Endüstri 4.0 Senaryolarında Sürükleyici Analizler için Karma Gerçeklik Çözümünün Kullanılabilirlik Yönlerini Değerlendirme

Sanal gerçeklik çözümleri (VR çözümleri) farklı alanlarda giderek daha önemli hale geliyor. Genellikle, VR çözümleriyle (Sanal Gerçeklik, Karma Gerçeklik ve Artırılmış Gerçeklik dahil), birçok günlük görev ve prosedürün yerine getirilmesi kolaylaştırılacaktır. Örneğin, otomotiv alanında, bir otomobilin yapılandırma prosedürü Sanal Gerçeklik¹ (VR) kullanılarak desteklenebilir. Araştırmacılar ve uygulayıcılar bu bağlamda çok sayıda yaklaşım ve çözümü araştırmış ve geliştirmişlerdir. Bununla birlikte, kullanılabilirlik yönlerini araştıran çalışmalar hala nadirdir. Genel olarak, yönler iki ana soru ışığında ele alınmalıdır. İlk olarak, bir VR çözümünün VR tekniklerini kullanmayan bir yaklaşımdan daha iyi performans gösterip göstermediği değerlendirilmelidir. İkincisi, VR çözümleri esas olarak ağır ve karmaşık donanım cihazlarına dayandığından, giyim konforu ve zihinsel çaba gibi parametreler daha derinlemesine araştırılmalıdır. Ayrıca söz konusu hususlar her zaman söz konusu uygulama alanı açısından araştırılmalıdır. Birçok mevcut yaklaşım bu soruları araştırmak için gerekli olduğunu görse de², sonuç veren daha az çalışma vardır.

Şu anda önemli olan VR alanındaki bir araştırma konusu, sürükleyici analizlerle belirtiliyor. İnsan algısını analitik görevlerine dahil etmeye çalışan görsel analitik araştırma alanından türetilmiştir. Bu süreç aynı zamanda görsel veri madenciliği⁴ olarak da bilinir. Sürükleyici analitik, veri görselleştirme, görsel analitik, sanal gerçeklik, bilgisayar grafikleri ve insan-bilgisayar etkileşimi alanlarından konuları içerir⁵. Başa takılan ekranlardaki (HMD) son avantajlar, verileri sürükleyici bir şekilde keşfetmek için gelişmiş olanaklara yol açtı. Bu eğilimler boyunca, yeni etkileşim sistemlerinin geliştirilmesi, kullanıcı yorgunluğunu araştırma ihtiyacı veya sofistike 3D görselleştirmelerin geliştirilmesi gibi yeni zorluklar ve araştırma soruları ortaya çıkmaktadır⁶. Önceki bir yayın^6’da, sürükleyici analitiğin önemli ilkeleri tartışılmaktadır. Büyük verilerin ışığında, karmaşık veri havuzlarının daha iyi analiz edilmesini sağlamak için sürükleyici analitik gibi yöntemlere giderek daha fazla ihtiyaç duyulmaktadır. Sürükleyici analitik çözümlerinin kullanılabilirlik yönlerini araştıran yalnızca birkaç çalışma bulunmaktadır. Ayrıca bu tür çalışmalarda söz konusu alan veya alan da göz önünde bulundurulmalıdır. Bu çalışmada, sürükleyici bir analitik prototipi geliştirildi ve buna dayanarak, Endüstri 4.0 senaryoları için geliştirilen çözümü araştıran bir protokol geliştirildi. Böylece protokol, öznel, performans ve fizyolojik yönlere dayanan deneyim yöntemi^2’den yararlanır. Eldeki protokolde, öznel yönler , çalışma kullanıcılarının algılanan stresi ile ölçülür. Performans, sırayla, analiz görevlerini yerine getirmek için gerekli zaman ve yapılan hatalarla ölçülür. Son olarak, bir cilt iletkenlik sensörü fizyolojik parametreleri ölçtü. İlk iki önlem bu çalışmada sunulacaktır, ölçülen cilt iletkenliği ise değerlendirilmesi için daha fazla çaba gerektirmektedir.

