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Medicine

Développement d'un environnement Audio-based jeux virtuels pour aider avec des compétences de navigation dans les aveugles

doi: 10.3791/50272 Published: March 27, 2013

Summary

Simulateur de l'environnement Audio-based (ABES) est un logiciel environnement virtuel conçu pour améliorer les compétences réelles de navigation dans le monde aveugle.

Abstract

Simulateur de l'environnement Audio-based (ABES) est un logiciel environnement virtuel conçu pour améliorer les compétences réelles de navigation dans le monde aveugle. En utilisant uniquement des signaux audio motivée et indiquer, dans le cadre d'une métaphore du jeu vidéo, les utilisateurs de recueillir des informations pertinentes en ce qui concerne la disposition spatiale d'un bâtiment. Cela permet à l'utilisateur de développer une carte spatiale précise cognitive d'un vaste espace à trois dimensions qui peuvent être manipulés à des fins d'une tâche de navigation intérieure réelle. Après le jeu, les participants sont ensuite évalués sur leur capacité à naviguer à l'intérieur du bâtiment cible physique représentée dans le jeu. Les résultats préliminaires suggèrent que les premiers utilisateurs aveugles ont pu acquérir des informations pertinentes au sujet de la disposition spatiale d'un bâtiment précédemment inconnu indexés par leur performance sur une série de tâches de navigation. Ces tâches comprennent la recherche de chemins à travers le bâtiment virtuel et physique, ainsi que d'une série de tâches drop off. Nous constatons que l'immersionet la nature hautement interactive du logiciel Abes semble grandement participer à l'utilisateur aveugle à explorer activement l'environnement virtuel. Les applications de cette approche peut s'étendre à de plus grandes populations de personnes ayant une déficience visuelle.

Introduction

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Trouver son chemin dans un environnement inconnu se présente comme un défi important pour les aveugles. Naviguer avec succès nécessite une compréhension des relations spatiales qui existent entre soi-même et les objets de la 1,2 'environnement. La représentation mentale qui décrit l'espace environnant est considéré comme une carte cognitive spatiale 3. Les personnes aveugles peuvent recueillir des informations pertinentes en ce qui concerne l'espace leur environnement par le biais d'autres canaux sensoriels (tels que les prothèses) permettant la génération d'une carte précise cognitive spatiale aux fins de véritables tâches de navigation monde 4,5.

Un intérêt considérable a surgi concernant le potentiel éducatif des environnements virtuels et de jeux vidéo d'action comme un moyen d'apprendre et de maîtriser les compétences de 6-9. En effet, de nombreuses stratégies et approches ont été développées pour les aveugles à cet effet (voir 4,10-12). Nous avons développé AudiSimulateur o Environnement basé (ABES), une centrée sur l'utilisateur audio basé sur environnement virtuel qui permet une navigation simulée et l'exploration d'un bâtiment existant physique. Dessin de plans d'étage architecturaux originaux, un rendu virtuel d'un moderne bâtiment de deux étages (situé au centre de Carroll pour les aveugles; Newton, MA) ont été générés avec le logiciel ABES (figures 1A et B). Abes intègre une métaphore jeu d'action avec un principe visant à promouvoir l'exploration complète de l'espace de construction. En utilisant de simples touches et les indices sonores spatialisés, les utilisateurs à naviguer et à explorer l'ensemble du bâtiment pour recueillir un maximum de joyaux cachés dans les différentes pièces. Les utilisateurs doivent éviter les monstres itinérants qui peuvent les emporter et de les cacher ailleurs dans le bâtiment (figure 1C).

Nous démontrons que l'interaction avec l'ABES permet à un utilisateur aveugle pour générer une carte spatiale cognitive précise d'un bâtiment cible basée sur une information auditivecquired dans le cadre d'un jeu d'action métaphore. Ceci est confirmé par une série de post-formation des tests de performance de comportement visant à évaluer le transfert de l'information spatiale acquis auprès d'un environnement virtuel pour une tâche de navigation dans le monde réel et à grande échelle à l'intérieur (voir la figure 2 pour la conception de l'étude). Nos résultats montrent que les utilisateurs aveugles sont capables de naviguer avec succès dans un bâtiment pour lequel ils étaient précédemment inconnus, malgré le fait qu'à aucun moment ils ont été informés de l'objectif global de l'étude, ils ne se sont chargés de rappeler la disposition spatiale de la la construction tout en jouant.

