Method Article

Virtual Reality Flight Simulator를 사용한 비행 성능 및 안구 운동 패턴 평가

DOI:

10.3791/65170

⸱

May 19th, 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Psychology Department, School of Social Sciences, Tsinghua University, 2Faculty of Psychology, Beijing Normal University, 3National Key Laboratory of Human Factors Engineering, the China Astronaut Research and Training Center, 4Department of Military Medical Psychology, Air Force Medical University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

새로운 가상 현실 비행 시뮬레이터가 구축되어 비행 성능과 안구 운동 패턴을 효율적이고 저렴하게 평가할 수 있습니다. 또한 인체 공학 및 기타 연구를 위한 잠재력이 높은 연구 도구를 제공합니다.

Abstract

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조종사의 효율적이고 경제적인 성과 평가는 항공 산업에서 매우 중요한 요소가 되었습니다. 가상 현실(VR)의 개발과 시선 추적 기술의 결합으로 이러한 요구를 충족하는 솔루션이 현실이 되고 있습니다. 이전 연구에서는 주로 기술 검증 및 비행 훈련에 중점을 두고 VR 기반 비행 시뮬레이터를 탐구했습니다. 이번 연구는 3D 몰입형 장면에서 눈의 움직임과 비행 지시등을 기반으로 조종사의 비행 성능을 평가하기 위해 새로운 VR 비행 시뮬레이터를 개발했습니다. 실험 기간 동안 전문 조종사 23명과 비행 경험이 없는 대학생 23명 등 총 46명의 참가자를 모집했습니다. 실험 결과, 비행 경험이 있는 참가자와 없는 참가자 간의 비행 성능에 유의미한 차이가 있었으며, 전자가 후자보다 높았습니다. 대조적으로, 비행 경험이 있는 사람들은 더 구조화되고 효율적인 안구 운동 패턴을 보였다. 이러한 비행 성능의 차별화 결과는 비행 성능 평가 방법으로서 현재의 VR 비행 시뮬레이터의 타당성을 입증합니다. 비행 경험에 따른 다양한 안구 운동 패턴은 향후 비행 선택의 기초를 제공합니다. 그러나 이 VR 기반 비행 시뮬레이터는 기존 비행 시뮬레이터에 비해 모션 피드백과 같은 단점이 있습니다. 이 비행 시뮬레이터 플랫폼은 명백한 저렴한 비용을 제외하고는 매우 유연합니다. 연구자의 다양한 요구 사항을 충족할 수 있습니다(예: 관련 척도를 추가하여 상황 인식, VR 멀미 및 작업량 측정).

Introduction

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유럽항공안전청(European Aviation Safety Agency, 2012)은 비행 시뮬레이터를 훈련 시설, 비행 및 항행 프로그램 트레이너, 비행 훈련 장비 및 완전한 비행 시뮬레이터로 분류합니다1. 현재까지 저수준 탁상 시스템부터 매우 복잡한 모션 기반 전체 비행 시뮬레이터에 이르기까지 다양한 비행 시뮬레이터를 교육에 사용할 수 있습니다2. 전통적인 시뮬레이터에는 비행 역학 모델, 시스템 시뮬레이션, 하드웨어 조종석, 외부 시각화 및 선택적 모션 시뮬레이션3이 포함됩니다.

이러한 전통적인 비행 시뮬레이터는 효과적인 비행 훈련 장비로서 몇 가지 장점이 있습니다. 그러나 각 시스템의 구동에는 상당한 전기 에너지가 필요하기 때문에 비용이 높고 환경 친화적이지 않으며, 특히 고온 및 고압의 유체 또는 기압이 필요한 전체 비행 시뮬레이터는 많은 전력을 소비하고 많은 소음을 발생시킵니다4.

그러나 간단한 데스크톱 시뮬레이터 시스템은 유연하고 저렴하며 전체 비행 시뮬레이터2보다 몰입감....

