استخدام محاكاة المشي الواقع الافتراضي للتحقيق سلوك المشاة

Hyun Chae Chung; Soon Ho Kim; Gyoojae Choi; Jong Won Kim; Moo Young Choi; Hui Li

doi:10.3791/61116

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

Summary

يصف هذا البروتوكول استخدام جهاز محاكاة المشي الذي يعمل كطريقة آمنة وصالحة بيئيا لدراسة سلوك المشاة في وجود حركة المرور المتحركة.

Abstract

لعبور الطريق بنجاح، يجب على الأفراد تنسيق تحركاتهم مع المركبات المتحركة. تصف هذه الورقة استخدام جهاز محاكاة للمشي يمشي فيه الناس على جهاز المشي لاعتراض الفجوات بين سيارتين متحركتين في بيئة افتراضية غامرة. الواقع الافتراضي يسمح لتحقيق آمن ومتنوع بيئيا من سلوك عبور الفجوة. التلاعب في المسافة الأولية بدءا يمكن أن تزيد من فهم تنظيم سرعة المشارك في حين تقترب من الفجوة. يمكن تقييم ملف السرعة لمختلف متغيرات عبور الفجوة، مثل المسافة الأولية وحجم السيارة وحجم الفجوة. كل محاكاة المشي النتائج في موقف / سلسلة زمنية يمكن أن تنير كيف يتم ضبط السرعة بشكل مختلف اعتمادا على خصائص الفجوة. يمكن استخدام هذه المنهجية من قبل الباحثين الذين يحققون في سلوك المشاة والديناميات السلوكية مع توظيف المشاركين البشريين في بيئة آمنة وواقعية.

Introduction

الفجوة عبور ، وهو سلوك اعتراضي ، يتطلب التحرك نفسه بالنسبة لفجوة بين سيارتين متحركة¹^،²^،³^،^4. ويشمل عبور الفجوة إدراك المركبات القادمة والسيطرة على الحركة فيما يتعلق بحركة المرور. وهذا يتطلب أن تكون الإجراءات مقترنة على وجه التحديد بالمعلومات المتصورة. وقد درست العديد من الدراسات السابقة الحكم الإدراكي وسلوك عبور الفجوة باستخدام الطرق الاصطناعية، والمحاكاة على جانب الطريق، والبيئات الافتراضية الإسقاط الشاشة⁵^،⁶. ومع ذلك ، فإن الأدب السابق لعبور الطرق لديه فهم غير كامل لهذا السلوك ، وقد تم التشكيك في الصحة البيئية لهذه الدراسات⁷^،⁸^،^9.

يقدم هذا البروتوكول نموذجًا بحثيًا لدراسة سلوك عبور الفجوة في الواقع الافتراضي ، وبالتالي تعظيم الصلاحية البيئية. يتم استخدام جهاز محاكاة المشي لفحص إدراك وتصرفات سلوك عبور الفجوة. يوفر جهاز المحاكاة بيئة آمنة للمشي للمشاركين ، ويسمح المشي الفعلي في بيئة المحاكاة للباحثين بالتقاط العلاقة المتبادلة بين الإدراك والعمل بشكل كامل. ومن المعروف أن الأفراد الذين يعبرون فعلا الطريق للحكم على الفجوة الزمنية بدقة أكثر من أولئك الذين يقررون لفظيا فقط لعبور¹⁰. البيئة الافتراضية صالحة من الناحية الإيكولوجية وتسمح للباحثين بتغيير المتغيرات المتعلقة بـ المهام بسهولة عن طريق تغيير معلمات البرنامج.

في هذه الدراسة، يتم التلاعب موقع البداية الأولي للمشارك لتقييم التحكم في السرعة أثناء الاقتراب من الفجوة. يسمح هذا البروتوكول بالتحقيق في التحكم في الحركة للمشاة أثناء اعتراض فجوة. تحليل سرعة المشارك المتغيرة مع مرور الوقت يسمح تفسير وظيفي لتعديلات السرعة في حين انه او انها تقترب من الفجوة.

