يحدد هذا البروتوكول الإعداد الفني لتطبيق الواقع المختلط المطور المستخدم للتحليلات الغامرة. بناء على ذلك ، يتم تقديم التدابير ، والتي تم استخدامها في دراسة لاكتساب نظرة ثاقبة حول جوانب قابلية الاستخدام للحل التقني المطور.
في الطب أو الصناعة ، هناك حاجة متزايدة إلى تحليل مجموعات البيانات عالية الأبعاد. ومع ذلك ، غالبا ما تكون الحلول التقنية المتاحة معقدة الاستخدام. لذلك ، نرحب بالأساليب الجديدة مثل التحليلات الغامرة. تعد التحليلات الغامرة بتجربة مجموعات البيانات عالية الأبعاد بطريقة ملائمة لمختلف مجموعات المستخدمين ومجموعات البيانات. من الناحية الفنية ، يتم استخدام أجهزة الواقع الافتراضي لتمكين التحليلات الغامرة. في الصناعة 4.0 ، على سبيل المثال ، سيناريوهات مثل تحديد القيم المتطرفة أو الحالات الشاذة في مجموعات البيانات عالية الأبعاد هي أهداف متابعة التحليلات الغامرة. في هذا السياق ، يجب معالجة سؤالين مهمين لأي حل تقني مطور بشأن التحليلات الغامرة: أولا ، هل الحلول التقنية مفيدة أم لا؟ ثانيا ، هل التجربة الجسدية للحل التقني إيجابية أم سلبية؟ يهدف السؤال الأول إلى الجدوى العامة للحل التقني ، بينما يهدف السؤال الثاني إلى راحة الارتداء. لا تزال الدراسات والبروتوكولات الموجودة ، التي تعالج هذه الأسئلة بشكل منهجي نادرة. في هذا العمل ، يتم تقديم بروتوكول دراسة ، والذي يبحث بشكل أساسي في قابلية الاستخدام للتحليلات الغامرة في سيناريوهات الصناعة 4.0. على وجه التحديد ، يعتمد البروتوكول على أربع ركائز. أولا ، يصنف المستخدمين بناء على التجارب السابقة. ثانيا ، يتم تقديم المهام ، والتي يمكن استخدامها لتقييم جدوى الحل التقني. ثالثا ، يتم تقديم المقاييس ، والتي تحدد تأثير التعلم للمستخدم. رابعا ، يقوم الاستبيان بتقييم مستوى التوتر عند أداء المهام. وبناء على هذه الركائز، تم تنفيذ إعداد تقني يستخدم نظارات الواقع المختلط الذكية لتطبيق بروتوكول الدراسة. تظهر نتائج الدراسة التي أجريت إمكانية تطبيق البروتوكول من ناحية وجدوى التحليلات الغامرة في سيناريوهات الصناعة 4.0 من ناحية أخرى. يتضمن البروتوكول المقدم مناقشة للقيود المكتشفة.
تتزايد أهمية حلول الواقع الافتراضي (حلول الواقع الافتراضي) في مختلف المجالات. في كثير من الأحيان ، مع حلول الواقع الافتراضي (بما في ذلك الواقع الافتراضي والواقع المختلط والواقع المعزز) ، يجب تسهيل إنجاز العديد من المهام والإجراءات اليومية. على سبيل المثال ، في مجال السيارات ، يمكن دعم إجراء تكوين السيارة باستخدام الواقع الافتراضي1 (VR). قام الباحثون والممارسون بالتحقيق وتطوير العديد من الأساليب والحلول في هذا السياق. ومع ذلك ، لا تزال الدراسات التي تبحث في جوانب قابلية الاستخدام نادرة. وبوجه عام، ينبغي النظر في الجوانب في ضوء مسألتين رئيسيتين. أولا ، يجب تقييم ما إذا كان حل الواقع الافتراضي يتفوق بالفعل على النهج الذي لا يستخدم تقنيات الواقع الافتراضي. ثانيا ، نظرا لأن حلول الواقع الافتراضي تعتمد بشكل أساسي على الأجهزة الثقيلة والمعقدة ، يجب التحقيق في معلمات مثل راحة الارتداء والجهد العقلي بشكل أكثر تعمقا. بالإضافة إلى ذلك ، يجب دائما التحقيق في الجوانب المذكورة فيما يتعلق بمجال التطبيق المعني. على الرغم من أن العديد من الأساليب الموجودة ترى الحاجة إلى التحقيق في هذه الأسئلة2 ، إلا أنه توجد دراسات أقل قدمت نتائج.
