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Sviluppo di un audio-based ambiente di gioco virtuale per assistere con doti di navigazione in the Blind

doi: 10.3791/50272 Published: March 27, 2013

Summary

Audio-based Simulator Ambiente (Abes) è un software ambiente virtuale progettato per migliorare le reali doti di navigazione mondiali nel cieco.

Abstract

Audio-based Simulator Ambiente (Abes) è un software ambiente virtuale progettato per migliorare le reali doti di navigazione mondiali nel cieco. Utilizzando solo segnali audio based e si inserisce nel contesto di una metafora videogioco, gli utenti di raccogliere informazioni pertinenti riguardanti il ​​layout dello spazio di un edificio. Questo consente all'utente di sviluppare una accurata mappa spaziale cognitiva di un grande spazio tridimensionale che può essere manipolata per fini di un compito reale navigazione interna. Dopo il gioco, i partecipanti vengono valutati sulla loro capacità di navigare all'interno del palazzo di destinazione fisica rappresentata nel gioco. I risultati preliminari indicano che i primi utenti non vedenti sono in grado di acquisire le informazioni utili per quanto riguarda la disposizione spaziale di un edificio in precedenza sconosciuto, come indicizzato da loro prestazioni su una serie di compiti di navigazione. Questi compiti inclusi percorso trovando attraverso l'edificio virtuale e fisico, nonché una serie di drop off compiti. Troviamo che la coinvolgentee la natura altamente interattivo del software Abes sembra coinvolgere notevolmente l'utente non vedente di esplorare attivamente l'ambiente virtuale. Le applicazioni di questo approccio può estendersi ai più grandi popolazioni di individui con disabilità visive.

Introduction

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Orientarsi in un ambiente sconosciuto si presenta come una sfida significativa per i non vedenti. Navigazione con successo richiede una comprensione delle relazioni spaziali esistenti tra se stessi e gli oggetti del 1,2 ambiente. La rappresentazione mentale che descrive lo spazio circostante viene indicato come una mappa cognitiva del territorio 3. Persone non vedenti in grado di raccogliere informazioni spaziali rilevanti per quanto riguarda l'ambiente circostante tramite altri canali sensoriali (ad esempio l'udito) che consentono la generazione di una precisa mappa spaziale cognitiva ai fini delle funzioni reali di navigazione del mondo 4,5.

Notevole interesse è sorta per quanto riguarda il potenziale educativo degli ambienti virtuali e videogiochi d'azione come mezzo per imparare e padroneggiare le abilità di 6-9. In effetti, molte strategie e gli approcci sono stati sviluppati per i non vedenti per questo scopo (cfr. 4,10-12). Abbiamo sviluppato Audio basata Simulator Ambiente (Abes), un utente-centrico audio-based ambiente virtuale che permette la navigazione simulata e l'esplorazione di un edificio esistente fisico. Attingendo originali planimetrie architettoniche, una rappresentazione virtuale di un moderno edificio a due piani (che si trova presso il Centro Carroll per i ciechi, Newton, MA) è stato generato con il software Abes (Figure 1A e B). Abes incorpora una metafora gioco d'azione con una premessa progettato per promuovere l'esplorazione completa dello spazio dell'edificio. Utilizzo di semplici combinazioni di tasti e spunti sonori spazializzati, gli utenti a navigare ed esplorare l'intero edificio di raccogliere un numero massimo di gioielli nascosti nelle varie stanze. Gli utenti devono evitare di vagante mostri che li può portare via e nasconderli altrove nell'edificio (Figura 1C).

Abbiamo dimostrato che l'interazione con Abes consente a un utente non vedente per generare una accurata mappa spaziale cognitiva di un edificio di destinazione sulla base di informazioni uditive uncquired nel contesto di una metafora gioco d'azione. Ciò è confermato da una serie di post-formazione test di performance comportamentali destinati a valutare il trasferimento delle informazioni spaziali acquisite da un ambiente virtuale di un mondo reale e su larga scala attività di navigazione interna (vedere la figura 2 per il disegno generale dello studio). I nostri risultati mostrano che gli utenti non vedenti sono in grado di navigare con successo all'interno di un edificio per il quale erano in precedenza sconosciuta, nonostante il fatto che in nessun momento erano informati dello scopo generale dello studio, né erano istruiti a ricordare la disposizione spaziale del costruire durante il gioco.

