Количественная оценка качества формирования изображения в виртуальной реальности
Автор: Кручинин П.А., Кручинина А.П., Одинцов М.А., Опанасенко E.А., Чертополохов В.А., Чулюкова E.А.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 4 (106) т.28, 2024 года.
Бесплатный доступ
Описан подход к количественной оценке изменения восприятия человеком виртуальной реальности (ВР). Системы ВР достигли заметного прогресса, и влияние их погрешностей не столь заметно. Изменение постуральных характеристик заметнее для задач, в которых зрительная информация используется человеком активнее: таких как удержание равновесия человеком, стоящем на податливом основании. Проведена серия тестов, в ходе которых человек поддерживал вертикальную позу, стоя на платформе стабилоанализатора. В ходе проведения обследования испытуемые поддерживали вертикальную позу, как стоя на обычной твердой поверхности (платформе стабилоанализатора), так и на податливом основании в виде пластины пенополиуретана. Удержание равновесия в этом случае усложняет задачу управления и требует мобилизации сенсорных систем человека, в том числе приводит к повышению роли зрительной информации. При поддержании ортоградной позы человек смотрел на изображение, размещенное на стене на уровне глаз на однотонном фоне, или на такое же изображение в очках виртуальной реальности. При проведении об-следования в очках виртуальной реальности программное обеспечение ВР использовало информацию инерциальных сенсоров шлема ВР и данные о координатах и ориентации для воспроизведения образа неподвижной окружающей среды. Для имеющейся выборки добровольцев для пробы на податливом основании выявлены стабилометрические параметры, которые имеют устойчивую тенденцию к изменению: средняя скорость центра давления, показатель качества функции равновесия и нормированной площади векторограммы. Также отмечены заметные изменения окулографических данных, однако погрешности их определения, связанные с несоответствием частот окулографических измерений, позволяют делать только предварительный вывод по этому вопросу.
Стабилометрия, виртуальная реальность, стабилизация позы, неустойчивое основание, оптокинетика
Короткий адрес: https://sciup.org/146283005
IDR: 146283005 | УДК: 51-76::612.8 | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2024.4.12
Quantification of the quality of image formation in virtual reality
The article outlines an approach to quantify the change in human perception of virtual reality (VR). VR systems have made significant progress, reducing the impact of their errors. Changes in postural characteristics are particularly distinct in tests where visual information is used more ac-tively, such as when a person balances on a compliant surface. A series of tests were conducted where subjects maintained a vertical posture while standing on a hard force plate. During the tests, the subjects stood on both a regular hard surface (the force plate) and a compliant surface made of polyurethane foam. Maintaining balance on the compliant surface complicates the control task and requires the mobilization of human sensory systems, leading to an increased reliance on visual information. While maintaining posture, the subjects either looked at an image placed on the wall at eye level on a plain background or viewed the same image using virtual reality hemlet. During the examination with VR hemlet, the VR software used coordinates data, orientation and infor-mation from the VR helmet inertial sensors to reproduce a stationary environmentimage. For the current sample of volunteers tested on a compliant surface, stabilometric parameters with a stable tendency to change were identified: the average speed of the centre of pressure, an indicator of the quality of the equilibrium function, and the normalised area of the vectorogram. No noticeable changesrelated in the type of support in oculographic data were observed. Noticeable changes in oculographic data were also noted, however, the errors in their determination associated with the discrepancy between the frequencies of oculographic measurements allow us to draw only a pre-liminary conclusion on this issue.
Список литературы Количественная оценка качества формирования изображения в виртуальной реальности
- Harris, D.J. Virtually the same? How impaired sensory infor-mation in virtual reality may disrupt vision for action/ D.J. Harris, G. Buckingham, M.R. Wilson // ExpBrain Res. – 2019. – Vol. 237. – P. 2761–2766.
- Абрамова, Т. О. Оценка качества потока виртуальной реальности / Т. О. Абрамова, Е. В Талалова // НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбПУ: материалы научной конференции с международным участием, Санкт-Петербург, 19–24 ноября 2018 года. – СПБ: Политех-Пресс, 2019. – С. 171–174.
- Arthur, T. Examining the validity and fidelity of a virtual re-ality simulator for basic life support training. / T Arthur., T. Loveland-Perkins, C. Williams // BMC Digit Health 1. – 2023. – Vol. 16.
- Chen, M. Study of 3D Virtual Reality Picture Quality/ M. Chen, Y. Jin, T. Goodall // IEEE Journal of Selected Top-ics in Signal Processing. – 2020. – Vol. 14, no. 1. – P. 89–102.
- Zhao, C. Spatiotemporal image quality of virtual reality head mounted displays / C. Zhao, A.S. Kim, R. Beams // SciRep. – 2022. – Vol. 12, no. 20235.
- Gu, K. Quality Assessment of Virtual Reality Images / K. Gu, H. Liu, C. Zhou // Quality Assessment of Visual Content. Ad-vances in Computer Vision and Pattern Recognition. – Springer, Singapore. – 2022.
