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In diesem Artikel

  • Zusammenfassung
  • Zusammenfassung
  • Einleitung
  • Protokoll
  • Ergebnisse
  • Diskussion
  • Offenlegungen
  • Danksagungen
  • Materialien
  • Referenzen
  • Nachdrucke und Genehmigungen

Zusammenfassung

Dieses Papier beschreibt eine Methode für die Durchführung von Multi-User-Experimente an Entscheidungs- und Navigation mit einem vernetzten Computerlabor.

Zusammenfassung

Untersuchung der Interaktionen zwischen mehreren Teilnehmern ist eine Herausforderung für Forscher aus verschiedenen Disziplinen, einschließlich der entscheidungswissenschaften und räumliche Wahrnehmung. Mit einem Local Area Network und engagierten Software-Plattform können Experimentatoren effizient überwachen Sie das Verhalten der Teilnehmer, die gleichzeitig in einer virtuellen Desktop-Umgebung eingebettet sind und die gesammelten Daten zu digitalisieren. Diese Funktionen ermöglichen experimentelle Designs in der räumlichen Wahrnehmung und Navigation Forschung, das wäre schwierig (wenn nicht gar unmöglich), in der realen Welt durchzuführen. Mögliche experimentellen Variationen gehören Stress während einer Evakuierung, kooperativ und wettbewerbsfähigen Suchaufgaben und andere Kontextfaktoren, die entstehende Masse Verhalten beeinflussen können. Jedoch erfordert so ein Labor Wartung und strenge Protokolle für die Datenerfassung in einer kontrollierten Umgebung. Während die externe Validität der Laboruntersuchungen mit menschlichen Teilnehmer manchmal in Frage gestellt wird, schlagen eine Reihe von Publikationen, dass die Korrespondenz zwischen realen und virtuellen Umgebungen möglicherweise ausreichend für das soziales Verhalten in Bezug auf Studium Bahnen, zögern und räumliche Entscheidungen. In diesem Artikel beschreiben wir eine Methode für die Durchführung von Experimenten an Entscheidungs- und Navigation mit bis zu 36 Teilnehmer in einem vernetzten Desktop-virtual-Reality-Setup (zB., die Entscheidung Science Laboratory oder DeSciL). Dieses Experiment Protokoll kann angepasst und von anderen Forschern um die Einrichtung einer vernetzten Desktop-virtual Reality-Labor angewendet werden.

Einleitung

Forschung auf räumliche Wahrnehmung und Navigation in der Regel untersucht die räumliche Entscheidungsprozesse (zB., drehen nach links oder rechts an der Kreuzung) und mentale Repräsentation der Individuen in realen und virtuellen Umgebungen1,2. Die Vorteile der virtuellen Realität (VR) gehören die Vermeidung von ethischen und Sicherheitsfragen (zB., während eine gefährliche Evakuierung-3), die automatische Messung und Analyse von Geodaten4und eine ausgewogene Kombination von innen- und externe Validität5,6,7. Zum Beispiel erweitert Weisberg und Kollegen frühere Untersuchungen auf individuelle Unterschiede in der räumlichen Wissenserwerbs durch den Nachweis, dass räumliche Aufgaben in der VR eine objektive Verhaltens Bestimmung der räumlichen Möglichkeit8bieten können. Diese Studie auch vorgeschlagen, dass die Navigation Verhalten in der VR reale Navigation nähert, weil die virtuelle Umgebung nach dem Campus der Universität von Schinazi und Kollegen9 verwendet modelliert wurde (siehe auch die Studie von Ruddle und Kollegen 10). VR galt auch für Psychotherapie11, klinische Bewertung12, Verbraucher Verhalten13und Chirurgie14,15. Jedoch die meisten VR-Systemen fehlen propriozeptive und Audio-Feedback, die Präsenz verbessern können und Immersion16,17,18,19, Training mit der Auswerteeinheit20 ,21,22und fehlende soziale Signale. In der Tat, Menschen in der realen Welt bewegen sich oft in Gruppen23, zu vermeiden Sie oder folgen Sie anderen Menschen3,24, und treffen Sie Entscheidungen basierend auf sozialen Kontext25,26.