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Protocol

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1. Partecipanti Popolazione

Si tratta di un continuo studio che recluta ciechi partecipanti uomini e donne di età compresa tra 18-45 anni. Tutti i partecipanti sono legalmente cieco di esordio precoce (documentato prima dell'età di 3) e di varie eziologie oculari. Nessuno dei partecipanti allo studio erano precedentemente familiarità con la disposizione spaziale dell'edificio bersaglio fisico.

2. Preparazione e familiarizzazione con Abes

  1. Fornire il partecipante con gli occhi bendati e le cuffie da indossare tutto il processo di formazione e di valutazione. Assicurarsi che la benda è comodamente posizionato sopra gli occhi e le cuffie siano correttamente orientati e posizionati sopra le orecchie (cioè altoparlanti sinistro sopra l'orecchio sinistro).
  2. Partecipante treno come utilizzare i tasti assegnati e le informazioni rappresentate dai segnali audio in Abes. Utilizzo di specifiche combinazioni di tasti (figura 3), un utente tramite e esplora ilcostruire virtualmente (muovendosi in avanti, a destra oa sinistra). Ogni passo virtuale si avvicina di un passo nella struttura fisica reale.
  3. Familiarizzare con le norme e premessa del gioco.
  4. Familiarizzare con segnali audio specifici per il gioco (ad esempio, il suono di gioielli localizzazione e suono di mostri nelle vicinanze). Mentre l'utente naviga attraverso l'edificio, uditivo-based e contestuale informazione spaziale viene acquisita in sequenza e viene aggiornato dinamicamente. Informazione spaziale e situazionale si basa su segnali audio spazializzato iconici e forniti dopo ogni passo compiuto. Orientamento si basa su voci bussola cardinali (ad esempio, "del nord" o "est") e il testo attraverso speech (TTS) è usato per fornire ulteriori informazioni sulla posizione corrente di un utente, l'orientamento e la direzione (ad esempio "si è nel corridoio al primo piano, esposto ad ovest "), così come l'identità di oggetti e ostacoli nel loro percorso (ad esempio," si tratta di una porta "). Distanza spunti sono forniti sulla base on intensità del suono modulante. La localizzazione spaziale dei suoni viene aggiornata in modo che corrisponda egocentrica voce dell'utente. Essenzialmente, il software è progettato per riprodurre un file audio appropriato in funzione della posizione e egocentrica voce dell'utente e registra la posizione dell'utente mentre si muovono attraverso l'ambiente. Ad esempio, se una porta si trova sul lato destro della persona, il suono è sentito bussare all'orecchio destro dell'utente (cioè il software svolge un file audio di un suono bussare nel canale destro). Se la persona si rivolge ora intorno a 180 gradi in modo che la porta stessa si trova ora sul lato sinistro, lo stesso suono bussare è ora ascoltato nel canale sinistro (cioè il software svolge un file audio di un suono bussare nel canale sinistro). Infine, se l'utente si trova di fronte alla porta, lo stesso suono bussare si sente allo stesso modo in entrambe le orecchie. Per tenere traccia di voce egocentrico dell'utente, il software in grado di riprodurre i suoni appropriati spaziali localizzate che identificanola presenza e la posizione di oggetti e tenere traccia di questi cambiamenti come l'utente si muove attraverso l'ambiente virtuale. Vedere la Figura 4.

3. Formazione e Gioco con Abes (3 sessioni ciascuna della durata 30 minuti per un totale di 1,5 ore)

  1. Consentire gioco libero gioco e prendete nota di eventuali difficoltà e le sfide (cioè l'uso di combinazioni di tasti, segnali audio, le aree di navigazione difficile). Il rinforzo positivo e chiarimenti sono disponibili alla fine di ogni sessione di allenamento.
  2. Gioco Prestazioni da record (ad esempio, numero, tempo e luogo in cui un partecipante si trova un gioiello).

