Bir insan gözlemcisinin kontrollü fiziksel rotasyonu, belirli deneysel, rekreasyonel ve eğitim uygulamaları için arzu edilir. Bu makale, bir ofis döner sandalyesini sanal gerçeklik ortamında kontrollü fiziksel rotasyon için bir ortama dönüştürmek için bir yöntemi özetlemektedir.
Sanal Gerçeklik (VR) sistemlerinin düşük maliyeti ve kullanılabilirliği, daha doğal, çok duyusal ve sürükleyici koşullar altında algı ve davranışa yönelik araştırmaların yakın zamanda hızlandırılmasını desteklemiştir. VR sistemlerinin kullanımından özellikle yararlanan bir araştırma alanı, çoklu duyusal entegrasyondur, örneğin, kendi kendine hareket duygusuna yol açmak için görsel ve vestibüler ipuçlarının entegrasyonu. Bu nedenle, bir gözlemcinin sanal ortamda kontrollü fiziksel rotasyonu için erişilebilir bir yöntem, yararlı bir yeniliği temsil eder. Bu makale, bir ofis döner sandalyesinin dönüşünü otomatikleştirmek için bir yöntem ve bu hareketi bir VR deneyimine entegre etmek için bir yöntem sunmaktadır. Örnek bir deney kullanılarak, bu şekilde üretilen fiziksel hareketin, bir gözlemcinin görsel deneyimi ile beklentilerle tutarlı bir şekilde bütünleştiği gösterilmiştir; hareket görsel uyaranla uyumlu olduğunda yüksek entegrasyon ve hareket uyumsuz olduğunda düşük entegrasyon.
Birçok ipucu, kendi kendine hareket hissi üretmek için doğal koşullar altında birleşir1. Böyle bir duygu üretmek, birçok rekreasyonel, sağlık ve eğitim VR uygulamasındabir hedeftir 2,3,4,5 ve ipuçlarının kendi kendine hareket hissi vermek için nasıl birleştiğini anlamak, sinirbilimcilerin uzun vadeli bir çabası olmuştur 6,7,8,9,10,11 . Kendi kendine hareket algısı için en önemli üç ipucu sınıfı görsel, vestibüler ve propriyoseptif1’dir. Her üçü de gerçek dünyadaki doğal aktif hareket sırasında uyumlu bir şekilde birleşerek sağlam ve zengin bir kendi kendine hareket hissi sağlar. Her bir ipucu sınıfının rolünü anlamak ve ipuçlarının nasıl birleştiğini anlamak için, araştırmacılar geleneksel olarak deneysel gözlemcileri bir veya daha fazla ipucundan mahrum bırakmış ve / veya birbirleriyle çatışan ipuçları yerleştirmişlerdir 1,12. Örneğin, propriyoseptif ipuçlarının yokluğunda rotasyonel vestibüler ipuçları sağlamak için, bir gözlemci motorlu bir sandalye13,14,15,16 tarafından pasif olarak döndürülebilir. Bu tür pasif hareketin, kendi kendine hareket17’ye çok ikna edici ipuçları sağladığı gösterilmiştir. Bir VR gözlüğü tarafından sağlanan kontrollü görsel ipuçları, sandalye hareketiyle uyumlu veya uyumsuz olabilir veya tamamen mevcut olmayabilir. Propriyoseptif ipuçları, gözlemcinin sandalyeyi kendi gücü altında döndürmesini sağlayarak, örneğin sandalyeyi ayaklarıyla iterek eklenebilir.
Burada sunulan, bir ofis döner sandalyesini, bir gözlemcinin vücudunu fiziksel olarak döndürmek ve bu hareketi görsel (ve potansiyel olarak işitsel) bir sanal deneyime entegre etmek için bir ortama dönüştürmek için bir yöntemdir. Sandalyenin dönüşü gözlemcinin, bir bilgisayar programının veya deneyci gibi başka bir kişinin kontrolü altında olabilir. Gözlemci kontrollü rotasyon, motor tahrikli rotasyonu gözlemcinin el kumandasının konumunun bir fonksiyonu haline getirerek pasif olabilir veya sandalyeyi kapatıp gözlemcinin sandalyeyi kendisinin döndürmesini sağlayarak aktif olabilir.
