Bir ağa bağlı Masaüstü sanal gerçeklik kurulum karar bilim ve birden fazla katılımcı ile gezinti deneyler için
Summary
Bu kağıt üzerinde karar verme ve bir ağa bağlı bilgisayar laboratuvarı kullanarak gezinti çok kullanıcılı deneyler için bir yöntem açıklanır.
Abstract
Birden fazla katılımcı arasındaki etkileşimler araştıran karar Bilimleri ve mekansal biliş de dahil olmak üzere çeşitli disiplinlerden araştırmacılar için bir mücadeledir. Bir yerel alan ağı ve özel yazılım platformu ile Denemecileri verimli bir şekilde aynı anda bir Masaüstü sanal ortamda daldırılır katılımcılar davranışını izlemek ve toplanan veriler digitalize. Zor (imkansız) olurdu mekansal biliş ve gezinti araştırma deneysel tasarımlar için bu özellikleri sağlamak gerçek dünyada yapmak için. Olası deneysel değişimler stres bir tahliye, kooperatif ve rekabetçi arama görevleri ve acil kalabalık davranışını etkileyebilir diğer bağlamsal faktörler sırasında içerir. Ancak, böyle bir laboratuvar kontrollü bir ortamda veri toplama için bakım ve sıkı protokoller gerektirir. Laboratuar çalışmaları insan katılımcı ile dış geçerliliğini bazen sorguladı iken, gerçek ve sanal ortamlar arasındaki ilişkiyi açısından sosyal davranış eğitimi için yeterli olabilir son makaleler bir dizi tavsiye ederim yörüngeler, tereddütleri ve kayma kararlar. Bu makalede, biz karar verme ve bir ağa bağlı Masaüstü sanal gerçeklik kurulumunda ilâ 36 katılımcılar ile navigasyon üzerinde deneyler için bir yöntem tarif (i.e., karar bilim laboratuvarı veya DeSciL). Bu deney Protokolü uyarlanmış ve bir ağa bağlı Masaüstü sanal gerçeklik Laboratuvarı ayarlamak için araştırmacılar tarafından uygulanır.
Introduction
Mekansal biliş ve gezinti araştırma genellikle kayma karar verme çalışmaları (Örn., bir kavşakta sola ya da sağa dönerek) ve gerçek ve sanal ortamlar1,2bireylerin zihinsel temsil. Sanal gerçeklik (VR) avantajları önlenmesi, etik ve güvenlik sorunları içerir (Örn., tehlikeli tahliye3sırasında), otomatik ölçüm ve analiz uzamsal veri4ve dengeli birleşiminden oluşan iç ve Dış geçerlilik5,6,7. Örneğin, Weisberg ve arkadaşları VR kayma görevleri objektif bir davranış ölçü uzamsal yetenek8sağlayabilir göstererek mekansal bilgi edinme bireysel farklılıklar önceki araştırma genişletilmiş. Bu çalışmada ayrıca sanal ortama Schinazi ve meslektaşları9 tarafından kullanılan Üniversitesi Kampüsü model alınarak çünkü VR gezinti davranışlara gerçek navigasyon yaklasik önerdi (Ayrıca Ruddle ve meslektaşları çalışma bkz: 10). VR Ayrıca psikoterapi11, klinik değerlendirme12, tüketici davranışı13ve cerrahi14,15uygulanmış. Ancak, çoğu VR Sistemleri varlığı artırabilir amac ve ses geribildirim eksikliği ve daldırma16,17,18,19, kontrol arayüzü20 ile eğitim gerektirir ,21,22ve -sizlik çekmek-sosyal yardımlar. Gerçekten de, insanların gerçek dünyada kez grupları23‘ te, hareket önlemek ya da diğer insanlar3,24izleyin ve sosyal bağlam25,26tarihinde dayalı kararlar.