4. Valutare virtuale prestazioni dell'attività di navigazione

  1. Spiegate ai partecipanti i dettagli della prova e di fornire istruzioni su come completare le attività di navigazione virtuale. Il partecipante completerà 10 attività di navigazione prestabiliti presentati in sequenza utilizzando il software Abes (vale a dire una volta che la partecipazionepant completa con successo il primo compito, il computer verrà automaticamente ri-localizzare il punto di partenza del lavoro che segue).
  2. Informare il partecipante che avrà un massimo di 6 minuti per completare ogni attività di navigazione.
  3. 10 percorsi di navigazione virtuale di difficoltà comparabili (cioè la distanza percorsa e il numero di giri) sono scelti sulla base di accoppiamenti predeterminati di 10 posizioni di inizio e fine (ad esempio le camere). Specificamente, la gamma delle fasi necessarie per navigare sulla rotta bersaglio variava tra 25-35 passi (in ambiente virtuale) e incorporati tra 3-4 giri di 90 gradi.
  4. Caricare le 10 coppie di navigazione in Abes per la presentazione automatica e raccolta dati delle prestazioni.
  5. Le misure di outcome sono registrati automaticamente utilizzando il software interno Abes '. Le misure di outcome sono: il completamento del compito di navigazione e tempo impiegato per raggiungere l'obiettivo. Vedere Figura 5A.
  6. Istruzioni describing la posizione di partenza e la destinazione vengono fornite automaticamente dal software Abes all'inizio di ogni attività. La temporizzazione inizia immediatamente una volta che il soggetto prende il loro primo passo virtuale dal punto di partenza e termina una volta arrivati ​​nel percorso di destinazione (a meno che ora richiede più tempo di 6 minuti, per il quale è segnato il percorso in quanto incompleta e il percorso successivo è presentato). I dati acquisiti vengono automaticamente inviati a un file di testo e aperte successivamente nel database / software statistico per ulteriori analisi.

5. Valutare fisica prestazioni dell'attività di navigazione

  1. Spiegate ai partecipanti i dettagli della prova e di fornire istruzioni su come completare le attività di navigazione fisici. Il partecipante completerà 10 attività di navigazione predeterminati (presentati in ordine strapazzate dalla valutazione precedente prestazione virtuale) e sotto la supervisione di un esperto investigatore.
  2. Informare il partecipante avranno un maximassima di 6 minuti per completare ogni attività di navigazione. Ai fini dell'attività fisica di navigazione, il partecipante è permesso di usare il loro bastone bianco per il supporto alla mobilità.
  3. 10 percorsi di navigazione fisici sono scelti sulla base di accoppiamenti predeterminati di 10 posizioni iniziale e di arresto (ad esempio camere) di difficoltà paragonabile (cioè la distanza percorsa e il numero di giri).
  4. Investigator prepara cronometro e appunti con l'elenco delle attività di navigazione per il punteggio manuale delle prestazioni.
  5. Le misure di outcome sono registrati manualmente dallo sperimentatore. Le misure di outcome sono: il completamento del compito di navigazione e tempo impiegato per raggiungere l'obiettivo.
  6. "Square-off" del partecipante (ovvero la posizione del partecipante con la porta del luogo di partenza dietro di loro). Istruzioni descrivono la posizione di partenza e la destinazione sono forniti dal ricercatore all'inizio di ogni attività. La temporizzazione inizia immediatamente una volta che il soggetto Takes il loro primo passo fisico dal punto di partenza e termina quando il partecipante riporta verbalmente arrivare a destinazione (a meno che ora richiede più tempo di 6 minuti, per il quale è segnato il percorso come incompleta e il percorso successivo è presentato). I dati acquisiti vengono registrati manualmente e successivamente trasferiti al database / software statistico per ulteriori analisi. Vedere Figura 5B.