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Protocol

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1. Profil démographique des participants

Il s'agit d'une étude en cours qui recrute des aveugles participants hommes et femmes âgés de 18-45 ans. Tous les participants sont légalement aveugle d'apparition précoce (documenté avant l'âge de 3) et des étiologies oculaires. Aucun des participants à l'étude étaient auparavant familier avec la structure spatiale de l'édifice physique cible.

2. Préparation et familiarisation avec l'ABES

  1. Fournir aux participants un bandeau et écouteurs pour être porté tout au long du processus de formation et d'évaluation. Veiller à ce que le bandeau est confortablement placé sur les yeux et les écouteurs sont correctement orientés et positionnés sur les oreilles (c.-à-parleur gauche sur l'oreille gauche).
  2. Participant train comment utiliser les touches assignées et de l'information représentée par les signaux audio dans ABES. Utilisation frappes spécifiques (figure 3), un utilisateur navigue à travers et explore l'construire virtuellement (aller de l'avant, à droite ou à gauche). Chaque étape correspond approximativement à une étape virtuel dans le bâtiment physique réel.
  3. Familiariser avec les règles et principe du jeu.
  4. Familiariser avec des signaux sonores spécifiques pour le jeu (par exemple le son de bijoux de localisation et de sons de monstres à proximité). Lorsque l'utilisateur navigue à travers le bâtiment, auditif contextuelle et l'information spatiale est acquise séquentiellement et est mis à jour dynamiquement. L'information spatiale et de la situation est basée sur des indices iconiques et sonores spatialisées fournies après chaque mesure prise. L'orientation est basée sur les caps compas cardinaux (par exemple, «nord» ou «est») et du texte par synthèse vocale (TTS) est utilisé pour fournir de plus amples informations concernant l'emplacement actuel de l'utilisateur, l'orientation et la position (par exemple, «vous êtes dans le couloir du premier étage, face à l'ouest ") ainsi que l'identité des objets et obstacles dans leur chemin d'accès (par exemple," c'est une porte »). Distance indices sont fournis sur la base on moduler l'intensité du son. La localisation spatiale des sons est mis à jour pour correspondre rubrique égocentrique de l'utilisateur. Essentiellement, le logiciel est conçu pour lire un fichier audio appropriée en fonction de l'emplacement et égocentrique tête de l'utilisateur et assure le suivi de la position de l'utilisateur qui se déplacent dans l'environnement. Par exemple, si une porte se trouve sur le côté droit de la personne, le bruit de cognement se fait entendre dans l'oreille droite de l'utilisateur (le logiciel joue un fichier audio d'un bruit de cognement dans le canal droit). Si la personne se tourne maintenant autour de 180 degrés, de sorte que la même porte est maintenant situé sur le côté gauche, le même son de cognement est maintenant entendu dans le canal gauche (c'est à dire le logiciel joue un fichier audio d'un bruit de cognement dans le canal gauche). Enfin, si l'utilisateur fait face à la porte, le même son se fait entendre frapper dans les deux oreilles à parts égales. En gardant la trace de la position à égocentrique de l'utilisateur, le logiciel peut lire les sons localisés spatiales appropriées qui permettent d'identifierla présence et la localisation des objets et de garder trace de ces changements que l'utilisateur se déplace dans l'environnement virtuel. Voir la Figure 4.

3. La formation et le jeu avec l'ABES (3 sessions d'une durée 30 minutes pour un total de 1,5 h)

  1. Permettre jeu gratuit jouer et noter toutes les difficultés et les défis (à savoir l'utilisation de touches, des signaux sonores, les zones de navigation difficile). Le renforcement positif et les éclaircissements sont fournis à la fin de chaque session de formation.
  2. Les performances du jeu d'enregistrement (par exemple le nombre, le temps et le lieu où un participant trouve un bijou).