Zur gleichen Zeit konzentriert sich die Forschung auf Masse Verhalten oft auf emergente Eigenschaften der Massen (z.B. Bahn Bildung, Staus an Engpässen), die auf einem Computer simuliert oder in der realen Welt beobachtet. Z. B. Helbing und Kollegen verwendet eine Kombination von realen Beobachtungen und Computersimulationen, um Verbesserungsvorschläge zu den Verkehrsfluss in einem Knotenpunkt durch die Trennung von zu- und Abfluss mit physischen Barrieren und platzieren ein Hindernis in der 27zu zentrieren. Moussaïd und Kollegen zur eine Heuristik-basiertes Modell um High-Density-Situationen während einer Menge Katastrophe28zu studieren. Dieser Ansatz schlug Verbesserungen an einen ökologischen Rahmen für Großveranstaltungen um Menge Katastrophen zu vermeiden. Mit Hilfe eines vorhandenen open-Source-Rahmens konnte die Implementierung von solchen Simulationen relativ einfach sein. SteerSuite ist ein open-Source-Framework, das Benutzern erlaubt, Lenkung Algorithmen und Masse Verhalten leicht zu simulieren, indem Sie die Werkzeuge für Erleichterung, benchmarking und Testen von29. Dieses Rahmenwerk kann den Kern eines Vermittlers Navigation Begründung, ist entscheidend für erfolgreiche Crowd-Simulation. Darüber hinaus zeigte Singh und Kollegen eine Plattform, die eine Vielzahl von Techniken30Lenkung kombiniert. Während Forscher Design Interventionen mit Hilfe solcher Simulationen vorschlagen können, werden sie nur selten mit menschlichen Teilnehmern in einer kontrollierten Umgebung überprüft. Kontrollierte Experimente sind selten in der Menge Forschung, weil sie schwer zu organisieren und an die Teilnehmer gefährlich sein können.

VR wurde eingesetzt, um soziale Verhalten verwenden von einfachen und komplexen virtuellen Umgebungen mit einem oder mehreren computersimulierte Agents zu untersuchen. In der Studie von Bode und Kollegen31,32wurden die Teilnehmer gebeten, eine einfache virtuelle Umgebung von einer Top-Down-Perspektive unter mehreren Agenten zu evakuieren und festgestellt, dass statische Beschilderung und Motivation Ausfahrt Wahl betroffen war. Teilnehmer mit einem komplexeren Umfeld aus einer Ego-Perspektive präsentiert, festgestellt Kinateder und Kollegen, dass die Teilnehmer eher eine computersimulierte Einzelsubstanz während der Flucht aus einem virtuellen Tunnel Feuer25Folgen waren. In einer komplexen virtuellen Umgebung mit mehreren Agenten festgestellt Drury und Kollegen, dass die Teilnehmer einen gefallenen Agenten während einer Evakuierung zu unterstützen tendenziell, wenn sie mit der Masse26identifiziert. Diese Feststellungen zufolge Kollektiv, VR ein wirksames Mittel zur sozialen Verhaltensweisen, auch mit computersimulierte Agenten zu entlocken sein kann. Jedoch können einige Menge Verhaltensweisen nur beobachtet werden, wenn eine realistische soziale Signal vorhanden ist (zB., wenn die Teilnehmer bewusst, dass die anderen Avatare von Menschen3kontrolliert werden). Um diesem Mangel zu begegnen, beschreibt dieses Protokoll ein Verfahren zur Durchführung von kontrollierten Experimenten mit mehreren Benutzern in einem vernetzten VR-Setup. Dieser Ansatz hat in einer aktuellen Studie von Moussaid und Kollegen eingesetzt, um das Verhalten der Evakuierung von 36 vernetzte Teilnehmer3zu untersuchen.

Forschung über vernetzte VR konzentriert sich auf Themen, die in keinem Zusammenhang mit Navigation Strategien33,34 und/oder stützte sich auf bestehende Online-Gaming-Plattformen wie Second Life. Zum Beispiel untersucht Molka-Danielsen und Chabada Evakuierung Verhalten in Bezug auf die Ausfahrt Wahl und räumlichen Wissens des Gebäudes mit Teilnehmern unter den bestehenden Nutzern von Second Life35rekrutiert. Während die Autoren einige aussagekräftige Ergebnisse liefern (zB., Visualisierungen von Trajektorien), diese Studie hatte Schwierigkeiten mit Teilnehmer Rekrutierung, experimentelle Kontrolle und Verallgemeinerung über diesen speziellen Fall. Vor kurzem fand Normoyle und Kollegen, dass bestehende Nutzer von Second Life und Teilnehmer in einem Labor in Bezug auf Leistung und Ausfahrt Wahl Evakuierung und unterschiedlich in Bezug auf Selbstauskünften Präsenz und Frustration mit dem Regler 36-Schnittstelle. Markieren Sie die Erkenntnisse aus diesen zwei Studien einige der Herausforderungen und Möglichkeiten der Online- und Laborversuche. Online-Studien sind in der Lage, Zeichnung von einer viel größeren und motivierte Bevölkerung der potentielle Teilnehmer. Jedoch erlauben Untersuchungen im Labor für experimentelle Kontrolle der physischen Umwelt und mögliche Ablenkungen. Darüber hinaus können Online-Studien einige ethische Bedenken bezüglich Daten Anonymität und Vertraulichkeit darstellen.

