Влияние способов управления в системах виртуальной реальности на возникновение симптомов локомоционной болезни
https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-5-357-371
Аннотация
Обсуждается проблема возникновения симптомов локомоционной болезни у пользователей шлемов виртуальной реальности. Предложен контроллер для управления перемещением пользователя в виртуальной реальности, реализующий технику ходьбы на месте (walking-in-place). Устройство состоит из трех датчиков, размещенных на ногах и груди пользователя. Проведен анализ показаний датчиков, на основании которого разработаны алгоритмы для распознавания шагов, подавления случайных отклонений и повышения устойчивости работы системы. Приведены результаты эксперимента с участием 44 добровольцев, демонстрирующие снижение частоты возникновения симптомов симуляторных расстройств при использовании разработанного контроллера.
При поддержке: работа выполнена при поддержке Правительства Российской Федерации, грант № 074-U01
Об авторах
Ю. В. Гневашев
Университет ИТМО
Россия
Россия
Юрий Витальевич Гневашев — студент, факультет систем управления и робототехники.
Санкт-Петербург
К. С. Горшков
Университет ИТМО
Россия
Россия
Константин Сергеевич Горшков — канд. техн. наук, факультет систем управления и робототехники.
Санкт-Петербург
Г. А. Коновалов
Университет ИТМО
Россия
Россия
Георгий Александрович Коновалов — студент, факультет систем управления и робототехники.
Санкт-Петербург
С. Ю. Ловлин
Университет ИТМО
Россия
Россия
Сергей Юрьевич Ловлин — канд. техн. наук, факультет систем управления и робототехники.
Санкт-Петербург
Д. А. Посохов
Университет ИТМО
Россия
Россия
Даниил Александрович Посохов — студент, факультет систем управления и робототехники.
Санкт-Петербург
М. Х. Цветкова
Университет ИТМО
Россия
Россия
Мадина Хасановна Цветкова — канд. техн. наук, факультет систем управления и робототехники.
Санкт-Петербург
Список литературы
1. Nigel F., Liliya K. Past and future applications of 3-D (virtual reality) technology // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014. N 6 (94).
2. Szpak A. et al. Beyond Feeling Sick: The Visual and Cognitive Aftereffects of Virtual Reality // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 130883—130892. DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2940073.
3. Kennedy R. S. et al. Simulator sickness questionnaire: An enhanced method for quantifying simulator sickness // Intern. Journal of Aviation Psychology. 1993. Vol. 3, N 3. P. 203—220. DOI: 10.1207/s15327108ijap0303_3.
4. Risi D., Palmisano S. Effects of postural stability, active control, exposure duration and repeated exposures on HMD induced cybersickness // Displays. 2019. Vol. 60. P. 9—17. DOI: 10.1016/j.displa.2019.08.003.
5. Rebenitsch L., Owen C. Review on cybersickness in applications and visual displays // Virtual Reality. 2016. Vol. 20, N 2. P. 101—125. DOI: 10.1007/s10055-016-0285-9.
6. Reason J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model // J. of the Royal Society of Medicine. 1978. Vol. 71, N 11. P. 819—829. DOI: 10.1177/014107687807101109.
7. Меньшикова Г. Я. Психофизиологические механизмы иллюзии движения собственного тела: Автореф. дис.… канд. психол. наук. М., 2018. 160 с.
8. Keshavarz B. et al. Vection and visually induced motion sickness: how are they related? // Frontiers in Psychology. 2015. Vol. 6. P. 472. DOI: 10.3389/fpsyg.2015.00472.
9. Riccio G. E., Stoffregen T. A. An ecological theory of motion sickness and postural instability // Ecological Psychology. 1991. Vol. 3, N 3. P. 195—240. DOI: 10.1207/s15326969eco0303_2.
10. Villard S. J., Flanagan M. B., Albanese G. M., Stoffregen T. A. Postural instability and motion sickness in a virtual moving room // Human Factors. 2009. Vol. 50 (2). P. 332—345. DOI: 10.1518/001872008X250728.