4. Évaluer la performance des tâches de navigation virtuelle

  1. Expliquez aux participants les détails de l'essai et de fournir des instructions sur la façon de remplir les tâches de navigation virtuelle. Le participant devra compléter 10 tâches de navigation prédéterminées présentés de manière séquentielle à l'aide du logiciel ABES (une fois la participationPantalon achève avec succès la première tâche, l'ordinateur va automatiquement re-localiser le point de départ de la tâche suivante).
  2. Informer le participant qu'ils auront un maximum de 6 min pour effectuer chaque tâche de navigation.
  3. 10 chemins de navigation virtuelle de difficulté comparable (distance parcourue et le nombre de tours) sont choisis en fonction de paires prédéterminées de 10 démarrage et d'arrêt emplacements (chambres par exemple). Plus précisément, la série de mesures nécessaires pour naviguer sur la route cible à distance entre 25-35 étapes (dans l'environnement virtuel) et incorporés entre 3-4 tours de 90 degrés.
  4. Chargez les 10 paires de navigation dans Abes pour la présentation automatisée et la saisie des données de performance.
  5. Les mesures de résultats sont automatiquement enregistrés à l'aide du logiciel interne ABES. Les mesures de résultats sont: la réussite de la tâche de navigation et le temps pris pour atteindre l'objectif. Voir la figure 5A.
  6. Instructions describing l'emplacement de départ et la destination cible sont fournies automatiquement par le logiciel ABES au début de chaque tâche. Le chronométrage commence immédiatement après le sujet prend sa première étape virtuelle à partir de l'emplacement de départ et se termine une fois arrivés à l'emplacement cible (sauf si le temps est plus long que 6 min, pour laquelle le point est marqué comme incomplet et le chemin suivant est présenté). Les données capturées sont automatiquement envoyées vers un fichier texte et a ouvert par la suite dans la base de données / logiciel de statistiques pour une analyse ultérieure.

5. Évaluer la performance physique de travail de navigation

  1. Expliquez aux participants les détails de l'essai et de fournir des instructions sur la façon de remplir les tâches de navigation physiques. Le participant devra compléter 10 tâches de navigation prédéterminées (présenté en crypté afin de l'évaluation de la performance virtuelle précédente) et sous la supervision d'un enquêteur expérimenté.
  2. Informer le participant, ils auront un maximum de 6 min pour effectuer chaque tâche de navigation. Pour les besoins de la tâche physique de navigation, le participant est autorisé à utiliser leur canne blanche pour les aides à la mobilité.
  3. 10 chemins de navigation physiques sont choisis en fonction de paires prédéterminées de 10 emplacements de début et d'arrêt (chambres par exemple) de difficulté comparable (distance parcourue et le nombre de tours).
  4. Enquêteur rédige le chronomètre et le presse-papiers avec la liste de tâches de navigation pour la notation manuelle des performances.
  5. Les mesures de résultats sont enregistrés manuellement par l'investigateur. Les mesures de résultats sont: la réussite de la tâche de navigation et le temps pris pour atteindre l'objectif.
  6. "Square-off" du participant (par exemple position du participant à la porte de la position de départ derrière eux). Des instructions décrivant l'emplacement de départ et la destination cible sont fournies par l'investigateur au début de chaque tâche. Le chronométrage commence immédiatement lorsque l'objet takes leur première étape physique de l'emplacement de départ et se termine lorsque le participant signale verbalement arriver à la destination (sauf si le temps est plus long que 6 min, pour laquelle le point est marqué comme incomplet et le chemin suivant est présenté). Les données capturées sont enregistrées manuellement, puis transféré à la base de données / logiciel de statistiques pour une analyse ultérieure. Voir la figure 5B.

