מלכודת ברשת מציאות מדומה של שולחן העבודה עבור ההחלטה מדע, ניסויים ניווט עם משתתפים מרובים
Summary
מאמר זה מתאר שיטה עבור ניסויים מרובת משתמשים על קבלת החלטות, ניווט באמצעות מעבדה מחשב מרושת.
Abstract
חוקרים את האינטראקציות בין מספר המשתתפים הוא אתגר עבור חוקרים מתחומים שונים, כולל במחלקה למדעי החברה, קוגניציה מרחבית. רשת תקשורת מקומית, פלטפורמת תוכנה ייעודית, ניסויים יכול ביעילות לפקח על אופן הפעולה של המשתתפים זה בו זמנית שקועים בתוך סביבת שולחן עבודה וירטואלית, digitalize את הנתונים שנאספו. יכולות אלה מאפשרות עיצובים מוטוריים במחקר המרחבי קוגניציה, ניווט זה יהיה קשה (אם לא בלתי אפשרי) לנהל בעולם האמיתי. ניסיוני ווריאציות אפשריות כוללות מתח במהלך פינוי, פעילויות חיפוש קואופרטיב and תחרותי, וגורמים אחרים הקשרית שעשוי להשפיע על התנהגות הקהל מתהווה. עם זאת, מעבדה כזה דורש תחזוקה, נהלים ברורים עבור אוסף נתוני באווירה מבוקרת. בזמן תוקף חיצוני במחקרי מעבדה עם משתתפים האדם נחקרת לפעמים, מספר מאמרים אחרונים מראים כי ההתכתבות בין אמיתי סביבות וירטואליות עשוי להיות מספיק ללמוד התנהגות חברתית במונחים של מסלולים, ההיסוסים ואת החלטות מרחביות. במאמר זה, אנו מתארים שיטה של ניסויים על קבלת החלטות, ניווט עם עד 36 משתתפים בהתקנה ברשת מציאות מדומה של שולחן העבודה (כלומר., החלטה סיינס לברטורי או DeSciL). פרוטוקול ניסוי זה יכול להיות מותאם, שהוחלו על-ידי חוקרים אחרים כדי להגדיר מעבדה ברשת מציאות מדומה של שולחן העבודה.
Introduction
מחקר על קוגניציה מרחבית, ניווט בדרך כלל מחקרים על קבלת החלטות מרחביות (למשל., פונים שמאלה או ימינה בצומת) וייצוג הנפשית של אנשים אמיתיים סביבות וירטואליות1,2. היתרונות של מציאות וירטואלית (VR) כוללים למניעת בעיות אתיות ובטיחות (למשל., במהלך פינוי מסוכן3), המדידה אוטומטית ניתוח של נתונים מרחביים4ואני שילוב מאוזן של פנימי, תוקף חיצוני5,6,7. לדוגמה, וייסברג ועמיתיו מורחב מחקרים קודמים על הבדלים אינדיבידואליים ברכישת הידע המרחבי על ידי הפגנת המרחבי משימות ב- VR יכול לספק מדד אובייקטיבי התנהגותית של היכולת המרחבית8. מחקר זה גם הציע כי ההתנהגות הניווט ב- VR קירוב הניווט בעולם האמיתי כי הסביבה הוירטואלית היה נדגמה לפי הקמפוס של אוניברסיטת בשימוש על ידי Schinazi ועמיתיו9 (ראה גם המחקר של Ruddle ועמיתיו 10)-VR הוחלה גם על פסיכותרפיה11, הערכה קלינית12, התנהגות הצרכן13,14,ניתוח15. עם זאת, רוב מערכות VR חוסר משוב נראה שההתפתחות שלהם ושמע, אשר עשוי לשפר את הנוכחות, טבילה16,17,18,19, דורשים הכשרה עם ממשק שליטה20 21, ,22, ואת חוסר רמזים חברתיים. ואכן, אנשים בעולם האמיתי לעתים קרובות עוברים קבוצות23, להימנע או לעקוב אחר אנשים3,24, החלטות בהתבסס על ההקשר החברתי25,26.