يشار إلى موضوع البحث في مجال الواقع الافتراضي ، وهو أمر مهم حاليا ، بتحليلات غامرة. وهو مشتق من مجال البحث في التحليلات المرئية ، والذي يحاول تضمين الإدراك البشري في مهام التحليلات. تعرف هذه العملية أيضا باسم استخراج البيانات المرئية4. تتضمن التحليلات الغامرة موضوعات من مجالات تصور البيانات والتحليلات المرئية والواقع الافتراضي ورسومات الكمبيوتر والتفاعل بين الإنسان والحاسوب5. أدت المزايا الحديثة في شاشات العرض المثبتة على الرأس (HMD) إلى تحسين إمكانيات استكشاف البيانات بطريقة غامرة. على طول هذه الاتجاهات ، تظهر تحديات جديدة وأسئلة بحثية ، مثل تطوير أنظمة تفاعل جديدة ، أو الحاجة إلى التحقيق في إجهاد المستخدم ، أو تطوير تصورات 3D متطورة6. في منشور سابق6 ، تمت مناقشة مبادئ مهمة للتحليلات الغامرة. في ضوء البيانات الضخمة ، هناك حاجة متزايدة إلى طرق مثل التحليلات الغامرة لتمكين تحليل أفضل لمجمعات البيانات المعقدة. لا يوجد سوى عدد قليل من الدراسات التي تبحث في جوانب قابلية الاستخدام لحلول التحليلات الغامرة. علاوة على ذلك ، ينبغي أيضا النظر في المجال أو المجال المعني في مثل هذه الدراسات. في هذا العمل ، تم تطوير نموذج أولي لتحليلات غامرة ، وبناء على ذلك ، بروتوكول يبحث في الحل المطور لسيناريوهات الصناعة 4.0. وبالتالي يستغل البروتوكول طريقة التجربة2 ، والتي تستند إلى الجوانب الذاتية والأداء والفسيولوجية. في البروتوكول المطروح ، يتم قياس الجوانب الذاتية من خلال الإجهاد المتصور لمستخدمي الدراسة. يتم قياس الأداء ، بدوره ، من خلال الوقت المطلوب والأخطاء التي يتم إجراؤها لإنجاز مهام التحليل. أخيرا ، قام مستشعر توصيل الجلد بقياس المعلمات الفسيولوجية. سيتم تقديم أول مقياسين في هذا العمل ، في حين أن توصيل الجلد المقاس يتطلب مزيدا من الجهود ليتم تقييمه.
تتضمن الدراسة المقدمة العديد من المجالات البحثية ، بما في ذلك جوانب علم الأعصاب ونظم المعلومات. ومن المثير للاهتمام ، أن الاعتبارات المتعلقة بجوانب علم الأعصاب في أنظمة المعلومات قد حظيت مؤخرا باهتمام العديد من المجموعات البحثية 7,8 ، مما يدل على الطلب على استكشاف استخدام أنظمة تكنولوجيا المعلومات أيضا من وجهة نظر معرفية. مجال آخر ذو صلة بهذا العمل يشكل التحقيق في العوامل البشرية لنظم المعلومات9،10،11. في مجال التفاعل بين الإنسان والحاسوب ، توجد أدوات للتحقيق في قابلية استخدام الحل. لاحظ أن مقياس قابلية استخدام النظام يستخدم بشكل أساسي في هذا السياق12. بروتوكولات التفكير بصوت عال13 هي تقنية دراسة أخرى مستخدمة على نطاق واسع لمعرفة المزيد حول استخدام أنظمة المعلومات. على الرغم من وجود العديد من الأساليب لقياس جوانب قابلية الاستخدام لنظم المعلومات ، وقد تم تقديم بعضها منذ فترة طويلة14 ، لا تزال هناك أسئلة تتطلب التحقيق في تدابير جديدة أو طرق دراسة. لذلك ، فإن البحث في هذا المجال نشط للغاية12،15،16.
في ما يلي ، سيتم مناقشة أسباب عدم النظر في طريقتين مستخدمتين بشكل شائع في العمل الحالي. أولا ، لم يتم استخدام مقياس قابلية استخدام النظام. يعتمد المقياس على عشرة أسئلة17 ويمكن العثور على استخدامه في العديد من دراسات الواقع الافتراضي الأخرى18 أيضا. نظرا لأن هذه الدراسة تهدف بشكل أساسي إلى قياس الإجهاد19 ، فقد كان الاستبيان المتعلق بالإجهاد أكثر ملاءمة. ثانيا ، لم يتم استخدام بروتوكول التفكير بصوت عال20. على الرغم من أن هذا النوع من البروتوكول قد أظهر فائدته بشكل عام13 ، إلا أنه لم يتم استخدامه هنا لأن مستوى الإجهاد لمستخدمي الدراسة قد يزيد فقط بسبب حقيقة أن جلسة التفكير بصوت عال يجب أن تتم بالتوازي مع استخدام جهاز VR ثقيل ومعقد. على الرغم من عدم استخدام هاتين التقنيتين ، فقد تم دمج نتائج الدراسات الحديثة الأخرى في الدراسة قيد البحث. على سبيل المثال ، في الأعمال السابقة21,22 ، يميز المؤلفون بين المبتدئين والخبراء في دراساتهم. بناء على النتيجة الناجحة لهذه الدراسات ، يستخدم البروتوكول الموجود هذا الفصل المقدم لمستخدمي الدراسة. يعتمد قياس الإجهاد ، بدوره ، على أفكار الأعمال التالية15،19،21،22.