11. Bruck S., Watters P. A. The factor structure of cybersickness // Displays. 2011. Vol. 32, N 4. P. 153—158. DOI: 10.1518/001872008X250728.
12. Lee J., Kim M., Kim J. A study on immersion and VR sickness in walking interaction for immersive virtual reality applications // Symmetry. 2017. Vol. 9, N 5. P. 78. DOI: 10.3390/sym9050078.
13. Lee J., Jeong K., Kim J. MAVE: Maze-based immersive virtual environment for new presence and experience // Computer Animation and Virtual Worlds. 2017. Vol. 28, N 3—4. P. e1756. DOI: 10.1002/cav.1756.
14. Ng A. K. T., Chan L. K. Y., Lau H. Y. K. A study of cybersickness and sensory conflict theory using a motioncoupled virtual reality system // Displays. 2020. Vol. 61. P. 101922. DOI: 10.1016/j.displa.2019.08.004.
15. Boletsis C. The new era of virtual reality locomotion: a systematic literature review of techniques and a proposed typology // Multimodal Technologies and Interaction. 2017. Vol. 1, N 4. P. 24. DOI: 10.3390/mti1040024.
16. Boletsis C., Cedergren J. E. VR locomotion in the new era of virtual reality: an empirical comparison of prevalent techniques // Advances in Human-Computer Interaction. 2019. Vol. 2019. DOI: 10.1155/2019/7420781.
17. Weech S., Kenny S., Barnett-Cowan M. Presence and cybersickness in virtual reality are negatively related: a review // Frontiers in Psychology. 2019. Vol. 10. P. 158. DOI: 10.3389/fpsyg.2019.00158.
18. Usoh M. et al. Walking> walking-in-place> flying, in virtual environments // Proc. of the 26th Annual Conf. on Computer Graphics and Interactive Techniques. 1999. P. 359—364. DOI: 10.1145/311535.311589.
19. Al Zayer M., MacNeilage P., Folmer E. Virtual locomotion: a survey // IEEE Trans. on Visualization and Computer Graphics. 2018. DOI: 10.1109/TVCG.2018.2887379.
20. Slater M., Usoh M., Steed A. Taking steps: the influence of a walking technique on presence in virtual reality // ACM Trans. on Computer-Human Interaction (TOCHI). 1995. Vol. 2, N 3. P. 201—219. DOI: 10.1145/210079.210084.
21. Feasel J., Whitton M. C., Wendt J. D. LLCM-WIP: Low-latency, continuous-motion walking-in-place // IEEE Symp. on 3D User Interfaces. IEEE, 2008. P. 97—104. DOI: 10.1109/3DUI.2008.4476598.
22. Pfeiffer T., Schmidt A., Renner P. Detecting movement patterns from inertial data of a mobile head-mounted-display for navigation via walking-in-place // IEEE Virtual Reality (VR). IEEE, 2016. P. 263—264. DOI: 10.1109/VR.2016.7504754.
23. Tregillus S., Folmer E. Vr-step: Walking-in-place using inertial sensing for hands free navigation in mobile vr environments // Proc. of the CHI Conf. on Human Factors in Computing Systems. 2016. P. 1250—1255. DOI: 10.1145/2858036.2858084.
24. Tregillus S., Al Zayer M., Folmer E. Handsfree omnidirectional VR navigation using head tilt // Proc. of the CHI Conf. on Human Factors in Computing Systems. 2017. P. 4063—4068. DOI: 10.1145/3025453.3025521.
25. Iwata H. The torus treadmill: Realizing locomotion in VEs // IEEE Computer Graphics and Applications. 1999. Vol. 19. N 6. P. 30—35. DOI: 10.1109/38.799737.
26. Darken R. P., Cockayne W. R., Carmein D. The omni-directional treadmill: a locomotion device for virtual worlds // Proc. of the 10th Annual ACM Symp. on User Interface Software and Technology. 1997. P. 213—221. DOI: 10.1145/263407.263550.
27. Bouguila L. et al. Walking-pad: a step-in-place locomotion interface for virtual environments // Proc. of the 6th Intern. Conf. on Multimodal Interfaces. 2004. P. 77—81. DOI: 10.1145/1027933.1027948.