במקביל, מחקר על התנהגות הקהל מתמקדת לעתים קרובות מתהווה מאפייני קהל (למשל, היווצרות ליין, גודש על צווארי בקבוק) הדמיה במחשב או הנהוגות בעולם האמיתי. לדוגמה, Helbing ועמיתיו השתמשו בשילוב של תצפיות מהעולם האמיתי וסימולציות מחשב, על מנת להציע שיפורים זרימת התנועה בצומת על-ידי הפרדת תזרים יצוא מחסומים פיזיים, הצבת מכשול בפני מרכז27. Moussaïd ועמיתיו השתמשו מודל מבוססי היוריסטיקה ללמוד בעל צפיפות מצבים במהלך אסון28הקהל. גישה זו הציעו שיפורים סביבה איכות הסביבה לאירועים המוניים כדי למנוע אסונות הקהל. בעזרת מסגרת קוד פתוח קיימות, ביצוע סימולציות כאלה יכול להיות קל יחסית. SteerSuite היא מסגרת קוד פתוח המאפשרת למשתמשים לדמות אלגוריתמים היגוי והתנהגות הקהל בקלות על-ידי מתן כלים עבור הקלת, תפעול, ובדיקות29. מסגרת זו יכולה לספק הליבה של ההיגיון הניווט של סוכן, אשר הוא קריטי עבור הקהל מוצלחת סימולציה. בנוסף, סינג ועמיתיו הוכיחו פלטפורמה אחת המשלבת מגוון רחב של טכניקות30היגוי. בעוד חוקרים יכולים להציע עיצוב התערבויות באמצעות סימולציות כאלה, הם לעיתים נדירות מאומתות עם משתתפים האנושי באווירה מבוקרת. ניסויים מבוקרים הם נדירים במחקר הקהל כי הם יכולים להיות קשה לארגן ומסוכן למשתתפים.
כבר מועסקים VR לחקור התנהגות חברתית באמצעות פשוטים ומורכבים בסביבות וירטואליות עם אחד או יותר במחשב-מדומה סוכנים. במחקר של31,בודה ועמיתיו32, המשתתפים התבקשו לפנות סביבה וירטואלית פשוטה מנקודת מבט מלמעלה בין מספר סוכנים ומצא כי הבחירה יציאה הושפע שילוט סטטיים ומוטיבציה. הצגת המשתתפים עם סביבה מורכבת יותר מנקודת מבט בגוף ראשון, Kinateder ועמיתיו מצאו כי המשתתפים היו בסבירות גבוהה יותר פעל סוכן הדמיה במחשב יחיד במהלך הבריחה מן אש במנהרה וירטואלי של25. בסביבה וירטואלית מורכבת עם מספר סוכנים, דרורי ועמיתיו מצאו כי המשתתפים נטו לסייע סוכן שנפלו במהלך פינוי כאשר הם זיהו עם הקהל26. באופן קולקטיבי, ממצאים אלה מראים כי VR יכול להיות דרך יעילה. לקבל התנהגויות חברתיות, אפילו עם סוכנים מדומה-המחשב. עם זאת, כמה התנהגויות הקהל רק ייבחנו כאשר יש קליטה חברתית ריאליסטית (כלומר., כאשר המשתתפים מודעים אווטארים אחרים נשלטים על-ידי אנשים3). על מנת לטפל זה חסרון, בפרוטוקול הנוכחי מתאר שיטה עבור ניצוח ניסויים מבוקרים עם משתמשים מרובים בתוך מלכודת VR ברשת. גישה זו ננקטה במחקר שנערך לאחרונה על ידי Moussaid ועמיתיו במטרה לחקור את ההתנהגות הפינוי של 36 משתתפים ברשת3.