6. Valutare Goccia fisica off performance Task

  1. Spiegate ai partecipanti i dettagli della prova e di fornire istruzioni su come completare il calo fisico off compiti di navigazione. Il partecipante sarà completare 5 compiti di navigazione con gli obiettivi in ​​uscita dell'edificio utilizzando il percorso più breve possibile e sotto la supervisione di un investigatore esperto.
  2. Informare il partecipante che avrà un massimo di 6 minuti per completare ogni attività di navigazione. Ai fini del calo fisico fuori tema di navigazione, il partecipante è consentitodi usare il loro bastone bianco per il supporto alla mobilità.
  3. 5 predeterminate posizioni fisiche iniziali vengono utilizzati in modo tale che tre percorsi di uscita di lunghezze diverse sono possibili.
  4. Investigator prepara cronometro e appunti con l'elenco delle attività di navigazione per il punteggio manuale delle prestazioni.
  5. Le misure di outcome sono registrati manualmente dallo sperimentatore. Le misure di outcome sono: il completamento del compito di navigazione e tempo impiegato per raggiungere l'obiettivo. Inoltre, i percorsi sono segnati in modo tale che il percorso più breve presa è dato il massimo dei punti (cioè 3 per il percorso più breve, 2 per il secondo, 1 per il più lungo, e 0 per non essere in grado di completare l'operazione). Vedi Figura 5C.
  6. "Square-off" il partecipante alla prima posizione di partenza. Istruzioni descrivono la posizione di partenza sono forniti dal ricercatore all'inizio di ogni attività. La temporizzazione inizia immediatamente una volta che il soggetto prende il loro primo passo fisico dal punto di partenza e terminaquando il partecipante riferisce verbalmente arrivando ad una porta d'uscita dell'edificio (meno tempo richiede più di 6 min, per cui è ottenuto il run come incompleta e la posizione di avvio successivo viene presentato). I dati acquisiti vengono registrati manualmente e successivamente trasferiti al database / software statistico per ulteriori analisi.

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Representative Results

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I risultati di tre partecipanti i primi ciechi (di età compresa tra 19 e 22 anni) sono riportati (cfr. tabella 1 per le caratteristiche dei partecipanti). In sintesi, tutti e tre i partecipanti hanno mostrato un alto livello di successo su tutti e tre i compiti di navigazione seguendo gioco con il software Abes. Ciò è stato confermato dal punteggio di prestazione (media di gruppo e individuali) su tutte e tre le attività comportamentali (vedi Figura 6). La performance percentuale corretta per il virtuale (media: 90%) seguito dalla fisica (media: 88,7%) compiti di navigazione illustra un alto livello di successo e prestazioni paragonabili per entrambe le attività (Figura 6A). Prestazioni sul drop off esperimenti suggeriscono che i partecipanti spesso scelto il percorso più breve per uscire dal palazzo (punteggio medio: 3,0) (Figura 6B). Infine, il tempo medio necessario per spostarsi da raggiungere viene visualizzato per tutti e tre i compiti di navigazione è mostrato in Figura 6C. Virtuale navTempo igation (valutate in primis) è stato in genere più lungo (media: 137,3 sec) che fisico (73,8 sec) prestazioni di navigazione. I tempi di navigazione più brevi medi osservati nei menu fuori tema (media: 37,3 sec) sono coerenti con il fatto che i partecipanti potevano scegliere il percorso più breve possibile per uscire dall'edificio.

Valutare i risultati individuali da un partecipante rappresentante studio navigazione di rotte e su tutti e tre i compiti valutati rivelato che la navigazione virtuale da un iniziale a quello finale si trova al primo piano, ha preso 79 secondi (Figura 7A; percorso indicato in giallo). Valutazione delle prestazioni sullo stesso percorso in un edificio fisico ha preso 46 sec (Figura 7B). Valutazione delle prestazioni dell'attività riconsegna dimostra che il partecipante ha preso il percorso più breve possibile (segnando 3 punti e un tempo di navigazione assunzione di 48 sec) (Figura 7C).

soggetto età (anni) eziologia della cecità livello della funzione visiva
1 22 retinopatia della prematurità residua (percezione della luce)
2 19 Peters anomalia; bilaterale distacco di retina, glaucoma allo stadio terminale profonda (senza percezione della luce)
3 19 retinopatia della prematurità residua (percezione della luce)

Tabella 1. Caratteristiche dei partecipanti.