Ayrıca bu sandalye / VR sistemi için psikofiziksel bir uygulama sunulmaktadır. Bu örnek uygulama, bir gözlemcinin kontrollü pasif rotasyonunun kendi kendine hareket ipuçlarının genel algısal deneyimler üretmek için nasıl etkileşime girdiğini anlamadaki yararlılığını vurgulamaktadır. Özel amaç, uzun süredir çalışılan görsel illüzyon kaynaklı hareket18,19 hakkında fikir edinmekti. İndüklenmiş harekette, sabit veya hareketli bir hedef, hareketli bir arka plandan algısal olarak “itilir”. Örneğin, kırmızı bir hedef nokta sağa doğru hareket eden mavi noktalardan oluşan bir alana karşı dikey olarak yukarı doğru hareket ederse, hedef nokta beklendiği gibi yukarı doğru, aynı zamanda sola doğru, hareketli arka plan20,21 yönünden uzaklaşıyor gibi görünecektir. Amaç, itmenin arka plan hareketinin kendi kendine hareketten kaynaklandığı şeklinde yorumlanmasının bir sonucu olup olmadığını test etmekti22,23.
Bu durumda, arka plan görsel hareketi ile tutarlı fiziksel rotasyonun eklenmesi, arka plan hareketinin sabit bir ortamda kendi kendine dönmeden kaynaklandığına dair daha güçlü bir duyuma yol açmalıdır. Bu da, durağan dünya23’e göre hedef hareketi elde etmek için arka plan hareketini hedef hareketten çıkarma eğilimine yol açmalıdır. Bu artan çıkarma eğilimi, daha fazla algılanan hedef itme ile sonuçlanacaktır. Bunu test etmek için arka plan hareketiyle tutarlı veya tutarsız olan fiziksel kendi kendine dönüş eklendi. Burada sunulan sistem, bu hipotezi test etmek için fiziksel hareketin ve buna karşılık gelen görsel hareketin hassas kontrolüne izin verdi. Örnekte, sandalye hareketi, VR sisteminin el tipi kontrolörünü kullanarak gözlemcinin doğrudan kontrolü altındaydı.
Literatürde 24,25,26,27,28,29 literatüründe çeşitli VR uygulamaları için motorlu döner sandalyelerin birçok örneği olmasına rağmen, yazarlar böyle bir sandalye yapmak ve etkileşimli bir VR deneyimine entegre etmek için kısa bir talimat setinden habersizdir. SwiVRChair29 için, yapı olarak burada sunulana benzeyen ancak farklı bir amaç göz önünde bulundurularak tasarlanmış, yani sandalye hareketinin kullanıcı tarafından ayaklarını yere koyarak geçersiz kılınabileceği bir VR ortamına daldırmayı iyileştirmek için bir bilgisayar programı tarafından yönlendirilecek sınırlı talimatlar mevcuttur. Ticari olarak temin edilebilensandalyelerin 30,31 maliyeti göz önüne alındığında, bir “şirket içi” yapmak bazı araştırmacılar için daha uygun bir seçenek olabilir. Bu durumda olanlar için, aşağıdaki protokol kullanılmalıdır.
Sisteme genel bakış
Protokol, bir ofis sandalyesini elektrikle çalışan döner sandalyeye dönüştürmek ve sandalye hareketini bir VR deneyimine entegre etmek için talimatlardan oluşur. Tüm sistem, tamamlandığında, dört bölümden oluşur: mekanik, elektrik, yazılım ve VR alt sistemleri. Tüm sistemin bir fotoğrafı Şekil 1’de gösterilmiştir. Gösterilen sistem, örnek deneyde kullanılan sistemdi.
Mekanik alt sistemin görevi, döner bir sandalyenin üst milini bir motor aracılığıyla fiziksel olarak döndürmektir. İki şeyin bağlı olduğu bir ofis sandalyesinden oluşur: ofis koltuğunun üst dönen miline sabitlenmiş bir kasnak ve şaftın alt sabit kısmına tutturulmuş ayarlanabilir bir montaj çerçevesi. Montaja, ofis koltuğunun üst şaftındaki kasnakla aynı hizada olan şaftına bağlı bir kasnağa sahip bir elektrikli step motor takılıdır. Bir kayış, motor kasnağını sandalye kasnağına bağlayarak motorun sandalyeyi döndürmesine izin verir.
