Uso de un simulador de caminata de realidad virtual para investigar el comportamiento de los peatones

Resumen

Este protocolo describe el uso de un simulador de caminar que sirve como un método seguro y ecológicamente válido para estudiar el comportamiento de los peatones en presencia de tráfico en movimiento.

Resumen

Para cruzar una carretera con éxito, los individuos deben coordinar sus movimientos con vehículos en movimiento. Este artículo describe el uso de un simulador de caminar en el que las personas caminan en una cinta de correr para interceptar huecos entre dos vehículos en movimiento en un entorno virtual inmersivo. La realidad virtual permite una investigación segura y ecológicamente variada del comportamiento de cruce de brechas. Manipular la distancia inicial de inicio puede promover la comprensión de la regulación de velocidad de un participante mientras se acerca a un hueco. El perfil de velocidad se puede evaluar para varias variables de cruce de huecos, como la distancia inicial, el tamaño del vehículo y el tamaño de la brecha. Cada simulación de marcha da como resultado una serie de posición/tiempo que puede informar cómo se ajusta la velocidad de forma diferente en función de las características del hueco. Esta metodología puede ser utilizada por investigadores que investigan el comportamiento de los peatones y la dinámica conductual mientras emplean a participantes humanos en un entorno seguro y realista.

Introducción

El cruce de brechas, un comportamiento interceptivo, requiere moverse en relación con una brecha entre dos vehículos en movimiento^1,2,3,4. El cruce de brechas implica percibir los vehículos que se aproximan y controlar el movimiento en relación con el tránsito del tráfico. Esto requiere que las acciones se combinen con precisión con la información percibida. Muchos estudios anteriores han examinado el juicio perceptivo y el comportamiento de cruce de brechas utilizando carreteras artificiales, simuladores de carretera y entornos virtuales de proyección de pantalla^5,6. Sin embargo, la literatura anterior de cruce de carreteras tiene una comprensión incompleta de este comportamiento, y la validez ecológica de estos estudios ha sido cuestionada^7,8,9.

Este protocolo presenta un paradigma de investigación para estudiar el comportamiento de cruce de brechas en realidad virtual, maximizando así la validez ecológica. Un simulador de caminar se utiliza para examinar la percepción y las acciones del comportamiento de cruce de brechas. El simulador proporciona un entorno de caminar seguro para los participantes, y la marcha real en el entorno simulado permite a los investigadores capturar completamente la relación recíproca entre la percepción y la acción. Las personas que realmente cruzan una carretera son conocidos por juzgar la brecha de tiempo con mayor precisión que aquellos que sólo verbalmente deciden cruzar¹⁰. El entorno virtual es ecológicamente válido y permite a los investigadores cambiar fácilmente las variables relacionadas con las tareas mediante la alteración de los parámetros del programa.

En este estudio, la ubicación inicial inicial de inicio de un participante se manipula para evaluar el control de velocidad mientras se acerca a la brecha. Este protocolo permite la investigación del control de la locomoción peatonal mientras se intercepta una brecha. El análisis de la velocidad de un participante cambiando con el tiempo permite una interpretación funcional de los ajustes de velocidad mientras se acerca a una brecha.

Además, las características espaciales y temporales de los objetos interceptados especifican cómo se puede mover una persona. En un entorno de cruce de brechas, el cambio del tamaño de la brecha (distancias entre vehículos) y el tamaño del vehículo debe afectar a cómo cambia también la locomoción de un peatón. En consecuencia, la manipulación de las características de la brecha probablemente causará ajustes de velocidad en el comportamiento de aproximación del participante. Por lo tanto, la manipulación de las características de la brecha (es decir, el tamaño de la brecha y el tamaño del vehículo) proporciona información valiosa para comprender los cambios de comportamiento del cruce de acuerdo con diversas características de la brecha. Este estudio examina cómo los niños y los adultos jóvenes regulan su velocidad al cruzar brechas en varios entornos de cruce. El perfil de regulación de velocidad se puede evaluar para varios entornos de cruce de brechas con diferentes ubicaciones de partida, distancias entre vehículos y tamaños de vehículos.

