Tworzenie iluzji wirtualnej ręki i wirtualnej twarzy w celu zbadania autoprezentacji

Podsumowanie

Tutaj opisujemy paradygmaty iluzji wirtualnej ręki i wirtualnej twarzy, które mogą być wykorzystane do badania samopercepcji/reprezentacji związanej z ciałem. Zostały one już wykorzystane w różnych badaniach, aby wykazać, że w określonych warunkach wirtualna ręka lub twarz mogą zostać włączone do reprezentacji ciała, co sugeruje, że reprezentacje ciała są raczej elastyczne.

Streszczenie

Badania badające, jak ludzie reprezentują siebie i swoje ciało, często używają wariantów "iluzji własności", takich jak tradycyjna iluzja gumowej ręki lub niedawno odkryta iluzja zaciemnienia. Jednak te przykłady wymagają raczej sztucznych konfiguracji eksperymentalnych, w których sztuczny efektor musi być głaskany synchronicznie z prawdziwą ręką lub twarzą uczestników – sytuacja, w której uczestnicy nie mają kontroli nad głaskaniem lub ruchami swojego prawdziwego lub sztucznego efektora. W tym miejscu opisujemy technikę tworzenia iluzji własności w konfiguracji, która jest bardziej realistyczna, bardziej intuicyjna i przypuszczalnie o wyższej ważności ekologicznej. Pozwala na stworzenie iluzji wirtualnej ręki poprzez kontrolowanie ruchów wirtualnej ręki prezentowanej na ekranie lub w wirtualnej przestrzeni przed nimi. Jeśli wirtualna ręka porusza się synchronicznie z prawdziwą ręką uczestników, mają oni tendencję do postrzegania wirtualnej ręki jako części własnego ciała. Technika ta tworzy również iluzję wirtualnej twarzy, zmuszając uczestników do kontrolowania ruchów wirtualnej twarzy przed nimi, ponownie w efekcie, w wyniku czego mają tendencję do postrzegania twarzy jako własnej, jeśli porusza się ona synchronicznie z ich prawdziwą twarzą. Badanie okoliczności, w których iluzje tego rodzaju mogą być tworzone, zwiększane lub redukowane, dostarcza ważnych informacji o tym, jak ludzie tworzą i utrzymują reprezentacje samych siebie.

Wprowadzenie

Zgodnie z zachodnią filozofią, ludzka jaźń składa się z dwóch aspektów¹: Po pierwsze, postrzegamy nasze własne ciało i nasze działania tu i teraz, co tworzy fenomenalną autoprezentację (często nazywaną minimalnym ja). Po drugie, tworzymy trwalsze reprezentacje nas samych, przechowując informacje o naszej osobistej historii, integrując nowe informacje z wyłaniającą się koncepcją siebie i odpowiednio prezentując się naszemu środowisku społecznemu, co sprowadza się do tworzenia tak zwanej jaźni narracyjnej. Twierdzi się, że minimalistyczne lub fenomenalne "ja" wyłania się z dwóch źródeł informacji. Jednym z nich jest odgórna informacja o trwalszych aspektach naszego ciała, takich jak informacje o posiadanych efektorach czy kształcie naszej twarzy. Drugi to informacje oddolne dostarczane przez postrzeganie siebie w obecnej sytuacji.

Badania nad tym ostatnim były silnie zainspirowane mądrym badaniem Botvinicka i Cohena². Autorzy ci prezentowali ludzkich uczestników z gumową ręką leżącą przed nimi, blisko jednej z ich prawdziwych dłoni, która jednak była ukryta przed wzrokiem. Kiedy prawdziwa ręka i gumowa ręka były głaskane synchronicznie, aby stworzyć intermodalne synchroniczne dane wejściowe, uczestnicy mieli tendencję do postrzegania gumowej ręki jako części własnego ciała – iluzji gumowej ręki. Dalsze badania wykazały, że postrzeganie własności posunęło się nawet tak daleko, że uczestnicy zaczynali się pocić i próbować wycofać swoją prawdziwą rękę, gdy gumowa ręka była atakowana nożem lub w inny sposób była "zraniona"³.

Podczas gdy Botvinick i Cohen zinterpretowali swoje wyniki, aby pokazać, że postrzeganie siebie wynika z przetwarzania informacji oddolnych, inni autorzy argumentowali, że iluzja gumowej ręki wynika z interakcji między intermodalną synchronizacją danych wejściowych, oddolnym źródłem informacji i przechowywanymi reprezentacjami własnych rąk, odgórnym źródłem informacji⁴. Chodzi o to, że synchronizacja bodźca tworzy wrażenie, że prawdziwa i gumowa ręka to jedno i to samo, a biorąc pod uwagę, że gumowa ręka wygląda jak prawdziwa ręka, wrażenie to jest uważane za rzeczywistość.

Późniejsze badania przeprowadzone przez Kalckerta i Ehrssona⁵ dodały komponent wzrokowo-motoryczny do paradygmatu gumowej ręki, który pozwala na badanie zarówno postrzeganej własności (wrażenia, że sztuczny efektor należy do własnego ciała), jak i postrzeganej sprawczości (wrażenia, że samemu wytwarza się obserwowane ruchy). Uczestnicy byli w stanie poruszać palcem wskazującym gumowej ręki w górę i w dół, poruszając własnym palcem wskazującym, a synchronizacja między rzeczywistymi i gumowymi ruchami palca dłoni, tryb ruchu (tryb pasywny vs. aktywny) oraz ułożenie gumowej ręki (niezgodne vs. zgodne w odniesieniu do dłoni uczestnika) były manipulowane. Odkrycia te zostały podjęte w celu poparcia poglądu, że sprawczość i własność są funkcjonalnie odrębnymi zjawiskami poznawczymi: podczas gdy synchronizacja ruchu znosiła zarówno poczucie własności, jak i sprawczości, sposób poruszania się wpływał tylko na sprawczość, a zgodność pozycji gumowej ręki miała wpływ tylko na własność. Dwa ostatnie wyniki zostały powtórzone w kolejnym badaniu, w którym odległość między prawdziwą a gumową ręką w płaszczyźnie pionowej była różna⁶: własność gumowej ręki zmniejszała się, ponieważ jej pozycja coraz bardziej nie pasowała do prawdziwej ręki uczestnika. Na sprawczość nie wpłynęły jednak niewłaściwe umiejscowienie gumowej ręki w żadnym stanie.

Jednak ostatnie badania wykorzystujące techniki wirtualnej rzeczywistości, które zapewniają uczestnikowi aktywną kontrolę nad sztucznym efektorem, sugerują, że rola części odgórnej i rozróżnienie między własnością a sprawczością mogły być przecenione^7,8. Techniki te zastąpiły gumową dłoń wirtualną ręką prezentowaną uczestnikom na ekranie przed nimi lub za pomocą okularów wirtualnej rzeczywistości⁹. Uczestnicy często noszą rękawicę do danych, która tłumaczy ruchy prawdziwej ręki uczestnika na ruchy wirtualnej ręki, synchronicznie lub asynchronicznie (np. z zauważalnym opóźnieniem). Podobnie jak w przypadku iluzji gumowej ręki, tłumaczenie synchroniczne znacznie zwiększa wrażenie uczestnika, że wirtualna ręka staje się częścią jego własnego ciała¹⁰.

Wykorzystanie technik wirtualnej rzeczywistości do stworzenia iluzji gumowej ręki ma kilka zalet zarówno w porównaniu z tradycyjnym paradygmatem gumowej ręki, jak i połączeniem paradygmatu gumowej ręki z komponentami wzrokowo-motorycznymi¹¹. Poruszanie ręką i obserwowanie efektora poruszającego się synchronicznie z nią stwarza o wiele bardziej naturalną sytuację niż stanięcie twarzą w twarz z gumową ręką i bycie głaskanym przez eksperymentatora. Co więcej, wirtualna manipulacja zapewnia eksperymentatorowi znacznie większą elastyczność eksperymentalną i znacznie większą kontrolę nad percepcyjną relacją między postrzeganiem i poruszaniem prawdziwą ręką a percepcją zdarzenia stworzonego przez sztuczny efektor. W szczególności korzystanie z technik wirtualnych ułatwia manipulowanie czynnikami, które mogą wpływać na postrzeganą własność i sprawczość. Na przykład kształt wirtualnej ręki może być modyfikowany znacznie łatwiej i szybciej niż kształt gumowej dłoni, a ruchy wirtualnej ręki mogą być dowolnego rodzaju i na przykład obejmować ruchy biologicznie niemożliwe. Ułatwia to między innymi badanie granic iluzji, ponieważ sztuczny efektor nie musi wyglądać jak ręka, ale może być zastąpiony przez dowolny rodzaj zdarzenia statycznego lub dynamicznego. Zarówno z praktycznego, jak i teoretycznego punktu widzenia, wirtualny efektor jest prawdopodobnie o wiele bardziej wciągający i wydaje się o wiele bardziej realny niż gumowa ręka, co prawdopodobnie zmniejszy konieczność odwoływania się do interpretacji odgórnych, aby zrozumieć obecną sytuację.