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Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

여기에 설명된 모든 방법은 칭화대학교의 IRB(Institutional Review Board)의 승인을 받았으며 모든 참가자로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다. 완료 후 모든 참가자에게는 $12(또는 동일한 가치의 선물)가 지급되었습니다.

1. 참가자 선정

  1. G*Power 소프트웨어35 ( 재료 표 참조)를 사용한 전력 분석의 이전 연구에 따라 참가자를 모집하여 참가자 수가 G*Power에서 제공한 예상 표본 크기(21)를 충족하는지 확인합니다.
    참고: G*Power에서 제공하는 예상 표본 크기는 지정된 효과 크기, 유의 수준 및 사용된 통계적 검정을 기반으로 원하는 수준의 통계적 검정력을 달성하기 위해 연구에 필요한 추정 참가자 수를 나타냅니다. 예상되는 표본 크기는 연구 계획에서 중요한 고려 사항입니다. 연구자가 연구 설계의 타당성과 비용 효율성을 결정하는 데 도움이 되며 연구가 의미 있는 효과를 감지할 수 있는 충분한 통계적 검정력을 갖도록 합니다.
  2. 간질, 심장 또는 뇌 질환의 병력, 최근 내분비 또는 정신과 약물 또는 심각한 피부 알레르기가 있는 참가자가 없는지 확인하십시오.
    3. <....

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Results

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이번 실험을 위해 비행 경험이 있는 전문가 23명과 비행 경험이 없는 초보자 23명을 선발했다. 참가자는 25세에서 58세 사이였습니다(전문가: M = 32.52세, SD = 7.28세, 초보자: M = 29.57세, SD = 5.74세). 모든 참가자의 성별은 남성이었다. 모든 초보자는 칭화대학교(학생 또는 교수진)에서 모집되었으며 모든 전문가는 중국동방항공에서 왔습니다.

눈동자의 움직임
Shapiro-Wilk 테스트에 따르면 기기 AOI, 대기 속도 표시기, 수직 속도 표시기, 고도 표시기 및 엔진 속도 표시기의 안구 움직임 데이터는 정규 분포를 따르지 않습니다(모든 p-값 <0.05). 따라서 Mann-Whitney U 검정이 사용되었습니다. 그 결과, 전문가(M =60.79%, SD =7.72)가 초보자(M

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Discussion

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이번 연구는 VR 기반 비행 시뮬레이터에서 비행 경험이 있는 참가자가 비행 경험이 없는 참가자보다 비행 성능이 더 좋은지 평가했습니다. 더 중요한 것은 더 나은 비행 성능을 가진 참가자들에게서 더 최적화된 안구 운동 패턴을 찾을 수 있는지 여부를 평가했다는 것입니다. 그 결과 세 가지 주요 비행 QAR 지표인 착륙 전 피치 각도 1초, 기준선까지의 평균 거리, 기준선까지의 거리의 표준 편차에서 비행 경험이 있는 참가자와 없는 참가자 간에 상당한 차이가 있습니다(그림 9B-D). 이러한 결과는 비행 경험이 있는 참가자가 비행 편차가 적고 비행 성능이 더 안정적임을 보여줍니다. 동시에 결과는 세 가지 주요 계기 AOI인 대기 속도 표시기, 수직 속도 표시기 및 고도 표시기에서 비행 경험이 있는 참가자와 없는 참가자 간에 상당한 차이가 있습니다(그림 8A-C

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Disclosures

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저자들은 재정 공개나 이해 상충을 선언하지 않았습니다.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

저자는 파일럿 참가자를 모집하는 데 도움을 준 Li Yan 씨에게 매우 감사하고 Bu Lingyun 씨의 그림 그리기 작업에 감사드립니다. 이 연구는 중국 국립자연과학재단(보조금 번호 T2192931, 72071185), 국가 뇌 프로젝트(보조금 번호 STI2030-주요 프로젝트2022ZD0208500), 인간 공학 국가 핵심 실험실 프로젝트(보조금 번호 SYFD062003), 인간 공학 국가 핵심 실험실 프로젝트(보조금 번호 6142222210201), 2022년 군사 병참 연구 보조금 및 공군 장비 종합 중점 프로젝트의 지원을 받았습니다. 연구(보조금 번호 KJ2022A000415).