מחקר על VR ברשת התמקדה בנושאים שלא קשורים אל ניווט אסטרטגיות33,34 ו/או הסתמך על פלטפורמות המשחקים המקוונים קיימים כגון החיים השניים. לדוגמה, Molka-Danielsen ו- Chabada חקר הפינוי התנהגות במונחים של יציאה הבחירה ואת הידע המרחבי של הבניין באמצעות גייס בקרב משתמשים קיימים של החיים השניים35משתתפים. בעוד המחברים מספקים תוצאות תיאורי (למשל., חזותיים של מסלולים), מחקר זה היו בעיות עם גיוס משתתף, בקרה ניסויית של הכללה מעבר במקרה הספציפי הזה. לאחרונה, Normoyle ועמיתיו מצאו כי משתמשים קיימים החיים השני, המשתתפים במעבדה היו דומות מבחינת בחירה ביצועים ויציאה פינוי ושונה מבחינת נוכחות דיווח עצמי ותסכול באמצעות הפקד ממשק36. ממצאי מחקרים אלה שני להאיר כמה מן האתגרים וההזדמנויות המוענקת על ידי באינטרנט, ניסויי מעבדה. לימודים מקוונים מסוגלים ציור של הרבה גדולים יותר ובעלי מוטיבציה אוכלוסיה של המשתתפים הפוטנציאליים. עם זאת, במחקרי מעבדה מאפשרים שליטה יותר נסיוני של הסביבה הפיזית, הפרעות אפשריות. בנוסף, מחקרים באינטרנט עלולה להוות דאגות אתיות לגבי נתונים אנונימיות וסודיות.
כמו מעבדה VR שולחן העבודה ברשת, המעבדה במדעי ההחלטה (DeSciL) ב- ETH ציריך משמש בעיקר ללמוד אינטראקציות קבלת ההחלטות ואת אסטרטגי כלכלי בסביבה מבוקרת. התשתית הטכנולוגית-DeSciL מורכב של חומרה, תוכנה לאוטומציה מעבדה תוכנה התומכת שולחן העבודה של המשתמש מרובת VR ההתקנה. החומרה כוללת מחשבים שולחניים בעלי ביצועים גבוהים עם מערכת הפעלה Microsoft Windows 10 ארגוני, ממשקי בקרה (למשל., העכבר, לוח המקשים, ג’ויסטיקים), אוזניות, ואת העין עוקבים (טבלה של חומרים). כל לקוח המחשבים מחוברים באמצעות Ethernet של אחד ג’יגה סיביות לשניה לרשת האוניברסיטה, המשותף באותו קובץ ברשת. אין שום עיכוב גלוי או השהיה כאשר קיימים לקוחות 36 מחובר. מספר המסגרות לשנייה היא בעקביות מעל 100. הניסויים הם גם הצליחו, נשלט באמצעות מעבדה באוטומציה תוכנה המבוססת על Microsoft PowerShell (קרי, ב- PowerShell הרצוי המדינה ותצורה של PowerShell Remoting). כל השלבים הרלוונטיים מפרוטוקול מראש עם סקריפטים ב- PowerShell בשם ה-cmdlet הבאים (למשל., התחל-מחשב, מחשב-Stop). במהלך הניסוי, סקריפטים אלה שניתן לבצע בו זמנית, מרחוק על כל מחשבי הלקוח. סוג זה של מעבדה באוטומציה מבטיחה מצב זהה של הלקוח מחשבים, מפחית מורכבות ושגיאות אפשריות במהלך הבדיקה המדעית, ומונעת חוקרים מהצורך לבצע משימות חוזרות ידנית. על הניסויים הניווט, אנו משתמשים על מנוע המשחק של אחדות () על מנת לתמוך בפיתוח של סביבות 2D and 3D עבור שולחן העבודה של משתמשים, אינטראקטיבי VR. מחשבי הלקוח 36 מחוברים לשרת באמצעות ארכיטקטורת שרת הסמכותי. בתחילתו של כל ניסוי, לכל לקוח שולח בקשת הנזק לשרת, מגיב השרת על-ידי יצירת מופעים אווטאר עבור משתמש זה על כל המכונות מחוברים. גלגול של כל משתמש יש מצלמה עם מבט של שדה 50 מעלות. לאורך כל הניסוי, הלקוחות לשלוח למשתמש ‘ קלט אל השרת, השרת ומעדכן את התנועה של כל הלקוחות.
