Name: controlled rotation of human observers in a virtual reality environment
Uploaded: 2022-04-21T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Controlled Rotation of Human Observers in a Virtual Reality Environment at JoVE.com

Dette arbeidet ble støttet av Australian Research Council tilskudd DP160104211, DP190103474 og DP190103103.

ADVARSEL: Elektrisk arbeid skal utføres av en kvalifisert person.
1. Mekanisk systemoppsettprosedyre
<ol><li>Fest hovedskiven til den øvre akselen på svingstolen.<ol>
<li>Fjern den øvre akselen. MERK: Dette innebærer vanligvis å plassere stolen på siden og fjerne en pinne i bunnen av stolen som forhindrer at den øvre akselen glir ut av den nedre akselen.</li>
		<li>Friksjons-monter remskiven på akselen.<ol>
<li>Bruk Vernier-kalipere for å oppnå akselens diamete...

<ol>
	<li>Campos, J., B&#252;lthoff, H., Murray, M. M., Wallace, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multimodal+integration+during+self-motion+in+virtual+reality.">Multimodal integration during self-motion in virtual reality.</a> The Neural Bases of Multisensory. , (2012).</li><li>Radianti, J., Majchrzak, T. A., Fromm, J., Wohlgenannt, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+systematic+review+of+immersive+virtual+reality+applications+for+higher+education:+Design+elements,+lessons+learned,+and+research+agenda.">A systematic review of immersive virtual reality applications for higher education: Design elements, lessons learned, and research agenda.</a> Computers &amp; Education. 147, 103778 (2020).</li><li>Madshaven, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+the+user+experience+of+virtual+reality+rehabilitation+solution+for+biomechatronics+laboratory+and+home+environment.">Investigating the user experience of virtual reality rehabilitation solution for biomechatronics laboratory and home environment.</a> Frontiers in Virtual Reality. 2, 645042 (2021).</li><li>Fan, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+physical+training+motion+simulation+system+based+on+virtual+reality+technology.">Design of physical training motion simulation system based on virtual reality technology.</a> 2021 The 13th International Conference on Computer Modeling and Simulation. Association for Computing Machinery. , 81-86 (2021).</li><li>Roettl, J., Terlutter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+same+video+game+in+2D,+3D+or+virtual+reality+-+How+does+technology+impact+game+evaluation+and+brand+placements.">The same video game in 2D, 3D or virtual reality - How does technology impact game evaluation and brand placements.</a> PLoS One. 13 (7), 0200724 (2018).</li><li>Riecke, B. E., Sigurdarson, S., Milne, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moving+through+virtual+reality+without+moving.">Moving through virtual reality without moving.</a> Cognitive Processing. 13, 293-297 (2012).</li><li>Fauville, G., Queiroz, A. C. M., Woolsey, E. S., Kelly, J. W., Bailenson, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+water+immersion+on+vection+in+virtual+reality.">The effect of water immersion on vection in virtual reality.</a> Scientific Reports. 11 (1), 1022 (2021).</li><li>Bernhard, E. R., J&#246;rg, S. -. P., Marios, N. A., Markus Von Der, H., Heinrich, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cognitive+factors+can+influence+self-motion+perception+(vection)+in+virtual+reality.">Cognitive factors can influence self-motion perception (vection) in virtual reality.</a> ACM Transactions on Applied Perception. 3 (3), 194-216 (2006).</li><li>Gibson, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The perception of the visual world. , (1950).</li><li>Angelaki, D. E., Gu, Y., Deangelis, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+and+vestibular+cue+integration+for+heading+perception+in+extrastriate+visual+cortex.">Visual and vestibular cue integration for heading perception in extrastriate visual cortex.</a> Journal of Physiology. 589, 825-833 (2011).</li><li>Badcock, D., Palmisano, S., May, J. G., Hale, K. S., Stanney, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vision+and+virtual+environments.">Vision and virtual environments.</a> Handbook of Virtual Environments: Design, Implementation, and Applications. , 39-85 (2014).</li><li>Kaliuzhna, M., Prsa, M., Gale, S., Lee, S. J., Blanke, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+to+integrate+contradictory+multisensory+self-motion+cue+pairings.">Learning to integrate contradictory multisensory self-motion cue pairings.</a> Journal of Vision. 15 (1), (2015).</li><li>Wilkie, R. M., Wann, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+visual+and+nonvisual+information+in+the+control+of+locomotion.">The role of visual and nonvisual information in the control of locomotion.</a> Journal of Experimental Psychology: Human Perception and Performance. 31 (5), 901-911 (2005).</li><li>Sinha, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perception+of+self+motion+during+and+after+passive+rotation+of+the+body+around+an+earth-vertical+axis.">Perception of self motion during and after passive rotation of the body around an earth-vertical axis.</a> Progress in Brain Research. 171, 277-281 (2008).</li><li>Tremblay, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biases+in+the+perception+of+self-motion+during+whole-body+acceleration+and+deceleration.">Biases in the perception of self-motion during whole-body acceleration and deceleration.</a> Frontiers in Integrative Neuroscience. 7, 90 (2013).</li><li>Nooij, S. A. E., Bockisch, C. J., B&#252;lthoff, H. H., Straumann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Beyond+sensory+conflict:+The+role+of+beliefs+and+perception+in+motion+sickness.">Beyond sensory conflict: The role of beliefs and perception in motion sickness.</a> PLoS One. 16 (1), 0245295 (2021).</li><li>Harris, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simulating+self-motion+I:+Cues+for+the+perception+of+motion.">Simulating self-motion I: Cues for the perception of motion.