Aynı zamanda, araştırma kalabalık davranışı üzerinde kez acil özellikleri (Örneğin, lane oluşumu, performans sorunlarını, tıkanıklık) bir bilgisayarda simülasyonu veya gerçek dünyada gözlenen kalabalık üzerinde duruluyor. Örneğin, Helbing ve arkadaşları kullanılan gerçek gözlemler ve bilgisayar simülasyonları giriş ve çıkış ile fiziksel engeller ayıran ve bir engel yerleştirerek bir kavşak trafik akışında iyileştirmeler önermek için 27ortalayın. Moussaïd ve arkadaşları bir sezgisel tarama tabanlı modeli yüksek yoğunluklu durumlar sırasında kalabalık felaket28çalışırdım. Bu yaklaşım geliştirmeleri kitle olayları için çevre ayarı için kalabalık felaketler önlemek için önerdi. Varolan bir açık kaynak çerçeve yardımıyla, bu tür simülasyonlar uygulanması daha kolay olabilir. SteerSuite bırakmak kullanıcı-direksiyon algoritmaları ve kalabalık davranış kolayca kolaylaştırılması, kıyaslama ve29test araçları sağlayarak benzetimi yapmak bir açık kaynak altyapısıdır. Bu çerçevede başarılı kalabalık simülasyon için kritik bir aracının navigasyon mantığı özünü sağlayabilir. Buna ek olarak, Singh ve meslektaşları teknikleri30direksiyon çeşitli birleştiren tek bir platform gösterdi. Araştırmacılar bu tür simülasyonlar kullanarak tasarım müdahaleler önerebilirsiniz iken, onlar nadiren kontrollü bir ortamda insan katılımcı ile doğrulanır. Onlar düzenlemek zor ve katılımcılar için tehlikeli olabilir çünkü kontrollü deneyler kalabalık araştırmada nadirdir.
VR sosyal davranış bir veya daha fazla bilgisayar benzetimi aracıları ile basit ve karmaşık sanal ortamlar kullanarak araştırmak için istihdam edilmiştir. Bode ve meslektaşları31,32çalışmada katılımcıların bir tepeden açısından çeşitli ajanlar arasında basit bir sanal ortam tahliye ve çıkış seçim statik tabela ve motivasyon etkilenen bulundu istendi. Katılımcılar ile bir birinci şahıs bakış açısından daha karmaşık bir ortam sunan, Kinateder ve meslektaşları katılımcıların daha fazla bir sanal tünel yangın25dan kaçış sırasında tek bir bilgisayar benzetimi Ajan izleyin olasılığı bulundu. Birden çok ajanlar ile karmaşık sanal ortamda, Drury ve meslektaşları katılımcılar kalabalık26ile tanımlanan bir tahliye esnasında düşmüş bir ajan yardımcı eğilimi bulundu. Toplu olarak, bu bulgular VR sosyal davranışlar, hatta bilgisayar benzetimi ajanlarla alabilme etkili bir yolu olabilir öneririz. Gerçekçi bir sosyal sinyal olduğunda ancak, bazı kalabalık davranışları sadece gözlenen (i.e., katılımcılar diğer avatarları insanların3tarafından kontrol edilen farkında olduğunda). Bu eksiklikleri gidermek için ağa bağlı bir VR kurulum birden çok kullanıcıyla iletken kontrollü deneyler için bir yöntem mevcut protokolünü açıklar. Bu yaklaşım içinde yapılan bir çalışmada Moussaid ve meslektaşları tarafından 36 ağa bağlı katılımcılar3tahliye davranışını araştırmak için istihdam edilmiştir.
Ağa bağlı VR üzerinde araştırma için gezinti stratejileri33,34 ilgisi olmayan ve/veya varolan online oyun platformları Second Life gibi dayanıyordu konularda odaklanmıştır. Örneğin, Molka-Danielsen ve Chabada tahliye davranış çıkış seçim ve Second Life35varolan kullanıcıları arasında işe katılımcılar kullanarak binanın kayma bilgi açısından araştırıldı. Yazarlar bazı açıklayıcı sonuçlar sunarken (e.g., görsel yörüngeleri ayak), bu çalışmada katılımcı işe alım, deneysel kontrol ve bu özel durumda ötesinde bir genelleme ile zorluklar vardı. Daha yakın zamanlarda, Normoyle ve meslektaşları Second Life ve katılımcıların bir laboratuvar varolan kullanıcıları tahliye performans ve çıkış seçim açısından karşılaştırılabilir ve kendi kendine bildirilen varlığı ve denetimi ile hayal kırıklığı açısından farklı bulundu 36arabirim. Bu iki çalışmalar bulgular bazı zorluklar ve fırsatlar online tarafından tanınan vurgulamak ve laboratuvar deneyleri. Online çalışmalar bir popülasyondan çok daha büyük ve motive potansiyel katılımcı çizim yeteneğine sahiptirler. Ancak, laboratuar çalışmaları fiziksel ortam ve potansiyel dikkat dağıtıcı daha deneysel kontrol için izin verir. Ayrıca, online çalışmalar veri gizli ve gizlilik ile ilgili bazı Etik kaygılar oluşturabilecek.
