Методическая статья

Использование виртуальной реальности Walking Simulator для расследования поведения пешеходов

DOI:

10.3791/61116

⸱

9 июня 2020 г.

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Sport and Exercise Sciences, Kunsan National University, 2Department of Physics and Astronomy, Seoul National University, 3School of Mechanical and Automotive Engineering, Kunsan National University, 4Department of Healthcare Information Technology, Inje University

В этой статье

Уведомление об исправлении

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Краткое содержание

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

Этот протокол описывает использование тренажера для ходьбы, который служит безопасным и экологически действительным методом для изучения поведения пешеходов в присутствии движущихся перевозок.

Аннотация

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

Чтобы успешно перейти дорогу, люди должны координировать свои передвижения с помощью движущихся транспортных средств. В этой статье описывается использование тренажера для ходьбы, в котором люди ходят по беговой дорожке, чтобы перехватить зазоры между двумя движущихся транспортных средств в захватывающей виртуальной среде. Виртуальная реальность позволяет безопасно и экологически разнообразное исследование разрыва пересечения поведения. Манипулирование начальным стартовым расстоянием может еще больше понять скоростное регулирование участника при приближении к зазору. Профиль скорости может быть оценен по различным переменным пересечения зазора, таким как начальное расстояние, размер транспортного средства и размер разрыва. Каждая симуляция ходьбы приводит к ряду позиций/времени, которые могут сообщить, как скорость регулируется по-разному в зависимости от характеристик зазора. Эта методология может быть использована исследователями, исследуя поведение пешеходов и поведенческую динамику при использовании человеческих участников в безопасной и реалистичной обстановке.

Введение

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

Gap пересечения, перехватное поведение, требует перемещения себя по отношению к разрыву между двумя движущихсятранспортных средств 1,2,3,4. Пересечение зазора включает в себя восприятие встречных транспортных средств и контроль движения по отношению к движению транспорта. Это требует, чтобы действия были точно соединены с воспринимаемой информацией. Многие предыдущие исследования изучили восприятия суждения и разрыв пересечения поведения с использованием искусственных дорог, придорожных тренажеров, и проекция экранавиртуальной среде 5,6. Тем не менее, предыдущая литература о пересечении дорог имеет неполное понимание такого поведения, и экологическая обоснованностьэтих исследований была допрошена 7,8,9.

Этот протокол представляет собой исследовательскую парадигму для изучения разрыва пересечения поведения в виртуальной реальности, тем самым максимизируя экологическую действительность. Ходьба симулятор используется для изучения восприятия и действия разрыв пересечения поведения. Тренажер обеспечивает безопасную среду ходьбы для участников, а фактическая ходьба в смоделированной среде позволяет исследователям в полной мере зафиксировать взаимную связь между восприятием и действием. Лица, которые на самом деле пересекают дорогу, как известно, судить о разрыве во времени более точно, чем те, кто только устно решили пересечь10. Виртуальная среда является экологически обоснованной и позволяет исследователям легко изменять связанные с задачей переменные, изменяя параметры программы.

В этом исследовании, начальное исходное местоположение участника манипулируют для оценки контроля скорости при приближении к разрыву. Этот протокол позволяет изутовить управление движением пешеходов при перехвате зазора. Анализ изменяющейся скорости участника с течением времени позволяет функциональную интерпретацию корректировок скорости, когда он или она приближается к разрыву.

Кроме того, пространственные и временные характеристики перехваченных объектов определяют, как человек может двигаться. В условиях пересечения зазора изменение размера зазора (расстояния между транспортными средствами) и размера транспортного средства должно повлиять на то, как меняется движение пешехода. Соответственно, манипулирование характеристиками разрыва, скорее всего, вызовет корректировку скорости в приближающемся поведении участника. Таким образом, манипулирование характеристиками разрыва (т.е. размером разрыва и размером транспортного средства) предоставляет ценную информацию для понимания изменений поведения пересечения в соответствии с различными характеристиками разрыва. В этом исследовании рассматривается вопрос о том, как дети и молодые взрослые регулируют свою скорость при пересечении пробелов в различных условиях пересечения границы. Профиль регулировки скорости можно оценить для различных сред пересечения зазора с различными стартовыми точками, расстояниями между транспортными средствами и размерами транспортных средств.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

Этот экспериментальный протокол включает в себя человеческих субъектов. Процедура была одобрена Научно-исследовательским советом Кунсанского национального университета.