Figura 1
Figura 1. Ambiente virtuale resi in Abes. A) originale a due piani pianta. La struttura comprende 23 camere e di una serie di corridoi di collegamento e di 3 ingressi separati e 2 scale. Dato l'attuale modello spaziale, ci sono possibilità percorso più per entrare e uscire dall'edificio, B) rendering virtuale di edificio a destinazione Abes, C) gli oggetti incontrati durante la riproduzione di Abes in modalità di gioco. Clicca qui per ingrandire la figura .

Figura 2
Figura 2. Studio del progetto globale. Tutti i partecipanti sottoposti a una formazione fissa e giocare periodo di gioco con Abes seguita da una serie di valutazioni di navigazione (sempre in ordine sequenziale). Le valutazioni delle prestazioni sono virtuali, fisici, e per scaricare compiti di navigazione.

s "> Figura 3
Figura 3. Abes tasti.

Figura 4
Figura 4. I partecipanti di formazione e di gioco con Abes. A) sedersi a un terminale di computer che indossa una benda cuffie e stereo. B) Foto di un investigatore con un partecipante allo studio.

Figura 5
Figura 5. Riepilogo delle valutazioni per le attività di navigazione. A) Raccolta dati dal virtuale valutazione il percorso di navigazione. I punti di inizio e di fine vengono letti al partecipante e il percorso successivo viene caricato automaticamente dopo il completamento. Il percorso intrapreso (in giallo) e il tempodi destinazione vengono raccolti automaticamente dal software. B) Investigatore valuta la performance in un compito di navigazione fisico. Timing (utilizzando un cronometro) inizia con il primo passo del partecipante e termina quando il partecipante riferisce ad arrivare al punto finale di destinazione. C) percorso del campione e la strategia di punteggio per drop off attività di navigazione. Ci sono tre porte di uscita e percorsi possibili in tal modo più per uscire dal palazzo. Sulla base del punto di partenza, il percorso seguito (in giallo) viene ottenuto. Tre (3) punti sono dati per l'utilizzo il più breve uscita, seguito da 2 e 1 punto (un punteggio pari a zero indica in grado di trovare una via d'uscita). Clicca qui per ingrandire la figura .

Figura 6
Figura 6. Sintesi dei risultati delle valutazioni delle attività di navigazione. Risultati (medie di gruppo e dei risultati individuali da 10 rotte di navigazione testati) da 3 partecipanti rappresentativi dello studio sono mostrate. A) corretta esecuzione Percentuale per il virtuale seguita dai compiti di navigazione fisici. B) I risultati di performance ( numero medio di punti) il drop off compiti. C) Il tempo medio impiegato per spostarsi da raggiungere viene visualizzato per tutte e tre le valutazioni di navigazione. Clicca qui per ingrandire la figura .

Figura 7
Figura 7. I risultati individuali delle valutazioni delle attività di navigazione. Risultati rappresentativi sono riportati da un partecipante studiotutti e tre i compiti di navigazione valutata. A) navigazione virtuale (percorso indicato sul giallo). B) valutazione della performance sulla stessa via nella costruzione fisica. C) la valutazione di una goccia fuori tema dimostra che il partecipante ha preso il percorso più breve possibile. I percorsi alternativi possibili (giallo linee tratteggiate) e il valore punteggio relativo al dato punto di partenza sono anche mostrati. Clicca qui per ingrandire la figura .

Movie Supplmental 1. Video supplementare di gioco annotato videogioco. Sequenza video che mostra un giocatore (icona gialla in movimento) entra in una stanza situata al primo piano, dove un gioiello è nascosto. Suoni spazializzato (canale sinistro e destro) permettono al giocatore di orientare e di identificare la posizione di oggetti (ad esempio porte e ostacoli) nel loro ambiente circostante. Una volta che un gioiello è trovato, il player esce dalla costruzione e devono evitare i mostri erranti (icone rosse in movimento). Il giocatore quindi continua a esplorare l'edificio (primo e secondo piano) per trovare gioielli più nascosti. Clicca qui per visualizzare filmati supplementare .