Protocolo

Este protocolo experimental involucra a sujetos humanos. El procedimiento fue aprobado por la Junta de Investigación de la Universidad Nacional de Kunsan.

1. Preparación de equipos

NOTA: El equipo incluye lo siguiente: un ordenador personal (PC, 3,3 GHz con 8 GM) con ratón, teclado y monitor; Walking Simulator software instalado en el PC de escritorio; una cinta de correr personalizada (ancho: 0,67 m, longitud: 1,26 m, altura: 1,10 m) equipada con pasamanos, una correa y un codificador magnético con un cable USB; y un dispositivo de realidad virtual Oculus Rift (DK1, EE. UU., 1280 x 800 píxeles). El equipo también incluye una cinta de correr manual personalizada. La cinta de correr gira a través de los movimientos de marcha de los participantes y no utiliza un motor interno.

1. Prepare suficiente espacio para la cinta de correr y un escritorio cercano para el PC. En la Figura 1Ase muestra una fotografía de la configuración experimental.
2. Conecte el equipo tal y como se muestra en de la figura 2.
   1. Conecte el codificador magnético de la cinta de correr al PC a través de un puerto USB.
   2. Conecte la cinta de correr a una fuente de alimentación.
   3. Conecte los auriculares al PC a través de los puertos DVI/HDMI y USB.

2. Preparación de configuraciones de simulador de caminar

1. Acceda al directorio del simulador de caminata en el PC y abra el directorio "Config".
   NOTA: Cada configuración se guarda como un archivo de texto en el directorio "Config" con nombres de archivo de "config001", "config002", etc. Aquí, 001, 002, etc. están los números de configuración. Los pasos 2.2–2.8 describen cómo crear los archivos de configuración para que sean legibles por el software del simulador. En la Figura 3se muestra un esquema de una situación de cruce de dos vehículos que muestra distancias iniciales personalizables. En la Figura 4se muestra un archivo de configuración de ejemplo con el formato adecuado. Los encabezados de sección del archivo de configuración utilizan corchetes (por ejemplo, "[WALKER]").
2. Complete la sección [WALKER] que contiene el parámetro relativo al punto de partida de los participantes.
   1. Establezca el parámetro "Distancia", que indica la distancia inicial del participante desde el punto de partida en metros (m).
3. Complete la sección [CAR] que contiene los parámetros relativos al primer vehículo.
   1. Establezca el parámetro "Tipo" (que indica el tipo de vehículo) en "1" para el sedán, "2" para el autobús o "0" para retirar el vehículo.
   2. Establezca el parámetro "Velocidad" (que indica la velocidad del vehículo) en el valor deseado en km/h.
   3. Establezca el parámetro "Distancia" (que indica la distancia inicial del vehículo desde el punto de cruce) hasta el valor deseado en metros.
4. Complete la sección [SECONDCAR] que contiene los parámetros relacionados con el segundo vehículo. Los parámetros son idénticos a los de [CAR].
   NOTA: En estudios de dos vehículos, la brecha se define como el espacio vacío entre los dos vehículos. El tamaño del hueco, definido como el período de tiempo durante el cual el espacio está a lo largo del sendero del participante, es una función de los parámetros "Distancia", "Velocidad" y "Tipo" de [CAR] y [SECONDCAR].
5. Complete la sección [NEXTCAR] que contiene parámetros relacionados con vehículos adicionales. Los parámetros son idénticos a los de [CAR].
   NOTA: Esta opción se puede utilizar para investigar el comportamiento de los peatones dentro del flujo de tráfico continuo. Esta opción no se discute en la sección de resultados representativos.
6. Complete la sección [ROAD], que contiene el parámetro para la selección de carriles. Establezca el parámetro "carril" en "1" para utilizar el carril más cerca de la posición inicial del peatón, o "2" para el carril más lejos. [OBSTACLE] indica los parámetros que configuran un vehículo que viaja en el segundo carril a la misma velocidad que el primer vehículo.
   NOTA: Cuando se utiliza el carril más cercano como carril principal, esta opción se puede utilizar para colocar vehículos adicionales en el carril más lejano que va en la misma dirección. Por lo tanto, se puede utilizar para estudiar la impedancia de la vista de un vehículo por un vehículo paralelo. Esta sección tiene los parámetros "Tipo" y "Distancia" con las mismas definiciones descritas anteriormente. Esta opción no se discute en la sección de resultados representativos. Todos los resultados mostrados involucran dos vehículos que circulan por el carril más cerca del peatón.
7. Complete la sección [SAVE], que contiene el parámetro relacionado con la frecuencia de muestreo. Establezca el parámetro "numberpersecond" en el valor deseado en Hz.
8. Guarde el archivo de configuración y salga.
9. Repita las secciones 2.2–2.8 para todas las configuraciones deseadas y prepare las hojas de datos con la lista de configuraciones (en un orden aleatorio) que se utilizará en el experimento.
10. Prepare tres archivos de configuración que se utilizarán en las pruebas de práctica.
    NOTA: La primera configuración de práctica no debe tener vehículos (es decir, todos los parámetros "Tipo" establecidos en "0"). Los archivos de configuración de la segunda y tercera práctica deben tener vehículos. La tercera configuración debe tener condiciones de cruce indulgentes. La misma configuración se puede utilizar para el segundo y tercer ensayo de práctica, dependiendo del diseño experimental.