6. Évaluer chute physique hors Performance Task

  1. Expliquez aux participants les détails de l'essai et de fournir des instructions sur la façon de remplir la baisse physique sur les tâches de navigation. Le participant devra effectuer 5 tâches de navigation avec les objectifs de quitter le bâtiment en utilisant la route la plus courte possible et sous la supervision d'un enquêteur expérimenté.
  2. Informer le participant qu'ils auront un maximum de 6 min pour effectuer chaque tâche de navigation. Aux fins de la chute physique hors tâche de navigation, le participant est autoriséd'utiliser leur canne blanche pour les aides à la mobilité.
  3. 5 emplacements prédéterminés physiques de départ sont utilisés de telle sorte que les chemins de sortie 3 de longueurs différentes sont possibles.
  4. Enquêteur rédige le chronomètre et le presse-papiers avec la liste de tâches de navigation pour la notation manuelle des performances.
  5. Les mesures de résultats sont enregistrés manuellement par l'investigateur. Les mesures de résultats sont: la réussite de la tâche de navigation et le temps pris pour atteindre l'objectif. En outre, les chemins sont marqués de telle sorte que le plus court chemin pris est donné le maximum de points (soit 3 pour de plus court chemin, 2 pour le deuxième, 1 pour la plus longue, et 0 pour ne pas être en mesure de terminer la tâche). Voir la figure 5C.
  6. "Square-off" le participant à la première position de départ. Des instructions décrivant l'emplacement de départ sont fournies par l'investigateur au début de chaque tâche. Chronométrage commence dès que le sujet prend sa première étape physique de l'emplacement de départ et se terminelorsque le participant signale oralement à destination à une porte de sortie de l'immeuble (sauf si le temps est plus longue que 6 minutes, pour lequel le point est marqué comme étant incomplète et l'emplacement de début de présentation du prochain). Les données capturées sont enregistrées manuellement, puis transféré à la base de données / logiciel de statistiques pour une analyse ultérieure.

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Representative Results

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Les résultats de trois premiers participants aveugles (âgés entre 19 et 22 ans) sont indiqués (voir le tableau 1 pour les caractéristiques des participants). En résumé, les trois participants ont montré un taux de réussite élevé sur toutes les tâches de navigation trois jeu avec le logiciel ABES. Cela a été confirmé par les scores de performance (moyenne du groupe et individuel) sur les trois tâches comportementales (voir figure 6). Les performances pourcentage de réponses correctes pour le virtuel (moyenne: 90%), suivie par la physique (moyenne: 88,7%) des tâches de navigation illustre un haut niveau de réussite et de performance comparable pour les deux tâches (figure 6A). Performance sur le drop off expériences suggère que les participants ont souvent choisi l'itinéraire le plus court possible pour sortir du bâtiment (note moyenne: 3,0) (figure 6B). Enfin, le temps moyen nécessaire pour accéder à atteindre est affichée pour toutes les tâches de navigation trois est illustré à la figure 6C. Virtual navtemps igation (évaluée en premier) était généralement plus longue (moyenne: 137,3 sec) que physique (73,8 s) des performances de navigation. Les temps courts de navigation moyennes observées dans le drop off tâche (moyenne: 37,3 sec) sont compatibles avec le fait que les participants étaient nombreux à choisir le chemin le plus court possible pour sortir du bâtiment.

L'évaluation des résultats individuels d'une participante à l'étude représentant et route de navigation sur les trois tâches évaluées ont révélé que la navigation virtuelle à partir d'un point de début à la fin situé au premier étage a pris 79 sec (figure 7A; chemin indiqué en jaune). Évaluation de la performance sur le même chemin dans le bâtiment physique a pris 46 secondes (figure 7B). L'évaluation de l'exécution des tâches tombant illustre le fait que le participant a pris le chemin le plus court possible (marquer 3 points et un temps de navigation de prendre 48 sec) (figure 7C).

sujet âge (ans) étiologie de la cécité niveau de la fonction visuelle
1 22 la rétinopathie du prématuré résiduelle (perception de la lumière)
2 19 Anomalie de Peters; bilatérale décollement de la rétine; glaucome au stade terminal profonde (aucune perception de la lumière)
3 19 la rétinopathie du prématuré résiduelle (perception de la lumière)

Tableau 1. Caractéristiques des participants.

Figure 1
Figure 1. Environnement virtuel rendue dans l'ABES. Un original) deux plan d'étage étages. Le bâtiment comprend 23 chambres et une série de corridors reliant ainsi que 3 entrées séparées et 2 cages d'escalier. Compte tenu de la configuration actuelle du territoire, il ya des possibilités entre plusieurs routes pour entrer et sortir du bâtiment, B) rendu virtuel de bâtiment cible dans ABES, C) des objets rencontrés lors de la lecture en mode de jeu ABES. Cliquez ici pour agrandir la figure .