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Discussion

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Descriviamo interattiva audio-based simulatore virtuale ambiente progettato per migliorare la generale consapevolezza spaziale e capacità di navigazione in cieco. Abbiamo dimostrato che l'interazione con Abes fornisce indicazioni precise che descrivono le relazioni spaziali tra gli oggetti e la disposizione complessiva dell'ambiente di destinazione. Vedenti possono generare accurati mappe spaziali cognitive basate su tali informazioni uditivo e interagendo con l'ambiente virtuale immersiva. Inoltre, interagendo con Abes nel contesto di una metafora gioco dimostra che costruzioni spaziali cognitive possono essere apprese in modo implicito e piuttosto semplicemente attraverso l'interazione causale con il software. Come dimostrato in questa fase iniziale dello studio, la natura interattiva e coinvolgente del gioco può migliorare la consapevolezza dello spazio individuale di un nuovo ambiente, di fornire una piattaforma per la creazione di una precisa mappa spaziale cognitiva, e può ridurre l'insicurezza associata Indipendent di navigazione prima di arrivare ad un edificio sconosciuto.

In genere, le persone con disabilità visiva possono ottenere l'indipendenza funzionale attraverso l'orientamento e la mobilità (O & M) di formazione. E 'importante, tuttavia, che le strategie di formazione rimanere flessibili e adattabili in modo che possano essere applicate a situazioni nuove e sconosciute e su misura per punti di forza di una persona e di debolezza al fine di affrontare le loro sfide particolari, esigenze e strategie di apprendimento. L'uso creativo di ambienti interattivi di navigazione virtuali come Abes può prevedere questa flessibilità e integrare le attuali O & M curriculum formativo. Questo software rappresenta una strategia aggiuntiva che non solo attinge i vantaggi di alta spinta motivazionale, ma fornisce anche una piattaforma di prova per l'esecuzione di studi più controllati e quantificabili per testare e validare l'efficacia di questi approcci formativi.

Indagini attuali e futuricomprendono un ampio studio in cui i partecipanti sono stati randomizzati a diversi metodi di formazione (ad esempio di gioco rispetto al percorso di apprendimento diretto di serie) e la navigazione (ad esempio constatazione percorso) le prestazioni saranno confrontate. Si esamineranno inoltre le differenze tra ciechi precoce e tardiva, nonché il rapporto tra fattori aggiuntivi di interesse, tra cui l'età e il sesso.

Infine, data la natura apparentemente coinvolgente di questo ambiente virtuale e l'approccio combinato di gioco, sarebbe anche interessante per indagare il potenziale beneficio di Abes sullo sviluppo di abilità di navigazione in individui ciechi al di là del profilo descritto qui. Ad esempio, il più grande (e più rapida crescita), segmento di minorazione visiva è l'invecchiamento della popolazione e le tendenze attuali si prevede un aumento 13. Così, sembrerebbe molto importanti per studiare l'efficacia di questo approccio per la non-visiva acquisizione di informazioni territoriali di supporto navigation competenze di questo gruppo demografico. Dato che Abes è un approccio basato su computer, è difficile ipotizzare in questo momento sulla sua efficacia sulla non nativi digitali. Sulla stessa linea, Abes in via di sviluppo in modo che sarebbero suscettibili di individui con residuo visivo (visione cioè bassa) potrebbe anche essere utile. Dato che la maggior parte degli individui che sono legalmente ciechi rientrano in questa categoria 13, la formazione in ambienti virtuali prima di effettivo spostamento fisico può anche essere di beneficio per pianificare i percorsi ed evitare le difficoltà legati al tentativo di accedere alle informazioni in un ambiente non familiare. In questa direzione, lavori in corso è finalizzato a sviluppare le caratteristiche Abes, come lo zoom (ingrandimento cioè alta) e un display ad alto contrasto per sostenere le persone con problemi di vista.

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Disclosures

Gli autori dichiarano assenza di conflitto di interessi.

Acknowledgments

Gli autori desiderano ringraziare Rabih Dow, Padma Rajagopal, Molly Connors e il personale del Centro di Carroll per i Ciechi (Newton MA, USA) per il supporto nella realizzazione di questa ricerca. Questo lavoro è stato supportato dal NIH / NEI sovvenzione: 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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