במעבדה הפיזי, כל מחשב מוכלת בתוך תא נפרד בתוך שלושה חדרים עצמאיות-למחצה (איור 1). הגודל הכולל של המעבדה הוא 170 מ’2 (150 מ’2 עבור ניסוי בחדר ו 20 מ’2 עבור חדר הבקרה). כל אחד מהחדרים הללו הינו מצויד עם התקני הקלטה אודיו ווידאו. ניסויים משולטים מחדר סמוך נפרדות (כלומר., על ידי מתן הוראות, ייזום התוכנית הניסיונית). מחדר זה שליטה, ניסויים תוכלו לצפות גם המשתתפים בסביבות וירטואליות ופיזיות. יחד עם בחוג לכלכלה-אוניברסיטת ציריך (zürich), DeSciL גם שומר את המרכז האוניברסיטאי רישום עבור משתתפי המחקר, אשר יושמה המבוסס על ה-root37.
למרות מערכות דומות תוארו של ספרות38, DeSciL הוא המעבדה פונקציונלי הראשונה מתאימה לניסויים VR שולחן עבודה מרובת משתמשים, על הניווט והתנהגות הקהל לידע שלנו. כאן, אנו מתארים את הפרוטוקול עבור ביצוע ניסוי DeSciL, נוכח תוצאות נציג אחד ללמוד על התנהגות חברתית ניווט ולדון את הפוטנציאל ואת המגבלות של מערכת זו.
Protocol
Representative Results
Discussion
במאמר זה, אנו המתואר מעבדה מציאות מדומה שולחן עבודה מרובת משתמשים בו עד 36 משתתפים יכול אינטראקציה ולנווט בו זמנית דרך סביבות וירטואליות שונות. פרוטוקול נסיוני מפרט את השלבים הדרושים עבור סוג זה של מחקר וייחודי לתרחישי מרובת משתמשים. שיקולים ספציפיים תרחישים אלה כוללים את מספר המשתתפים בא…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
נציג המחקר מומן על ידי קרן המדע הלאומית השוויצרית כחלק המענק “Wayfinding ב החברתית סביבות” (מספר 100014_162428). אנחנו רוצים להודות Moussaid מ לדיונים תובנה. אנחנו גם רוצים להודות וילהלם ג פ Thaler, ח’ דורון גבאי, S. Madjiheurem, א Ingold, א Grossrieder על עבודתם במהלך פיתוח תוכנה.
Materials
| PC | Lenovo | IdeaCentre AIO 700 | 24’’ screen, 16 GB RAM, and SSDs. CPU: Intel core i7. GPU:NVidia GeForce GTX 950A |
| Keyboard | Lenovo | LXH-EKB-10YA | |
| Mouse | Lenovo | SM-8825 | |
| Eye tracker | Tobii Technology | Tobii EyeX | Data rate: 60 Hz. Tracking screen size: Up to 27″ |
| Communication audio system | Biamp Systems | Networked paging station – 1 | Ethernet:100BaseTX |
References
- Waller, D., Nadel, L. . Handbook of Spatial Cognition. , (2013).
- Denis, M. . Space and Spatial Cognition: A Multidisciplinary Perspective. , (2017).
- Moussaïd, M., Kapadia, M., Thrash, T., Sumner, R. W., Gross, M., Helbing, D., Hölscher, C. Crowd behaviour during high-stress evacuations in an immersive virtual environment. Journal of the Royal Society Interface. 13 (122), 20160414 (2016).
- Grübel, J., Weibel, R., Jiang, M. H., Hölscher, C., Hackman, D. A., Schinazi, V. R. EVE: A Framework for Experiments in Virtual Environments. Spatial Cognition X: Lecture Notes in Artificial Intelligence. , 159-176 (2017).