</a> Virtual Reality. 6 (2), 75-85 (2002).</li><li>Carr, H. A., Hardy, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Some+factors+in+the+perception+of+relative+motion:+A+preliminary+experiment.">Some factors in the perception of relative motion: A preliminary experiment.</a> Psychological Review. 27, 24-37 (1920).</li><li>Reinhardt-Rutland, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Induced+movement+in+the+visual+modality:+An+overview.">Induced movement in the visual modality: An overview.</a> Psychological Bulletin. 103, 57-71 (1988).</li><li>Zivotofsky, A. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracking+of+illusory+target+motion:+Differences+between+gaze+and+head+responses.">Tracking of illusory target motion: Differences between gaze and head responses.</a> Vision Research. 35 (21), 3029-3035 (1995).</li><li>Farrell-Whelan, M., Wenderoth, P., Wiese, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+the+angular+function+of+a+Duncker-type+induced+motion+illusion.">Studies of the angular function of a Duncker-type induced motion illusion.</a> Perception. 41 (6), 733-746 (2012).</li><li>Warren, P. A., Rushton, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optic+flow+processing+for+the+assessment+of+object+movement+during+ego+movement.">Optic flow processing for the assessment of object movement during ego movement.</a> Current Biology. 19 (18), 1555-1560 (2009).</li><li>Fajen, B. R., Matthis, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+and+non-visual+contributions+to+the+perception+of+object+motion+during+self-motion.">Visual and non-visual contributions to the perception of object motion during self-motion.</a> PLoS One. 8 (2), 55446 (2013).</li><li>Duminduwardena, U. C., Cohen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+Schaire+Internet+Chair+with+a+mobile+device.">Controlling the Schaire Internet Chair with a mobile device.</a> Proceedings CIT: The Fourth International Conference on Computer and Information Technology. , 215-220 (2004).</li><li>Ashiri, M., Lithgow, B., Mansouri, B., Moussavi, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+between+vestibular+responses+to+a+physical+and+virtual+reality+rotating+chair.">Comparison between vestibular responses to a physical and virtual reality rotating chair.</a> Proceedings of the 11th Augmented Human International Conference. , (2020).</li><li>Koenig, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+multiaxis+rotating+chair+for+oculomotor+and+vestibular+function+testing+in+humans.">A new multiaxis rotating chair for oculomotor and vestibular function testing in humans.</a> Neuro-ophthalmology. 16 (3), 157-162 (1996).</li><li>Mowrey, D., Clayson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motion+sickness,+ginger,+and+psychophysics.">Motion sickness, ginger, and psychophysics.</a> The Lancet. 319 (8273), 655-657 (1982).</li><li>Sanmugananthan, P., Nguyen, N., Murphy, B., Hossieni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+development+of+a+rotating+chair+to+measure+the+cervico-ocular+reflex.">Design and development of a rotating chair to measure the cervico-ocular reflex.</a> Cureus. 13 (10), 19099 (2021).</li><li>Gugenheimer, J., Wolf, D., Haas, G., Krebs, S., Rukzio, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SwiVRChair:+a+motorized+swivel+chair+to+nudge+users'+orientation+for+360+degree+storytelling+in+virtual+reality.+1996-2000.">SwiVRChair: a motorized swivel chair to nudge users' orientation for 360 degree storytelling in virtual reality. 1996-2000.</a> Proceedings of the 2016 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. , (2016).</li><li>. Roto VR Chair Available from: <a target="_blank" href="https://www.rotovr.com/">https://www.rotovr.com/</a> (2021)</li><li>. Yaw Motion Simulator Available from: <a target="_blank" href="https://www.yawvr.com/">https://www.yawvr.com/</a> (2021)</li><li>Warren, P. A., Rushton, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perception+of+object+trajectory:+Parsing+retinal+motion+into+self+and+object+movement+components.">Perception of object trajectory: Parsing retinal motion into self and object movement components.</a> Journal of Vision. 7 (11), 1-21 (2007).</li><li>Bonnen, K., Burge, J., Yates, J., Pillow, J., Cormack, L. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+psychophysics:+Target-tracking+to+measure+visual+sensitivity.">Continuous psychophysics: Target-tracking to measure visual sensitivity.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (3), (2015).</li><li>. SimXperience Available from: <a target="_blank" href="https://www.simxperience.com/">https://www.simxperience.com/</a> (2021)</li><li>Harris, L. R., Jenkin, M., Zikovitz, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visual+and+non-visual+cues+in+the+perception+of+linear+self-motion.">Visual and non-visual cues in the perception of linear self-motion.</a> Experimental Brain Research. 135, 12-21 (2000).</li><li>. DOF Reality Motion Simulators Available from: <a target="_blank" href="https://www.dofreality.com/">https://www.dofreality.com/</a> (2021)</li><li>. Next Level Racing Available from: <a target="_blank" href="https://nextlevelracing.com/">https://nextlevelracing.com/</a> (2022)</li><li>. Motion Systems Available from: <a target="_blank" href="https://motionsystems.eu/">https://motionsystems.eu/</a> (2022)</li><li>. Redbird Flight Simulations Available from: <a target="_blank" href="https://simulators.redbirdflight.com/">https://simulators.redbirdflight.com/</a> (2022)</li><li>Teufel, H. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MPI+motion+simulator:+development+and+analysis+of+a+novel+motion+simulator.">MPI motion simulator: development and analysis of a novel motion simulator.</a> Proceedings of the AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit (AIAA 2007). , (2007).</li></ol>