وبالإضافة إلى ذلك، تحدد الخصائص المكانية والزمانية للكائنات المعترضة كيف يمكن للشخص أن يتحرك. في بيئة عبور الفجوة، يجب أن يؤثر تغيير حجم الفجوة (المسافات بين المركبات) وحجم السيارة على كيفية تغيير الحركة للمشاة. وبناءً على ذلك، فإن التلاعب بخصائص الفجوة من المرجح أن يسبب تعديلات في السرعة في سلوك المشارك المقترب. وهكذا، فإن التلاعب بخصائص الفجوة (أي حجم الفجوة وحجم السيارة) يوفر معلومات قيمة لفهم تغيرات سلوك العبور وفقًا لخصائص الفجوة المختلفة. تبحث هذه الدراسة كيف يقوم الأطفال والشباب بتنظيم سرعتهم عند عبور الفجوات في بيئات العبور المختلفة. ويمكن تقييم ملف تنظيم السرعة لمختلف بيئات عبور الفجوة مع مواقع انطلاق مختلفة، والمسافات بين المركبات، وأحجام المركبات.

Protocol

هذا البروتوكول التجريبي يشمل البشر. وقد وافق مجلس البحوث بجامعة كونسان الوطنية على هذا الاجراء .

1- إعداد المعدات

ملاحظة: تتضمن المعدات ما يلي: جهاز كمبيوتر شخصي (كمبيوتر شخصي، 3.3 جيجاهرتز مع 8 جنرال موتورز) مع ماوس ولوحة مفاتيح وشاشة؛ برنامج "محاكي المشي" المثبت على كمبيوتر سطح المكتب؛ جهاز المشي المخصص (العرض: 0.67 متر، الطول: 1.26 متر، الارتفاع: 1.10 م) مجهز بدرازين وحزام وشفّار مغناطيسي مع كبل USB؛ وجهاز أوكولوس ريفت الواقع الافتراضي (DK1، الولايات المتحدة، 1280 × 800 بكسل). وتشمل المعدات أيضا جهاز المشي اليدوي المخصص. تدور حلقة المشي عبر حركات المشي للمشاركين ولا تستخدم محركًا داخليًا.

قم بإعداد مساحة كافية لجهاز المشي ومكتب قريب للكمبيوتر. وتظهر صورة للإعداد التجريبي في الشكل 1A.
توصيل المعدات كما هو مبين في الشكل 2.
1. قم بتوصيل أداة التشفير المغناطيسية لجهاز المشي عبر منفذ USB.
2. قم بتوصيل جهاز المشي بمصدر طاقة.
3. قم بتوصيل سماعة الرأس بالكمبيوتر عبر منافذ DVI/HDMI ومنافذ USB.