Iluzje własności nie są jednak ograniczone do rąk. Tsakiris¹² był pierwszym, który użył techniki głaskania, aby stworzyć wrażenie uczestników, że statyczna twarz na obrazie prezentowanym przed nimi jest ich własną. Sforza i wsp.¹³ również znaleźli dowody na to zjawisko, do którego odnoszą się jako do enfacementu: uczestnicy włączali rysy twarzy partnera, gdy ich własna twarz i twarz ich partnera były dotykane synchronicznie. Mechanizm neuronalny leżący u podstaw iluzji enfacement został ostatnio zbadany przez różnych badaczy; w celu uzyskania wyczerpującego komentarza i interpretacji wyników zob. Bufalari i wsp.¹⁴. Ostatnio przekształciliśmy zwykły projekt iluzji twarzy w wersję wirtualnej rzeczywistości (iluzję wirtualnej twarzy), w której uczestnicy kontrolują ruchy wirtualnej twarzy przed sobą, poruszając własną głową¹⁵.

Tutaj opisujemy dwa eksperymenty, które wykorzystywały odpowiednio iluzję wirtualnej ręki⁷ oraz iluzję wirtualnej twarzy¹⁵ paradygmatów do zbadania autoprezentacji. Eksperyment z wirtualną ręką obejmował trzy, całkowicie skrzyżowane czynniki eksperymentalne: (a) synchronizację między (odczuwalnymi) ruchami rzeczywistej ręki a (widzianymi) wirtualnymi efektorami, która była albo bliska zeru, aby wywołać własność i sprawczość, albo trzy sekundy jako warunek kontrolny; b) wygląd efektora wirtualnego, który wyglądał albo jak ludzka ręka, albo jak prostokąt (w ten sposób w celu zbadania wpływu podobieństwa efektora rzeczywistego do wirtualnego na iluzję własności); oraz (c) możliwość kontrolowania zachowania efektora wirtualnego, który albo nie istniał w stanie pasywnym, albo był bezpośredni w stanie aktywnym. Eksperyment z wirtualną twarzą obejmował dwa, całkowicie skrzyżowane czynniki eksperymentalne: (a) synchronizację między ruchami rzeczywistej twarzy i wirtualnej twarzy, która była albo bliska zeru, aby wywołać własność i sprawczość, albo trzy sekundy jako warunek kontrolny; oraz (b) wyraz twarzy wirtualnej twarzy, który był neutralny lub wyrażał uśmiech, w celu sprawdzenia, czy pozytywny nastrój poprawi nastrój uczestnika i poprawi jego wyniki w zadaniu kreatywności wrażliwym na nastrój.

Protokół

Wszystkie badania były zgodne ze standardami etycznymi Deklaracji Helsińskiej, a protokoły zostały zatwierdzone przez komisję etyki badań na ludziach Uniwersytetu w Lejdzie. Każdy warunek przebadał około 20 uczestników.

1. Iluzja wirtualnej ręki

1. Konfiguracja eksperymentalna
   1. Powitaj uczestnika i zbierz dodatkowe informacje, takie jak wiek, płeć itp.
   2. Stwórz konfigurację eksperymentalną, która obejmuje środowisko programowania rzeczywistości wirtualnej; praworęczna rękawica do nauki z sześcioma programowalnymi stymulatorami drgań przymocowanymi do środka dłoni i na zewnątrz przyśrodkowych (drugich) paliczków każdego z pięciu palców (patrz Lista materiałów); monitor orientacji 3 stopni swobody (DOF); Aparatura do pomiaru SCR (odpowiedzi na przewodność skóry); skrzynka (głębokość: 50 cm; wysokość: 24 cm; szerokość: 38 cm) z ekranem komputerowym leżącym poziomo na górze (służącym do prezentacji środowiska wirtualnej rzeczywistości); oraz peleryna zakrywająca dłoń uczestnika.
   3. Poproś uczestnika, aby założył rękawicę na prawą rękę, a monitor orientacji na prawy nadgarstek. Przymocuj zdalny nadajnik SCR z paskiem do lewego nadgarstka. Umieść elektrody SCR na przyśrodkowych (drugich) paliczkach palca wskazującego i środkowego lewej ręki (patrz rysunek 1A i B dla ilustracji konfiguracji).
   4. Posadź uczestnika przed biurkiem, na którym umieszczone jest pudełko z ekranem komputera na górze. Poproś uczestnika, aby włożył prawą rękę do pudełka wzdłuż osi głębokości, tak aby osłonić je przed jego wzrokiem.
   5. Załóż pelerynę na prawe ramię uczestnika i zakryj przestrzeń między ekranem a uczestnikiem. Poproś uczestnika, aby oparł lewą rękę na pustej części biurka.
   6. Podłącz rękawicy do transmisji danych i śledzenia orientacji do komputera i uruchom środowisko programowania rzeczywistości wirtualnej. Uruchom wstępnie napisany skrypt poleceń w oknie poleceń, klikając przycisk "uruchom" w interfejsie środowiska rzeczywistości wirtualnej, aby uruchomić środowisko rzeczywistości wirtualnej. Monitoruj, czy uczestnik postępuje zgodnie z instrukcjami wyświetlanymi na ekranie komputera przed uczestnikami. Poczekaj, aż wstępnie napisany skrypt poleceń zostanie automatycznie zamknięty.

Rysunek 1: (A) Uczestnicy nosili tracker orientacji i rękawicę do transmisji danych na prawej ręce oraz zdalny nadajnik SCR na lewej ręce. (B) Przygotowanie eksperymentu z iluzją wirtualnej ręki. (C) Przygotowanie eksperymentu z iluzją wirtualnej twarzy. (D) Zrzut ekranu komputera. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