Dette dokumentet presenterer en metode for å legge til automatisert rotasjon til en kontorstol under kontroll av en observatør eller eksperimenterer, og en tilhørende metode for å integrere denne bevegelsen i en virtuell opplevelse. Kritiske trinn inkluderer den mekaniske festingen av motoren til stolen, konfigurering av motorens strøm til og elektrisk kontroll, og konfigurer deretter Arduino og datamaskinen til å kjøre motorkontrolleren. Det mekaniske festetrinnet krever noe spesialisert utstyr og ferdigheter, se...

Mange signaler kombineres under naturlige forhold for å gi en følelse av selvbevegelse1. Å produsere en slik følelse er et mål i mange rekreasjons-, helse- og pedagogiske VR-applikasjoner 2,3,4,5, og bare forstå hvordan signaler kombineres for å gi en følelse av selvbevegelse har vært en langsiktig bestrebelse av nevrologer 6,7,8,9,10,11 . De tre viktigste klassene av signaler for selvbevegelsesoppfatning er visuell, vestibulær og proprioceptiv1. Alle tre kombinerer kongruent under naturlig aktiv bevegelse i den virkelige verden for å gi en robust og rik følelse av selvbevegelse. For å forstå rollen til hver klasse av signaler og få en følelse av hvordan signaler kombineres, har forskere tradisjonelt fratatt eksperimentelle observatører av en eller flere signaler og / eller plassert signaler i konflikt med hverandre 1,12. For eksempel, for å gi rotasjons vestibulære signaler i fravær av proprioceptive signaler, kan en observatør roteres passivt av en motorisert stol 13,14,15,16. Slike passive bevegelser har vist seg å gi svært overbevisende signaler til selvbevegelse17. Kontrollerte visuelle signaler fra et VR-hodesett kan være kongruente eller usammenhengende med stolbevegelsen eller fraværende helt. Proprioceptive signaler kan legges til ved at observatøren roterer stolen under sin egen kraft, for eksempel ved å skyve stolen rundt med føttene.
Presentert her er en metode for å konvertere en kontor svingstol til et medium for fysisk å rotere kroppen til en observatør og integrere den bevegelsen i en visuell (og potensielt auditiv) virtuell opplevelse. Stolens rotasjon kan være under kontroll av observatøren, et dataprogram eller en annen person, for eksempel eksperimentet. Observatørstyrt rotasjon kan være passiv ved å gjøre den motordrevne rotasjonen til en funksjon av posisjonen til observatørens håndholdte kontroller eller aktiv ved å slå av stolen og få observatøren til å rotere stolen selv.
Også presentert er en psykofysisk applikasjon for dette stolen / VR-systemet. Dette eksempelprogrammet fremhever nytten av den kontrollerte passive rotasjonen til en observatør for å forstå hvordan selvbevegelsessignaler samhandler for å produsere generelle perseptuelle opplevelser. Det konkrete målet var å få innsikt i en lang studert visuell illusjon – indusert bevegelse18,19. I indusert bevegelse blir et stasjonært eller bevegelig mål merkbart "frastøtt" bort fra en bevegelig bakgrunn. Hvis for eksempel en rød mål prikk beveger seg loddrett oppover mot et felt med blå prikker som beveger seg mot høyre, vil målpunktet se ut til å bevege seg oppover, som forventet, men også til venstre, bort fra retningen til den bevegelige bakgrunnen20,21. Målet var å teste om frastøtelsen er et resultat av å tolke bakgrunnsbevegelsen som forårsaket av selvbevegelse22,23.
Hvis dette er tilfelle, bør tillegg av fysisk rotasjon som er i samsvar med bakgrunnsvisuell bevegelse føre til en sterkere følelse av at bakgrunnsbevegelsen skyldes selvrotasjon gjennom et stasjonært miljø. Dette bør igjen føre til en større tendens til å trekke bakgrunnsbevegelsen fra målbevegelsen for å få målbevegelse i forhold til den stasjonære verden23. Denne økte tendensen til å trekke fra vil føre til større oppfattet mål frastøtelse. Fysisk selvrotasjon som enten var i samsvar med eller inkonsekvent med bakgrunnsbevegelsen, ble lagt til for å teste dette. Systemet som presenteres her tillot presis kontroll av fysisk bevegelse og tilsvarende visuell bevegelse for å teste denne hypotesen. I eksemplet var stolbevegelsen under direkte kontroll av observatøren ved hjelp av VR-systemets håndholdte kontroller.
Selv om det er mange eksempler på motoriserte roterende stoler for ulike VR-applikasjoner i litteraturen 24,25,26,27,28,29, er forfatterne ikke klar over et kortfattet sett med instruksjoner for å lage en slik stol og integrere den i en interaktiv VR-opplevelse. Begrensede instruksjoner er tilgjengelige for SwiVRChair29, som er lik i struktur som den som presenteres her, men som er designet med et annet formål i tankene, det vil forventes å bli drevet av et dataprogram for å forbedre nedsenking i et VR-miljø, hvor stolbevegelse kan overstyres av brukeren ved å plassere føttene på bakken. Gitt bekostning av kommersielt tilgjengelige stoler30,31, kan det å gjøre en "internt" være et mer levedyktig alternativ for noen forskere. For de i denne situasjonen bør protokollen nedenfor være til nytte.
Oversikt over systemet Protokollen består av instruksjoner for å konvertere en kontorstol til en elektrisk drevet roterende stol og integrere stolbevegelsen i en VR-opplevelse. Hele systemet, når det er fullført, består av fire deler: de mekaniske, elektriske, programvare- og VR-delsystemene. Et bilde av hele systemet er vist i figur 1. Systemet som ble vist var det som ble brukt i eksempeleksperimentet.