1. Подготовка оборудования

ПРИМЕЧАНИЕ: Оборудование включает в себя следующее: персональный компьютер (PC, 3,3 ГГц с 8 ГМ) с мышью, клавиатурой и монитором; Программное обеспечение Walking Simulator, установленное на настольном ПК; индивидуальная беговая дорожка (ширина: 0,67 м, длина: 1,26 м, высота: 1,10 м), оснащенная поручнями, ремнем и магнитным энкодером с USB-кабелем; и устройство виртуальной реальности Oculus Rift (DK1, США, 1280 x 800 пикселей). Оборудование также включает в себя индивидуальный ручной беговой дорожке. Беговая дорожка поворачивается через ходячие движения участников и не использует внутренний двигатель.

  1. Подготовь достаточно места для беговой дорожки и соседнего стола для ПК. Фотография экспериментальной установки показана на рисунке 1A.
  2. Подключите оборудование, как показано на рисунке 2.
    1. Подключите магнитный кодер беговой дорожки к компьютеру через порт USB.
    2. Подключите беговую дорожку к источнику питания.
    3. Подключите гарнитуру к ПК через DVI/HDMI и USB-порты.

2. Подготовка конфигураций тренажеров для ходьбы

  1. Доступ к ходьбе симулятор каталога на ПК и открыть "Config" каталог.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Каждая конфигурация сохраняется в качестве текстового файла в каталоге "Config" с именами файлов "config001", "config002" и т.д. Здесь, 001, 002 и т.д. являются номера конфигурации. Шаги 2.2-2.8 описывают, как создать файлы конфигурации, чтобы они были читаемы программным обеспечением симулятора. Схема ситуации пересечения двух транспортных средств, показывающая настраиваемые начальные расстояния, показана на рисунке 3. Файл конфигурации примера с правильным форматированием отображается на рисунке 4. Заголовки разделов файла конфигурации используют квадратные скобки (например, «WALKER»).
  2. Завершите раздел «WALKER», содержащий параметр, касающийся отправной точки участников.
    1. Установите параметр "Расстояние", который указывает стартовое расстояние участника от отправной точки в метрах (м).
  3. Завершите раздел «ЦАР», содержащий параметры, касающиеся первого транспортного средства.
    1. Установите параметр "Тип" (который указывает тип транспортного средства) на "1" для седана, "2" для автобуса, или "0" для удаления транспортного средства.
    2. Установите параметр "Скорость" (который указывает скорость транспортного средства) до нужного значения в км/ч.
    3. Установите параметр "Расстояние" (который указывает начальное расстояние транспортного средства от пункта пересечения) до нужного значения в метрах.
  4. Завершите раздел «SECONDCAR», содержащий параметры, связанные со вторым транспортным средством. Параметры идентичны параметрам «CAR».
    ПРИМЕЧАНИЕ: В двух транспортных средствах, разрыв определяется как пустое пространство между двумя транспортными средствами. Размер зазора, определяемый как продолжительность времени, в течение которого зазор находится вдоль пешеходной дорожки участника, является функцией параметров «Расстояние», «Скорость» и «Тип» (CAR) и «SECONDCAR».
  5. Заполню раздел «NEXTCAR», содержащий параметры, связанные с дополнительными транспортными средствами. Параметры идентичны параметрам «CAR».
    ПРИМЕЧАНИЕ: Эта опция может быть использована для исследования поведения пешеходов в непрерывном транспортном потоке. Этот вариант не обсуждается в разделе репрезентативных результатов.
  6. Заполномоть раздел «ROAD», содержащий параметр выбора полосы движения. Установите параметр "полоса" до "1", чтобы использовать полосу ближе к стартовому положению пешехода, или "2" для полосы дальше. «OBSTACLE» указывает параметры, которые настраивают транспортное средство, путешествуя по второй полосе на той же скорости, что и первое транспортное средство.
    ПРИМЕЧАНИЕ: При использовании более тесной полосы движения в качестве основной полосы движения, эта опция может быть использована для места дополнительных транспортных средств на дальше полосу движения в том же направлении. Таким образом, он может быть использован для изучения неуступляемого вида транспортного средства параллельным транспортным средством. Этот раздел имеет параметры "Тип" и "Расстояние" с теми же определениями, описанными выше. Этот вариант не обсуждается в разделе репрезентативных результатов. Все результаты показали участие двух транспортных средств, движущихся по полосе ближе к пешеходу.
  7. Завершите раздел «SAVE», который содержит параметр, связанный с частотой выборки. Установите параметр "числоперсекунды" до нужного значения в Гц.
  8. Сохранить файл конфигурации и выйти.
  9. Повторите разделы 2.2-2.8 для всех желаемых конфигураций и подготовьте листы данных со списком конфигураций (в рандомизированном порядке), которые будут использоваться в эксперименте.
  10. Подготовьте три файла конфигурации, которые будут использоваться в практических испытаниях.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Первая конфигурация практики не должна иметь транспортных средств (т.е. все параметры "Тип", установленные на "0"). Во втором и третьем файлах конфигурации практики должны быть транспортные средства. Третья конфигурация должна иметь мягкие условия пересечения. Такая же конфигурация может использоваться для второго и третьего практических испытаний, в зависимости от экспериментального проектирования.

