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Ziel des hier beschriebenen Forschungsprojekts war die Entwicklung eines prototypischen Fahrradfahrsimulators für den Einsatz in der Verkehrserziehung und im Verkehrssicherheitstraining. Der entwickelte Prototyp soll möglichst universell für verschiedene Altersklassen und Applikationen einsetzbar sowie mobil sein.
Virtual reality environments are increasingly being used to encourage individuals to exercise more regularly, including as part of treatment in those with mental health or neurological disorders. The success of virtual environments likely depends on whether a sense of presence can be established, where participants become fully immersed in the virtual environment. Exposure to virtual environments is associated with physiological responses, including cortical activation changes. Whether the addition of a real exercise within a virtual environment alters sense of presence perception, or the accompanying physiological changes, is not known. In a randomized and controlled study design, trials of moderate-intensity exercise (i.e. self-paced cycling) and no-exercise (i.e. automatic propulsion) were performed within three levels of virtual environment exposure. Each trial was 5-min in duration and was followed by post-trial assessments of heart rate, perceived sense of presence, EEG, and mental state. Changes in psychological strain and physical state were generally mirrored by neural activation patterns. Furthermore these change indicated that exercise augments the demands of virtual environment exposures and this likely contributed to an enhanced sense of presence.
Maintaining orientation in an environment with non-Earth gravity (1 g) is critical for an astronaut's operational performance. Such environments present a number of complexities for balance and motion. For example, when an astronaut tilts due to ascending or descending an inclined plane on the moon, the gravity vector will be tilted correctly, but the magnitude will be different from on earth. If this results in a mis-perceived tilt, then that may lead to postural and perceptual errors, such as mis-perceiving the orientation of oneself or the ground plane and corresponding errors in task judgment.
Der Einsatz von Agentensystemen ist vielfältig, dennoch sind aktuelle Realisierungen lediglich in der Lage primär regelkonformes oder aber „geskriptetes“ Verhalten auch unter Einsatz von randomisierten Verfahren abzubilden. Für eine realistische Repräsentation sind jedoch auch Abweichungen von den Regeln notwendig, die nicht zufällig sondern kontextbedingt auftreten. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde ein realitätsnaher Straßenverkehrssimulator realisiert, der mittels eines detailliert definierten Systems für kognitive Agenten auch diese irregulären Verhaltensweisen generiert und somit ein realistisches Verkehrsverhalten für die Verwendung in VR-Anwendungen simuliert. Durch das Erweitern der Agenten mit psychologischen Persönlichkeitsprofilen, basierend auf dem „Fünf-Faktoren-Modell“, zeigen die Agenten individualisierte und gleichzeitig konsistente Verhaltensmuster. Ein dynamisches Emotionsmodell sorgt zusätzlich für eine situationsbedingte Adaption des Verhaltens, z.B. bei langen Wartezeiten. Da die detaillierte Simulation kognitiver Prozesse, der Persönlichkeitseinflüsse und der emotionalen Zustände erhebliche Rechenleistungen verlangt, wurde ein mehrschichtiger Simulationsansatz entwickelt, der es erlaubt den Detailgrad der Berechnung und Darstellung jedes Agenten während der Simulation stufenweise zu verändern, so dass alle im System befindlichen Agenten konsistent simuliert werden können. Im Rahmen diverser Evaluierungsiterationen in einer bestehenden VR-Anwendung – dem FIVIS-Fahrradfahrsimulator des Antragstellers - konnte eindrucksvoll nachgewiesen werden, dass die realisierten Konzepte die ursprünglich formulierten Forschungsfragestellung überzeugend und effizient lösen.