Jobben med det mekaniske delsystemet er å fysisk rotere den øvre akselen til en svingstol via en motor. Den består av en kontorstol som to ting er festet til: en remskive festet til den øvre roterende akselen på kontorstolen og en justerbar monteringsramme festet til den nedre faste delen av akselen. En elektrisk steppermotor er festet til braketten, som har en remskive festet til akselen som stemmer opp med remskiven på kontorstolens øvre aksel. Et belte parer motorskiven til stolskiven, slik at motoren kan snurre stolen.
Det elektriske delsystemet gir strøm til motoren og tillater elektronisk kontroll av motoren. Den består av en motordriver, en strømforsyning for motoren, et Arduino-kort for å interfacing driveren med en datamaskin, og en strømforsyning for Arduino (valgfritt). Et Arduino-brett er et populært lite brett blant hobbyister og profesjonelle produsenter av alt elektronisk, som inneholder en programmerbar mikroprosessor, kontrollere, inngangs- og utgangspinner og (i noen modeller) en USB-port (kreves her). Alle de elektriske komponentene er plassert i en spesialmodifisert elektrisk isolert boks. Ettersom nettstrøm er nødvendig for transformatoren som gir strøm til motoren og for den (valgfrie) Arduino-strømforsyningen, og ettersom motoren krever høye driftsspenninger, bør alt unntatt lavspennings elektronisk arbeid (protokolltrinn 2,5 til 2,10 nedenfor) utføres av en kvalifisert person.
Programvaredelsystemet består av Arduino-programvare for programmering av Arduino, Unity-programvaren for å skape VR-miljøet, Steam-programvare for å drive VR-systemet og Ardity-a Unity-plugin som lar Unity kommunisere med Arduino-kortet. Denne programvaren ble installert på en Gygabyte Sabre 15WV8 bærbar PC som kjører Microsoft Windows 10 Enterprise for eksempeleksperimentet (figur 1).
VR-systemet består av en hodemontert skjerm (HMD), en håndholdt kontroller og basestasjoner for å bestemme posisjonen og retningen til HMD og kontrolleren i rommet. VR-systemet som ble brukt til dette prosjektet var HTC Vive Pro (figur 1).
Beskrevet nedenfor er prosedyren for å kombinere disse komponentene for å oppnå en virtuell opplevelse som inkorporerer fysisk rotasjon (eksperiment eller på annen måte) med stolbevegelse kontrollert av observatøren via den håndholdte kontrolleren eller av verten / eksperimentet via en datamus eller et potensiometer. Den siste delen av protokollen består av trinnene som er nødvendige for å starte VR-opplevelsen. Merk at metoden for koding av Unity for å tillate forsøk og datainnsamling er utenfor dette manuskriptets omfang. Noen trinn, spesielt for det mekaniske delsystemet, krever visse verkstedutstyr og et visst ferdighetsnivå. I prinsippet kan de presenterte metodene justeres slik at de passer til tilgjengeligheten av disse ressursene. Alternativer tilbys for noen av de mer tekniske trinnene.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>48 V DC power supply (motor)</td>
			<td>Meanwell</td>
			<td>RSP-320-48</td>
			<td>https://www.meanwellaustralia.com.au/products/rsp-320</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 V DC power supply (arduino)</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>MP3295</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/15w-5v-3a-enclosed-power-supply/p/MP3295?pos=5&#38;queryId=dda344422ab16c6 
			7f558551ac0acbd40</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ardity plugin for Unity</td>
			<td>Open Source</td>
			<td></td>
			<td>https://ardity.dwilches.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino MEGA 2560</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>XC4420</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/duinotech-mega-2560-r3-board-for-arduino/p/XC4420?pos=2&#38;queryId=901771805f4bf6e0 
			ec31d41601d14dc3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino software</td>
			<td>Arduino</td>
			<td></td>
			<td>https://www.arduino.cc/en/software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Belt</td>
			<td>Motion Dynamics</td>
			<td>RFTB10010</td>
			<td>Choose a size that suits the application. We used 60 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/polyurethane-timing-belts-16mm-t-10/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bracket bolts (holding motor)</td>
			<td>The Fastner Factory</td>
			<td>161260</td>
			<td>x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-35mm-100pc</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bracket bolts (not holding motor)</td>
			<td>The Fastner Factory</td>
			<td>161258</td>
			<td>x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-25mm-100pc</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clamp Angle Iron</td>
			<td>Austral Wright Metals</td>
			<td>50004813</td>
			<td>x 2. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clamp bolts</td>
			<td>The Fastner Factory</td>
			<td>161265</td>
			<td>x 4. https://www.thefastenerfactory.com.au/bolts-and-nuts/all-stainless-bolts/stainless-button-socket-head-cap-screws/stainless-steel-button-socket-head-cap-screw-m6-x-70mm-100pc&#160;&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clamp leaves (stainless flat bar)</td>
			<td>Austral Wright Metals</td>
			<td>50004687</td>
			<td>x 8. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover (acrylic)</td>
			<td>Bunnings Warehouse</td>
			<td>1010489</td>