2. إعداد تكوينات محاكاة المشي

الوصول إلى دليل محاكاة المشي على جهاز الكمبيوتر وفتح الدليل "التكوين".
ملاحظة: يتم حفظ كل تكوين كملف نصي في الدليل "التكوين" مع أسماء الملفات من "config001" أو "config002" الخ. هنا ، 001 ، 002 ، الخ هي أرقام التكوين. تصف الخطوات 2.2-2.8 كيفية إنشاء ملفات التكوين بحيث تكون قابلة للقراءة من قبل برنامج المحاكاة. ويظهر في الشكل 3مخطط لحالة عبور سيارتين تظهر مسافات أولية قابلة للتخصيص . يتم عرض ملف تكوين مثال مع التنسيق المناسب في الشكل 4. تستخدم عناوين أقسام ملف التكوين أقواساً مربعة (على سبيل المثال، "[ووكر]").
أكمل القسم [ووكر] الذي يحتوي على المعلمة المتعلقة بنقطة البداية للمشاركين.
1. تعيين المعلمة "المسافة"، التي تشير إلى مسافة البداية للمشارك من نقطة البداية في متر (م).
إكمال القسم [CAR] الذي يحتوي على المعلمات المتعلقة بالمركبة الأولى.
1. تعيين المعلمة "نوع" (الذي يشير إلى نوع السيارة) إلى "1" لسيدان، "2" للحافلة، أو "0" لإزالة السيارة.
2. تعيين المعلمة "السرعة" (الذي يشير إلى سرعة السيارة) إلى القيمة المطلوبة في كم / ساعة.
3. تعيين المعلمة "المسافة" (الذي يشير إلى المسافة الأولية للسيارة من نقطة العبور) إلى القيمة المطلوبة في متر.
أكمل القسم [SECONDCAR] الذي يحتوي على المعلمات المتعلقة بالمركبة الثانية. المعلمات مماثلة لتلك الخاصة بـ [CAR].
ملاحظة: في دراسات سيارتين، يتم تعريف الفجوة كمساحة فارغة بين السيارتين. حجم الفجوة، الذي يُعرَّف بأنه طول الفترة الزمنية التي تكون خلالها الفجوة على طول مسار المشي الخاص بالمشترك، هو دالة لبارامترات "المسافة" و"السرعة" و"النوع" لـ [CAR] و [SECONDCAR].
أكمل القسم [NEXTCAR] الذي يحتوي على معلمات تتعلق بالمركبات الإضافية. المعلمات هي مماثلة لتلك التي [CAR].
ملاحظة: يمكن استخدام هذا الخيار للتحقق من سلوك المشاة ضمن تدفق حركة المرور المستمر. لم تتم مناقشة هذا الخيار في قسم النتائج التمثيلية.
أكمل المقطع [ROAD] الذي يحتوي على معلمة تحديد المسار. تعيين المعلمة "حارة" إلى "1" لاستخدام حارة أقرب إلى موقف بدء المشاة، أو "2" للممر أبعد. [OBSTACLE] يشير إلى المعلمات التي تكوين مركبة السفر في الممر الثاني في نفس سرعة السيارة الأولى.
ملاحظة: عند استخدام الممر الأقرب كممر أساسي، يمكن استخدام هذا الخيار لوضع مركبات إضافية على الممر الأبعد في نفس الاتجاه. وبالتالي، يمكن استخدامه لدراسة مقاومة منظر السيارة بواسطة مركبة موازية. يحتوي هذا القسم على معلمات "النوع" و "المسافة" مع نفس التعريفات المذكورة أعلاه. لم تتم مناقشة هذا الخيار في قسم النتائج التمثيلية. جميع النتائج المعروضة تنطوي على سيارتين القيادة في حارة أقرب إلى المشاة.
أكمل المقطع [SAVE] الذي يحتوي على المعلمة المتعلقة بتردد أخذ العينات. تعيين المعلمة "رقم الرقم ثانية" إلى القيمة المطلوبة في هرتز.
حفظ ملف التكوين والخروج.
كرر المقاطع 2.2-2.8 لجميع التكوينات المطلوبة وإعداد أوراق البيانات مع قائمة التكوينات (في ترتيب عشوائي) لاستخدامها في التجربة.
إعداد ثلاثة ملفات التكوين لاستخدامها في التجارب الممارسة.
ملاحظة: التكوين التدريب الأول يجب أن يكون لم مركبات (أي، كافة معلمات "نوع" تعيين إلى "0"). يجب أن يكون ملفات التكوين التدريب الثاني والثالث مركبات. وينبغي أن يكون للتشكيل الثالث ظروف متساهلة للعبور. ويمكن استخدام نفس التكوين في تجارب الممارستين الثانية والثالثة، تبعاً للتصميم التجريبي.

