إعداد شبكة اتصال سطح مكتب واقع الافتراضي لمقرر العلوم والتجارب الملاحة مع المشاركين متعددة
Summary
وتصف هذه الورقة طريقة لإجراء تجارب متعددة المستخدمين في عملية صنع القرار والتنقل باستخدام مختبر كمبيوتر متصل بشبكة.
Abstract
التحقيق التفاعلات فيما بين المشاركين متعددة يمثل تحديا للباحثين من مختلف التخصصات، بما في ذلك مقرر العلوم والإدراك المكاني. مع شبكة المنطقة المحلية ومنصة برمجيات مخصصة، يمكن المجربون كفاءة مراقبة سلوك المشاركين أن مغمورة في نفس الوقت في بيئة ظاهرية سطح مكتب ورقمنة البيانات المجمعة. هذه القدرات تسمح للتصاميم التجريبية في بحوث الإدراك والتنقل المكانية التي سيكون من الصعب (إذا لم يكن من المستحيل) قواعد السلوك في العالم الحقيقي. تتضمن الاختلافات التجريبية المحتملة الإجهاد أثناء القيام بعملية إجلاء ومهام البحث التعاونية والتنافسية والعوامل السياقية الأخرى التي قد تؤثر في سلوك الحشد الناشئة. ومع ذلك، يتطلب مختبر لمثل هذه الصيانة وبروتوكولات صارمة لجمع البيانات في إعداد التي تسيطر عليها. بينما تساءل عن صحة الخارجية للدراسات المختبرية مع المشاركين البشرية هو في بعض الأحيان، عدد من الورقات الأخيرة تشير إلى أن المراسلات بين بيئات حقيقية وافتراضية قد تكون كافية لدراسة السلوك الاجتماعي من حيث المسارات، والتردد، والقرارات المكانية. في هذه المقالة، يصف لنا طريقة لإجراء تجارب على صنع القرار والملاحة مع تصل إلى 36 مشاركاً في إعداد شبكة اتصال سطح مكتب واقع الافتراضي (أي.، مختبر علم المقرر أو ديسسيل). هذا البروتوكول التجربة يمكن تكييفها وتطبيقها باحثون آخرون من أجل إعداد مختبر واقع الافتراضي مكتبية المتصلة بشبكة.
Introduction
دراسات البحوث في الإدراك المكاني والتنقل عادة اتخاذ القرارات المكانية (مثلاً.، إذ انتقل إلى اليسار أو إلى اليمين عند تقاطع) والتمثيل العقلي للأفراد في بيئات حقيقية وافتراضية1،2. تشمل مزايا الواقع الافتراضي (VR) الوقاية قضايا الأخلاق والسلامة (مثلاً.، أثناء إجلاء خطرة3)، القياس التلقائي وتحليل البيانات المكانية4، ومزيج متوازن من الداخلية و الخارجية صلاحية5،،من67. على سبيل المثال، مددت ويسبيرج والزملاء البحوث السابقة المتعلقة بالفروق الفردية في اكتساب المعرفة المكانية بإثبات أن المهام المكانية في الواقع الافتراضي يمكن أن توفر تدبير سلوكية موضوعية للقدرة المكانية8. واقترحت هذه الدراسة أيضا أن سلوك التنقل في VR يقارب الملاحة في العالم الحقيقي لأنه كان على غرار بيئة ظاهرية بعد الحرم الجامعي يستخدمها شينازي والزملاء9 (انظر أيضا دراسة رودلي والزملاء 10)-VR طبق أيضا على11من العلاج النفسي والتقييم السريري12و سلوك المستهلك13والجراحة14،15. ومع ذلك، تفتقر معظم VR النظم المخصوص والصوت من ردود الفعل التي قد تحسن وجود والغمر16،17،،من1819، تتطلب تدريبا مع واجهة التحكم20 ،،من2122، وانعدام الإشارات الاجتماعية. في الواقع، كثيرا ما ينتقل الناس في العالم الحقيقي في23من الفئات، تجنب أو اتبع أخرى3،الناس24، واتخاذ القرارات استناداً إلى السياق الاجتماعي25،26.
