152 Sinneswahrnehmung, Bewegung, Emotionen
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The visual and auditory quality of computer-mediated stimuli for virtual and extended reality (VR/XR) is rapidly improving. Still, it remains challenging to provide a fully embodied sensation and awareness of objects surrounding, approaching, or touching us in a 3D environment, though it can greatly aid task performance in a 3D user interface. For example, feedback can provide warning signals for potential collisions (e.g., bumping into an obstacle while navigating) or pinpointing areas where one’s attention should be directed to (e.g., points of interest or danger). These events inform our motor behaviour and are often associated with perception mechanisms associated with our so-called peripersonal and extrapersonal space models that relate our body to object distance, direction, and contact point/impact. We will discuss these references spaces to explain the role of different cues in our motor action responses that underlie 3D interaction tasks. However, providing proximity and collision cues can be challenging. Various full-body vibration systems have been developed that stimulate body parts other than the hands, but can have limitations in their applicability and feasibility due to their cost and effort to operate, as well as hygienic considerations associated with e.g., Covid-19. Informed by results of a prior study using low-frequencies for collision feedback, in this paper we look at an unobtrusive way to provide spatial, proximal and collision cues. Specifically, we assess the potential of foot sole stimulation to provide cues about object direction and relative distance, as well as collision direction and force of impact. Results indicate that in particular vibration-based stimuli could be useful within the frame of peripersonal and extrapersonal space perception that support 3DUI tasks. Current results favor the feedback combination of continuous vibrotactor cues for proximity, and bass-shaker cues for body collision. Results show that users could rather easily judge the different cues at a reasonably high granularity. This granularity may be sufficient to support common navigation tasks in a 3DUI.
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.
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.
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.