28. Swapp D., Williams J., Steed A. The implementation of a novel walking interface within an immersive display // IEEE Symp. on 3D User Interfaces (3DUI). IEEE, 2010. P. 71—74. DOI: 10.1109/3DUI.2010.5444717.
29. Capece N., Erra U., Romaniello G. A low-cost full body tracking system in virtual reality based on Microsoft Kinect // Intern. Conf. on Augmented Reality, Virtual Reality and Computer Graphics. Cham: Springer, 2018. P. 623—635. DOI: 10.1007/978-3-319-95282-6_44.
30. McCullough M. et al. Myo arm: swinging to explore a VE // Proc. of the ACM SIGGRAPH Symp. on Applied Perception. 2015. P. 107—113. DOI: 10.1145/2804408.2804416.
31. Wilson P. T. et al. VR locomotion: walking> walking in place> arm swinging // Proc. of the 15th ACM SIGGRAPH Conf. on Virtual-Reality Continuum and Its Applications in Industry. 2016. Vol. 1. P. 243—249. DOI: 10.1145/3013971.3014010.
32. Zielinski D. J., McMahan R. P., Brady R. B. Shadow walking: An unencumbered locomotion technique for systems with under-floor projection // IEEE Virtual Reality Conf. IEEE, 2011. P. 167—170. DOI: 10.1109/VR.2011.5759456.
33. Teixeira L. et al. Strategy for the Development of a Walk-In-Place Interface for Virtual Reality // Intern. Conf. of Design, User Experience, and Usability. Berlin-Heidelberg: Springer, 2013. P. 419—426. DOI: 10.1007/978-3-642-39238-2_46.
34. Wendt J. D., Whitton M. C., Brooks F. P. Gud wip: Gait-understanding-driven walking-in-place // IEEE Virtual Reality Conf. (VR). IEEE, 2010. P. 51—58. DOI: 10.1109/VR.2010.5444812.
35. Nilsson N. C. et al. Tapping-in-place: Increasing the naturalness of immersive walking-in-place locomotion through novel gestural input // IEEE Symp. on 3D User Interfaces (3DUI). IEEE, 2013. P. 31—38. DOI: 10.1109/3DUI.2013.6550193.
36. Park C., Jang K., Lee J. Walking-in-place for VR navigation independent of gaze direction using a waist-worn inertial measurement unit // IEEE Intern. Symp. on Mixed and Augmented Reality Adjunct (ISMAR-Adjunct). IEEE, 2018. P. 254—257. DOI: 10.1109/ISMAR-Adjunct.2018.00079.
37. Yan L., Allison R. S., Rushton S. K. New simple virtual walking method-walking on the spot // Proc. of the IPT Symposium. 2004.
38. Щеколдин А. И., Дема Н. Ю., Шевяков А. Д., Колюбин С. А. Отслеживание и классификация движения головы по данным нашлемного инерциального измерительного модуля // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17, № 5. С. 798—804. DOI: 10.17586/2226-1494-2017-17-5-798-804.
39. Дженкинс Г., Ваттс Д. Спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1971. Т. 1. 318 с.
40. https://thevrsoldier.com/serious-sam-the-first-encounter-vr-review-a-must-buy-unless-you-suffer-from-motionsickness.
Рецензия
Для цитирования:
Гневашев Ю.В., Горшков К.С., Коновалов Г.А., Ловлин С.Ю., Посохов Д.А., Цветкова М.Х. Влияние способов управления в системах виртуальной реальности на возникновение симптомов локомоционной болезни. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2022;65(5):357-371. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-5-357-371
For citation:
Gnevashev Yu.V., Gorshkov К.S., Кonovalov G.A., Lovlin S.Yu., Posokhov D.A., Tsvetkova М.Kh. Impact of control methods in virtual reality systems on the occurrence of locomotion disease symptoms. Journal of Instrument Engineering. 2022;65(5):357-371. (In Russ.) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2022-65-5-357-371
Просмотров:
8
Послать статью по эл. почте 