3- فحص وإعداد المشاركة

تعيين المشاركين الذين يعانون من رؤية طبيعية أو مصححة إلى عادية.
ملاحظة: يجب أن يكون جميع المشاركين خاليين من أي شروط تمنع المشي العادي. يجب أن تكون خالية من أي دوخة أثناء المشي، ويجب أن لا يكون لها أي تاريخ من حوادث المرور الخطيرة.
اطلب من المشارك التوقيع على نموذج موافقة كتابية مستنيرة قبل كل تجربة.
إعداد تسجيل صوتي مع تعليمات شفهية من المهمة وتشغيل التسجيل للمشارك.
ملاحظة: يجب أن تروي التعليمات الشفهية الإجراء الأساسي الموضح أدناه وتعطي أي مطالبات محددة مطلوبة من قبل التصميم التجريبي.
تشجيع المشارك على طرح أي أسئلة حول التجربة.
قيادة المشارك على الوقوف على حلقة مفرغة عندما تكون جاهزة.
تسخير حزام الاستقرار إلى الخصر المشارك. قم بإرشاد المشارك إلى الاحتفاظ بالدرابزين في جميع الأوقات أثناء التجربة.

4. تشغيل المحاكمات الممارسة

إرشاد المشارك إلى ممارسة المشي على جهاز المشي، مع الحزام على، في حين عقد الدرابزين.
ابدأ برنامج محاكاة المشي بالنقر المزدوج على برنامج المحاكاة القابل للتنفيذ بمجرد أن يتمكن المشارك من السير على جهاز المشي بشكل مريح.
ملاحظة: يتم عرض ممر الكرتون الأسود والأبيض المعروض في الشكل 1B بين التجارب العابرة. عند هذه النقطة، يجب أن تظهر على شاشة الكمبيوتر.
إرشاد المشارك إلى ارتداء سماعة الرأس. تقديم المساعدة حسب الحاجة. تحقق من كل من الراحة والاستقرار فيما يتعلق بالرأس.
قم بمعايرة سماعة الرأس بحيث يتم محاذاة ممر الكرتون الأبيض والأسود بشكل صحيح مع وجهة نظر المشارك.
ملاحظة: تصف الأقسام 4.5-4.7 ثلاث تجارب الممارسة، والتي تم تصميمها للسماح تدريجيا للمشارك أن تصبح معتادة على بيئة محاكاة. إذا فشل المشارك في أي تجربة بسبب سوء فهم التعليمات، ينبغي إجراء ما يصل إلى تجربتين إضافيتين إضافيتين حتى يفهم المشارك التعليمات. ولا يتم إجراء محاكمات إضافية في حالات عدم العبور لأسباب أخرى غير سوء فهم القواعد (على سبيل المثال، في حالة حدوث تصادم).
ابدأ تجربة التدريب الأولى.
ملاحظة: يجب أن تكون تجربة الممارسة الأولى بدون أي مركبات للمشارك ليعتاد على المشي في إعداد الواقع الافتراضي.
1. إبلاغ المشارك بأن التجربة الأولى الممارسة سوف تحدث دون أي مركبات.
2. إرشاد المشارك إلى النظر مباشرة إلى الأمام.
3. أدخل رقم تكوين تجربة التدريب الأولى في مربع النص الموجود أسفل الشاشة.
4. انقر فوق الزر "ابدأ" في أسفل الشاشة.
  ملاحظة: يجب أن يعرض البرنامج الإعداد الواقعي الذي تم تصويره في الشكل 1C على الشاشة.
5. إبلاغ المشارك أن يستعد عند سماع "جاهز" وأن يبدأ المشي عند سماع "اذهب". إعطاء العظة اللفظية "جاهزة" و "الذهاب".
تجربة الممارسة الثانية
ملاحظة: يجب أن تقدم تجربة الممارسة الثانية المركبات دون المشي. يتحول اتجاه عرض الواقع الافتراضي مع تحول رأس المشارك.
1. تعليمات المشارك في هذه المحاكمة، في جديلة اللفظية "الذهاب"، أن ننظر إلى اليسار وفي وقت واحد اتخاذ خطوة صغيرة إلى الأمام، ولكن لا على المضي قدما أي أبعد من ذلك. وينبغي أن يشاهد المشارك بدلا من ذلك المركبات تمر بها.
2. اكتب رقم تكوين الإصدار التجريبي الثاني في مربع النص وانقر فوق "ابدأ" من خلال توفير الإشارات اللفظية.
  ملاحظة: تبدأ المركبات في التحرك مع بدء المشارك في التحرك.
تجربة الممارسة الثالثة
ملاحظة: يجب أن تكون تجربة الممارسة الثالثة مشابهة للتكوينات التجريبية، ولكن بشروط عبور متساهلة.
1. إبلاغ المشارك بأن 1) تجربة الممارسة الثالثة سوف تنطوي على سيارتين قادمة من الجانب الأيسر، و 2) انه / انها يجب أن تحاول عبور الطريق بين السيارتين.
2. أدخل رقم تجريبي التدريب العملي الثالث في مربع النص عن طريق توفير الإشارة اللفظية.
3. انقر فوق الزر "ابدأ" وابدأ التجربة من خلال توفير الإشارات اللفظية.