Ağa bağlı bir masaüstü VR laboratuvar, ETH Zürih karar bilim laboratuvarı (DeSciL) Öncelikle ekonomik karar verme ve stratejik etkileşimleri kontrollü bir ortamda incelemek için kullanılır. DeSciL, teknik altyapı donanım, yazılım laboratuvar otomasyon için ve çok kullanıcılı masaüstü VR Kur destekleyen bir yazılım oluşur. Donanım yüksek performanslı masaüstü bilgisayarlarda Microsoft Windows 10 Enterprise işletim sistemi, denetim arabirimleri içerir (Örn., fare ve klavye, oyun çubukları), kulaklık ve göz izci (Malzemeler tablo). Tüm istemci bilgisayarlar üniversite ağına ve aynı ağ dosya paylaşımı için saniye başına bir gigabit Ethernet ile bağlıdır. 36 istemcileri bağlı olduğunda hiçbir görünür gecikme veya gecikme olduğunu. Saniyedeki kare sayısı sürekli olarak 100’dür. Deneyler ayrıca yönetilen ve laboratuvar Otomasyon yazılım tabanlı Microsoft PowerShell (yani, PowerShell istenen durum yapılandırmasını ve PowerShell uzaktan erişim) ile kontrollü. Cmdlet adı PowerShell komut dosyaları ile iletişim kuralının tüm ilgili adımları önceden (Örn., bilgisayarı Başlat, durdur-bilgisayar). Deneme sırasında bu komut dosyaları aynı anda ve uzaktan tüm istemci bilgisayarlarda çalıştırılabilir. Bu tür bir laboratuvar Otomasyon özdeş bir devlet istemci bilgisayarlar sağlar, bilimsel test sırasında olası hataları ve karmaşıklığı azaltır ve araştırmacılar yinelenen el ile görevleri gerçekleştirmek zorunda kalmaz. Gezinti deneyler için kullandığımız birlik oyun motoru () 2D ve 3D ortamlar gelişimi için çok kullanıcılı, etkileşimli masaüstü VR desteklemek için. 36 istemci bilgisayarlar bir yetkili sunucu mimarisi üzerinden bir sunucuya bağlanır. Her denemenin başlangıcında her istemci bir örnekleme isteği sunucuya gönderir ve tüm bağlı makineleri bu kullanıcı için bir avatar başlatmasını tarafından sunucu yanıt verir. Her bir kullanıcının avatar bir kamera ile bir 50 derece görüş alanı vardır. Deney boyunca istemcilerin Kullanıcı Gönder ‘ sunucu, giriş ve sunucu istemcilerin tümünü hareketi güncelleştirir.
Fiziksel laboratuvarda her bilgisayarın ayrı bir odacık üç yarı bağımsız Odalar (Şekil 1) içinde yer almaktadır. Genel Laboratuvar 170 m2 (150 m2 deney Oda ve 20 m2 için kontrol odası) boyutudur. Bu odaların ses ve video kayıt cihazları ile donatılmıştır. Deneyler farklı bir bitişik odada kontrol edilir (i.e., talimatları sağlayarak ve deneysel program başlatma). Bu kontrol odasından Denemecileri de fiziksel ve sanal ortamlar katılımcılar gözlemleyebilirsiniz. İktisat Bölümü ile birlikte, Zürih Üniversitesi, DeSciL aynı zamanda çalışma hangi uygulanan h-kök37tarihinde göre katılımcılar için üniversite kayıt merkezi tutar.
Her ne kadar benzer sistemleri içinde edebiyat38tarif var, DeSciL gezinti ve kalabalık davranış bizim bilgi için çok kullanıcılı masaüstü VR deneyleri için uygun olan ilk fonksiyonel laboratuvardır. Burada, biz DeSciL içinde bir deney için protokol tanımlamak, bir mevcut temsilcisi sonuç sosyal gezinme davranışı üzerinde çalışma ve potansiyeli ve bu sisteminin sınırlamaları tartışmak.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makalede, biz kadar bir çok kullanıcılı Masaüstü sanal gerçeklik laboratuarda açıklanan 36 katılımcıların etkileşim ve aynı anda çeşitli sanal ortamlar aracılığıyla gidin. Deneysel protokol adım araştırma bu tür için gerekli ve benzersiz çoklu kullanıcı senaryoları için ayrıntıları. Bu senaryolar için belirli konuları işleme ve kapasiteleri (her iki sunucu ve istemci-tarafı), ağ denetim arabirimi ve veri ile Eğitim katılımcılar katılım, görünüşte küçük deneyci hatala…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Temsilcisi çalışmada grant “Wayfinding içinde sosyal ortamlar” (No. 100014_162428) bir parçası olarak İsviçre Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi. M. Moussaid anlayışlı tartışmalar için teşekkür etmek istiyorum. Biz de C. Wilhelm, F. Thaler, H. Abdelrahman, S. Madjiheurem, A. Ingold ve A. Grossrieder sırasında yazılım geliştirme çalışmaları için teşekkür etmek istiyorum.