Figure 2
Figure 2. Conception de l'étude globale. Tous les participants suivent une formation fixe et période de jeu avec l'ABES, suivie d'une série d'évaluations de navigation (toujours dans l'ordre séquentiel). Les évaluations de la performance comprennent virtuel, physique et déposer tâches de navigation.

s "> Figure 3
Figure 3. Frappes ABES.

Figure 4
Figure 4. Participants à la formation et le jeu avec l'ABES. A) assis devant un ordinateur portant un casque bandeau et une chaîne stéréo. B) Photo d'un enquêteur avec une participante à l'étude.

Figure 5
Figure 5. Résumé des évaluations des tâches de navigation. A-Data) Capture à partir de l'évaluation chemin d'accès virtuel de navigation. Les points de début et de fin sont lues au participant et le chemin suivant est chargé automatiquement après l'achèvement. Le chemin emprunté (en jaune) et le tempsà la cible sont collectées automatiquement par le logiciel. B) Chercheur évalue la performance dans une tâche de navigation physique. Timing (à l'aide d'un chronomètre) commence par la première étape du participant et se termine lorsque le participant relève d'arriver au point final cible. C) Exemple de parcours et la stratégie de marque pour drop off tâche de navigation. Il ya trois portes de sortie et donc plusieurs voies possibles pour sortir de l'immeuble. Sur la base du point de départ, le chemin emprunté (en jaune) est marqué. Trois (3) points sont donnés pour l'utilisation la plus courte sortie, suivi par 2 et 1 point (un score de zéro indique incapable de trouver une sortie). Cliquez ici pour agrandir la figure .

Figure 6
Figure 6. Synthèse des résultats des évaluations des tâches de navigation. Résultats (les moyennes de groupe et les résultats individuels de 10 routes de navigation testés) à partir de 3 participants représentatifs de l'étude sont présentés en pourcentage de performance. A) correct pour le virtuel suivi par les tâches de navigation physiques. Résultats de performance B) ( nombre moyen de points) sur une chute de tâches. C) Délai moyen de naviguer à atteindre est affichée pour les trois évaluations de navigation. Cliquez ici pour agrandir la figure .

Figure 7
Figure 7. Les résultats individuels de l'évaluation des tâches de navigation. Résultats représentatifs sont présentés d'une participante à l'étude surles trois tâches de navigation évalué. A) navigation virtuelle (chemin indiqué sur le jaune). B) l'évaluation de la performance sur le même chemin dans le bâtiment physique. C) évaluation d'un drop off tâche illustre le fait que le participant a pris le chemin le plus court possible. Les voies alternatives potentielles (pointillés jaunes) et valeur du score par rapport au point de départ donné sont également indiquées. Cliquez ici pour agrandir la figure .

Film Supplmental 1. Vidéo supplémentaire du jeu de jeux vidéo commentée. Séquence vidéo montrant un joueur (icône jaune en mouvement) entrant dans une chambre située au premier étage où un joyau caché. Sons spatialisés (canaux gauche et droit) permettent au joueur d'orienter et d'identifier l'emplacement des objets (par exemple portes et les obstacles) dans leur environnement immédiat. Une fois un bijou est trouvé, le player quitte le bâtiment et ils doivent éviter les monstres errants (rouges icônes animées). Le joueur continue alors à explorer le bâtiment (premier et deuxième étage) pour trouver des bijoux les plus cachés. Cliquez ici pour voir le film supplémentaire .

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Discussion

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Nous décrivons une audio interactif basé sur simulateur d'environnement virtuel conçu pour améliorer la prise de conscience générale du territoire et les compétences de navigation à l'aveugle. Nous démontrons que l'interaction avec l'ABES donne des indices précis qui décrivent les relations spatiales entre les objets et la disposition générale de l'environnement cible. Les utilisateurs aveugles peuvent générer des cartes cognitives spatiales précises sur la base de ces informations auditives et en interagissant avec l'environnement virtuel immersif. En outre, l'interaction avec l'ABES dans le cadre d'une métaphore du jeu démontre que les constructions spatiales cognitives peuvent être apprises implicitement et non simplement par l'interaction causale avec le logiciel. Comme démontré dans cette phase initiale de l'étude, la nature interactive et immersive du jeu peut améliorer la perception spatiale de l'individu d'un nouvel environnement, de fournir une plate-forme pour la création d'une carte spatiale cognitive précise, et peut réduire l'insécurité associée à indépendancest la navigation avant d'arriver à un bâtiment inconnu.