3. Examen y preparación de la participación

1. Reclutar participantes con visión normal o corregida a normal.
   NOTA: Todos los participantes deben estar libres de cualquier condición que impida el caminar normal. Deben estar libres de cualquier mareo mientras caminan, y no deben tener ningún antecedente de accidentes de tráfico graves.
2. Pida al participante que firme un formulario de consentimiento informado y por escrito antes de cada experimento.
3. Prepare una grabación de audio con instrucciones verbales de la tarea y reproduzca la grabación al participante.
   NOTA: Las instrucciones verbales deben narrar el procedimiento básico descrito a continuación y dar cualquier indicación específica requerida por el diseño experimental.
4. Anime al participante a hacer cualquier pregunta sobre el experimento.
5. Lleve al participante a pararse en la cinta de correr cuando esté listo.
6. Aproveche el cinturón estabilizador hasta la cintura del participante. Indique al participante que sostenga los pasamanos en todo momento durante el experimento.

4. Ejecutar los ensayos de práctica

1. Indique al participante que practique caminar en la cinta de correr, con el cinturón puesto, mientras sostiene los pasamanos.
2. Comience el programa de simulador de caminar haciendo doble clic en el programa de simulador ejecutable una vez que el participante es capaz de caminar en la cinta de correr cómodamente.
   NOTA: El paso de peatones de dibujos animados en blanco y negro que se muestra en la Figura 1B se muestra entre las pruebas de cruce. En este punto, debe mostrarse en la pantalla del PC.
3. Indique al participante que use los auriculares. Prestar asistencia según sea necesario. Compruebe la comodidad y la estabilidad con respecto a los giros de cabeza.
4. Calibre los auriculares para que el paso de peatones de dibujos animados en blanco y negro esté correctamente alineado con la vista del participante.
   NOTA: Las Secciones 4.5–4.7 describen tres ensayos de práctica, que están diseñados para permitir gradualmente que el participante se acostumbre al entorno del simulador. Si el participante falla en cualquier ensayo debido a un malentendido de las instrucciones, se deben realizar hasta dos pruebas adicionales hasta que el participante entienda las instrucciones. Los ensayos adicionales no se realizan en casos de no cruzar por razones distintas a la incomprensión de las reglas (por ejemplo, si se produce una colisión).
5. Comience el primer ensayo de práctica.
   NOTA: La primera prueba de práctica debe ser sin ningún vehículo para que el participante se acostumbre a caminar en el entorno de realidad virtual.
   1. Informar al participante que el primer ensayo de práctica se llevará a producir sin ningún tipo de vehículo.
   2. Indique al participante que mire hacia adelante.
   3. Introduzca el número de configuración de la primera prueba de práctica en el cuadro de texto de la parte inferior de la pantalla.
   4. Haga clic en el botón "Inicio" en la parte inferior de la pantalla.
      NOTA: El programa debe mostrar la configuración realista representada en la Figura 1C en la pantalla.
   5. Informe al participante que se prepare al escuchar "Listo" y que comience a caminar al escuchar "Ir". Dé las señales verbales "Listo" y "Ir".
6. Segundo ensayo de práctica
   NOTA: El segundo ensayo de práctica debe introducir los vehículos sin caminar. La dirección de la vista de realidad virtual cambia a medida que se gira la cabeza del participante.