Elektrik alt sistemi motora güç sağlar ve motorun elektronik kontrolüne izin verir. Bir motor sürücüsü, motor için bir güç kaynağı, sürücüyü bir bilgisayarla arayüzlemek için bir Arduino kartı ve Arduino için bir güç kaynağından (isteğe bağlı) oluşur. Bir Arduino kartı, programlanabilir bir mikroişlemci, denetleyiciler, giriş ve çıkış pimleri ve (bazı modellerde) bir USB bağlantı noktası (burada gereklidir) içeren hobiler ve elektronik herhangi bir şeyin profesyonel üreticileri arasında popüler bir küçük karttır. Tüm elektrikli bileşenler, özel modifiye edilmiş elektrik yalıtımlı bir kutuya yerleştirilmiştir. Motora güç sağlayan transformatör ve (isteğe bağlı) Arduino güç kaynağı için şebeke gücü gerektiğinden ve motor yüksek çalışma voltajları gerektirdiğinden, düşük voltajlı elektronik çalışma hariç hepsi (aşağıdaki protokol adımları 2.5 ila 2.10) nitelikli bir kişi tarafından yapılmalıdır.
Yazılım alt sistemi, Arduino’yu programlamak için Arduino yazılımından, VR ortamını oluşturmak için Unity yazılımından, VR sistemini sürmek için Steam yazılımından ve Unity’nin Arduino kartıyla iletişim kurmasını sağlayan bir Unity eklentisi olan Ardity’den oluşur. Bu yazılım, örnek deney için Microsoft Windows 10 Enterprise çalıştıran bir Gygabyte Sabre 15WV8 dizüstü bilgisayara yüklenmiştir (Şekil 1).
VR sistemi, bir Başa Monte Ekran (HMD), bir el kontrolörü ve HMD ve kontrolörün uzaydaki konumunu ve yönünü belirlemek için baz istasyonlarından oluşur. Bu proje için kullanılan VR sistemi HTC Vive Pro idi (Şekil 1).
Aşağıda açıklanan, gözlemci tarafından elde tutulan kontrolör aracılığıyla veya ev sahibi / deneyci tarafından bir bilgisayar faresi veya potansiyometre aracılığıyla kontrol edilen sandalye hareketi ile fiziksel rotasyonu (deney veya başka türlü) içeren sanal bir deneyim elde etmek için bu bileşenleri birleştirme prosedürüdür. Protokolün son kısmı, VR deneyimini başlatmak için gerekli adımlardan oluşur. Unity’yi denemelere ve veri toplamaya izin verecek şekilde kodlama yönteminin bu makalenin kapsamı dışında olduğunu unutmayın. Bazı adımlar, özellikle mekanik alt sistem için, belirli atölye ekipmanı ve belirli bir beceri seviyesi gerektirir. Prensip olarak, sunulan yöntemler bu kaynakların kullanılabilirliğine uyacak şekilde ayarlanabilir. Daha teknik adımların bazıları için alternatifler sunulmaktadır.
Bu makale, bir gözlemcinin veya deneycinin kontrolü altındaki bir ofis koltuğuna otomatik rotasyon eklemek için bir yöntem ve bu hareketi sanal bir deneyime entegre etmek için eşlik eden bir yöntem sunmaktadır. Kritik adımlar arasında motorun sandalyeye mekanik olarak bağlanması, motorun gücünü ve elektrik kontrolünü ayarlamak, ardından Arduino ve bilgisayarı motor kontrolörünü çalıştırmak için yapılandırmak yer alır. Mekanik bağlantı adımı bazı özel ekipman ve beceriler gerektirir, …
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, Avustralya Araştırma Konseyi’nin DP160104211, DP190103474 ve DP190103103 hibeleri tarafından desteklenmiştir.