Sunulan çalışma, özellikle sinirbilim yönleri ve bilgi sistemleri de dahil olmak üzere çeşitli araştırma alanlarını içermektedir. İlginçtir ki, bilgi sistemlerinin sinirbilimsel yönleriyle ilgili düşünceler son zamanlarda birkaç araştırma grubunun dikkatini çekmiştir ^7,8 ve BT sistemlerinin kullanımını bilişsel bir bakış açısıyla da keşfetme talebini göstermektedir. Bu çalışma ile ilgili bir diğer alan ise bilgi sistemlerinin insan faktörlerinin araştırılmasını oluşturmaktadır 9,10,11. İnsan-bilgisayar etkileşimi alanında, bir çözümün kullanılabilirliğini araştırmak için araçlar mevcuttur. Sistem Kullanılabilirlik Ölçeği’nin esas olarak bu bağlamda kullanıldığını unutmayın¹². Yüksek Sesle Düşünme Protokolleri¹³, bilgi sistemlerinin kullanımı hakkında daha fazla bilgi edinmek için yaygın olarak kullanılan bir başka çalışma tekniğidir. Bilgi sistemlerinin kullanılabilirlik yönlerini ölçmek için birçok yaklaşım mevcut olmasına ve bunlardan bazıları uzun zaman önce sunulmuş olmasına rağmen¹⁴, hala yeni önlemlerin araştırılması veya çalışma yöntemlerinin araştırılması gereken sorular ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle, bu alandaki araştırmalar çok aktiftir^12,15,16.

Aşağıda, yaygın olarak kullanılan iki yöntemin mevcut çalışmada neden dikkate alınmadığının nedenleri tartışılacaktır. İlk olarak, Sistem Kullanılabilirlik Ölçeği kullanılmamıştır. Ölçek on soruya dayanmaktadır¹⁷ ve kullanımı diğer bazı VR çalışmalarında da bulunabilir¹⁸. Bu çalışma esas olarak stres^{ölçümünü amaçladığından 19}, stresle ilgili bir anket daha uygun bulunmuştur. İkincisi, Yüksek Sesle Düşünme Protokolü²⁰ kullanılmadı. Bu protokol türü genel olarak kullanışlılığını göstermiş olsa da¹³, çalışma kullanıcılarının stres seviyesi artabileceğinden, yalnızca yüksek sesle düşünme oturumunun ağır ve karmaşık bir VR cihazının kullanımına paralel olarak gerçekleştirilmesi gerektiği için burada kullanılmamıştır. Bu iki teknik kullanılmamış olmasına rağmen, diğer yeni çalışmaların sonuçları eldeki çalışmaya dahil edilmiştir. Örneğin, önceki çalışmalarda^21,22, yazarlar çalışmalarında acemiler ve uzmanlar arasında ayrım yapmaktadır. Bu çalışmaların başarılı sonuçlarına dayanarak, eldeki protokol, çalışma kullanıcılarının bu sunulan ayrımını kullanır. Stres ölçümü, sırayla, aşağıdaki çalışmaların fikirlerine dayanmaktadır 15,19,21,22.

İlk başta, çalışmayı yürütmek için, analitik görevleri yerine getirmek için uygun bir Endüstri 4.0 senaryosu bulunmalıdır. Yazarların başka bir çalışmasından esinlenerek²³, iki senaryo (yani analiz görevleri) tanımlanmıştır, (1) Aykırı Değerlerin Tespiti ve (2) Kümelerin Tanınması. Her iki senaryo da zordur ve yüksek verimli üretim makinelerinin bakımı bağlamında son derece önemlidir. Bu karara dayanarak, altı ana husus bu çalışmada sunulan çalışma protokolünü yönlendirmiştir:

1. Çalışma için geliştirilen çözüm, teknik olarak karma gerçeklik akıllı gözlüklerine dayanacak (bakınız Malzeme Tablosu) ve karma gerçeklik uygulaması olarak geliştirilecektir.
2. Acemileri ileri düzey kullanıcılardan ayırt edebilen uygun bir test geliştirilmelidir.
3. Performans ölçümleri zaman ve hataları dikkate almalıdır.
4. Sürükleyici analiz çözümüyle karşılaştırılabilecek bir masaüstü uygulaması geliştirilmelidir.
5. Algılanan stres seviyesini değerlendirmek için bir önlem uygulanmalıdır.
6. İkinci noktaya ek olarak, bir kullanıcı bahsedilen iki analiz görevinin prosedürünü yerine getirirken stres seviyesini azaltmak için özellikler geliştirilmelidir (yani, (1) Aykırı Değerlerin Tespiti ve (2) Kümelerin Tanınması).

Bahsedilen altı noktaya dayanarak, çalışma protokolü aşağıdaki prosedürü içerir. Aykırı Değer Algılama ve Küme Tanıma Analizi görevleri, karma gerçeklik akıllı gözlükleri kullanılarak sürükleyici bir şekilde gerçekleştirilmelidir (bkz. Bu nedenle yeni bir uygulama geliştirildi. Uzamsal sesler, zihinsel çabayı arttırmadan analiz görevlerinin yerine getirilmesini kolaylaştıracaktır. Bir ses özelliği, karma gerçeklik akıllı gözlüklerinin geliştirilmiş uygulaması için kullanılan navigasyonu kolaylaştıracaktır (bkz. Zihinsel rotasyon testi, acemileri ileri düzey kullanıcılardan ayırt etmek için temel oluşturacaktır. Stres seviyesi bir ankete dayanarak ölçülür. Performans, sırayla, bir kullanıcının analiz görevleri için ihtiyaç duyduğu (1) zamana ve bir kullanıcı tarafından analiz görevleri için yapılan (2) hatalara göre değerlendirilir. Karma gerçeklik smartglass’ındaki performans, yeni geliştirilen ve karşılaştırılabilir bir 2D masaüstü uygulamasında aynı görevlerin yerine getirilmesiyle karşılaştırılır. Ek olarak, stres için olası bir gösterge olarak cilt iletkenlik seviyesini ölçmek için bir cilt iletkenlik cihazı kullanılır. Bu ölçümün sonuçları daha fazla analize tabidir ve bu çalışmada tartışılmayacaktır. Yazarlar, aynı cihazla yapılan başka bir çalışmada, ek hususların gerekli olduğunu ortaya koymuşlardır²⁴.

Bu protokole dayanarak, aşağıdaki beş araştırma sorusu (RQ) ele alınmaktadır:

RQ1: Katılımcıların mekansal hayal gücü yetenekleri görevlerin performansını önemli ölçüde etkiliyor mu?
RQ2: Görev performansında zaman içinde önemli bir değişiklik var mı?
RQ3: Sürükleyici analiz çözümünde uzamsal sesleri kullanırken görev performansında önemli bir değişiklik var mı?
RQ4: Geliştirilen sürükleyici analizler kullanıcılar tarafından stresli algılanıyor mu?
RQ5: Kullanıcılar sürükleyici bir analiz çözümü kullanırken 2B yaklaşıma kıyasla daha iyi performans gösteriyor mu?