			<td>https://www.bunnings.com.au/suntuf-900-x-600-x-5mm-grey-acrylic-sheet_p1010489</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover bolts/nuts</td>
			<td>Bunnings Warehouse</td>
			<td>247292</td>
			<td>x 4. https://www.bunnings.com.au/pinnacle-m3-x-16mm-stainless-steel-hex-head-bolts-and-nuts-12-pack_p0247292</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover brackets</td>
			<td>Bunnings Warehouse</td>
			<td>44061</td>
			<td>x 4. https://www.bunnings.com.au/zenith-20mm-zinc-plated-angle-bracket-16-pack_p0044061</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Emergency shut-off switch</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>SP0786</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/latching-emergency-stop-switch/p/SP0786?pos=1&#38;queryId=5abe9876cf78dc3d 
			d26b9067fbc36f74</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hybrid stepper motor and driver</td>
			<td>Vevor</td>
			<td>?</td>
			<td>Closed Loop Stepper Motor Nema 34 12NM Servo Motor Hybrid Driver https://vevor.com.au/products/1712oz-in-nema34-closed-loop-stepper-motor-12nm-hybrid-servo-driver-hsc86-kit?variant=33058303311975</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IEC mains power connector</td>
			<td>RS components</td>
			<td>811-7213</td>
			<td>https://au.rs-online.com/web/p/iec-connectors/8117213</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Instrument case (housing)</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>HB6381</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/abs-instrument-case-with-purge-valve-mpv2/p/HB6381</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>ZD0205</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/green-10mm-led-100mcd-round-diffused/p/ZD0205?pos=11&#38;queryId=e596cbd3d71e86 
			37ab9340cee51175e7&#38;sort= 
			relevance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Main pulley (chair)</td>
			<td>Motion Dynamics</td>
			<td>ALTP10020</td>
			<td>Choose a size that suits the application. More teeth = slower rotation. We used 36 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/timing-pulleys-t10-16mm.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Motor attachment bars (Stainless flat bar)</td>
			<td>Austral Wright Metals</td>
			<td>50004687</td>
			<td>x 4. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mounting brackets (stainless flat bar)</td>
			<td>Austral Wright Metals</td>
			<td>50004687</td>
			<td>x 2. https://www.australwright.com.au/products/stainless-steel/stainless-steel-bar-round-flat-angle-square/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nuts</td>
			<td>The Fastner Factory</td>
			<td>161989</td>
			<td>x 12. https://www.thefastenerfactory.com.au/stainless-steel-hex-nylon-insert-lock-nut-m6-100pc</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>On/off switch</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>SK0982</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/dpdt-illuminated-rocker-large-red/p/SK0982?pos=4&#38;queryId=88e0c5abfa682b74 
			fa631c6d513abc73&#38;sort=relevance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiometer</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>RP8610</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/10k-ohm-logarithmic-a-single-gang-9mm-potentiometer/p/RP8610?pos=4&#38;queryId=0d1510281ba100d 
			174b8e3d7f806a020</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulley screws</td>
			<td>The Fastner Factory</td>
			<td>155856</td>
			<td>x 5. https://www.thefastenerfactory.com.au/stainless-steel-hex-socket-head-cap-screw-m4-x-25mm-100pc</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>resistor 150 Ohm</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>RR2554</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/150-ohm-1-watt-carbon-film-resistors-pack-of-2/p/RR2554?pos=19&#38;queryId=48c6317c73fd361 
			a42c835398d282c4a&#38;sort= 
			relevance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small pulley (motor)</td>
			<td>Motion Dynamics</td>
			<td>ALTP10020</td>
			<td>Choose a size that suits the application. More teeth = faster rotation. We used 24 tooth. https://www.motiondynamics.com.au/timing-pulleys-t10-16mm.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small toggle switch</td>
			<td>Jaycar</td>
			<td>ST0555</td>
			<td>https://www.jaycar.com.au/sealed-mini-toggle-switch/p/ST0555?pos=14&#38;queryId=066b989a151d83 
			31885c6cec92fba517&#38;sort= 
			relevance</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Steam software</td>
			<td>Valve Corporation</td>
			<td></td>
			<td>https://store.steampowered.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SteamVR plugin for Steam</td>
			<td>Valve Corporation</td>
			<td></td>
			<td>https://store.steampowered.com/app/250820/SteamVR/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Unity software</td>
			<td>Unity Technologies</td>
			<td></td>
			<td>https://unity3d.com/get-unity/download</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VR system</td>
			<td>Scorptec</td>
			<td>99HANW007-00</td>
			<td>HTC Vive Pro with controllers and base stations. https://www.scorptec.com.au/product/gaming-peripherals/vr/72064-99hanw007-00?gclid=Cj0KCQiA5OuNBhCRARIsA 
			CgaiqX8NjXZ9F6ilIpVmYEhhanm 
			GA67xLzllk5EmjuG0gnhu4xmiE 
			_RwSgaAhn8EALw_wcB</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