5. تجربة المشي الظاهري

تأكد من أن المشارك يفهم المهمة التجريبية وقادر على تنفيذها.
عندما يكون المشارك جاهزًا، اكتب رقم التكوين الأول من ورقة البيانات في مربع النص وانقر فوق "ابدأ".
تنفيذ المحاكاة كما فعلت في محاكمة الممارسة النهائية.
ملاحظة: في نهاية كل تجربة عبور، يعرض البرنامج "S" أو "F" أو "C"، اعتمادًا على ما إذا كانت النتيجة عبورًا ناجحًا (أي يعبر المشارك إلى الجانب الآخر من الشارع بدون تصادم)، أو لا يعبر (لا يعبر المشارك إلى الجانب الآخر)، أو تصادم (يتصل المشارك بمركبة)، على التوالي.
تسجيل النتيجة إلى جانب رقم التكوين على ورقة البيانات.
كرر كافة التكوينات على ورقة البيانات وأكمل التجربة.

6 - تصدير البيانات وتحليلها

استرداد ملفات البيانات للتحليل. برنامج محاكاة المشي يحفظ كل تشغيل كملف جدول بيانات في مجلد "البيانات".
تحليل البيانات باستخدام الأدوات المفضلة. بيانات الإخراج سجلات مواقع وسرعات ووكر والمركبات كسلسلة زمنية. استخدم هذه البيانات لتحليل تحركات المشاركين والاعتماد على ظروف المرور.

النتائج

يمكن استخدام جهاز محاكاة المشي لفحص سلوك عبور المشاة أثناء التلاعب بالمسافة الأولية من الرصيف إلى نقطة الاعتراض وخصائص الفجوة (أي الفجوة وأحجام المركبات). تسمح طريقة البيئة الافتراضية بمعالجة خصائص الفجوة لفهم كيفية تأثير بيئات العبور المتغيرة بشكل ديناميكي على سلوكيات عبور الطرق للأطف...

Discussion

وقد استخدمت الدراسات السابقة المحاكاة مع شاشات^{المتوقعة 16}^،¹⁷، ولكن هذا البروتوكول يحسن الصحة البيئية عن طريق عرض افتراضي غامرة تماما (أي 360 درجة). بالإضافة إلى ذلك، فإن مطالبة المشاركين بالسير على جهاز المشي يتيح فحص كيفية معايرة الأطفال والشباب أفعالهم مع ب...

Disclosures

ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

وقد موّل المعهد الكوري هذا العمل من أجل النهوض بالتكنولوجيا ووزارة التجارة والصناعة والطاقة (منحة رقمها 10044775).