في الوقت نفسه، والبحوث المتعلقة بسلوك الحشد غالباً ما يركز على الخصائص الناشئة من حشود (مثلاً، تشكيل لين، والازدحام في اختناقات) محاكاة على جهاز كمبيوتر أو التي لوحظت في العالم الحقيقي. على سبيل المثال، هيلبينج وزملاؤه استخدمت مجموعة من الملاحظات الواقعية والمحاكاة الحاسوبية بغية اقتراح تحسينات لتدفق حركة المرور في تقاطع طريق فصل تدفق وتدفق بالحواجز المادية ووضع عقبة في مركز27. Moussaïd وزملاؤه تستخدم نموذج يستند إلى الأساليب البحثية لدراسة حالات عالية الكثافة أثناء الكوارث حشد28. هذا النهج اقترح إدخال تحسينات على أجواء بيئية للأحداث الجماهيرية لتفادي الكوارث الحشد. مع المعونة من إطار المصدر المفتوح القائمة، يمكن أن يكون من السهل نسبيا تنفيذ مثل هذه المحاكاة. ستيرسويتي هو إطار مصدر مفتوح التي تسمح للمستخدمين لمحاكاة خوارزميات التوجيه وسلوك الحشد بسهولة بتوفير أدوات لتيسير، والقياس، واختبار29. يمكن أن توفر هذا الإطار جوهر وكيلاً للملاحة المنطقي، هو أمر حاسم لمحاكاة الحشد الناجح. وبالإضافة إلى ذلك، أثبتت سينغ والزملاء منصة واحدة تجمع بين مجموعة متنوعة من تقنيات30التوجيهي. بينما يمكن اقتراح الباحثين تصميم التدخلات استخدام هذه المحاكاة، يتم التحقق من نادراً ما مع المشاركين البشرية في إعداد التي تسيطر عليها. التجارب التي تسيطر عليها نادرة في الحشد للبحث نظراً لأنها يمكن أن تكون صعبة لتنظيم وخطيرة للمشاركين.
وقد استخدمت VR للتحقيق في السلوك الاجتماعي باستخدام البيئات الظاهرية البسيطة والمعقدة مع واحد أو أكثر من عوامل محاكاة الكمبيوتر. في دراسة31،بودي والزملاء32، طلب المشاركون إلى إجلاء بيئة ظاهرية بسيطة من منظور من أعلى إلى أسفل بين عوامل عدة، ووجدت أن خيار الخروج تأثرت بلافتات ثابتة والدافع. عرض المشاركون مع بيئة أكثر تعقيداً من منظور الشخص الأول، وجد كيناتيدير وزملاؤه أن المشاركين كانوا أكثر عرضه لمتابعة عامل واحد محاكاة الكمبيوتر أثناء الهرب من حريق نفق ظاهري25. في بيئة ظاهرية معقدة مع عوامل متعددة، وجدت دروري والزملاء أن المشاركين تميل إلى مساعدة عامل الذين سقطوا خلال عملية إخلاء عندما حددوا مع الحشد26. وتوحي هذه النتائج مجتمعة، أن الواقع الافتراضي يمكن أن تكون وسيلة فعالة للحصول على السلوكيات الاجتماعية، حتى مع وكلاء محاكاة الكمبيوتر. ومع ذلك، بعض السلوكيات الحشد فقط ويمكن ملاحظة عندما يكون هناك إشارة اجتماعية واقعية (أي.، عندما علم أن الآلهة الأخرى يتم التحكم بواسطة الشعب3المشاركين). ولمعالجة هذا القصور، يصف هذا البروتوكول وسيلة لإجراء التجارب التي تسيطر عليها مع العديد من المستخدمين في إعداد VR شبكية. هذا النهج قد استخدمت في دراسة حديثة مساعد والزملاء للتحقيق في سلوك الإجلاء المشاركين شبكية 363.
البحث في شبكة VR ركزت على مواضيع لا علاقة لها بالتنقل استراتيجيات33،34 و/أو تعتمد على منصات الألعاب على الإنترنت القائمة مثل “الحياة الثانية”. على سبيل المثال، التحقيق دانييلسن Molka وتشابادا السلوك الإجلاء من حيث اختيار الخروج والمعرفة المكانية للمبنى باستخدام المشاركين المعينين بين المستخدمين الحاليين “الحياة الثانية”35. في حين أن الكتاب يقدم بعض النتائج الوصفية (مثلاً.، وتصورات لمسارات)، هذه الدراسة صعوبات مع تجنيد المشاركين ومراقبة التجريبية والتعميم خارج هذه الحالة المحددة. في الآونة الأخيرة، نورمويلي والزملاء وجدت أن المستخدمين الحاليين “الحياة الثانية” والمشاركين في مختبر كانت قابلة للمقارنة من حيث اختيار الأداء وإنهاء الإجلاء ومختلفة من حيث وجود المبلغ عنها ذاتيا والإحباط مع عنصر التحكم واجهة36. النتائج المستخلصة من هذه الدراسات اثنين تسليط الضوء على بعض التحديات والفرص التي تتيحها الإنترنت والتجارب المختبرية. دراسات على الإنترنت قادرة على الرسم من سكان أكبر ودافع كثير من المشاركين المحتملين. بيد أن الدراسات المختبرية التي تسمح للتحكم أكثر تجريبية من البيئة المادية والانحرافات المحتملة. وبالإضافة إلى ذلك، الدراسات على الإنترنت قد تثير بعض الشواغل الأخلاقية فيما يتعلق بالبيانات السرية والسرية.