Als eine vernetzte Desktop-VR-Labor dient der Entscheidung Science Laboratory (DeSciL) an der ETH Zürich vor allem wirtschaftliche Entscheidungs- und strategischen Interaktionen in einer kontrollierten Umgebung zu untersuchen. Die technische Infrastruktur bei den DeSciL besteht aus Hardware, Software für Laborautomation und Software, die die Multi-User-Desktop VR Setup unterstützt. Die Hardware umfasst Hochleistungs-Desktop-Computer mit Betriebssystem Microsoft Windows 10 Enterprise, Bedienoberflächen (zB., Maus und Tastatur, Joystick), Kopfhörer und Eye-Tracker (Table of Materials). Alle Client-Computer sind mit Ethernet von einem Gigabit pro Sekunde, das Uni-Netzwerk und den gleichen Dateifreigabe im Netzwerk verbunden. Es gibt keine sichtbare Verzögerung oder Verzögerung gibt es 36 Clients verbunden. Die Anzahl der Frames pro Sekunde ist durchweg über 100. Die Experimente sind auch verwaltet und kontrolliert mit Labor-Automatisierungs-Software basierend auf Microsoft PowerShell (d.h.PowerShell gewünscht Zustand Konfiguration und PowerShell Remoting). Alle relevanten Schritte des Protokolls sind vorprogrammiert, mit PowerShell-Skripts genannt Cmdlets (zB., Start-Computer, Stop-Computer). Während des Experiments können diese Skripts gleichzeitig und aus der Ferne auf allen Client-Computern ausgeführt werden. Diese Art der Laborautomation sorgt für eine identische Zustand des Clients Computern, reduziert potenzielle Fehler und Komplexität bei der wissenschaftlichen Prüfung und verhindert, dass Forscher sich wiederholende manuelle Aufgaben. Für die Navigation-Experimente, verwenden wir die Einheit game-Engine (< https://unity3d.com/>) um die Entwicklung von 2D und 3D Umgebungen für Multi-User, interaktive Desktop VR zu unterstützen. Die 36 Client-Computer sind mit einem Server über einen autorisierenden Server-Architektur verbunden. Zu Beginn jedes Experiments jeder Client eine Instanziierung Anforderung an den Server sendet, und der Server antwortet durch Instanziieren eines Avatars für diesen Benutzer auf allen angeschlossenen Computern. Jeder Benutzer Avatar hat eine Kamera mit einem 50 Grad Sichtfeld. Während das Experiment, die Clients senden Benutzer "Eingang auf dem Server und der Server aktualisiert die Bewegung von allen Clients.

Im physikalischen Labor ist jeder Computer in einem separaten Raum innerhalb drei halb-unabhängigen Zimmer (Abbildung 1) enthalten. Die Gesamtgröße des Labors ist 170 m2 (150 m2 für Experiment Zimmer und 20 m2 für Kontrollraum). Jedes dieser Zimmer ist mit Audio- und video Aufnahmegeräten ausgestattet. Experimente werden von einem separaten Nebenraum gesteuert (i.e., indem die Anweisungen und initiieren das experimentelle Programm). Aus diesem Kontrollraum beobachten die Experimentatoren auch die Teilnehmer in physischen und virtuellen Umgebungen. Gemeinsam mit der wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät an der Universität Zürich unterhält die DeSciL Registrierung Universitätszentrum für Studienteilnehmer, die implementiert wurde basierend auf h-Wurzel37.

Obwohl ähnliche Systeme in der Literatur38beschrieben wurden, ist die DeSciL das erste funktionale Labor, das für Multi-User Desktop-VR-Experimente auf Navigation und Masse Verhalten nach unserem Kenntnisstand geeignet ist. Hier beschreiben wir das Protokoll für die Durchführung eines Experiments in der DeSciL, repräsentative Ergebnisse aus einer Studie über soziale Navigation Verhalten und die Möglichkeiten und Grenzen dieses Systems zu diskutieren.

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Protokoll

Alle hier beschriebene Methoden wurden von Research Ethics Committee der ETH Zürich im Rahmen des Vorschlags EK 2015-N-37 genehmigt.

(1) die Teilnehmer für die geplante experimentelle Sitzung zu rekrutieren.