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
3D 엔진 SDK에픽 게임즈언리얼 엔진 4
GameAnalytics Unreal SDK		이 SDK는 게임용으로 설계된 강력하면서도 유연한 무료 분석 도구입니다.
CPU인텔인텔코어 i9주류 시장에서 가장 강력한 CPU 중 하나입니다.
시선 추적 SDKTobiiTobii XR SDK이 SDK는 다양한 하드웨어 공급업체의 헤드셋을 개발할 수 있도록 시선 추적 데이터에 대한 장치 독립적 액세스를 제공하며 Tobii 시선 추적 하드웨어를 사용하는 장치에 국한되지 않습니다.
연구팀이시선추적 소프트웨어(Eye Tracking Software가상현실 HMD를 사용하는 사람의 눈동자 움직임을 추적하는 프로그램이다.
플라이시뮬레이터(FlySimulator프로그램 연구팀이VR HMD와 휴대용 컨트롤러를 사용하여 가상 환경에서 비행 경험을 시뮬레이션하는 소프트웨어입니다.
그래픽 카드NVIDIAGeForce RTX 3090
10496 NVIDIA CUDA 코어
1.70 GHz 부스트 클럭   
24GB 메모리 크기
GDDR6X 메모리 유형		주류 시장에서 가장 강력한 그래픽 카드 중 하나입니다.
운영 체제(OS)MicrosoftWindows XP: Microsoft Corporation에서 개발 및 독점 배포한 운영 체제(OS)
제어판THRUSTMASTER2960720 2971004 2962072 2960748 2960769미 공군 A-10C 공격기 HOTAS
복제 조이스틱THRUSTMASTER2960720미 공군 A-10C 공격기 HOTAS
복제 페달THRUSTMASTERTPR 펜듈러 러더
복제 스로틀THRUSTMASTERU.S. AIR FORCE A-10C attack aircraft HOTAS
PCRedmiRMMNT27NF, 27-inch, 1920 X 1080 resolution ratio화면에 연결된 화면 실험자는 VR HMD
화면 녹화 소프트웨어OBS ProjectOBS Studio 버전 28.0에서 일어나는 일을 동시에 볼 수 있습니다.비디오 녹화 및 라이브 스트리밍을 위한 무료 오픈 소스 소프트웨어
통계 검정력 분석 소프트웨어오픈 소스G*power 버전 3.1.9.6통계적 검정력 및 표본 크기를 추정하기 위한 무료 사용자 친화적인 도구입니다.
통계 소프트웨어IBMSPSS 버전 24.0강력한 통계 소프트웨어 플랫폼
다목적 통계 도구GraphPad 소프트웨어GraphPad Prism 버전 9.4.0통계학자가 아닌 과학자를 위해 특별히 제작된 다목적 통계 도구
VR 앱 스토어 HTCCorporationVIVE 소프트웨어 2.0.17.6 / 2.1.17.6가상 현실을 위한 앱 스토어로, 고객이 좋아하고 필요로 하는 콘텐츠를 탐색하고, 만들고, 연결하고, 경험할 수 있습니다.
VR 헤드 마운트 디스플레이(HMD)HTC CorporationVIVE Pro Eye정밀 시선 추적 VR 소프트웨어가 있는 VR 헤드셋
SteamSteam VR 버전 1.23하드웨어에서 VR 콘텐츠를 경험하기 위한 도구
개발한 ) ) 개발한

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Oberhauser, M., Dreyer, D., Braunstingl, R., Koglbauer, I. What's real about virtual reality flight simulation. Aviation Psychology and Applied Human Factors. 8 (1), 22-34 (2018).
  2. Oberhauser, M., Dreyer, D. A virtual reality flight simulator for h....

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