2. Projektowanie wirtualnej dłoni
   UWAGA: Użyj skryptów poleceń Pythona w oknie poleceń oprogramowania rzeczywistości wirtualnej i zapisz je. Upewnij się, że główny skrypt polecenia, polecenia importu, skrypty modułów i inne polecenia opisane poniżej są częścią tego samego pliku skryptu. Pełny skrypt Pythona i niezbędne pliki znajdują się w załączonym pliku "Virtual Hand Illusion.zip" (Uwaga: plik zip jest materiałem uzupełniającym do manuskryptu, a nie częścią pakietu oprogramowania. Co więcej, wyklucza wymagane wtyczki do dataglove i orientation tracker oraz wszelkie inne moduły Pythona używane w całym skrypcie). W celu wykonania eksperymentu najpierw rozpakuj zawartość tego pliku do dowolnego folderu (np. na pulpicie), a następnie kliknij dwukrotnie plik "virtual-hand illusion_54784_R2_052716_KM.py" aby rozpocząć eksperyment. Należy pamiętać, że skrypt jest przeznaczony do pracy z określonym środowiskiem programowania rzeczywistości wirtualnej i nie będzie działał przy użyciu innych programów.
   1. Zaimportuj gotowy wirtualny model dłoni i wstępnie napisany moduł skryptu ręcznego (który można znaleźć w pliku ratalnym pakietu oprogramowania środowiska rzeczywistości wirtualnej) do środowiska rzeczywistości wirtualnej. Moduł skryptu dłoni śledzi gest stawu palca i kąty rękawicy i przekazuje informacje do wirtualnego modelu dłoni, który umożliwia kontrolowanie ruchów wirtualnej ręki poprzez poruszanie prawdziwą ręką noszącą rękawicę danych.
      1. W razie potrzeby ręcznie zmień rozmiar i wygląd wirtualnej ręki, określając jej parametry w skrypcie, takie jak skalowanie x, y i z, aby zmienić jej rozmiar lub zmienić zmapowany obraz.
      2. W przypadku warunków synchronizacji nie używaj transformacji, tak aby wirtualna ręka poruszała się w ten sam sposób co rzeczywista ręka i w tym samym czasie (około). Aby utworzyć asynchronię, dodaj opóźnienie wynoszące 3 s, tak aby wirtualna ręka poruszała się jak prawdziwa ręka, ale z zauważalnym opóźnieniem.
   2. Zidentyfikuj odpowiednią, gotową wtyczkę do śledzenia orientacji w pliku ratalnym środowiska rzeczywistości wirtualnej i zaimportuj ją do skryptów poleceń. Zwróć uwagę, że uruchamianie skryptów poleceń sprawia, że moduł śledzenia orientacji śledzi zmiany orientacji prawdziwej ręki (dostarczane przez monitor orientacji, który uczestnicy noszą na prawym nadgarstku), który może być następnie używany do kontrolowania zmian orientacji wirtualnej ręki poprzez ustawienie danych odchylenia, pochylenia i przechylenia wirtualnej ręki w oknie poleceń. Skieruj dane śledzone przez śledzenie orientacji bezpośrednio do modelu wirtualnej ręki dla warunków synchronizacji, ale wstaw opóźnienie 3 s dla asynchroniczności.
   3. Zaprojektuj wymagane dodatkowe obiekty wirtualne i ich trajektorie ruchu, tak aby poruszały się do i z wirtualnej ręki (tutaj zaprojektuj i zaimportuj dodatkowe modele kija, prostokąta, piłki i noża, które będą używane podczas różnych części eksperymentu; patrz "Warunki eksperymentalne"). Ręcznie zmień rozmiar, wygląd i położenie każdego z tych obiektów w skrypcie poleceń w taki sam sposób, w jaki ustawiane są parametry wirtualnej ręki. Ustaw wymagane trajektorie ruchu za pomocą odpowiednich poleceń, aby ustawić pozycję początkową i końcową trajektorii ruchu dla obiektu oraz prędkość, z jaką powinien się poruszać.
   4. Określ siłę wibracji i czas trwania każdego stymulatora drgań w skrypcie polecenia; albo bez opóźnienia dla warunków synchronizacji (tj. wibracje rozpoczynają się dokładnie w momencie, gdy wirtualna ręka styka się z innym wirtualnym obiektem), albo z opóźnieniem 3 s dla asynchroniczności. Wszystkie wibratory wibrują w tym samym czasie, gdy wirtualna ręka jest dotykana przez inny wirtualny przedmiot (lub w opóźnionym punkcie czasowym). Ustaw siłę wibracji na średnim poziomie (tj. na 0,5 w skali 0-1). Należy pamiętać, że rzeczywista siła wibracji zależy od środowiska programistycznego i wibratorów użytych w eksperymencie, a średni poziom wibracji w naszym eksperymencie niekoniecznie odpowiada rzeczywistej sile wibracji, gdy używany jest inny sprzęt (np. wibratory/rękawice do gry) lub oprogramowanie.
   5. Dodaj drugą część do skryptu eksperymentu, która jest identyczna z poprzednimi krokami, z wyjątkiem następujących zmian:
      1. Zastąp model wirtualnej ręki wirtualnym prostokątem o podobnym rozmiarze co wirtualna ręka (tak, aby zrealizować czynnik wyglądu eksperymentu)
      2. Upewnij się, że obrót prawdziwej ręki podniesiony przez tracker orientacji jest przełożony na ruchy obrotowe prostokąta.
      3. Upewnij się, że otwarcie i zamknięcie prawdziwej ręki podniesione przez rękawicę jest tłumaczone na zmiany koloru prostokąta za pomocą odpowiedniego polecenia do zmiany koloru obiektu w Twoim środowisku programistycznym (np. przedstaw prostokąt na zielono, gdy ręka jest całkowicie zamknięta, na czerwono, gdy jest całkowicie otwarta, i pozwól, aby kolor stopniowo zmieniał się z czerwonego na zielony lub z zielonego na czerwony, gdy ręka otwiera się lub zamyka).
3. Warunki eksperymentalne
   1. Uruchom osiem warunków eksperymentalnych (wynikających ze skrzyżowania trzech czynników eksperymentalnych: synchronizacji, pojawienia się efektora wirtualnego i aktywnego/pasywnego) w kolejności, która jest albo zrównoważona między uczestnikami, albo losowa.
   2. Dla każdego stanu należy uwzględnić trzy fazy trwające około 2 do 3 minut każda, aby wywołać iluzję wirtualnej ręki, oraz fazę zagrożenia, aby zmierzyć elektrofizjologiczne reakcje skóry (SCR). Konkretny protokół różni się nieco w odniesieniu do tych ośmiu warunków i jest opisany poniżej.
   3. Wirtualna ręka/aktywna/synchroniczna