  1. Probieren Sie die Teilnehmer in bestimmten Grenzen (zB., Alter, Geschlecht, Bildungsstand) mit dem Teilnehmer Rekrutierungssystem.
  2. Senden Sie Einladungen per e-Mail an die zufällig ausgewählte Teilnehmer über die Kontaktdaten von Recruiting-System zur Verfügung gestellt.
  3. Warten Sie, bis diese Teilnehmer über das Online-System anzumelden. Stellen Sie sicher, dass mehr Teilnehmer als erforderlich (zB., 4 Teilnehmer für eine Session, die 36 Personen erfordert überbucht) registrieren. Überbuchten Teilnehmer dazu beitragen, dass eine Sitzung bei Nichterscheinen lebensfähig ist.
  4. Stellen Sie sicher, dass eine Bestätigung per e-Mail an registrierte Teilnehmer automatisch gesendet wird.

2. die experimentelle Sitzung vorbereiten.

  1. Bereiten Sie die Laborumgebung.
    1. Drucken Sie die Liste den teilnehmenden aus dem Recruiting-System.
    2. Schalten Sie den Server und die Lichter in den Kontrollraum des der DeSciL und organisieren Sie der Prüfräume entsprechend die erforderliche Anzahl von Teilnehmern zu.
    3. Kopie der ausführbaren Datei experimentieren Programm und seine entsprechenden Konfigurations-Dateien auf dem Netzlaufwerk. Dieses Programm setzt ein individuell geschriebenen Software-Framework basierend auf der Einheit-game-Engine, Client-Server-Kommunikation zwischen verschiedenen Computern über ein lokales Netzwerk zu unterstützen. Für Navigation Experimente bildet den Rahmen einer Vogelperspektive Beobachter-Server-System für die Überwachung des Auftraggebers Verhaltensweisen während des Experiments.
    4. Offene PowerShell integrierten Scripting-Umgebung auf dem Windows-Desktop. In der PowerShell-Konsole geben Sie ein Array von Computernamen (z. B.., $pool = "Descil-w01", "Descil-w02"...) eine Client-Pool-Objekt zu erstellen. Als nächstes geben Sie Start-Pool $pool , starten Sie die Clientcomputern und Register-Pool $pool an den Server auf den Client-Computer zu verbinden.
    5. Bereiten Sie den Computer auf der Clientseite vor dem Start des Programms. Geben Sie Invoke-Pool {Mount-NetworkShare $path} , Computer, geben den richtigen Ordner-Pfad zu lenken.
    6. Die vorbereitete Funktionen auf dem Server ausführen (i.e., Start-GameServer) und auf den Clients (i.e., Invoke-Pool {Start-GameClient}). Geben Sie die IP-Adresse des Servers als Parameter der Funktion.
    7. Warten Sie auf eine Nachricht auf dem Server Monitor, die eine erfolgreiche Verbindung anzeigt.
    8. Verteilen Sie die Einverständniserklärungen und Stifte in jeder Kabine. Die Einverständniserklärungen enthält Informationen zur Studie (zB., das Ziel der Studie, potenzielle Risiken und Vorteile des Experiments), die Kontaktinformationen für den Experimentator und eine juristische Verzichtserklärung.
    9. Mischen Sie die Karten der Sitzplätze Karten, die die Sitzordnung der Teilnehmer angeben.
  2. Begrüßen Sie die Teilnehmer.
    1. Bitten Sie die Teilnehmer außerhalb des Labors zu warten. 5 Minuten vor der offiziellen Startzeit, überprüfen Sie die Teilnehmer-Ausweise um sicherzustellen, dass sie die Liste der registrierten Teilnehmer. Zur gleichen Zeit lassen Sie die Teilnehmer eine Karte wählen, die ihre Sitzplatz-Nummer angibt. Haben Sie die Teilnehmer auf der entsprechenden Kabine gehen und warten, bis das Experiment zu beginnen.
    2. Warten Sie ein paar Minuten die Teilnehmer lesen und unterzeichnen die Einverständniserklärungen. Sammeln Sie diese Formen vor der Durchführung des Experiments.

3. führen Sie das Experiment.