3. Скрининг и подготовка к участию

  1. Набирать участников с нормальным или исправленным к нормальному зрению.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Все участники должны быть свободны от любых условий, которые препятствуют нормальной ходьбе. Они должны быть свободны от каких-либо головокружение во время ходьбы, и они не должны иметь никакой истории серьезных дорожно-транспортных происшествий.
  2. Попросите участника подписать письменную, информированную форму согласия перед каждым экспериментом.
  3. Подготовь аудиозапись с устными инструкциями по задаче и воспроизведение записи участнику.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Устные инструкции должны рассказать основную процедуру, описанную ниже, и дать какие-либо конкретные подсказки, требуемые экспериментальным дизайном.
  4. Поощряйте участника задавать любые вопросы об эксперименте.
  5. Повейте участника стоять на беговой дорожке, когда он будет готов.
  6. Прижмите стабилизирующий ремень к талии участника. Поручить участнику держать поручни в течение всего времени во время эксперимента.

4. Запуск практических испытаний

  1. Поручите участнику попрактиковаться в ходьбе по беговой дорожке, с ременьом, держа поручни.
  2. Начните программу симулятора ходьбы, дважды нажав на программу симулятора, как только участник сможет комфортно ходить по беговой дорожке.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Черно-белый мультфильм пешеходный переход показано на рисунке 1B отображается между пересечения испытаний. На этом этапе он должен быть показан на экране ПК.
  3. Поручите участнику надеть гарнитуру. Оказание помощи по мере необходимости. Проверьте как комфорт, так и стабильность в отношении поворотов головы.
  4. Калибруйте гарнитуру так, чтобы черно-белый мультяшный пешеходный переход был правильно выровнен с видом участника.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Разделы 4.5-4.7 описывают три практических испытания, которые призваны постепенно позволить участнику привыкнуть к среде симулятора. Если участник не справляется с каким-либо судебным разбирательством из-за непонимания инструкций, необходимо продать еще два дополнительных испытания до тех пор, пока участник не поймет инструкции. Дополнительные испытания не проводятся в случаях не пересечения по причинам, не поменьше, чем непонимание правил (например, в случае столкновения).
  5. Начните первое практическое испытание.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Первое испытание практики должно быть без каких-либо транспортных средств для участника, чтобы привыкнуть к ходьбе в виртуальной реальности настройки.
    1. Сообщите участнику, что первое практическое испытание будет происходить без каких-либо транспортных средств.
    2. Поручите участнику смотреть прямо вперед.
    3. Введите номер конфигурации первой практики в текстовом поле в нижней части экрана.
    4. Нажмите кнопку "Начать" в нижней части экрана.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Программа должна отображать реалистичную настройку, изображенную на рисунке 1С на экране.
    5. Сообщите участнику, чтобы подготовиться, услышав "Готов" и начать ходить, услышав "Go". Дайте словесные сигналы "Готов" и "Иди".
  6. Второе практическое испытание
    ПРИМЕЧАНИЕ: Второе испытание практики должно ввести транспортные средства без ходьбы. Направление зрения виртуальной реальности меняется по мере того, как голова участника поменяется.
    1. Поручить участнику этого процесса, на словесный сигнал "Go", смотреть влево и одновременно сделать небольшой шаг вперед, но не идти вперед дальше. Вместо этого участник должен наблюдать за транспортными средствами, проехав мимо.
    2. Ввените номер конфигурации второй пробной версии в текстовое поле и нажмите кнопку "Начать", предоставив устные сигналы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Транспортные средства начинают двигаться по мере того, как участник начинает движение.
  7. Третий практический процесс
    ПРИМЕЧАНИЕ: Третье практическое испытание должно быть похоже на экспериментальные конфигурации, но с мягкими условиями пересечения.
    1. Сообщите участнику, что 1) третье практическое испытание будет включать два транспортных средства, и ближайшие с левой стороны, и 2) он / она должны попытаться пересечь дорогу между двумя транспортными средствами.
    2. Введите третий номер пробной практики в текстовом поле, предоставив устный сигнал.
    3. Нажмите кнопку "Начать" и начните судебное разбирательство, предоставив устные сигналы.