      1. Skonfiguruj system w taki sposób, aby opóźnienie między następującymi zdarzeniami było bliskie zeru i niezauważalne: (a) ruchy i zmiany orientacji rzeczywistej ręki oraz odpowiadające im ruchy i zmiany orientacji wirtualnej ręki w fazie korelacji wzrokowo-ruchowej; b) punkty czasowe styczności między wirtualną ręką a dodatkowym wirtualnym obiektem na ekranie oraz odpowiadające im punkty czasowe indukowanej wibracjami stymulacji rzeczywistej ręki w fazie wzrokowo-dotykowej; oraz (c) ruchy i zmiany orientacji ręki rzeczywistej oraz odpowiadające im ruchy i zmiany orientacji ręki wirtualnej; oraz punkty czasowe kontaktu między wirtualną ręką a dodatkowym wirtualnym obiektem na ekranie oraz odpowiadające im punkty czasowe indukowanej wibracjami stymulacji prawdziwej ręki w fazie wzrokowo-motoryczno-dotykowej.
      2. W fazie korelacji wzrokowo-motorycznej niech uczestnicy swobodnie poruszają lub obracają swoją prawdziwą prawą rękę, w tym otwierają, zamykają i obracają prawdziwą rękę oraz poruszają każdym palcem indywidualnie. Poproś uczestników, aby obserwowali odpowiednie ruchy wirtualnej ręki na ekranie komputera.
      3. W fazie stymulacji wzrokowo-dotykowej poproś uczestników, aby trzymali prawdziwą rękę nieruchomo podczas patrzenia na ekran. Prezentuj na ekranie inny wirtualny obiekt, taki jak wirtualna piłka lub kij (który został stworzony w wersji 1.2.3), który porusza się do i od wirtualnej ręki, wywołując wrażenie dotykania i nie dotykania wirtualnej ręki.
         1. Każdemu kontaktowi między tym dodatkowym wirtualnym obiektem a wirtualną ręką towarzysz aktywność wibratora na rękawicy. Niech wibrator stymuluje tę część prawdziwej ręki, która odpowiada części wirtualnej ręki, która jest dotykana przez dodatkowy wirtualny obiekt (np. jeśli wirtualny obiekt wydaje się dotykać dłoni wirtualnej ręki, dłoń prawdziwej ręki uczestnika powinna być stymulowana przez wibrator¹⁶).
      4. W fazie korelacji wzrokowo-motoryczno-dotykowej niech uczestnicy poruszają wirtualną ręką, poruszając swoją prawdziwą ręką, aby dotknąć wirtualnego drążka wibracyjnego lub podobnego przedmiotu (patrz 1.2.3). Upewnij się, że każdemu kontaktowi między wirtualną ręką a wirtualnym kijem/obiektem towarzyszy indukowana wibracjami stymulacja prawdziwej ręki uczestnika, jak opisano w 1.3.3.3.
      5. W fazie zagrożenia poproś uczestników, aby trzymali prawą rękę nieruchomo, obserwując, jak wirtualny nóż lub igła pojawiają się na ekranie komputera. Spraw, aby wirtualny nóż lub igła przechodziły do i z wirtualnej ręki. Upewnij się, że każdy kontakt powoduje widoczne pozorne "przecięcie" lub "przebicie" wirtualnej dłoni.
         1. Stymulować tę część prawdziwej dłoni, która odpowiada przeciętej lub przekłutej części wirtualnej dłoni, używając wibratorów rękawicy do użycia zgodnie z opisem w ppkt 1.3.3.3.
   4. Wirtualna ręka/aktywna/asynchroniczna
      1. Uruchom procedurę opisaną w ppkt 1.3.3 po skonfigurowaniu systemu w taki sposób, aby opóźnienie między zdarzeniami krytycznymi wynosiło trzy sekundy zamiast było bliskie zeru.
   5. Wirtualny prostokąt/aktywny/synchroniczny
      1. Uruchom procedurę opisaną w punkcie 1.3.3, ale z wirtualnym prostokątem zamiast wirtualnej ręki.
   6. Wirtualny prostokąt/aktywny/asynchroniczny
      1. Uruchom procedurę opisaną w punkcie 1.3.4, ale z wirtualnym prostokątem zamiast wirtualnej ręki.
   7. Wirtualna ręka/pasywna/synchroniczna
      1. Uruchom procedurę opisaną w punkcie 1.3.3, ale poproś uczestnika, aby trzymał swoją prawdziwą rękę nieruchomo przez wszystkie fazy.
   8. Wirtualna ręka/pasywna/asynchroniczna
      1. Uruchom procedurę opisaną w punkcie 1.3.4, ale poproś uczestnika, aby trzymał swoją prawdziwą rękę nieruchomo we wszystkich fazach.
   9. Wirtualny prostokąt/pasywny/synchroniczny
      1. Uruchom procedurę opisaną w punkcie 1.3.5, ale poproś uczestnika, aby trzymał swoją prawdziwą rękę nieruchomo przez wszystkie fazy.
   10. Wirtualny prostokąt/pasywny/asynchroniczny
       1. Uruchom procedurę opisaną w punkcie 1.3.6, ale poproś uczestnika, aby trzymał swoją prawdziwą rękę nieruchomo przez wszystkie fazy.
4. Gromadzenie danych
   1. Zbieraj dane SCR za pomocą sprzętu pomiarowego (patrz Lista materiałów) i jego oprogramowania. Częstotliwość nagrywania wynosi co 0,1 ms.
   2. Poproś uczestnika o wypełnienie kwestionariusza mierzącego poczucie własności, sprawczości, lokalizacji i wyglądu dla danego stanu. Należy użyć wersji papierowej, w której każde pytanie (zgodnie z opisem w 1.4.2.1 i 1.4.2.2) jest wydrukowane wraz ze skalą Likerta (zgodnie z opisem w 1.4.2.3) i którą można wypełnić długopisem; lub skorzystać z wersji komputerowej, w której każde pytanie jest wyświetlane na ekranie wraz ze skalą Likerta i w której można wpisać wybraną wartość skali.
      1. Dołącz kwestionariusz, który zawiera co najmniej jedno lub więcej pytań dotyczących własności²; użyj następujących czterech:
         (O1) "Czułem się tak, jakby ręka na ekranie była moją prawą ręką lub częścią mojego ciała";
         (O2) "Wyglądało na to, że to, co czułem na mojej prawej ręce, było spowodowane dotknięciem drążka na ręce na ekranie, którą widziałem";
         (O3) "Miałem wrażenie, że wibracja, którą poczułem na mojej prawej ręce, znajdowała się w tym samym miejscu, w którym ręka na ekranie była dotykana przez drążek";
         (O4) "Wyglądało na to, że moja prawa ręka znajdowała się w miejscu, w którym znajdowała się ręka na ekranie".
      2. Rozważ dołączenie dalszych pytań dotyczących pytań dotyczących agencji; użyj następującego polecenia:
         (A1) "Czułem, że mogę kontrolować tę wirtualną rękę" (dla stanu aktywnego);
         (A1) "Wydawało mi się, że mógłbym przesunąć rękę na ekranie, gdybym chciał, jakby była posłuszna mojej woli" (dla stanu biernego); .
         Należy zauważyć, że pozycje wymienione w punktach 1.4.2.1 i 1.4.2.2 odnoszą się do stanu ręki. W przypadku warunku prostokąta zastąp wszystkie odwołania do wirtualnej ręki odwołaniami do wirtualnego prostokąta.
      3. Użyj skali Likerta² dla każdego pytania (np. 1-7), aby uczestnicy mogli ocenić stopień, w jakim zgodzili się na pytanie; Na przykład użyj 1 dla "zdecydowanie się nie zgadzam" i 7 dla "zdecydowanie się zgadzam". Upewnij się, że każde pytanie pojawia się na ekranie i można na nie odpowiedzieć za pomocą liczb od 1 do 7 odpowiadających 7 opcjom odpowiedzi w skali Likerta; Opcje wyglądu i odpowiedzi są programowane w skrypcie eksperymentu.