En règle générale, les personnes ayant une déficience visuelle peuvent accéder à l'indépendance fonctionnelle grâce à l'orientation et à la mobilité (O & M) de formation. Il est cependant important que les stratégies de formation rester souple et adaptable afin qu'ils puissent être appliqués à des situations nouvelles et peu familières et adaptées aux points forts d'une personne et les faiblesses afin de répondre à leurs défis particuliers, des besoins et des stratégies d'apprentissage. L'utilisation créative des environnements interactifs virtuels de navigation tels que ABES peut offrir cette souplesse et de compléter actuelle O & M cursus de formation. Ce logiciel représente une stratégie d'appoint qui non seulement s'appuie sur les avantages de la motivation d'entraînement élevée, mais fournit également une plate-forme d'essai pour procéder à des études plus contrôlées et quantifiables pour tester et valider l'efficacité de ces approches de formation.

Les enquêtes actuelles et futuresinclure une étude à grande échelle, où les participants sont randomisés pour différentes méthodes de formation (par exemple les jeux par rapport à l'apprentissage route directe de série) et de navigation (itinéraire constatation par exemple) les performances seront comparées. Nous allons également étudier les différences entre aveugles précoces et tardives ainsi que la relation entre les facteurs d'intérêt supplémentaires, notamment l'âge et le sexe.

Enfin, étant donné le caractère apparemment d'engagement de cet environnement virtuel et l'approche combinée de jeu, il serait également intéressant d'étudier les avantages potentiels de l'ABES sur le développement des habiletés de navigation dans les personnes aveugles au-delà du profil décrit ici. Par exemple, la plus grande (et la plus forte croissance) segment de déficience visuelle est dans le vieillissement de la population et les tendances actuelles devraient augmenter 13. Ainsi, il semble très pertinent pour étudier l'efficacité de cette approche pour l'acquisition non-visuelle de l'information spatiale soutenir navigation compétences dans ce groupe démographique. Étant donné que l'ABES est une approche basée sur l'ordinateur, il est difficile de spéculer à ce stade sur son efficacité en matière de non-numériques natifs. Dans le même esprit, l'ABES en développement à façon qui pourraient y être assujetties à des personnes ayant une vision résiduelle (c.-basse vision) pourrait également être utile. Étant donné que la majorité des personnes qui sont légalement aveugle baisse dans cette catégorie 13, la formation dans les environnements virtuels avant un voyage physique réel peut également être utile pour planifier des itinéraires et d'éviter les difficultés liées à la tente d'accéder à l'information dans un environnement inconnu. En ce sens, le travail en cours vise à développer des fonctionnalités telles que le zoom ABES (c.-à-grossissement élevé) et un affichage haute contraste pour aider les personnes ayant une basse vision.

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Disclosures

Les auteurs déclarent aucun conflit d'intérêts.

Acknowledgments

Les auteurs tiennent à remercier Rabih Dow, Padma Rajagopal, Molly Connors et le personnel du Centre de Carroll pour les aveugles (Newton MA, USA) pour leur soutien dans la réalisation de cette recherche. Ce travail a été soutenu par la subvention du NIH / NEI: RO1 EY019924.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Laptop computer Laptop used exclusively for training participants and collecting data
Stereo Head phones (fully enclosed circumaural design) Worn by all participants during training
Blindfold Worn by all participants during training and testing

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References

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Connors, E. C., Yazzolino, L. A., Sánchez, J., Merabet, L. B. Development of an Audio-based Virtual Gaming Environment to Assist with Navigation Skills in the Blind. J. Vis. Exp. (73), e50272, doi:10.3791/50272 (2013).More

Connors, E. C., Yazzolino, L. A., Sánchez, J., Merabet, L. B. Development of an Audio-based Virtual Gaming Environment to Assist with Navigation Skills in the Blind. J. Vis. Exp. (73), e50272, doi:10.3791/50272 (2013).

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