Materials
| PC | Lenovo | IdeaCentre AIO 700 | 24’’ screen, 16 GB RAM, and SSDs. CPU: Intel core i7. GPU:NVidia GeForce GTX 950A |
| Keyboard | Lenovo | LXH-EKB-10YA | |
| Mouse | Lenovo | SM-8825 | |
| Eye tracker | Tobii Technology | Tobii EyeX | Data rate: 60 Hz. Tracking screen size: Up to 27″ |
| Communication audio system | Biamp Systems | Networked paging station – 1 | Ethernet:100BaseTX |
References
- Waller, D., Nadel, L. . Handbook of Spatial Cognition. , (2013).
- Denis, M. . Space and Spatial Cognition: A Multidisciplinary Perspective. , (2017).
- Moussaïd, M., Kapadia, M., Thrash, T., Sumner, R. W., Gross, M., Helbing, D., Hölscher, C. Crowd behaviour during high-stress evacuations in an immersive virtual environment. Journal of the Royal Society Interface. 13 (122), 20160414 (2016).
- Grübel, J., Weibel, R., Jiang, M. H., Hölscher, C., Hackman, D. A., Schinazi, V. R. EVE: A Framework for Experiments in Virtual Environments. Spatial Cognition X: Lecture Notes in Artificial Intelligence. , 159-176 (2017).
- Loomis, J. M., Blascovich, J. J., Beall, A. C. Immersive virtual environment technology as a basic research tool in psychology. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 31 (4), 557-564 (1999).
- Brooks, F. P. What’s Real About Virtual Reality?. Proceedings IEEE Virtual Reality. , (1999).
- Moorthy, K., Munz, Y., Jiwanji, M., Bann, S., Chang, A., Darzi, A. Validity and reliability of a virtual reality upper gastrointestinal simulator and cross validation using structured assessment of individual performance with video playback. Surgical Endoscopy and Other Interventional Techniques. 18 (2), 328-333 (2004).
- Weisberg, S. M., Schinazi, V. R., Newcombe, N. S., Shipley, T. F., Epstein, R. A. Variations in cognitive maps: Understanding individual differences in navigation. Journal of Experimental Psychology: Learning Memory and Cognition. 40 (3), 669-682 (2014).
- Schinazi, V. R., Nardi, D., Newcombe, N. S., Shipley, T. F., Epstein, R. A. Hippocampal size predicts rapid learning of a cognitive map in humans. Hippocampus. 23 (6), 515-528 (2013).
- Ruddle, R. A., Payne, S. J., Jones, D. M. Navigating Large-Scale "Desk- Top" Virtual Buildings: Effects of orientation aids and familiarity. Presence. 7 (2), 179-192 (1998).
- Riva, G. Virtual Reality in Psychotherapy: Review. CyberPsychology & Behavior. 8 (3), 220-230 (2005).
- Ruse, S. A., et al. Development of a Virtual Reality Assessment of Everyday Living Skills. Journal of Visualized Experiments. (86), 1-8 (2014).
- Ploydanai, K., van den Puttelaar, J., van Herpen, E., van Trijp, H. Using a Virtual Store As a Research Tool to Investigate Consumer In-store Behavior. Journal of Visualized Experiments. (125), 1-15 (2017).
- Satava, R. M. Virtual reality surgical simulator – The first steps. Surgical Endoscopy. 7 (3), 203-205 (1993).
- Stanney, K. M., Hale, K. S. . Handbook of virtual environments: Design, implementation, and applications. , 811-834 (2014).
- Ryu, J., Kim, G. J. Using a vibro-tactile display for enhanced collision perception and presence. Proceedings of the ACM symposium on Virtual reality software and technology VRST 04. , 89 (2004).
- Louison, C., Ferlay, F., Mestre, D. R. Spatialized vibrotactile feedback contributes to goal-directed movements in cluttered virtual environments. 2017 IEEE Symposium on 3D User Interfaces (3DUI). , 99-102 (2017).
- Knierim, P., et al. Tactile Drones – Providing Immersive Tactile Feedback in Virtual Reality through Quadcopters. Proceedings of the 2017 CHI Conference Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems – CHI EA ’17. , 433-436 (2017).
- Serafin, S., Nordahl, R., De Götzen, A., Erkut, C., Geronazzo, M., Avanzini, F. Sonic interaction in virtual environments. 2015 IEEE 2nd VR Workshop on Sonic Interactions for Virtual Environments (SIVE). , 1-2 (2015).