2. Iluzja wirtualnej twarzy

1. Konfiguracja eksperymentalna
   1. Powitaj uczestnika i zbierz dodatkowe informacje, takie jak wiek, płeć itp.
   2. Stwórz eksperymentalną konfigurację, która obejmuje środowisko programowania rzeczywistości wirtualnej; system śledzenia pozycji głowy, w tym odpowiedni sprzęt i oprogramowanie¹⁷; oraz monitor orientacji 3-DOF przymocowany do górnej części czapki lub czapki z daszkiem.
      UWAGA: Korzystając z tej eksperymentalnej konfiguracji, uczestnicy mogą swobodnie poruszać lub obracać własną głowę, aby kontrolować pozycję i orientację wirtualnej twarzy, ale nie mogą kontrolować mimiki wirtualnej twarzy
   3. Poproś uczestnika, aby usiadł na krześle 2 metry przed ekranem komputera. Zobacz rysunki 1C i 1D, aby zapoznać się z ilustracjami konfiguracji eksperymentalnej.
   4. Poproś uczestnika, aby założył czapkę z dołączonym monitorem orientacji.
   5. Podłącz system śledzenia pozycji i śledzenie orientacji do komputera i uruchom wstępnie napisany skrypt poleceń w oknie poleceń, klikając przycisk "uruchom" w interfejsie środowiska rzeczywistości wirtualnej, aby uruchomić środowisko rzeczywistości wirtualnej. Monitoruj, czy uczestnik postępuje zgodnie z instrukcjami wyświetlanymi na ekranie komputera przed uczestnikami. Poczekaj, aż wstępnie napisany skrypt poleceń zostanie automatycznie zamknięty.
2. Wirtualny projekt twarzy
   UWAGA: Kompletny skrypt Pythona i niezbędne pliki znajdują się w załączonym pliku "Virtual Face Illusion.zip" (Uwaga: plik zip jest materiałem uzupełniającym do manuskryptu i nie jest częścią pakietu oprogramowania; nie zawiera wymaganych wtyczek używanych do śledzenia pozycji i orientacji oraz żadnych innych modułów Pythona używanych w całym skrypcie). W celu wykonania eksperymentu należy najpierw rozpakować zawartość tego pliku do dowolnego folderu (np. na pulpicie), a następnie kliknąć dwukrotnie plik "virtual-face illusion_54784_R2_052716_KM.py", aby rozpocząć eksperyment. Należy pamiętać, że skrypt jest przeznaczony do pracy z przedstawionym tutaj środowiskiem programistycznym rzeczywistości wirtualnej i nie będzie działał przy użyciu innych programów.
   1. Użyj wirtualnego programu do budowania twarzy, aby zaprojektować wirtualne twarze z odpowiednim wiekiem, rasą i płcią (odpowiadającą badanym uczestnikom), wybierając najlepiej pasujące wartości na odpowiednich skalach programu
   2. Utwórz dwie wersje każdej twarzy, jedną z neutralnym wyrazem twarzy, a drugą z uśmiechem, wybierając odpowiednie wartości na odpowiednich skalach programu (który zmienia wyraz twarzy poprzez zmianę rozmiaru oczu, krzywizny ust i niektórych innych mięśni twarzy)
   3. Do testowania studentów uniwersytetu utwórz cztery 20-letnie wirtualne twarze za pomocą programu do budowania wirtualnej twarzy, jedną męską twarz z neutralnym wyrazem twarzy, jedną męską twarz, która się uśmiecha, jedną kobiecą twarz z neutralnym wyrazem twarzy i jedną kobiecą twarz, która się uśmiecha
   4. W programie do budowania wirtualnych twarzy eksportuj twarze do plików w formacie 3D VRML.
   5. Za pomocą odpowiednich komend środowiska programowania rzeczywistości wirtualnej należy zaimportować utworzone pliki VRML, czyli wirtualne twarze, do środowiska wirtualnej rzeczywistości w celu wykorzystania ich podczas eksperymentu. Zmieniaj ich rozmiar lub skalę, odpowiednio ustawiając ich parametry za pomocą odpowiednich poleceń.
   6. Znajdź wstępnie napisany moduł śledzenia dla systemu śledzenia pozycji głowy w pliku ratowym środowiska wirtualnego i zaimportuj go, co umożliwia śledzenie pozycji głowy uczestnika. W skryptach zmień dane pozycji głowy i określ punkt czasowy, w którym pozycje głowy są przekształcane w pozycje wirtualnej twarzy (użyj opóźnienia 0 ms dla warunków synchronizacji i 3 s opóźnienia dla asynchroniczności).
   7. Znajdź gotową wtyczkę do śledzenia orientacji w pliku ratalnym środowiska wirtualnego i zaimportuj ją do skryptów poleceń. Zauważ, że ponownie skrypt pozwala na wprowadzenie opóźnień czasowych w stosunku do punktu czasowego, w którym zmiany orientacji głowy uczestnika są tłumaczone na zmiany orientacji wirtualnej głowy (użyj opóźnienia 0 ms dla warunków synchronizacji i 3 s opóźnienia dla asynchroniczności).
   8. Zaprojektuj dodatkowe obiekty wirtualne (takie jak wirtualny drążek) i ich trajektorie ruchu, aby poruszały się do i od wirtualnej powierzchni. Ustaw rozmiar obiektu wirtualnego tak, aby był podobny do rozmiaru palca wirtualnego.
   9. Podłącz sprzęt i zaimplementuj zapisane skrypty poleceń, a następnie rozpocznij eksperyment.
3. Warunki eksperymentalne
   1. Uruchom skrypty poleceń i śledź pozycję głowy uczestnika za pomocą systemu śledzenia pozycji głowy oraz orientację głowy uczestnika za pomocą trackera orientacji 3-DOF przymocowanego do nasadki.
   2. Wystaw uczestnika na wirtualną twarz na 30 sekund i poinstruuj uczestników, aby się nie ruszali. Gdy twarz zniknie, poproś uczestników, aby odpowiedzieli na skalę IOS (opisaną w sekcji Gromadzenie danych), aby ocenić, jak postrzegają relację między sobą a wirtualną twarzą.
   3. Uruchom cztery warunki eksperymentalne (opisane poniżej) w kolejności, która jest zrównoważona dla wszystkich uczestników lub losowa. Każdy warunek obejmuje trzy fazy trwające około 2 do 3 minut każda, aby wywołać iluzję wirtualnej twarzy.
   4. Neutralny/synchroniczny
      1. Skonfiguruj system w taki sposób, aby opóźnienie między następującymi zdarzeniami było bliskie zeru i nie było zauważalne: (a) ruchy rzeczywistej głowy i odpowiadające im ruchy wirtualnej głowy w fazie korelacji wzrokowo-motorycznej oraz (b) punkty czasowe kontaktu między prawdziwą ręką uczestnika a prawdziwym policzkiem uczestnika oraz między wirtualnym obiektem a wirtualną głową w fazie stymulacji wzrokowo-dotykowej.
      2. W fazie korelacji wzrokowo-motorycznej poproś uczestników, aby założyli czapkę z dołączonym monitorem orientacji. Poproś ich, aby poruszali się lub obracali własną głowę, aby kontrolować pozycję i orientację wirtualnej twarzy.
      3. W fazie stymulacji wzrokowo-dotykowej poproś uczestników, aby wielokrotnie rozciągali prawą rękę w prawo i do tyłu, aby dotknąć prawego policzka podczas patrzenia na ekran. Dotyk jest tylko chwilowy: uczestnicy dotykają policzka, puszczają i rozciągają prawą rękę w prawo, a następnie powtarzają przez cały czas trwania tej fazy stymulacji wzrokowo-dotykowej.
      4. Na ekranie przedstaw wirtualną twarz, która jest wielokrotnie dotykana w policzek przez wirtualny obiekt, taki jak wirtualna piłka. Dotyk jest (a właściwie ruch ręki w ogóle) jest zsynchronizowany z wirtualnym obiektem poprzez system ruchu, który może śledzić położenie kończyny uczestnika (np. ręki) w przestrzeni 3D, co pozwoliło nam bezpośrednio odwzorować ruchy ręki uczestnika na trajektorię wirtualnego obiektu, Skutkuje to zsynchronizowanym ruchem rzeczywistej trajektorii ruchu ręki uczestnika i trajektorii ruchu wirtualnego obiektu. Tak więc, gdy wirtualny obiekt dotyka wirtualnego awatara, odpowiada to dotknięciu przez uczestnika własnego policzka.
   5. Neutralny/asynchroniczny
      1. Uruchomić procedurę opisaną w ppkt 2.3.4 po skonfigurowaniu systemu w taki sposób, aby opóźnienie między zdarzeniami krytycznymi wynosiło 3 sekundy zamiast było bliskie zeru.
   6. Uśmiech/synchroniczny
      1. Uruchom procedurę opisaną w ppkt 2.3.4 po skonfigurowaniu systemu w taki sposób, aby przedstawiał uśmiechniętą twarz zamiast twarzy o neutralnym wyrazie.
   7. Uśmiechnięty/asynchroniczny
      1. Uruchomić procedurę opisaną w ppkt 2.3.6 po skonfigurowaniu systemu w taki sposób, aby opóźnienie między zdarzeniami krytycznymi wynosiło 3 sekundy zamiast było bliskie zeru.
4. Gromadzenie danych
   1. Poproś uczestnika o wypełnienie kwestionariusza mierzącego poczucie własności i sprawczości w odniesieniu do danego stanu.
      1. Dołącz kwestionariusz, który zawiera co najmniej jedno pytanie dotyczące własności; użyj następujących czterech:
         (O1) "Czułem się tak, jakby twarz na ekranie była moją własną twarzą";
         (O2) "Wydawało mi się, że patrzę na swoje własne odbicie w lustrze";
         (O3) "Wyglądało na to, że wyczuwałem ruchy i dotyk na mojej twarzy w miejscu, w którym znajdowała się twarz na ekranie";
         (O4) "Wyglądało na to, że dotyk, który poczułem na mojej twarzy, był spowodowany przez piłkę dotykającą twarzy na ekranie".
      2. Rozważ dołączenie pytań do agencji; użyj następujących dwóch:
         (A1) "Wydawało mi się, że ruchy, które widziałem na twarzy na ekranie, były spowodowane moimi własnymi ruchami";
         (A2) "Twarz na ekranie poruszała się tak jak ja tego chciałem, tak jakby była posłuszna mojej woli".
   2. Uwzględnij skalę "Inclusion of Other in the Self" (IOS), ¹⁸, która jest tworzona przy użyciu 7-punktowej (1-7) skali Likerta², na której każdy wynik jest wskazany jako odpowiadający innemu stopniowi nakładania się na siebie i innych. Wskaż graficznie stopień nakładania się na siebie poprzez nakładanie się dwóch okręgów, z których jeden reprezentuje "Ja", a drugi okrąg "Inny". Scharakteryzuj najniższy wynik skali przez zerowe nakładanie się dwóch okręgów, a najwyższy wynik przez idealne nakładanie się. Wyższe oceny oznaczają zatem większy stopień nakładania się na siebie i innych.
   3. Opcjonalnie dołącz klasę Affect Grid¹⁹, aby ocenić nastrój.
      1. Stwórz dwuwymiarową (walencja według pobudzenia) siatkę typu Likerta, w której jeden wymiar odpowiada wartościowości (od -4 dla uczucia nieprzyjemnego do +4 dla przyjemnego uczucia), a drugi dla pobudzenia (w zakresie od -4 dla uczucia senności do +4 dla uczucia silnego podniecenia).
      2. Poproś uczestników, aby wybrali jeden punkt (np. za pomocą długopisu), który odpowiada temu, jak przyjemnie i jak bardzo są podnieceni, jak bardzo się obecnie czują.
         UWAGA: Kwestionariusze, IOS i Affect Grid pojawiają się na ekranie po zakończeniu każdej z faz eksperymentalnych. Uczestnicy używali klawiatury do udzielania odpowiedzi (identycznie jak w eksperymencie Iluzji Wirtualnej Ręki).
   4. Opcjonalnie dołącz zadanie Alternative Uses (AUT)²⁰.
      1. Poproś uczniów, aby wymienili jak najwięcej możliwych zastosowań zwykłego przedmiotu gospodarstwa domowego, takiego jak gazeta. Zadanie wykonuje się za pomocą długopisu i papieru. Poproś uczestników, aby w ciągu 5 minut zapisali jak najwięcej zastosowań przedmiotu.
      2. Powtórz dla innego obiektu (np. cegły). Oceniaj wyniki później według płynności (liczby zastosowań), elastyczności (liczby kategorii zastosowań), opracowania (ile szczegółów lub wyjaśnień jest dostarczanych dla danego zastosowania) i oryginalności (jak unikalne jest zastosowanie). Upewnij się, że wyższe wyniki wskazują na wyższą wydajność myślenia dywergencyjnego dla wszystkich elementów. Użyj dwóch różnych punktatorów i upewnij się, że korelacja między strzelcami jest wysoka. Skoncentruj się na wyniku elastyczności dla dalszych analiz, ponieważ jest to najbardziej spójny i teoretycznie najbardziej przejrzysty wynik zadania.
      3. Użyj AUT jako niejawnej (i wolnej od charakterystyki popytu) miary wskazującej nastrój, ponieważ wydajność w tym zadaniu wzrasta wraz z lepszym nastrojem²¹.
         UWAGA: Jeśli AUT ma zostać zaimplementowany, zmień skrypt tak, aby wirtualna twarz pozostała na ekranie, była widoczna i pozostawała pod kontrolą uczestnika podczas wykonywania AUT.