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Customized treadmill	Kunsan National University		Treadmill built for this study
Desktop PC	Multiple companies		Standard Desktop PC
Oculus Rift Development Kit	Oculus VR, LLC	DK1	Virtual reality headset
Walking Simulator Software	Kunsan National University		Software deloped for this experiment

References

Bastin, J., Craig, C., Montagne, G. Prospective strategies underlie the control of interceptive actions. Human Movement Science. 25 (6), 718-732 (2006).
Bastin, J., Fajen, B., Montagne, G. Controlling speed and direction during interception: An affordance-based approach. Experimental Brain Research. 201 (4), 763-780 (2010).
Chardenon, A., Montagne, G., Laurent, M., Bootsma, R. J. A Robust Solution for Dealing With Environmental Changes in Intercepting Moving Balls. Journal of Motor Behavior. 37 (1), 52-64 (2005).
Lenoir, M., Musch, E., Thiery, E., Savelsbergh, G. J. P. Rate of change of angular bearing as the relevant property in a horizontal intercepting task during locomotion. Journal of Motor Behavior. 34 (4), 385-401 (2002).
Oxley, J. A., Ihsen, E., Fildes, B. N., Charlton, J. L., Day, R. H. Crossing roads safely: an experimental study of age differences in gap selection by pedestrians. Accident Analysis & Prevention. 37 (5), 962-971 (2005).
Chihak, B. J., et al. Synchronizing self and object movement: How child and adult cyclists intercept moving gaps in a virtual environment. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 36, 1535-1552 (2010).
te Velde, A. F., van der Kamp, J., Savelsbergh, G. J. Five-to twelve-year-olds' control of movement velocity in a dynamic collision avoidance task. British Journal of Developmental Psychology. 26 (1), 33-50 (2008).
Simpson, G., Johnston, L., Richardson, M. An investigation of road crossing in a virtual environment. Accident Analysis & Prevention. 35 (5), 787-796 (2003).
Lee, D. N., Young, D. S., McLaughlin, C. M. A roadside simulation of road crossing for children. Ergonomics. 27 (12), 1271-1281 (1984).
Oudejans, R. R., Michaels, C. F., van Dort, B., Frissen, E. J. To cross or not to cross: The effect of locomotion on street-crossing behavior. Ecological Psychology. 8 (3), 259-267 (1996).
Grechkin, T. Y., Chihak, B. J., Cremer, J. F., Kearney, J. K., Plumert, J. M. Perceiving and acting on complex affordances: How children and adults bicycle across two lanes of opposing traffic. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 39 (1), 23-36 (2013).
O'Neal, E. E., et al. Changes in perception-action tuning over long time scales: How children and adults perceive and act on dynamic affordances when crossing roads. Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 44 (1), 18-26 (2018).
Savelsbergh, G. J. P., Rosengren, K. S., Van der Kamp, J., Verheul, M. H., Savelsbergh, G. J. P. Catching action development. The development of movement coordination in children. Application in the field of sport, ergonomics and health sciences. , 191-212 (2003).
Plumert, J. M., Kearney, J. K. Timing Is Almost Everything: How Children Perceive and Act on Dynamic Affordances. Advances in child development and behavior. 55, 173-204 (2018).
Chung, H. C., Choi, G., Azam, M. Effects of Initial Starting Distance and Gap Characteristics on Children’s and Young Adults' Velocity Regulation When Intercepting Moving Gaps. Human Factors. , (2019).
Lobjois, R., Cavallo, V. Age-related differences in street-crossing decisions: The effects of vehicle speed and time constraints on gap selection in an estimation task. Accident Analysis & Prevention. 39 (5), 934-943 (2007).
Lobjois, R., Cavallo, V. The effects of aging on street-crossing behavior: from estimation to actual crossing. Accident Analysis & Prevention. 41 (2), 259-267 (2009).
Yu, Y., Chung, H. C., Hemingway, L., Stoffregen, T. A. Standing body sway in women with and without morning sickness in pregnancy. Gait & Posture. 37 (1), 103-107 (2013).
Stoffregen, T. A., Smart, L. J. Postural instability precedes motion sickness. Brain Research Bulletin. 47 (5), 437-448 (1998).
Stoffregen, T. A., Villard, S., Chen, F. C., Yu, Y. Standing posture on land and at sea. Ecological Psychology. 23 (1), 19-36 (2011).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

160

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated:

Method Article