   1. Instruya al participante en este juicio, en la señal verbal "Go", que mire a la izquierda y al mismo tiempo de dar un pequeño paso adelante, pero no caminar más hacia adelante. En su lugar, el participante debe ver pasar los vehículos.
   2. Escriba el número de configuración de la segunda prueba en el cuadro de texto y haga clic en "Iniciar" proporcionando las señales verbales.
      NOTA: Los vehículos comienzan a moverse a medida que el participante comienza a moverse.
7. Tercer ensayo de práctica
   NOTA: El tercer ensayo de práctica debe ser similar a las configuraciones experimentales, pero con condiciones de cruce indulgentes.
   1. Informar al participante que 1) el tercer ensayo de práctica implicará dos vehículos procedentes del lado izquierdo, y 2) debe intentar cruzar la carretera entre los dos vehículos.
   2. Introduzca el tercer número de prueba de práctica en el cuadro de texto proporcionando la indicación verbal.
   3. Haga clic en el botón "Inicio" y comience la prueba proporcionando las señales verbales.

5. Experimento virtual para caminar

1. Confirme que el participante entiende la tarea experimental y es capaz de realizarla.
2. Cuando el participante esté listo, escriba el primer número de configuración de la hoja de datos en el cuadro de texto y haga clic en "Iniciar".
3. Realice la simulación como se hace en el ensayo de práctica final.
   NOTA: Al final de cada prueba de cruce, el programa muestra "S", "F" o "C", dependiendo de si el resultado es un cruce exitoso (es decir, el participante cruza al otro lado de la calle sin colisiones), sin cruce (el participante no cruza al otro lado) o una colisión (el participante tiene contacto con un vehículo), respectivamente.
4. Registre el resultado junto al número de configuración en la hoja de datos.
5. Repita el proceso para todas las configuraciones de la hoja de datos y complete el experimento.

6. Exportación y análisis de datos

1. Recupere los archivos de datos para su análisis. El software simulador de caminata guarda cada ejecución como un archivo de hoja de cálculo en la carpeta "Datos".
2. Analice los datos con las herramientas preferidas. Los datos de salida registran las posiciones y velocidades del andador y los vehículos como una serie temporal. Utilice estos datos para analizar los movimientos de los participantes y la dependencia de las condiciones del tráfico.

Resultados

El simulador de caminar se puede utilizar para examinar el comportamiento de cruce de un peatón mientras manipula la distancia inicial desde el bordillo hasta el punto de interceptación y las características de la brecha (es decir, hueco y tamaños de vehículo). El método de entorno virtual permite la manipulación de las características de la brecha para comprender cómo los entornos de cruce dinámicamente cambiantes afectan los comportamientos de cruce de caminos de niños y adultos jóvenes.

Discusión

Estudios previos han utilizado simuladores con pantallas proyectadas^16,17,pero este protocolo mejora la validez ecológica a través de una vista virtual totalmente inmersiva (es decir, 360 grados). Además, exigir a los participantes que caminen en una cinta de correr permite examinar cómo los niños y los adultos jóvenes calibran sus acciones a un entorno cambiante. La escena virtual de este diseño experimental cambia simultáneamente con los movimientos de ...

Materiales

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