48 V DC power supply (motor) | Meanwell | RSP-320-48 | https://www.meanwellaustralia.com.au/products/rsp-320 |
5 V DC power supply (arduino) | Jaycar | MP3295 | https://www.jaycar.com.au/15w-5v-3a-enclosed-power-supply/p/MP3295?pos=5&queryId=dda344422ab16c6 7f558551ac0acbd40 |
Ardity plugin for Unity | Open Source | https://ardity.dwilches.com/ | |
Arduino MEGA 2560 | Jaycar | XC4420 | https://www.jaycar.com.au/duinotech-mega-2560-r3-board-for-arduino/p/XC4420?pos=2&queryId=901771805f4bf6e0 ec31d41601d14dc3 |
Arduino software | Arduino | https://www.arduino.cc/en/software | |
Belt | Motion Dynamics | RFTB10010 | Choose a size that suits the application. We used 60 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/polyurethane-timing-belts-16mm-t-10/ |
Bracket bolts (holding motor) | The Fastner Factory | 161260 | x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-35mm-100pc |
Bracket bolts (not holding motor) | The Fastner Factory | 161258 | x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-25mm-100pc |
Clamp Angle Iron | Austral Wright Metals | 50004813 | x 2. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/ |
Clamp bolts | The Fastner Factory | 161265 | x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-70mm-100pc |
Clamp leaves (stainless flat bar) | Austral Wright Metals | 50004687 | x 8. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/ |
Cover (acrylic) | Bunnings Warehouse | 1010489 | https://www.bunnings.com.au/suntuf-900-x-600-x-5mm-grey-acrylic-sheet_p1010489 |
Cover bolts/nuts | Bunnings Warehouse | 247292 | x 4. https://www.bunnings.com.au/pinnacle-m3-x-16mm-stainless-steel-hex-head-bolts-and-nuts-12-pack_p0247292 |
Cover brackets | Bunnings Warehouse | 44061 | x 4. https://www.bunnings.com.au/zenith-20mm-zinc-plated-angle-bracket-16-pack_p0044061 |
Emergency shut-off switch | Jaycar | SP0786 | https://www.jaycar.com.au/latching-emergency-stop-switch/p/SP0786?pos=1&queryId=5abe9876cf78dc3d d26b9067fbc36f74 |
Hybrid stepper motor and driver | Vevor | ? | Closed Loop Stepper Motor Nema 34 12NM Servo Motor Hybrid Driver https://vevor.com.au/products/1712oz-in-nema34-closed-loop-stepper-motor-12nm-hybrid-servo-driver-hsc86-kit?variant=33058303311975 |
IEC mains power connector | RS components | 811-7213 | https://au.rs-online.com/web/p/iec-connectors/8117213 |
Instrument case (housing) | Jaycar | HB6381 | https://www.jaycar.com.au/abs-instrument-case-with-purge-valve-mpv2/p/HB6381 |
LED | Jaycar | ZD0205 | https://www.jaycar.com.au/green-10mm-led-100mcd-round-diffused/p/ZD0205?pos=11&queryId=e596cbd3d71e86 37ab9340cee51175e7&sort= relevance |
Main pulley (chair) | Motion Dynamics | ALTP10020 | Choose a size that suits the application. More teeth = slower rotation. We used 36 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/timing-pulleys-t10-16mm.html |
Motor attachment bars (Stainless flat bar) | Austral Wright Metals | 50004687 | x 4. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/ |
Mounting brackets (stainless flat bar) | Austral Wright Metals | 50004687 | x 2. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/ |
Nuts | The Fastner Factory | 161989 | x 12. https://www.thefastenerfactory.com.au/stainless-steel-hex-nylon-insert-lock-nut-m6-100pc |
On/off switch | Jaycar | SK0982 | https://www.jaycar.com.au/dpdt-illuminated-rocker-large-red/p/SK0982?pos=4&queryId=88e0c5abfa682b74 fa631c6d513abc73&sort=relevance |
Potentiometer | Jaycar | RP8610 | https://www.jaycar.com.au/10k-ohm-logarithmic-a-single-gang-9mm-potentiometer/p/RP8610?pos=4&queryId=0d1510281ba100d 174b8e3d7f806a020 |
Pulley screws | The Fastner Factory | 155856 | x 5. https://www.thefastenerfactory.com.au/stainless-steel-hex-socket-head-cap-screw-m4-x-25mm-100pc |
resistor 150 Ohm | Jaycar | RR2554 | https://www.jaycar.com.au/150-ohm-1-watt-carbon-film-resistors-pack-of-2/p/RR2554?pos=19&queryId=48c6317c73fd361 a42c835398d282c4a&sort= relevance |
Small pulley (motor) | Motion Dynamics | ALTP10020 | Choose a size that suits the application. More teeth = faster rotation. We used 24 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/timing-pulleys-t10-16mm.html |
Small toggle switch | Jaycar | ST0555 | https://www.jaycar.com.au/sealed-mini-toggle-switch/p/ST0555?pos=14&queryId=066b989a151d83 31885c6cec92fba517&sort= relevance |
Steam software | Valve Corporation | https://store.steampowered.com/ | |
SteamVR plugin for Steam | Valve Corporation | https://store.steampowered.com/app/250820/SteamVR/ | |
Unity software | Unity Technologies | https://unity3d.com/get-unity/download | |
VR system | Scorptec | 99HANW007-00 | HTC Vive Pro with controllers and base stations. https://www.scorptec.com.au/product/gaming-peripherals/vr/72064-99hanw007-00?gclid=Cj0KCQiA5OuNBhCRARIsA CgaiqX8NjXZ9F6ilIpVmYEhhanm GA67xLzllk5EmjuG0gnhu4xmiE _RwSgaAhn8EALw_wcB |