في البداية ، لإجراء الدراسة ، يجب العثور على سيناريو مناسب للصناعة 4.0 لإنجاز المهام التحليلية. مستوحاة من عمل آخر للمؤلفين23 ، تم تحديد سيناريوهين (أي مهام التحليل) ، (1) الكشف عن القيم المتطرفة ، و (2) التعرف على المجموعات. كلا السيناريوهين صعبان ، وهما مهمان للغاية في سياق صيانة آلات الإنتاج عالية الإنتاجية. بناء على هذا القرار ، دفعت ستة اعتبارات رئيسية بروتوكول الدراسة المقدم في هذا العمل:
بناء على النقاط الست المذكورة ، يتضمن بروتوكول الدراسة الإجراء التالي. يجب إنجاز مهام الكشف عن القيم الخارجية وتحليل التعرف على الكتلة بطريقة غامرة باستخدام نظارات الواقع المختلط الذكية (انظر جدول المواد). لذلك ، تم تطوير تطبيق جديد. يجب أن تسهل الأصوات المكانية أداء مهام التحليل دون زيادة الجهد الذهني. يجب أن تسهل ميزة الصوت التنقل المستخدم للتطبيق المطور للنظارات الذكية للواقع المختلط (انظر جدول المواد). يجب أن يكون اختبار الدوران العقلي هو الأساس لتمييز المبتدئين عن المستخدمين المتقدمين. يتم قياس مستوى التوتر بناء على استبيان. يتم تقييم الأداء بدوره استنادا إلى (1) الوقت الذي يحتاجه المستخدم لمهام التحليل ، واستنادا إلى الأخطاء (2) التي ارتكبها المستخدم لمهام التحليل. تتم مقارنة الأداء في الواقع المختلط smartglass مع إنجاز نفس المهام في تطبيق سطح المكتب 2D المطور حديثا والقابل للمقارنة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام جهاز توصيل الجلد لقياس مستوى توصيل الجلد كمؤشر محتمل للإجهاد. تخضع نتائج هذا القياس لمزيد من التحليل ولن تتم مناقشتها في هذا العمل. كشف المؤلفون في دراسة أخرى بنفس الجهاز أن هناك حاجة إلى اعتبارات إضافية24.
بناء على هذا البروتوكول ، يتم تناول الأسئلة البحثية الخمسة التالية (RQs):
RQ1: هل تؤثر قدرات الخيال المكاني للمشاركين على أداء المهام بشكل كبير؟
RQ2: هل هناك تغيير كبير في أداء المهمة بمرور الوقت؟
RQ3: هل هناك تغيير كبير في أداء المهمة عند استخدام الأصوات المكانية في حل التحليلات الغامرة؟
RQ4: هل ينظر المستخدمون إلى التحليلات الغامرة المطورة بأنها مرهقة؟
RQ5: هل يعمل المستخدمون بشكل أفضل عند استخدام حل تحليلات غامرة مقارنة بنهج 2D؟
يلخص الشكل 1 البروتوكول المقدم فيما يتعلق بجدولين. يوضح التدابير المطورة والمستخدمة وحداثتها فيما يتعلق بمستوى التفاعل. نظرا لأن مستوى التفاعل يشكل جانبا مهما عند تطوير ميزات لإعداد الواقع الافتراضي ، يجب أن يوضح الشكل 1 بشكل أفضل حداثة البروتوكول بأكمله الذي تم تطويره في هذا العمل. على الرغم من أن تقييم الجوانب داخل المقياسين المستخدمين غير موضوعي ، إلا أن تقييمهما العام يعتمد على العمل الحالي ذي الصلة والاعتبارات الرئيسية التالية: أحد المبادئ المهمة هو استخدام تجريدات البيئة للتفاعل الطبيعي ، والتي أصبح المستخدم متناغما معها. وفيما يتعلق بالبروتوكول قيد النظر، يبدو أن تصور السحب النقطية بديهي بالنسبة للمستعملين، وقد تم الاعتراف بالتعرف على الأنماط في هذه السحب كمهمة يمكن إدارتها بشكل عام. مبدأ مهم آخر يشكل تراكب التكاليف. بموجب هذا ، فإن استخدام الأصوات المكانية كما هو مستخدم في البروتوكول قيد الاستخدام هو مثال ، لأنها ترتبط بقرب كائن تم البحث عنه. يوصي المؤلفون بضبط التمثيلات بطريقة تقع فيها معظم