كمختبر VR مكتبية المتصلة بشبكة، “مختبر العلوم مقرر” (ديسسيل) في زيورخ ETH يستخدم في المقام الأول لدراسة التفاعلات الاقتصادية الاستراتيجية واتخاذ القرارات في بيئة تسيطر عليها. البنية التحتية التقنية في ديسسيل يتكون من الأجهزة والبرمجيات لأتمتة المخابر والبرمجيات التي تدعم سطح مكتب المستخدم متعددة الإعداد VR. تتضمن الأجهزة أجهزة الكمبيوتر المكتبية ذات الأداء العالي مع نظام التشغيل Microsoft Windows 10 المؤسسة، واجهات التحكم (على سبيل المثال-، الماوس ولوحة المفاتيح، وأجهزة جويستيك)، سماعات الرأس، والعين تتبع (جدول المواد). كافة أجهزة الكمبيوتر العميلة ترتبط مع Ethernet واحد جيجابت في الثانية لشبكة الجامعة ومشاركة ملف شبكة الاتصال نفسه. لا يوجد تأخير مرئية أو التأخر عندما يكون هناك 36 العملاء المتصلين. عدد الإطارات في الثانية الواحدة باستمرار فوق 100. التجارب أيضا إدارة والتحكم مع برامج التشغيل الآلي مختبر استناداً إلى مايكروسوفت PowerShell (أيتكوين الدولة المطلوب PowerShell و PowerShell الاتصال عن بعد). جميع الخطوات ذات الصلة من البروتوكول هي مبرمجة مسبقاً مع البرامج النصية PowerShell Cmdlets ودعا (على سبيل المثال-، بدء تشغيل الكمبيوتر، إيقاف–الكمبيوتر). وخلال التجربة، هذه البرامج النصية يمكن تنفيذها عن بعد وفي الوقت نفسه على كافة أجهزة الكمبيوتر العميلة. هذا النوع من التشغيل الآلي لمختبر يضمن إقامة دولة مماثلة للعميل أجهزة الكمبيوتر ويقلل الأخطاء المحتملة والتعقيد من خلال التجارب العلمية، ويمنع الباحثين من الاضطرار إلى أداء المهام اليدوية المتكررة. للتجارب الملاحة، ونحن نستخدم محرك اللعبة الوحدة () من أجل دعم تطوير بيئات 2D و 3D لسطح المكتب متعدد المستخدمين، والتفاعلية VR. أجهزة الكمبيوتر العميلة 36 متصلاً خادم عن طريق هندسة خادم موثوق. في بداية كل تجربة، يقوم كل عميل بإرسال طلب إنشاء مثيل على الملقم، ويستجيب الملقم بإنشاء مثيلات الرمزية لهذا المستخدم على كافة الأجهزة المتصلة. الصورة الرمزية لكل مستخدم لديه كاميرا مع مجال رؤية 50 درجة. طوال هذه التجربة، العملاء إرسال المستخدم ‘ الإدخال للخادم، والخادم تحديث الحركة لكافة العملاء.
ويرد كل جهاز كمبيوتر في المختبر المادي، في حجرة منفصلة ضمن ثلاث غرف شبه المستقلة (الشكل 1). الحجم الكلي للمختبر هو 170 م2 (150 م2 لتجربة غرفة و 20 م2 لغرفة التحكم). كل من هذه الغرف هي مجهزة بأجهزة تسجيل الصوت والفيديو. تجارب يتم التحكم فيها من غرفة مجاورة منفصلة (أي.، وتوفير الإرشادات والشروع في البرنامج التجريبي). من غرفة التحكم هذه، يمكن أيضا مراقبة المجربون المشاركين في البيئات المادية والافتراضية. جنبا إلى جنب مع قسم الاقتصاد في جامعة زوريخ، يحافظ ديسسيل أيضا بمركز التسجيل في الجامعة “المشاركين في الدراسة”، التي تم تنفيذها استناداً إلى الجذر ح37.
على الرغم من أن قد وصف نظم مماثلة في الأدب38، ديسسيل هو أول مختبر وظيفي مناسب للتجارب VR سطح المكتب متعدد المستخدمين على التنقل وسلوك الحشد لمعرفتنا. هنا، يمكننا وصف البروتوكول المتعلق بإجراء تجربة ديسسيل، ويقدم النتائج تمثيلية من أحد دراسة عن السلوك الاجتماعي الملاحة ومناقشة الإمكانات والقيود المفروضة على هذا النظام.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه المقالة، نحن وصف مختبر متعدد المستخدمين سطح مكتب واقع الافتراضي الذي يصل إلى 36 مشاركاً يمكن التفاعل والتنقل في وقت واحد من خلال مختلف البيئات الظاهرية. تفاصيل البروتوكول التجريبي الخطوات اللازمة لهذا النوع من البحوث وفريدة من نوعها لسيناريوهات متعددة المستخدمين. وتشمل الاعتبارات…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
كان تمويل هذه الدراسة ممثلة “مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية” كجزء من المنحة لتمويل “استكشاف في البيئات الاجتماعية” (رقم 100014_162428). نود أن نشكر م. مساعد للمناقشات الثاقبة. كما نود أن نشكر فيلهلم جيم، تالر واو وحاء عبد الرحمن، س. مادجيهيوريم، إينجولد ألف وغروسريدر ألف لعملهم أثناء تطوير البرمجيات.
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 |
Referências
- 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).