- Zhao, C. Spatiotemporal image quality of virtual reality head mounted displays / C. Zhao, A.S. Kim, R. Beams // SciRep. – 2022. –Vol. 12, no. 20235.
- Validity of Virtual Reality Environments for Sensorimotor Rehabilitation / J.E. Levin, J.E. Deutsch, M. Kafri, D.G. Liebermann // Virtual Reality for Physical and Motor Rehabilitation. Virtual Reality Technologies for Health and Clinical Applications. – Springer, New York, 2014.
- Wearable Virtual Reality Tool for Balance Training: The De-sign and Validation on Healthy / D. Rito, C. Pinheiro, J. Figueiredo, C.P. Santos // Robotics in Natural Settings. CLAWAR 2022. Lecture Notes in Networks and Systems, Springer, 2022. – Vol 530.
- Brock, K. Movement kinematic and postural control differ-ences when performing a visuomotor skill in real and virtual environments / K. Brock, S.J. Vine, J.M. Ross // Exp Brain Res. –2023. – Vol. 241. – P. 1797–1810.
- Gumaa, M. Validity and reliability of interactive virtual real-ity in assessing the musculoskeletal system: a systematic re-view / M. Gumaa, A. Khaireldin, Y.A. Rehan // Curr Rev Musculoskelet Med. – 2021. – Vol. 14, no. 2. – P. 130–144.
- Furmanek, M.P. Coordination of reach-to-grasp in physical and haptic-free virtual environments / M.P. Furmanek, L.F. Schettino, M. Yarossi // Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation. – 2019. – Vol. 16, no.78.
- Gerig, N. Missing depth cues in virtual reality limit perfor-mance and quality of three-dimensional reaching movements / N. Gerig, J. Mayo, K. Baur // PLOS ONE. – 2018. – Vol. 13, no. 1. – P. e0189275.
- Comparison of grasping movements made by healthy subjects in a 3-dimensional immersive virtual versus physical environ-ment / E.C. Magdalon, S.M. Michaelsen, A. A. Quevedo, M.F. Levin // ActaPsychologica. – 2011. – Vol. 138, no. 1. – P. 126–134.
- Reaching in reality and virtual reality: a comparison of move-ment kinematics in healthy subjects and in adults with hemiparesis / A. Viau, A.G. Feldman, B.J. McFadyen, M.F. Levin // J NeuroengRehabil. – 2004. Vol. 1, no. 1. – P. 11.
- Goodale, M.A. Separate visual pathways for perception and action / M.A. Goodale, A.D. Milner // Trends in Neurosci. – 1992. –Vol. 15, no. 1. – P. 20–25.
- Goodale, M.A. Duplex vision / M.A. Goodale // The black-well companion to consciousness. –John Wiley & Sons Ltd. – 2017. – P. 648–661.
- Effects of body visualization on performance in headmounted display virtual reality/ I.S. Pastel, Ch.-H. ChenI, K. Petri, K. Witte // PLOS ONE. – 2020. – Vol. 15, no. 9.
- Sallnäs, E.-L. Supporting presence in collaborative environ-ments by haptic force feedback / E.-L. Sallnäs, K. Rassmus-Gröhn, С. Sjöström // ACM Transactions on Computer- Human Interaction. – 2000. – Vol. 7, no. 4. – P. 461–476.
- Ganicheva A. The Using of Stabilometry to Estimation Vis-ual-Vestibular Conflict Severity in Virtual Reality / A. Ganicheva, A. Kovalev, P. Manukyan // International Jour-nal of Psychophysiology. – 2021. – Vol. 168, Suppl. – P. S199-S200.
- The effect of visual-vestibulosomatosensory conflict induced by virtual reality on postural stability in humans / S. Nishiike, S. Okazaki, H. Watanabe, H. Akizuki, T. Imai, A. Uno, T. Kitahara, A Horii, N Takeda, H. Inohara // J Med Invest. –2013. –Vol. 60, no. 3–4. – P. 236–239.
- Штефанова, О.Ю. Критерий качества зрительного слежения при нистагме / О.Ю. Штефанова, А.Г. Якушев // Вестник Московского университета. Серия 1: Математика. Механика. – 2008. – № 4. – С. 63–65
- Кручинин, П.А. Количественная оценка изменения функционального состояния человека за время полета летательного аппарата / П.А. Кручинин, А.П. Кручинина, И.А. Кудряшов // Мехатроника, автоматизация, управле-ние. – 2022. – Т. 23, № 12. – С. 651–660.
- Доценко, В.И. Стабилометрия в диагностике постуральных нарушений в клинической практике: векторный анализ статокинезиграммы / В.И. Доценко, В. И. Усачёв // Реабилитация. –2018. – T. 2, № 17. – C 13–15.
- Руководство пользователя «Стабилан-01-2»: программно-методическое обеспечение компонент стабилогра-фического комплекса Stabmed2. ЗАО «ОКБ «РИТМ». – Таганрог, 2011. – 279 с.
- Кручинин, П.А. Механические модели в стабилометрии / П.А. Кручинин // Российский журнал биомеханики. – 2014. – Т. 18. – № 2. – С. 184–193.