المعلومات في المنطقة المتوسطة ، وهو الأمر الأكثر أهمية للإدراك البشري. كان السبب في عدم تضمين المؤلفين لهذا المبدأ هو تشجيع المستخدم على العثور على أفضل مكان بنفسه وكذلك محاولة توجيه أنفسهم في مساحة تصور البيانات ، وهي كبيرة جدا بحيث لا يمكن عرضها في وقت واحد. في النهج المقدم ، لم يتم إجراء أي اعتبارات أخرى لخصائص بيانات 3D التي سيتم عرضها. على سبيل المثال، إذا افترض أن البعد مؤقت، فيمكن عرض مخططات التشتت. يعتبر المؤلفون هذا النوع من التصور مثيرا للاهتمام بشكل عام في سياق الصناعة 4.0. ومع ذلك ، يجب أن تركز على مجموعة صغيرة بشكل معقول من التصورات. علاوة على ذلك ، ركز منشور سابق بالفعل على التحليل التعاوني للبيانات. في هذا العمل ، تم استبعاد هذا السؤال البحثي بسبب تعقيد القضايا الأخرى التي تم تناولها في هذه الدراسة. في الإعداد المقدم هنا ، يمكن للمستخدم استكشاف المساحة الغامرة من خلال التجول. تقدم الأساليب الأخرى وحدات تحكم لاستكشاف الفضاء الافتراضي. في هذه الدراسة ، يتم التركيز على قابلية الاستخدام باستخدام مقياس قابلية استخدام النظام (SUS). أجرى منشور سابق آخر دراسة للخبراء الاقتصاديين ، ولكن مع سماعات رأس VR. بشكل عام ، والأهم من ذلك ، تشكو هذه الدراسة من مجال الرؤية المحدود للأجهزة الأخرى مثل نظارات الواقع المختلط الذكية المستخدمة في هذا العمل (انظر جدول المواد). تظهر النتائج التي توصلوا إليها أن المبتدئين في مجال الواقع الافتراضي كانوا قادرين على استخدام الأداة التحليلية بكفاءة. يتطابق هذا مع تجارب هذه الدراسة ، على الرغم من أن المبتدئين في هذا العمل لم يتم تصنيفهم على أنهم يمتلكون تجارب VR أو الألعاب. على عكس معظم حلول الواقع الافتراضي ، لا يتم تثبيت الواقع المختلط في موضع لأنه يسمح بتتبع البيئة الحقيقية. نهج الواقع الافتراضي مثل ذكر استخدام كراسي خاصة لتجربة 360 درجة لتحرير المستخدم من سطح المكتب الخاص به. يشير مؤلفو إلى أن قضايا الإدراك تؤثر على أداء التحليلات الغامرة. على سبيل المثال، باستخدام الظلال. بالنسبة للدراسة المطروحة ، هذا غير ممكن ، لأن النظارات الذكية المستخدمة للواقع المختلط (انظر جدول المواد) غير قادرة على عرض الظلال. يمكن أن يكون الحل البديل عبارة عن أرضية افتراضية ، لكن مثل هذا الإعداد كان خارج نطاق هذه الدراسة. حددت دراسة استقصائية في مجال التحليلات الغامرة 3D scatterplots باعتبارها واحدة من التمثيلات الأكثر شيوعا للبيانات متعددة الأبعاد. إجمالا ، لا يمكن العثور على الجوانب الموضحة في الشكل 1 مجمعة حاليا في بروتوكول يبحث في جوانب قابلية الاستخدام للتحليلات الغامرة لسيناريوهات الصناعة 4.0.
فيما يتعلق بتطبيق نظارات الواقع المختلط الذكية المطورة (انظر جدول المواد) ، كان هناك جانبان مفيدان بشكل خاص. تم إدراك استخدام الأصوات المكانية لمهمة الكشف عن القيم المتطرفة بشكل إيجابي من ناحية (انظر نتائج RQ3). من ناحية أخرى ، كان استخدام الأوامر الصوتية ينظر إليه بشكل إيجابي (انظر…
The authors have nothing to disclose.
ليس لدى المؤلفين ما يعترفون به.
edaMove | movisens | ||
HoloLens | Microsoft | ||
Matlab R2017a | MathWorks | ||
RPY2 | GNU General Public License v2 or later (GPLv2+) (GPLv2+) | https://pypi.org/project/rpy2/ | |
SPSS 25.0 | IBM |