The steadily decreasing prices of display technologies and computer graphics hardware contribute to the increasing popularity of multiple-display environments, like large, high-resolution displays. It is therefore necessary that educational organizations give the new generation of computer scientists an opportunity to become familiar with this kind of technology. However, there is a lack of tools that allow for getting started easily. Existing frameworks and libraries that provide support for multi-display rendering are often complex in understanding, configuration and extension. This is critical especially in educational context where the time that students have for their projects is limited and quite short. These tools are also rather known and used in research communities only, thus providing less benefit for future non-scientists. In this work we present an extension for the Unity game engine. The extension allows – with a small overhead – for implementation of applications that are apt to run on both single-display and multi-display systems. It takes care of the most common issues in the context of distributed and multi-display rendering like frame, camera and animation synchronization, thus reducing and simplifying the first steps into the topic. In conjunction with Unity, which significantly simplifies the creation of different kinds of virtual environments, the extension affords students to build mock-up virtual reality applications for large, high-resolution displays, and to implement and evaluate new interaction techniques and metaphors and visualization concepts. Unity itself, in our experience, is very popular among computer graphics students and therefore familiar to most of them. It is also often employed in projects of both research institutions and commercial organizations; so learning it will provide students with qualification in high demand.
Die Wahrnehmung des perzeptionellen Aufrecht (perceptual upright, PU) variiert in Abhängigkeit der Gewichtung verschiedener gravitationsbezogener und körperbasierter Merkmale zwischen Kontexten und aufgrund individueller Unterschiede. Ziel des Vorhabens war es, systematisch zu untersuchen, welche Zusammenhänge zwischen visuellen und gravitationsbedingten Merkmalen bestehen. Das Vorhaben baute auf vorangegangen Untersuchungen auf, deren Ergebnisse indizieren, dass eine Gravitation von ca. 0,15g notwendig ist, um effiziente Selbstorientierungsinformationen bereit zu stellen (Herpers et. al, 2015; Harris et. al, 2014).
In dem hier beschriebenen Vorhaben wurden nun gezielt künstliche Gravitationsbedingungen berücksichtigt, um die Gravitationsschwelle, ab der ein wahrnehmbarer Einfluss beobachtbar ist, genauer zu quantifizieren bzw. die oben genannte Hypothese zu bestätigen. Es konnte gezeigt werden, dass die zentripetale Kraft, die auf einer rotierenden Zentrifuge entlang der Längsachse des Körpers wirkt, genauso efektiv wie Stehen mit normaler Schwerkraft ist, um das Gefühl des perzeptionellen Aufrechts auszulösen. Die erzielten Daten deuten zudem darauf hin, dass ein Gravitationsfeld von mindestens 0,15 g notwendig ist, um eine efektive Orientierungsinformation für die Wahrnehmung von Aufrecht zu liefern. Dies entspricht in etwa der Gravitationskraft von 0,17 g, die auf dem Mond besteht. Für eine lineare Beschleunigung des Körpers liegt der vestibulare Schwellenwert bei etwa 0,1 m/s2 und somit liegt der Wert für die Situation auf dem Mond von 1,6 m/s2 deutlich über diesem Schwellenwert.
Females are influenced more than males by visual cues during many spatial orientation tasks; but females rely more heavily on gravitational cues during visual-vestibular conflict. Are there gender biases in the relative contributions of vision, gravity and the internal representation of the body to the perception of upright? And might any such biases be affected by low gravity? 16 participants (8 female) viewed a highly polarized visual scene tilted ±112° while lying supine on the European Space Agency's short-arm human centrifuge. The centrifuge was rotated to simulate 24 logarithmically spaced g-levels along the long axis of the body (0.04-0.5g at ear-level). The perception of upright was measured using the Oriented Character Recognition Test (OCHART). OCHART uses the ambiguous symbol "p" shown in different orientations. Participants decided whether it was a "p" or a "d" from which the perceptual upright (PU) can be calculated for each visual/gravity combination. The relative contribution of vision, gravity and the internal representation of the body were then calculated. Experiments were repeated while upright. The relative contribution of vision on the PU was less in females compared to males (t=-18.48, p≤0.01). Females placed more emphasis on the gravity cue instead (f:28.4%, m:24.9%) while body weightings were constant (f:63.0%, m:63.2%). When upright (1g) in this and other studies (e.g., Barnett-Cowan et al. 2010, EJN, 31,1899) females placed more emphasis on vision in this task than males. The reduction in weight allocated by females to vision when in simulated low-gravity conditions compared to when upright under normal gravity may be related to similar female behaviour in response to other instances of visual-vestibular conflict. Why this is the case and at which point the perceptual change happens requires further research.