Wyniki

Iluzja wirtualnej ręki

Przeprowadziliśmy kilka eksperymentów z wykorzystaniem paradygmatu iluzji wirtualnej ręki, aby zbadać, jak ludzie reprezentują swoje ciała, w tym przypadku dłonie. Liczba badanych uczestników zależała od ilości schorzeń, zwykle około 20 uczestników na każdy schorzenie. W tym miejscu przedstawiamy odpowiednie wyniki dla jednego z najbardziej szczegółowych badań, które przeprowadziliśmy w naszym laboratorium. Ograniczymy nasze rozważania do danych subiektywnych, średniej odpowiedzi w skali Likerta na cztery pytania dotyczące własności (O1-O4) oraz odpowiedzi w skali Likerta na pytanie o agencję (A1).

W tym badaniu⁸, systematycznie badaliśmy wpływ synchronizacji (synchroniczna vs. asynchroniczna), wyglądu wirtualnego efektora (wirtualna ręka vs. prostokąt) i aktywności (pasywna vs. aktywna) na poczucie własności i sprawczość uczestników (wszystkie warunki były testowane u uczestników). Wyniki były takie same w przypadku własności i agencji. Jak wskazano na rysunku 2, postrzegana własność i sprawczość były silniejsze, jeśli ręka rzeczywista i wirtualna poruszały się synchronicznie [F(1,43) = 48,35; p < 0,001; i F(1,43) = 54,64; p < 0,001; odpowiednio dla własności i sprawczości], jeśli efektor wirtualny był ręką, niż gdyby był prostokątem [F(1,43)=14,85; p < 0,001; i F(1,43) = 6,94; p < 0,02], oraz czy uczestnik był aktywny, a nie bierny [F(1,43) = 9,32; p < 0,005; i F(1,43) = 79,60; p < 0,001]. Efekt synchronizacji replikuje standardową iluzję wirtualnej ręki.

Rysunek 2: Oceny własności i agencji w funkcji synchronizacji, wyglądu efektora wirtualnego i aktywności uczestnika. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Ratingi własności i agencji w zależności od synchronizacji i aktywności uczestnika. Należy pamiętać, że efekt synchronizacji jest bardziej wyraźny u aktywnych uczestników. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Co ciekawsze, zarówno własność, jak i agencja wykazały znaczącą interakcję między aktywnością a synchronizacją [F(1,43) = 13,68; p = 0,001; i F(1,43) = 23,36; p < 0,001; zobacz Rysunek 3], ale nie między wyglądem a synchronizacją. Ten wzorzec sugeruje, że aktywność odgrywa bardziej dominującą rolę dla własności i iluzji niż pozór, pokazał nawet, że iluzoryczne postrzeganie własności jest silniejsze w wirtualnym niż tradycyjnym paradygmacie iluzji gumowej ręki. Według Hommel²², obiektywna sprawczość (tj. stopień, w jakim zewnętrzne zdarzenie może być obiektywnie kontrolowane) przyczynia się zarówno do subiektywnej własności, jak i subiektywnej sprawczości, co wyjaśnia, dlaczego w tym eksperymencie aktywna, synchroniczna kontrola nad wirtualnym efektorem zwiększyła zarówno subiektywną własność, jak i subiektywną sprawczość.

Chociaż wygląd nie współgrał z synchronizacją, co sugeruje, że iluzja własności nie opiera się na wyglądzie, wytworzyła główny efekt. Wskazuje to, że wygląd ma wpływ na postrzeganie własności. Sensowne jest założenie, że ludzie mają ogólne oczekiwania co do tego, jakie obiekty zewnętrzne mogą, a jakie nie mogą być wiarygodną częścią ich ciała, co ogólnie wspiera postrzeganie własności, ale nie łagodzi efektu synchronizacji. Dochodzimy zatem do wniosku, że do poczucia subiektywnej własności przyczynia się wiele źródeł informacji: ogólne odgórne oczekiwania i oddolna synchronizacja informacji. Relacja między tymi dwoma źródłami informacji nie wydaje się być interaktywna, ale kompensacyjna, tak że ogólne oczekiwania mogą dominować w przypadku braku synchronizacji i na odwrót.

Iluzja wirtualnej twarzy

W innym badaniu sprawdziliśmy, jak ludzie reprezentują swoje twarze. Udało nam się odtworzyć tradycyjną iluzję twarzy w środowisku wirtualnym, którą nazywamy iluzją wirtualnej twarzy¹². Dalej badaliśmy, czy ludzie przyjmują nastrój wyrażony przez wirtualną twarz, z którą się identyfikują. Wystąpiła jedna synchronizacja czynnika wewnątrz uczestnika (synchroniczna vs. asynchroniczna) i jedna międzyczynnikowa synchronizacja wyrazu twarzy (szczęśliwy vs. neutralny). Oceny IOS przed fazą indukcji zostały odjęte od ocen IOS po fazie indukcji, również oceny Affect Grid przed fazą indukcji zostały odjęte od ocen Affect Grid po fazie indukcji, a te zmiany ocen zostały wykorzystane jako IOS i wpływają na wyniki grid.

Analiza wyników własności (O1-4), wyników agencji (A1-2) oraz skali IOS¹⁸ wszystkie pokazały główne efekty synchronizacji [F(1,58) = 38.24; p < 0.001; F(1,58) = 77,33; p < 0,001; oraz F(1,58) = 43,63; p < 0,001; odpowiednio], co pokazuje, że synchronizacja między ruchami własnej głowy a ruchami wirtualnej twarzy zwiększa postrzeganą własność i sprawczość, a także ułatwia integrację twarzy innej osoby z własnym "ja" (zob. rys. 4). Synchronizacja poprawiła również nastrój, na co wskazuje efekt synchronizacji na siatce afektu¹⁹ zmian [F(1,58) = 7,99; p < 0,01].

Rysunek 4: Ratingi własności i agencji, a także zmiany IOS, w funkcji synchronizacji. Zauważ, że pozytywne zmiany w IOS implikują wzrost integracji drugiego człowieka z samym sobą. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Wpływ na zmiany siatki (wartości dodatnie oznaczają pozytywny wpływ idący) i wyniki elastyczności w AUT, jako funkcja synchronizacji i wyrazu twarzy wirtualnej. Zauważ, że interakcje między synchronizacją a ekspresją są napędzane przez bardziej pozytywny nastrój i szczególnie dobrą elastyczność w połączeniu synchronizacji i szczęśliwej wirtualnej twarzy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Znaczące były główne efekty wyrazu twarzy na zmiany IOS, zmiany siatki i elastyczność w klasie AUT^20,21,23ale ważniejszy był fakt, że zmiany siatki wpływu i wynik elastyczności współdziałały z synchronizacją [F(1,58) = 4,40; p < 0,05; i F(1,58) = 4,98; p < 0,05; odpowiednio]. Jak pokazano na rycinie 5, uczestnicy zgłaszali poprawę nastroju i wykazywali bardziej kreatywne zachowanie po zbliżeniu się (tj. synchronicznym poruszaniu się) z szczęśliwą twarzą w porównaniu z warunkami, w których poruszali się asynchronicznie ze szczęśliwą twarzą lub synchronicznie z neutralną twarzą.

pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. zł pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt.