controlled rotation of human observers in a virtual reality environment

De lave kostnadene og tilgjengeligheten til VR-systemer (Virtual Reality) har støttet en nylig akselerasjon av forskning på oppfatning og atferd under mer naturalistiske, multisensoriske og oppslukende forhold. Et forskningsområde som særlig har nytt godt av bruken av VR-systemer er multisensorisk integrasjon, for eksempel integrering av visuelle og vestibulære signaler for å gi opphav til en følelse av selvbevegelse. Av denne grunn representerer en tilgjengelig metode for kontrollert fysisk rotasjon av en observatør i et virtuelt miljø en nyttig innovasjon. Dette papiret presenterer en metode for å automatisere rotasjonen av en kontor svingstol sammen med en metode for å integrere den bevegelsen i en VR-opplevelse. Ved hjelp av et eksempeleksperiment er det demonstrert at den fysiske bevegelsen, og dermed produsert, er integrert med observatørens visuelle opplevelse på en måte som samsvarer med forventningene; høy integrasjon når bevegelsen er kongruent med den visuelle stimulansen og lav integrasjon når bevegelsen er inkongruent.

Målet med eksempeleksperimentet var å avgjøre om tillegg av fysisk rotasjon – enten kongruent eller usammenhengende med den visuelle bakgrunnsbevegelsen i en scene – påvirket den oppfattede retningen til et bevegelig mål i den scenen. Det var forventet en forskjell mellom kongruent og inkongruent fysisk bevegelse basert på hypotesen om at bakgrunnsbevegelsen påvirker den oppfattede målretningen i henhold til hvor lett det visuelle systemet til en deltaker tildeler årsaken til bakgrunnsbevegelse til selvbeveg...

Watch this Scientific Journal Video about Controlled Rotation of Human Observers in a Virtual Reality Environment at JoVE.com

Controlled Rotation of Human Observers in a Virtual Reality Environment

Den kontrollerte fysiske rotasjonen av en menneskelig observatør er ønskelig for visse eksperimentelle, rekreasjonsmessige og pedagogiske applikasjoner. Dette dokumentet skisserer en metode for å konvertere en kontor svingstol til et medium for kontrollert fysisk rotasjon i et virtuelt virkelighetsmiljø.

Kontrollert rotasjon av menneskelige observatører i et virtual reality-miljø

The low cost and availability of Virtual Reality (VR) systems have supported a recent acceleration of research into perception and behavior under more ...

