あらかじめ決定された5か所の開始地点を使用します。ストップウォッチ、ナビゲーションタスクのリスト、および手動採点用のクリップボードを用意してください。参加者を正方形のエリア内に配置し、開始地点について説明します。計測は、参加者が最初の一歩を踏み出した瞬間に開始し、建物の出口に到着したことを口頭で報告した時点で終了します。ドロップオフタスクの完了可否、辿った経路、および建物から出るまでにかかった時間を記録します。さらに、経路については、最短経路であるほど高得点となるようにスコア付けします。ナビゲーション課題における3人の参加者の平均パフォーマンスをここに示します。仮想ナビゲーション課題と物理ナビゲーション課題の正答率は、どちらの課題においても高い成功率であったことを示しています。ターゲットへの到達時間は、物理的なパフォーマンスと比較して、仮想ナビゲーションの方が長くなりました。ドロップオフタスクにおいて、参加者は建物から出るために可能な限り最短のルートを選択することが多いことが示唆されました。これは、到達および退出にかかる平均時間が短かったことで裏付けられています。ここに示した結果は、3つのナビゲーションタスクすべてにおける1人の参加者のものです。バーチャルナビゲーションでは、完了までに79秒かかりました。黄色の線で示された経路に沿ったタスクを、実際の建物内の同じ経路で実施したところ、46秒で完了しました。これはドロップオフタスクにおける結果です。参加者は、建物から出るために可能な限り最短の経路を通りました。新しい技術を用いて視覚障害のある参加者と協力する場合、励ましが必要であることを忘れないでください。本デモンストレーションおよび研究への参加に時間を割き、快く協力してくださった参加者の皆様に感謝いたします。

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