F/P/PES	Efr	akt	SYN	EFF*ACT	EFF*SYN	ACT*SYN	EFF*ACT*SYN
O1	Godzina 11,66	Dnia 10.11	Lokal mieszkalny 45,38			Godzina 10.08
	0,001	0,003	<0,001			0,003
	0,21	0,19	0,51			0,19
O2		Norma 5,37	Z dnia 47,65
		0,025	<0,001
		0,11	0,53
O3	godz. 10,75		Godzina 41,30			Godzina 9,81
	0,002		<0,001			0,003
	0,20		0,49			0,19
O4	12,86	Godzina 17.17	Dnia 15.12			godz. 10.60
	0,001	<0,001	<0,001			0,002
	0,23	0,29	0,26			0,20
O1-4	godz. 14.85	Godzina 9,32	Godzina 48,35			godz. 13.68
	<0,001	0,004	<0,001			0,001
	0,26	0,18	0,53			0,24
A1	6,94	O godz. 79,60	54,64			Godzina 23,36
	0,012	<0,001	<0,001			<0,001
	0,14	0,65	0,56			0,37

Tabela 1: Wartości F, P i Partial Eta squared (PES) dla efektów ocen pozycji kwestionariusza, gdzie df = 43. Czynniki są EFF: wirtualny efektor (wirtualna ręka vs. prostokąt); ACT: aktywność (aktywna eksploracja vs. pasywna stymulacja); i SYN: synchrony (synchroniczny vs. asynchroniczny). Wyświetlane są tylko wyniki dla znaczących efektów.

pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt.

M/SE	H-P-SY	H-P-AS	H-A-SY	H-A-AS	R-P-SY	R-P-AS	R-A-SY	R-A-AS
O1-4	Godzina 4,37	Pytanie 3,44	Godzina 5.09	Godzina 3,50	Rejon 3,79	3,14	Norma 4,68	Klasa 3,05
	0,20	0,23	0,19	0,25	0,23	0,23	0,20	0,21
A1	Rejon 3,59	Pytanie 3.11	Lokal mieszkalny 6,36	Godzina 4,36	Pytanie 3,07	Godzina 2,57	6.09	Godzina 3,80
	0,30	0,32	0,15	0,33	0,28	0,27	0,24	0,33

Tabela 2: Średnie (M) i błędy standardowe (SE) dla ratingów własności i agencji we wszystkich ośmiu warunkach. H: ręka; R: prostokąt; A: aktywny; P: tryb pasywny; SY: synchroniczny; AS: asynchroniczny.

pkt. pkt. pkt. pkt. punktu pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt.

F/P/PES	Wyraz twarzy	Synchrony	Wyraz twarzy* Synchronizacja
Własność (O1-4)		Rejon 38,24
		<0,001
		0,40
Agencja (A1-2)		Nr kat. 77,33
		<0,001
		0,57
Zmiany w IOS	Rozdział 4.03	Z dnia 43,63
	0,049	0,001
	0,07	0,43
Wpływa na zmiany walencji siatki	Rejon 6.06	7,99	Godzina 4.40
	0,017	0,007	0,041
	0,10	0,13	0,07
Elastyczność AUT	Klasa 5,42		Norma 4,98
	0,024		0,03
	0,09		0,08
Płynność AUT			7,89
			0,007
			0,12

Tabela 3: Wartości F, P i Partial Eta kwadrat (PES) dla odpowiednich miar zależnych, gdzie df = 58 dla wyników kwestionariusza i IOS oraz df = 56 dla wymiaru walencji nastroju siatki afektów i wyników AUT. Wyświetlane są tylko wyniki dla znaczących efektów.

pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt. pkt.

M/SE	Neutralny-SY	Neutralny AS	Szczęśliwy-SY	Happy-AS
Własność (O1-4)	Z drugiej strony, 88	Wynik 2.03	Pytanie 3,38	Klasa 2,36
	0,27	0,16	0,23	0,22
Agencja (A1-2)	Godzina 5,90	Godzina 4,25	6,16	Godzina 4,08
	0,20	0,25	0,13	0,32
Zmiany w IOS	0,37	-0,80	godz. 1.00	-0,40
	0,21	0,25	0,20	0,24
Wpływa na zmiany walencji siatki	-1,07	-1,33	0,60	-1,20
	0,42	0,33	0,39	0,31
Elastyczność AUT	Klasa 5,87	6.07	7,43	6.10
	0,31	0,37	0,29	0,39
Płynność AUT	Godzina 7,27	Godzina 8,27	9,73	Godzina 7,37
	0,51	0,68	0,68	0,49

Tabela 4: Średnie (M) i błędy standardowe (SE) dla odpowiednich miar zależnych w czterech warunkach. Neutralny: neutralny wyraz twarzy; Szczęśliwy: szczęśliwy wyraz twarzy; SY: synchroniczny; AS: asynchroniczny.

Dyskusja

W tym artykule opisaliśmy dwa szczegółowe protokoły dla paradygmatów iluzji wirtualnej ręki i wirtualnej twarzy, w których nasze badanie wirtualnej twarzy było pierwszym, które odtworzyło tradycyjną iluzję posiadania twarzy wywołaną głaskaniem w rzeczywistości wirtualnej, wraz z reprezentatywnymi wynikami z tych dwóch paradygmatów.

Znaczące efekty synchronizacji wskazują, że udało nam się wywołać iluzoryczną własność wirtualnej ręki i wirtualnej twarzy, podobnie jak w przypadku bardziej tradycyjnych paradygmatów iluzji. Możliwość odtworzenia tych efektów za pomocą technik rzeczywistości wirtualnej ma znaczne zalety^11,24. Techniki wirtualnej rzeczywistości uwalniają eksperymentatora od dość sztucznej i przerywającej procedury głaskania i otwierają nowe możliwości eksperymentalnych manipulacji. Na przykład morfing wirtualnych efektorów pozwolił nam na systematyczne manipulowanie wpływem wyglądu wirtualnej ręki i podobieństwa między wirtualną a prawdziwą ręką uczestnika, czy wyrazem twarzy wirtualnej twarzy. Wpływ sprawczości może być również systematycznie badany poprzez różnicowanie stopnia (np. natychmiastowości), w jakim uczestnicy mogą kontrolować ruchy sztucznego efektora.

Inną obiecującą ścieżką przyszłych badań nad rzeczywistością wirtualną są doświadczenia w rzeczywistości wirtualnej z perspektywy pierwszej osoby (1PP). Doświadczenia 1PP mogą stworzyć ogromne poczucie zanurzenia i poczucia obecności, na zupełnie inną skalę niż doświadczenie wirtualnej rzeczywistości z perspektywy trzeciej osoby 25,26,27,28. W doświadczeniach 1PP można naprawdę poczuć, że jest się awatarem, że dosłownie ucieleśnia się awatara. Otwiera to możliwości wszelkiego rodzaju manipulacji, takich jak odłączanie części ciała²⁸, wydłużanie²⁹, przeskalowywanie części ciała³⁰ lub zmiana koloru skóry^31,32.

Jak pokazują obecne i wiele innych odkryć, kontrolowanie zdarzeń wirtualnych w sposób synchroniczny silnie zwiększa percepcję tych zdarzeń należących do własnego ciała. Na przykład nasze wyniki z badania ręki sugerują, że natychmiastowa kontrola jest ważną wskazówką do rozróżnienia między zdarzeniami wyprodukowanymi przez siebie a zdarzeniami wyprodukowanymi przez innych (tj. sprawczość osobista) oraz między zdarzeniami związanymi z samym sobą a zdarzeniami związanymi z innymi (tj. posiadaniem ciała). Odkrycia zaprezentowane tutaj i gdzie indziej sugerują, że informacje oddolne odgrywają decydującą rolę w powstawaniu fenomenalnej autoprezentacji, nawet w przypadku części ciała, które nie są tak związane z tożsamością, jak czyjaś^{własna część} ciała.