Når du beveger deg gjennom verden får du visuelle og vestibulære signaler om hvordan du og objektene rundt deg beveger seg. Dette oppsettet lar deg manipulere disse signalene uavhengig. Dette er en rimelig måte å ha kontrollert bevegelse av en person i et oppslukende audiovisuelt miljø ved hjelp av deler som er lett tilgjengelige som en kontorstol.Mitt råd til hele stolsystemet er å få elektronikken og motoren til å fungere slik du vil før du setter sammen noe ordentlig. Begynn med å koble Arduino-kortet til datamaskinen ved hjelp av en USB-kabel. Under rullegardinmenyen verktøy velger du porten som Arduino-kortet er festet til.Velg deretter riktig kort, etterfulgt av prosessoren. Kontroller at det samsvarer med det faktiske kortet og prosessoren. Her kan prøven Arduino-koden som følger med limes inn.Kontroller og lagre Arduino-koden. Last den deretter opp til Arduino-brettet ved hjelp av opplastingsknappen. Koble til og slå på det elektriske delsystemet.Deretter sveiper du den lille vekslebryteren til en posisjon der den lille LED-indikatorlampen slås på, og vrir på potensiometerhjulet for å sikre at den styrer stolens hastighet og retning. Stolens hastighet og retning bør variere med potensiometerposisjonen. Deretter åpner du et nytt eller eksisterende Unity-prosjekt.For å importere SteamVR-plugin-modulen må du først sørge for at du er logget på Unity-kontoen din. Klikk deretter på vinduet og aktivabutikken for å åpne aktivabutikken i en nettleser. Søk etter SteamVR.Velg SteamVR-plugin, og klikk på, legg til eiendelene mine. Tilbake i Enhet velger du pakkebehandling under vindusfanen. Velg mine eiendeler.Klikk deretter på import under SteamVR og følg instruksjonene for å fullføre importen. Klikk godta alle for å gjøre konfigurasjonsendringene og følge instruksjonene. Se etter en ny ressurs kalt SteamVR i prosjektvinduet på inspektørskjermen.Utvid SteamVR-aktivamappen, etterfulgt av prefabrikkerte elementer. Dra kamerariggressursen inn i hierarkivinduet for å tillate bruk av VR-hodesettet og kontrollerne i spillet. Fjern standard hovedkamera fra hierarkiet eller scenen, da det vil forstyrre SteamVR-kameraet.Deretter søker du etter Ardity-plugin ved hjelp av den samme prosessen som brukes for SteamVR. Deretter oppretter du objektene som trengs for eksperimentet. For å gjøre dette, klikk på spillobjekt og velg 3D-objekt.Her er for eksempel et plan som kalles bakgrunn som er plassert i bakgrunnen av kameravisningen. Bakgrunnen kan låses på plass i forhold til den hodemonterte skjermen. Hvis du vil legge til funksjonalitet i scenen, klikker du på legg til komponent-knappen i inspeksjonsvinduet og velger nytt skript.Ring skriptet, prøveversjonen av installasjonsprogrammet. Standardkoden her bør erstattes med koden i den angitte prøvefilen for installasjonsprogrammet. Det er minimumskoden som kreves for å få stolen til å bevege seg riktig.Gå tilbake til Unity. Det nye prøveskriptet for installasjonsprogrammet er nå knyttet til bakgrunnsobjektet. Åpne Ardity-mappen under innholdsmappen i prosjektvinduet, etterfulgt av skriptmappen.Dra skriptet for seriell kontroller til bakgrunnsspillobjektet i hierarkivinduet. Rull nedover i listen over komponenter i inspeksjonsvinduet for å finne skriptet for den serielle kontrolleren. Forsikre deg om at portnavnet og brettkursen samsvarer med de for Arduino-programmet.Dra bakgrunnsobjektet fra hierarkivinduet til inndataboksen ved siden av meldingslytteren i inspeksjonsvinduet. Klikk på legg til komponent nederst i inspeksjonsvinduet og velg nytt skript. Navn, den nye skriptstolkontrolleren.Det angitte stolkontrollerskriptet kan limes inn i denne filen. Som et minimum er det nødvendig med en funksjon som gjør brukerhandlingene om til et tall mellom null og 1 023. Deretter bruker du seriell kontroller dot sende seriell melding funksjon for å sende nummeret til Arduino, og lagre skriptet.Tilbake i Enhet drar du det hodemonterte visningsobjektet fra hierarkivinduet til inndataboksen ved siden av hodet. Deretter drar du det høyre kontrollerobjektet til inndataboksen ved siden av hånden. Rull ned i inspeksjonsvinduet for å finne fellesvariabler for prøveversjon av installasjonsprogrammet.I følge inndatatypen for eksempelkode er tre for VR-kontrolleren, og fire er for musekontrollen. Her velges VR-kontrolleren. Når SteamVR-appen er slått av, får du feilmeldinger relatert til SteamVR-handlinger når du trykker på avspillingsknappen i Unity for første gang.Følg instruksjonene for å konfigurere SteamVR-handlinger. Lukk innstillingsvinduet og håndter eventuelle andre spørsmål fra SteamVR. Til slutt trykker du på avspillingsknappen for å starte VR-opplevelsen.Med disse innstillingene kan brukeren rotere stolen ved hjelp av VR-kontrolleren. En skjematisk fremstilling av observatørens handlinger og den resulterende stolen og sceneendringene under eksperimentet vises her. I den kongruente tilstanden, hvis observatøren beveger kontrolleren til venstre, beveger stolen seg også til venstre og den visuelle bakgrunnen beveger seg i motsatt retning, som om det var en stasjonær scene som personen roterer mot.I den usammenhengende tilstanden beveger stolen seg i motsatt retning, noe som gjør stolens bevegelse inkongruent med en visuell bakgrunnsbevegelse. Vist her er et skjermbilde av stimulansområdet til den visuelle skjermen. De små mønstrede flekkene holdt seg på plass hele tiden, men mønstrene i dem beveget seg som om hver patch var et vindu inn i det større bevegelige objektet.Flekkene som lå på ringen besto av målet, og de andre oppdateringene utgjorde bakgrunnen. I denne eksempelvideoen beveger målet seg loddrett oppover, og bakgrunnen beveger seg mot høyre. Den bevegelige bakgrunnen skaper en illusjon av bevegelse mot venstre i målet, slik at det ser ut til å bevege seg oppover og til venstre.Denne illusoriske venstrebevegelsen omtales som indusert bevegelse. Målringen hadde en radius på fem grader visuell vinkel og bakgrunnsområdet subtended 20 grader med 20 grader. Styrken til den induserte bevegelseseffekten under de kongruente og usammenhengende bevegelsesforholdene er representert av verdien av parameter beta.Det representative bildet viser de gjennomsnittlige betaverdiene for hver observatør under de kongruente og usammenhengende forholdene. Som forventet, hvis observatører antok at bakgrunnsbevegelsen var forårsaket av sin egen bevegelse gjennom en stille verden, er den gjennomsnittlige betaverdien for den kongruente tilstanden nær en. Bortsett fra en observatør, reduserte betaverdien til alle observatører i den usammenhengende stolbevegelsestilstanden.Disse dataene indikerer en redusert sannsynlighet for å se den visuelle bakgrunnsbevegelsen som forårsaket av observatørens fysiske bevegelse. Du vil sørge for at stolskiven og motorskiven er justert veldig bra, og at beltespenningen er god. Litt flex i beltet, men ikke mye.Du kan kontrollere de visuelle og hørbare signalene ved hjelp av headsettet, og separat kan du ha motorstyrt eller fotdrevet kroppsbevegelse. Det er mye å leke med.