  1. Übertragen Sie die versuchsanleitung mit dem Mikrofon an alle Teilnehmer. Informieren Sie sie über die Grundregeln, einschließlich keine Kommunikation mit anderen Teilnehmern und keine persönlichen elektronischen Geräte gestattet. Bitten Sie die Teilnehmer, ihre Hand zu heben, wenn sie irgendwelche Fragen bezüglich des Experiments haben.
  2. Beginnen Sie das Experiment durch die Vorlage des demografischen Fragebogens (zB., Geschlecht und Alter) auf jedem Client.
  3. Bereitstellen der Ausbildung-Szene, um den Teilnehmern beibringen, wie man durch die virtuelle Umgebung zu manövrieren. Wenn die Teilnehmer haben Probleme bei der Verwendung von der Auswerteeinheit (zB., Maus und Tastatur), gehen Sie in Richtung ihrer Kabine um ihnen behilflich zu sein. Halten die Teilnehmer Fortschritte indem Sie Screenshots von allen Clients anfordern (i.e., geben Sie Get-ScreenShots auf PowerShell-Konsole), bis alle Teilnehmer die Trainingseinheit beendet haben.
  4. Nach dem Training beginnt die Testphase des Experiments. Beobachten Sie die Teilnehmer Verhaltensweisen aus der Vogelperspektive Schnittstelle auf dem Servercomputer. Senden Sie Warnmeldungen an die Teilnehmer durch das Programm, wenn sie etwas abnorme tun, indem Sie auf ihren Avatar. Ansonsten versuchen Sie nicht, mit den Teilnehmern während des Experiments zu stören.
  5. Stellen Sie sicher, dass es eine kurze Wartezeit vor jeder Verhandlung ist für das Laden der nächsten Szene und ermöglicht die Teilnehmern, die Anweisungen zu lesen.

4. Schließen Sie das Experiment.

  1. Schließen Sie die Server- und Client-Programm durch die Eingabe von Stop-GameClient und Stop-GameServer in der PowerShell-Konsole.
  2. Bitten Sie die Teilnehmer sitzen bleiben, bis ihre Nummer, über das Mikrofon aufgerufen wird.
  3. Extrahieren Sie endgültige Ergebnisse der Teilnehmer aus der Datei "Score.txt" im Ordner "Projekt" auf dem Servercomputer zu und konvertieren Sie ihre Noten in eine Geldleistung.
  4. Rufen Sie die Kabine Zahlen von eins zu einem Zeitpunkt, und treffen Sie jeder Teilnehmer an der Rezeption. Danken Sie die Teilnehmer und Ihnen Sie die entsprechende Zahlung.
  5. Prüfen der Kabinen und sammeln Sie alle restlichen Stifte oder Formen.
  6. Kopieren Sie und speichern Sie die Experimentdaten vom Server auf eine externe Festplatte zur späteren Analyse.

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Ergebnisse

Für jeden Client auf jeden Versuch, die Testdaten aus dem DeSciL in der Regel gehören Flugbahnen, Zeitstempel und Maßnahmen der Leistung (zB., ob der Teilnehmer in die "richtige" Richtung zu einer bestimmten Kreuzung aktiviert). Eine repräsentative Studie untersucht die Auswirkungen der Beschilderung Komplexität auf die Routenwahl für eine Menge von menschlichen Teilnehmern (mit virtuellen Avataren) in einer einfachen y-förmigen virtuelle Umgebung. In diesem Experiment, 28...

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Diskussion

In diesem Artikel beschriebenen wir ein Multi-User Desktop-virtual Reality-Labor, in dem bis zu 36 Teilnehmer interagieren können und gleichzeitig Navigieren durch die verschiedenen virtuellen Umgebungen. Das experimentelle Protokoll beschreibt die Schritte für diese Art der Forschung und einzigartige Multi-User-Szenarien. Spezielle Überlegungen zu diesen Szenarien umfassen die Anzahl der Teilnehmer anwesend, die Kosten für scheinbar kleine Experimentator Fehler Rendern und networking-Kapazitäten (beide Server - und...

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Offenlegungen

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Danksagungen

Die repräsentative Studie wurde durch den Schweizerischen Nationalfonds im Rahmen des Stipendiums "Signaletik im sozialen Umfeld" (Nr. 100014_162428) finanziert. Wir möchten M. Moussaid für aufschlussreiche Gespräche danken. Wir wollen auch C. Wilhelm, F. Thaler, H. Abdelrahman, S. Madjiheurem, A. Ingold und A. Grossrieder während der Softwareentwicklung für ihre Arbeit danken.

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Materialien

NameCompanyCatalog NumberComments
PCLenovoIdeaCentre AIO 70024’’ screen, 16 GB RAM, and SSDs. CPU: Intel core i7. GPU:NVidia GeForce GTX 950A
KeyboardLenovoLXH-EKB-10YA
MouseLenovoSM-8825
Eye trackerTobii TechnologyTobii EyeXData rate: 60 Hz. Tracking screen size: Up to 27″
Communication audio systemBiamp SystemsNetworked paging station - 1Ethernet:100BaseTX

Referenzen

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