Najbardziej krytyczną częścią opisanych protokołów jest proces indukcji, który wprowadza korelacje między informacjami wzrokowymi, dotykowymi i motorycznymi (tj. proprioceptywnymi) - korelacje te pozwalają systemowi poznawczemu na uzyskanie własności i sprawczości. Ponieważ korelacje te opierają się na względnym czasie odpowiednich zdarzeń, takich jak opóźnienie między własnymi ruchami uczestnika a ruchami sztucznego efektora, kluczowe jest ograniczenie opóźnień przetwarzania (zwłaszcza w odniesieniu do translacji danych z rękawicy na ruch wirtualnego efektora na ekranie) do minimum. W naszym eksperymencie maksymalne opóźnienie czasowe wynosi około 40 ms, co jest prawie niezauważalne i nie utrudnia postrzegania przyczynowości i sprawczości. Shimada, Fukuda i Hiraki^zasugerowali , że krytyczne okno czasowe dla wystąpienia procesów integracji multisensorycznej składających się na reprezentację ja-ciało wynosi 300 ms, co oznacza, że dłuższe opóźnienia prawdopodobnie zmniejszą postrzeganie kontroli nad wirtualnymi wydarzeniami.

Innym ważnym aspektem protokołu jest ścisła eksperymentalna kontrola nad ruchami ręki lub twarzy uczestnika, w zależności od paradygmatu. Podczas indukcji niezbędne są aktywne ruchy danego czynnika, ponieważ wymagane korelacje międzyzmysłowe opierają się na aktywnych ruchach eksploracyjnych po stronie uczestnika. Dlatego ważne jest, aby zachęcać uczestników do częstego przemieszczania się i angażowania się w aktywną eksplorację. Jednak w innych fazach eksperymentu ruchy mogą mieć negatywny wpływ na pomiar. Na przykład, w paradygmacie iluzji wirtualnej ręki, poruszanie lewą ręką (z której zarejestrowano SCR) może sprawić, że pomiary poziomu SCR będą hałaśliwe i niewiarygodne.

Ograniczeniem techniki paradygmatu iluzji wirtualnej ręki jest to, że ze względów praktycznych uczestnicy zwykle noszą rękawicę do transmisji danych i tracker orientacji podczas całego eksperymentu (tak, aby zminimalizować rozproszenie uwagi). Może to nie być komfortowe, co z kolei może wpłynąć na nastrój lub motywację uczestnika. Jednym z możliwych rozwiązań tego problemu byłoby użycie lżejszego sprzętu lub niestandardowych urządzeń do noszenia. Innym ograniczeniem naszej obecnej techniki paradygmatu iluzji wirtualnej twarzy jest to, że sprzęt rejestruje tylko ruchy głowy, ale nie zmienia wyrazu twarzy. Umożliwienie uczestnikom kontrolowania mimiki wirtualnej twarzy prawdopodobnie przyczyni się do złudzeń własności, ale wymagałoby to sprzętu i oprogramowania, które zapewniają niezawodne wykrywanie i kategoryzację mimiki twarzy u ludzi - czego jeszcze nie mamy w naszym laboratorium. Korzystanie na przykład z narzędzi do przechwytywania ruchu w czasie rzeczywistym (twarzy) byłoby bardzo korzystne w pokonywaniu tych ograniczeń i pozwoliłoby nam zwiększyć poczucie sprawczości i własności awatarów na znacznie wyższy poziom.

Jak sugerują wyniki naszego badania⁸, ludzie biorą pod uwagę różne źródła informacji i stale aktualizują swoją reprezentację ciała. Wydaje się, że wykorzystują informacje oddolne i odgórne w sposób kompensacyjny, w tym sensie, że jedno źródło informacji odgrywa większą rolę w przypadku braku drugiego – podobnie jak zakłada się w odniesieniu do poczucia sprawczości34. Stwarza to interesujące kierunki dla przyszłych badań, ponieważ sugeruje na przykład, że własność może być postrzegana nawet w przypadku sztucznych efektorów w niewygodnych pozycjach, pod warunkiem wystarczającego stopnia podobieństwa powierzchni, lub odwrotnie (tj. jeśli sztuczny efektor idealnie pokrywa się z prawdziwym efektorem, ale różni się od niego pod względem cech powierzchni). Dostępne wyniki sugerują również, że granice między sobą a innymi są raczej plastyczne, tak więc cechy innej osoby lub podmiotu mogą być postrzegane jako cecha samego siebie, pod warunkiem pewnego stopnia synchronizacji między własnym zachowaniem a zachowaniem drugiej^osoby35,36.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Vizard (Oprogramowanie kontrolujące środowisko wirtualnej rzeczywistości)	Worldviz		Vizard umożliwia importowanie modeli dłoni i integrację modułów śledzenia dłoni, rękawic danych i orientacji za pomocą samodzielnie napisanych skryptów poleceń. Skrypty te mogą być uruchamiane w celu kontrolowania prezentacji wirtualnej ręki w środowisku wirtualnym, wyglądu ręki i sposobu, w jaki się porusza; Kontrolują również działanie wibratora.
Cybertouch (Dataglove)	CyberGlove  Systemy	Cybertouch	Uczestnicy noszą tę rękawicę, aby kontrolować ruchy wirtualnej ręki w środowisku wirtualnym. Częstotliwość pomiaru = 100 Hz; Częstotliwość wibracji wibratora = 0-125 Hz.
Intersense (Orientation tracker)	Thales	InertiaCube3	Uczestnicy noszą tracker Intersense, aby umożliwić monitorowanie orientacji ich prawdziwej ręki (dane, których używana rękawica nie dostarcza). Częstotliwość aktualizacji = 180 Hz.
System Biopac (Fizjologiczne urządzenie pomiarowe)	Biopac	MP100	Sprzęt do rejestrowania odpowiedzi przewodnictwa skóry.
Jednostka akwizycyjna (fizjologiczne urządzenie pomiarowe)	Biopac	BN-PPGED	Sprzęt do rejestrowania odpowiedzi przewodnictwa skóry.
Zdalny nadajnik (fizjologiczne urządzenie pomiarowe)	Biopac	BN-PPGED-T	Uczestnicy noszą zdalny nadajnik na lewym nadgarstku; wysyła on sygnały do jednostki akwizycyjnej Biopac.
Elektroda (Fizjologiczne urządzenie pomiarowe)	Biopac	EL507	Uczestnicy noszą  elektrodę na palcach; odbiera ona sygnały przewodnictwa skóry.
AcqKnowledge (Oprogramowanie kontrolujące pozyskiwanie danych fizjologicznych)	Biopac	ACK100W, ACK100M	Oprogramowanie do rejestrowania odpowiedzi przewodnictwa skóry.
Pudełko	wykonane na zamówienie		Uczestnicy wkładają prawą rękę do pudełka
Komputer	Dowolny standardowy komputer + ekran (może być zastąpiony okularami VR / urządzeniem)		Niezbędne do prezentacji środowiska wirtualnej rzeczywistości, w tym wirtualnej ręki.
Uczestnicy Peleryny	Wykonanej		noszą tę pelerynę na prawym ramieniu, więc nie widzą swojej prawej ręki i ramienia.
Kinect (Śledzenie pozycji głowy)	Sensor Microsoft		Kinect śledzi pozycję X-Y głowy uczestnika. Częstotliwość nagrywania = 30 Hz.
Oprogramowanie FAAST (Head Position Tracker software)	MXR	FAAST 1.0	Software steruje sensorem Kinect i służy do śledzenia pozycji głowy uczestnika.
Intersense (Śledzenie orientacji głowy)	Thales	InertiaCube3	Intersense śledzi zmiany orientacji obrotowej głowy uczestnika. Częstotliwość aktualizacji = 180 Hz.
Facegen (oprogramowanie do generowania modeli twarzy)	Pojedyncze odwrócenia	FaceGen  Modelarz	Facegen umożliwia tworzenie różnych wirtualnych twarzy poprzez zmianę różnych parametrów, takich jak męskość/kobiecość czy kolor skóry.
Czapka	Dowolna czapka, np. czapka z daszkiem		Na czapce znajduje się czujnik orientacji Intersense.
Komputer	Dowolny standardowy komputer + ekran		Niezbędne do prezentacji środowiska wirtualnej rzeczywistości, w tym wirtualnej głowy.