Şekil 1 , sunulan protokolü iki ölçekle özetlemektedir. Geliştirilen ve kullanılan önlemleri ve etkileşim düzeyine göre yeniliklerini gösterir. Bir VR ortamı için özellikler geliştirirken etkileşim seviyesi önemli bir unsur oluşturduğundan, Şekil 1 bu çalışmada geliştirilen tüm protokolün yeniliğini daha iyi gösterecektir. Kullanılan iki ölçekteki yönlerin değerlendirilmesi öznel olsa da, genel değerlendirmeleri mevcut ilgili çalışmaya ve aşağıdaki ana hususlara dayanmaktadır: Önemli bir ilke, kullanıcının uyum sağladığı doğal bir etkileşim için bir ortamın soyutlamalarının kullanılmasını oluşturur. Eldeki protokolle ilgili olarak, nokta bulutlarının görselleştirilmesi kullanıcılar için sezgisel görünmektedir ve bu tür bulutlardaki kalıpların tanınması genel olarak yönetilebilir bir görev olarak kabul edilmiştir. Bir diğer önemli ilke, bütçeleri bindirmeyi oluşturur. Bu nedenle, eldeki protokolde kullanılan uzamsal seslerin kullanımı, aranan bir nesnenin yakınlığı ile ilişkili oldukları için bir örnektir. Yazarlar, temsilleri, çoğu bilginin insan algısı için en önemli olan ara bölgede bulunacağı şekilde ayarlamayı önermektedir. Yazarların bu ilkeye yer vermemesinin nedeni, kullanıcıyı kendi başlarına en iyi noktayı bulmaya teşvik etmek ve kendilerini bir kerede gösterilemeyecek kadar büyük bir veri görselleştirme alanına yönlendirmeye çalışmaktı. Sunulan yaklaşımda, gösterilecek 3D verilerin özellikleri hakkında başka bir değerlendirme yapılmamıştır. Örneğin, bir boyutun geçici olduğu varsayılırsa, dağılım grafikleri gösterilebilirdi. Yazarlar, bu tür görselleştirmeleri Endüstri 4.0 bağlamında genellikle ilginç buluyorlar. Bununla birlikte, oldukça küçük bir görselleştirme kümesine odaklanmalıdır. Dahası, önceki bir yayın zaten verilerin işbirlikçi analizine odaklanmıştı. Bu çalışmada, bu çalışmada ele alınan diğer konuların karmaşıklığı nedeniyle bu araştırma sorusu hariç tutulmuştur. Burada sunulan kurulumda, kullanıcı etrafta dolaşarak sürükleyici alanı keşfedebilir. Diğer yaklaşımlar, sanal alanı keşfetmek için denetleyiciler sunar. Bu çalışmada Sistem Kullanılabilirlik Ölçeği (SUS) kullanılarak kullanılabilirliğe odaklanılmıştır. Daha önceki bir başka yayın, ekonomik uzmanlar için bir çalışma yürüttü, ancak VR kulaklıklarıyla. Genel olarak ve en önemlisi, bu çalışma, bu çalışmada kullanılan karma gerçeklik akıllı gözlükleri gibi diğer cihazlar için sınırlı görüş alanından şikayet etmektedir (bkz. Bulguları, VR alanında yeni başlayanların analitik aracı verimli bir şekilde kullanabildiklerini göstermektedir. Bu, bu çalışmanın deneyimleriyle eşleşir, ancak bu çalışmada yeni başlayanlar VR veya oyun deneyimlerine sahip olacak şekilde sınıflandırılmamıştır. Çoğu VR çözümünün aksine, karma gerçeklik, gerçek ortamı izlemeye izin verdiği için bir konuma sabitlenmez. Kullanıcıyı masaüstünden kurtarmak için 360 ° ‘lik bir deneyim için özel sandalyelerin kullanılmasından bahsetmek gibi VR yaklaşımları. Yazarları, algı sorunlarının sürükleyici analitiğin performansını etkilediğini belirtmektedir; örneğin, gölgeleri kullanarak. Eldeki çalışma için, kullanılan karma gerçeklik akıllı gözlükleri (malzeme tablosuna bakın) gölgeleri görüntüleyemediğinden, bu mümkün değildir. Geçici bir çözüm sanal bir zemin olabilir, ancak böyle bir kurulum bu çalışmanın kapsamı dışındaydı. Sürükleyici analitik alanındaki bir anket çalışması, 3D dağılım grafiklerini çok boyutlu verilerin en yaygın temsillerinden biri olarak tanımladı. Şekil 1’de gösterilen yönlerin tamamı, şu anda Endüstri 4.0 senaryoları için sürükleyici analitiğin kullanılabilirlik yönlerini araştıran bir protokolde derlenmiş olarak bulunamamaktadır.