- Loomis, J. M., Blascovich, J. J., Beall, A. C. Immersive virtual environment technology as a basic research tool in psychology. Behavior Research Methods, Instruments, & Computers. 31 (4), 557-564 (1999).
- Brooks, F. P. What’s Real About Virtual Reality?. Proceedings IEEE Virtual Reality. , (1999).
- Moorthy, K., Munz, Y., Jiwanji, M., Bann, S., Chang, A., Darzi, A. Validity and reliability of a virtual reality upper gastrointestinal simulator and cross validation using structured assessment of individual performance with video playback. Surgical Endoscopy and Other Interventional Techniques. 18 (2), 328-333 (2004).
- Weisberg, S. M., Schinazi, V. R., Newcombe, N. S., Shipley, T. F., Epstein, R. A. Variations in cognitive maps: Understanding individual differences in navigation. Journal of Experimental Psychology: Learning Memory and Cognition. 40 (3), 669-682 (2014).
- Schinazi, V. R., Nardi, D., Newcombe, N. S., Shipley, T. F., Epstein, R. A. Hippocampal size predicts rapid learning of a cognitive map in humans. Hippocampus. 23 (6), 515-528 (2013).
- Ruddle, R. A., Payne, S. J., Jones, D. M. Navigating Large-Scale "Desk- Top" Virtual Buildings: Effects of orientation aids and familiarity. Presence. 7 (2), 179-192 (1998).
- Riva, G. Virtual Reality in Psychotherapy: Review. CyberPsychology & Behavior. 8 (3), 220-230 (2005).
- Ruse, S. A., et al. Development of a Virtual Reality Assessment of Everyday Living Skills. Journal of Visualized Experiments. (86), 1-8 (2014).
- Ploydanai, K., van den Puttelaar, J., van Herpen, E., van Trijp, H. Using a Virtual Store As a Research Tool to Investigate Consumer In-store Behavior. Journal of Visualized Experiments. (125), 1-15 (2017).
- Satava, R. M. Virtual reality surgical simulator – The first steps. Surgical Endoscopy. 7 (3), 203-205 (1993).
- Stanney, K. M., Hale, K. S. . Handbook of virtual environments: Design, implementation, and applications. , 811-834 (2014).
- Ryu, J., Kim, G. J. Using a vibro-tactile display for enhanced collision perception and presence. Proceedings of the ACM symposium on Virtual reality software and technology VRST 04. , 89 (2004).
- Louison, C., Ferlay, F., Mestre, D. R. Spatialized vibrotactile feedback contributes to goal-directed movements in cluttered virtual environments. 2017 IEEE Symposium on 3D User Interfaces (3DUI). , 99-102 (2017).
- Knierim, P., et al. Tactile Drones – Providing Immersive Tactile Feedback in Virtual Reality through Quadcopters. Proceedings of the 2017 CHI Conference Extended Abstracts on Human Factors in Computing Systems – CHI EA ’17. , 433-436 (2017).
- Serafin, S., Nordahl, R., De Götzen, A., Erkut, C., Geronazzo, M., Avanzini, F. Sonic interaction in virtual environments. 2015 IEEE 2nd VR Workshop on Sonic Interactions for Virtual Environments (SIVE). , 1-2 (2015).
- Grübel, J., Thrash, T., Hölscher, C., Schinazi, V. R. Evaluation of a conceptual framework for predicting navigation performance in virtual reality. PLoS One. 12 (9), (2017).
- Thrash, T., Kapadia, M., Moussaid, M., Wilhelm, C., Helbing, D., Sumner, R. W., Hölscher, C. Evaluation of control interfaces for desktop virtual environments. Presence. 24 (4), (2015).
- Ruddle, R. A., Volkova, E., Bülthoff, H. H. Learning to walk in virtual reality. ACM Transactions on Applied Perception. 10 (2), 1-17 (2013).