5. Виртуальный эксперимент ходьбы

  1. Подтвердите, что участник понимает экспериментальную задачу и способен ее выполнить.
  2. Когда участник будет готов, ввените первый номер конфигурации из листа данных на текстовом поле и нажмите кнопку "Начать".
  3. Выполните моделирование, как это было сделано в заключительном практическом испытании.
    ПРИМЕЧАНИЕ: В конце каждого испытания пересечения, программа отображает "S", "F", или "C", в зависимости от того, является ли результат успешного пересечения (т.е. участник пересекает другую сторону улицы без столкновений), не переход (участник не пересекает другую сторону), или столкновения (участник имеет контакт с транспортным средством), соответственно.
  4. Завехать результат рядом с номером конфигурации на листе данных.
  5. Повторите для всех конфигураций на листе данных и завершить эксперимент.

6. Экспорт и анализ данных

  1. Извлекаем файлы данных для анализа. Программное обеспечение симулятора ходьбы экономит каждый запуск в качестве файла электронной таблицы в папке "Данные".
  2. Анализ данных с помощью предпочтительных инструментов. Выходные данные засовывят позиции и скорости ходока и транспортных средств в качестве часовой серии. Используйте эти данные для анализа движений участников и зависимости от условий дорожного движения.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Тренажер для ходьбы может быть использован для изучения поведения пешехода при манипулировании первоначальным расстоянием от бордюра до точки перехвата и характеристиками зазора (т.е. разрывом и размерами транспортного средства). Метод виртуальной среды позволяет манипулировать характеристиками зазора, чтобы понять, как динамически изменяющиеся условия пересечения влияют на поведение детей и молодых людей на пересечении дорог.

Количественный профиль скорости и положение пересечения в пределах ...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Предыдущие исследования использовали тренажеры с прогнозируемымиэкранами 16,17, но этот протокол улучшает экологическую действительность через полностью захватывающий виртуальный вид (т.е. 360 градусов). Кроме того, требование к участникам ходить по беговой дорожке позволяет изумить, как дети и молодые взрослые калибруют свои действия в меняющейся среде. Виртуальная сцена этого экспериментального дизайна изменяется одновременно с движениями участников, и транспор...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

Авторов нечего раскрывать.

Благодарности

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

Корейский институт финансировал эту работу для развития технологий и Министерства торговли, промышленности и энергетики (грант No 10044775).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Индивидуальная беговая дорожкаКунсанБеговая дорожка, созданная для этого исследования
Настольный ПКНесколько компанийСтандартный настольный ПК
Oculus Rift Development KitOculus VR, LLCDK1Гарнитура виртуальной реальности
Программное обеспечение для симулятора ходьбы Программное обеспечениеНационального университетаПрограммное обеспечение, разработанное для этого эксперимента
Национальный университет Кунсан