- Grübel, J., Thrash, T., Hölscher, C., Schinazi, V. R. Evaluation of a conceptual framework for predicting navigation performance in virtual reality. PLoS One. 12 (9), (2017).
- Thrash, T., Kapadia, M., Moussaid, M., Wilhelm, C., Helbing, D., Sumner, R. W., Hölscher, C. Evaluation of control interfaces for desktop virtual environments. Presence. 24 (4), (2015).
- Ruddle, R. A., Volkova, E., Bülthoff, H. H. Learning to walk in virtual reality. ACM Transactions on Applied Perception. 10 (2), 1-17 (2013).
- Moussaïd, M., Perozo, N., Garnier, S., Helbing, D., Theraulaz, G. The walking behaviour of pedestrian social groups and its Impact on crowd dynamics. PLoS One. 5 (4), e10047 (2010).
- Bode, N. W. F., Franks, D. W., Wood, A. J., Piercy, J. J. B., Croft, D. P., Codling, E. A. Distinguishing Social from Nonsocial Navigation in Moving Animal Groups. The American Naturalist. 179 (5), 621-632 (2012).
- Kinateder, M., et al. Social influence on route choice in a virtual reality tunnel fire. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour. 26, 116-125 (2014).
- Drury, J., et al. Cooperation versus competition in a mass emergency evacuation: A new laboratory simulation and a new theoretical model. Behavior Research Methods. 41 (3), 957-970 (2009).
- Helbing, D., Buzna, L., Johansson, A., Werner, T. Self-Organized Pedestrian Crowd Dynamics: Experiments, Simulations, and Design Solutions. Transportation Science. 39 (1), 1-24 (2005).
- Moussaïd, M., Helbing, D., Theraulaz, G. How simple rules determine pedestrian behavior and crowd disasters. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (17), 6884-6888 (2011).
- Singh, S., Kapadia, M., Faloutsos, P., Reinman, G. An open framework for developing, evaluating, and sharing steering algorithms. International Workshop on Motion in Games. , 158-169 (2009).
- Singh, S., Kapadia, M., Hewlett, B., Reinman, G., Faloutsos, P. A modular framework for adaptive agent-based steering. Symposium on Interactive 3D Graphics and Games. , (2011).
- Bode, N., Codling, E. Human exit route choice in virtual crowd evacuations. Animal Behaviour. 86, 347-358 (2013).
- Bode, N. W. F., Kemloh Wagoum, A. U., Codling, E. A. Human responses to multiple sources of directional information in virtual crowd evacuations. Journal of the Royal Society Interface. 11 (91), 20130904 (2014).
- Pandzic, I. S., Capin, T., Lee, E., Thalmann, N. M., Thalmann, D. A flexible architecture for virtual humans in networked collaborative virtual environments. Computer Graphics Forum. 16, (1997).
- Joslin, C., Pandzic, I. S., Thalmann, N. M. Trends in networked collaborative virtual environments. Computer Communications. 26 (5), 430-437 (2003).
- Molka-Danielsen, J., Chabada, M. Application of the 3D multi user virtual environment of Second Life to emergency evacuation simulation. System Sciences (HICSS), 2010 43rd Hawaii International Conference. , 1-9 (2010).
- Normoyle, A., Drake, J., Safonova, A. . Egress online: Towards leveraging massively, multiplayer environments for evacuation studies. , (2012).
- Bock, O., Baetge, I., Nicklisch, A. hroot: Hamburg registration and organization online tool. European Economic Review. 71, 117-120 (2014).
- Tanvir Ahmed, D., Shirmohammadi, S., Oliveira, J., Bonney, J. Supporting large-scale networked virtual environments. Virtual Environments, Human-Computer Interfaces and Measurement Systems, 2007. IEEE Symposium. , 150-154 (2007).
- Cipresso, P., Bessi, A., Colombo, D., Pedroli, E., Riva, G. Computational psychometrics for modeling system dynamics during stressful disasters. Frontiers in Psychology. 8, 1-6 (2017).
- Bernold, E., Gsottbauer, E., Ackermann, K., Murphy, R. . Social framing and cooperation: The roles and interaction of preferences and beliefs. , 1-26 (2015).
- Balietti, S., Goldstone, R. L., Helbing, D. Peer review and competition in the Art Exhibition Game. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (30), 8414-8419 (2016).
- Gomez-Marin, A., Paton, J. J., Kampff, A. R., Costa, R. M., Mainen, Z. F. Big behavioral data: Psychology, ethology and the foundations of neuroscience. Nature Neuroscience. 17 (11), 1455-1462 (2014).