Research

JoVE Journal

Behavior

Two-photon Calcium Imaging in Mice Navigating a Virtual Reality Environment

To-foton Kalsium Imaging in Mice Navigere en Virtual Reality Environment

In recent years, two-photon imaging has become an invaluable tool in neuroscience, as it allows for chronic measurement of the activity of genetically ...

Development of a Virtual Reality Assessment of Everyday Living Skills

Utvikling av en Virtual Reality Vurdering av hverdagen Skills

Cognitive impairments affect the majority of patients with schizophrenia and these impairments predict poor long term psychosocial outcomes.&#160; ...

A Protocol for Housing Mice in an Enriched Environment

En protokoll for boliger Mus i en Beriket miljø

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

Multifunksjonell Setup for å studere menneskelig Motor kontrollen Bruke Transkraniell magnetisk stimulering, Elektromyografi, Motion Capture, og Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Evaluation of a Smartphone-based Human Activity Recognition System in a Daily Living Environment

Evaluering av en smarttelefon-basert Menneskelig aktivitet Recognition System i en Daily Living Environment

An evaluation method that includes continuous activities in a daily-living environment was developed for Wearable Mobility Monitoring Systems (WMMS) that ...

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

Bruk av Virtual Reality overføre motorisk ferdighet kunnskap fra ene til en annen

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

Mobile Game-based Virtual Reality Program for Upper Extremity Stroke Rehabilitation

Mobile spill-basert virtuell virkelighet Program for øvre ekstremitetene slag rehabilitering

Stroke rehabilitation requires repetitive, intensive, goal-oriented therapy. Virtual reality (VR) has the potential to satisfy these requirements. ...

Measuring the Kinematics of Daily Living Movements with Motion Capture Systems in Virtual Reality

Måle kinematikken daglige levende bevegelser med Motion Capture systemer i virtuell virkelighet

The inability to complete instrumental activities of daily living (IADL) is a precursor to various neuropsychological diseases. Questionnaire-based ...

A Networked Desktop Virtual Reality Setup for Decision Science and Navigation Experiments with Multiple Participants

Et nettverk Desktop Virtual Reality oppsett for Decision Science og navigasjon eksperimenter med flere deltakere

Investigating the interactions among multiple participants is a challenge for researchers from various disciplines, including the decision sciences and ...