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Bastin, J., Craig, C., Montagne, G. Prospective strategies underlie the control of interceptive actions. Human Movement Science. 25 (6), 718-732 (2006).
  2. Bastin, J., Fajen, B., Montagne, G. Controlling speed and direction during interception: An affordance-based approach. Experimental Brain Research. 201 (4), 763-780 (2010).
  3. Chardenon, A., Montagne, G., Laurent, M., Bootsma, R. J. A Robust Solution for Dealing With Environmental Changes in Intercepting Moving Balls. Journal of Motor Behavior. 37 (1), 52-64 (2005).
  4. Lenoir, M., Musch, E., Thiery, E., Savelsbergh, G. J. P. Rate of change of angular bearing as the relevant property in a horizontal intercepting task during locomotion. Journal of Motor Behavior. 34 (4), 385-401 (2002).
  5. Oxley, J. A., Ihsen, E., Fildes, B. N., Charlton, J. L., Day, R. H. Crossing roads safely: an experimental study of age differences in gap selection by pedestrians. Accident Analysis & Prevention. 37 (5), 962-971 (2005).
  6. Chihak, B. J., et al. Synchronizing self and object movement: How child and adult cyclists intercept moving gaps in a virtual environment. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 36, 1535-1552 (2010).
  7. te Velde, A. F., van der Kamp, J., Savelsbergh, G. J. Five-to twelve-year-olds' control of movement velocity in a dynamic collision avoidance task. British Journal of Developmental Psychology. 26 (1), 33-50 (2008).
  8. Simpson, G., Johnston, L., Richardson, M. An investigation of road crossing in a virtual environment. Accident Analysis & Prevention. 35 (5), 787-796 (2003).
  9. Lee, D. N., Young, D. S., McLaughlin, C. M. A roadside simulation of road crossing for children. Ergonomics. 27 (12), 1271-1281 (1984).
  10. Oudejans, R. R., Michaels, C. F., van Dort, B., Frissen, E. J. To cross or not to cross: The effect of locomotion on street-crossing behavior. Ecological Psychology. 8 (3), 259-267 (1996).
  11. Grechkin, T. Y., Chihak, B. J., Cremer, J. F., Kearney, J. K., Plumert, J. M. Perceiving and acting on complex affordances: How children and adults bicycle across two lanes of opposing traffic. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 39 (1), 23-36 (2013).
  12. O'Neal, E. E., et al. Changes in perception-action tuning over long time scales: How children and adults perceive and act on dynamic affordances when crossing roads. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 44 (1), 18-26 (2018).
  13. Savelsbergh, G. J. P., Rosengren, K. S., Van der Kamp, J., Verheul, M. H., et al. Catching action development. The development of movement coordination in children. Application in the field of sport, ergonomics and health sciences. Savelsbergh, G. J. P., et al. , Taylor & Francis Group. 191-212 (2003).
  14. Plumert, J. M., Kearney, J. K. Timing Is Almost Everything: How Children Perceive and Act on Dynamic Affordances. Advances in child development and behavior. 55, 173-204 (2018).
  15. Chung, H. C., Choi, G., Azam, M. Effects of Initial Starting Distance and Gap Characteristics on Children’s and Young Adults' Velocity Regulation When Intercepting Moving Gaps. Human Factors. , (2019).
  16. Lobjois, R., Cavallo, V. Age-related differences in street-crossing decisions: The effects of vehicle speed and time constraints on gap selection in an estimation task. Accident Analysis & Prevention. 39 (5), 934-943 (2007).
  17. Lobjois, R., Cavallo, V. The effects of aging on street-crossing behavior: from estimation to actual crossing. Accident Analysis & Prevention. 41 (2), 259-267 (2009).
  18. Yu, Y., Chung, H. C., Hemingway, L., Stoffregen, T. A. Standing body sway in women with and without morning sickness in pregnancy. Gait & Posture. 37 (1), 103-107 (2013).
  19. Stoffregen, T. A., Smart, L. J. Postural instability precedes motion sickness. Brain Research Bulletin. 47 (5), 437-448 (1998).
  20. Stoffregen, T. A., Villard, S., Chen, F. C., Yu, Y. Standing posture on land and at sea. Ecological Psychology. 23 (1), 19-36 (2011).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Исправление

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

Formal Correction: Erratum: Using a Virtual Reality Walking Simulator to Investigate Pedestrian Behavior
Posted by JoVE Editors on 10/08/2020. Citeable Link.

An erratum was issued for: Using a Virtual Reality Walking Simulator to Investigate Pedestrian Behavior. An affiliation was updated.

The first affiliation was updated from:

Department of Sports Science, Kunsan National University

to:

Department of Sport and Exercise Sciences, Kunsan National University

Теги

Похожие статьи