- Moussaïd, M., Perozo, N., Garnier, S., Helbing, D., Theraulaz, G. The walking behaviour of pedestrian social groups and its Impact on crowd dynamics. PLoS One. 5 (4), e10047 (2010).
- Bode, N. W. F., Franks, D. W., Wood, A. J., Piercy, J. J. B., Croft, D. P., Codling, E. A. Distinguishing Social from Nonsocial Navigation in Moving Animal Groups. The American Naturalist. 179 (5), 621-632 (2012).
- Kinateder, M., et al. Social influence on route choice in a virtual reality tunnel fire. Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour. 26, 116-125 (2014).
- Drury, J., et al. Cooperation versus competition in a mass emergency evacuation: A new laboratory simulation and a new theoretical model. Behavior Research Methods. 41 (3), 957-970 (2009).
- Helbing, D., Buzna, L., Johansson, A., Werner, T. Self-Organized Pedestrian Crowd Dynamics: Experiments, Simulations, and Design Solutions. Transportation Science. 39 (1), 1-24 (2005).
- Moussaïd, M., Helbing, D., Theraulaz, G. How simple rules determine pedestrian behavior and crowd disasters. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (17), 6884-6888 (2011).
- Singh, S., Kapadia, M., Faloutsos, P., Reinman, G. An open framework for developing, evaluating, and sharing steering algorithms. International Workshop on Motion in Games. , 158-169 (2009).
- Singh, S., Kapadia, M., Hewlett, B., Reinman, G., Faloutsos, P. A modular framework for adaptive agent-based steering. Symposium on Interactive 3D Graphics and Games. , (2011).
- Bode, N., Codling, E. Human exit route choice in virtual crowd evacuations. Animal Behaviour. 86, 347-358 (2013).
- Bode, N. W. F., Kemloh Wagoum, A. U., Codling, E. A. Human responses to multiple sources of directional information in virtual crowd evacuations. Journal of the Royal Society Interface. 11 (91), 20130904 (2014).
- Pandzic, I. S., Capin, T., Lee, E., Thalmann, N. M., Thalmann, D. A flexible architecture for virtual humans in networked collaborative virtual environments. Computer Graphics Forum. 16, (1997).
- Joslin, C., Pandzic, I. S., Thalmann, N. M. Trends in networked collaborative virtual environments. Computer Communications. 26 (5), 430-437 (2003).
- Molka-Danielsen, J., Chabada, M. Application of the 3D multi user virtual environment of Second Life to emergency evacuation simulation. System Sciences (HICSS), 2010 43rd Hawaii International Conference. , 1-9 (2010).
- Normoyle, A., Drake, J., Safonova, A. . Egress online: Towards leveraging massively, multiplayer environments for evacuation studies. , (2012).
- Bock, O., Baetge, I., Nicklisch, A. hroot: Hamburg registration and organization online tool. European Economic Review. 71, 117-120 (2014).
- Tanvir Ahmed, D., Shirmohammadi, S., Oliveira, J., Bonney, J. Supporting large-scale networked virtual environments. Virtual Environments, Human-Computer Interfaces and Measurement Systems, 2007. IEEE Symposium. , 150-154 (2007).
- Cipresso, P., Bessi, A., Colombo, D., Pedroli, E., Riva, G. Computational psychometrics for modeling system dynamics during stressful disasters. Frontiers in Psychology. 8, 1-6 (2017).
- Bernold, E., Gsottbauer, E., Ackermann, K., Murphy, R. . Social framing and cooperation: The roles and interaction of preferences and beliefs. , 1-26 (2015).
- Balietti, S., Goldstone, R. L., Helbing, D. Peer review and competition in the Art Exhibition Game. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (30), 8414-8419 (2016).
- Gomez-Marin, A., Paton, J. J., Kampff, A. R., Costa, R. M., Mainen, Z. F. Big behavioral data: Psychology, ethology and the foundations of neuroscience. Nature Neuroscience. 17 (11), 1455-1462 (2014).
