Ανάπτυξη ενός ολοκληρωμένου ψηφιακού συστήματος εικονικής πραγματικότητας για την μοντελοποίηση και υπολογιστική ανάλυση της ανθρώπινης αντίληψης του χώρου και κινηματικής σε τρεις διαστάσεις

Abstract

Σε προηγούμενες μελέτες, έχει παρατηρηθεί η ύπαρξη φαινομένων ανισοτροπίας του ανθρώπινου οπτικού συστήματος αντίληψης, στον χώρο των δύο διαστάσεων, σε ποικίλες οπτικοκινητικές λειτουργίες όσον αφορά την είσοδο, την έξοδο, και γνωσιακές απαιτήσεις. Η διερεύνηση αυτών των φαινομένων στον χώρο των τριών διαστάσεων αποτέλεσε το κίνητρο για την παρούσα μελέτη. Σκοπός αυτής της εργασίας ήταν, αρχικά, η δημιουργία ενός ολοκληρωμένου ψηφιακού συστήματος για την υπολογιστική ανάλυση κινήσεων του άνω άκρου στον χώρο των τριών διαστάσεων, εντός ενός εικονικού περιβάλλοντος. Προς αυτή την κατεύθυνση, πραγματοποιείται μια εισαγωγή στα βασικά στοιχεία της αρχιτεκτονικής ενός συστήματος εικονικής πραγματικότητας, εστιάζοντας στις συσκευές εισόδου - εξόδου και τη μηχανή δημιουργίας και λειτουργίας ενός εικονικού κόσμου. Παρουσιάζεται η διεπαφή επικοινωνίας με το σύστημα μαγνητικής ανίχνευσης θέσης που χρησιμοποιήθηκε, και μέσω μηχανής παιχνιδιού αναπτύσσεται μια πειραματική στερεοσκοπική εφαρμογή. Ύστερα, διερευνάται η ύπαρξη συστηματικών σφαλμάτων στα τελικά σημεία της κίνησης του άνω άκρου προς απομνημονευμένους στόχους, αλλά και με οπτική υποβοήθηση, στον χώρο των τριών διαστάσεων. Το πρώτο μοτίβο αποτέλεσε μια τάση των τελικών σημείων της κίνησης να σφάλουν προς τους διαγώνιους άξονες κάθε τεταρτημόριου ενός εικονικού περιστρεφόμενου κύκλου που περιλάμβανε όλους τους στόχους (oblique effect). Το δεύτερο μοτίβο αποτέλεσε μια τάση των τελικών σημείων της κίνησης να σφάλουν προς το σώμα του υποκειμένου (z-effect). Και τα δύο μοτίβα συστηματικών σφαλμάτων αυξάνονταν σε μέτρο καθώς η πληροφορία σχετικά με το ερέθισμα διαταράσσονταν παραμετρικά. Ένα παρόμοιο μοτίβο συστηματικών σφαλμάτων αναφέρεται στην βιβλιογραφία και αποδίδεται στην αντιληπτική κατηγοριοποίηση του χώρου από το υποκείμενο.

Our main motivation was to investigate anisotropic phenomena in the human visual perception system, in three dimensional space. Such phenomena were observed in two dimensional space, in previous studies, in diverse tasks both in terms of input, output, and cognitive demands. Our goal was initially the development of a complete digital system for the computational analysis of the upper limb movements in three-dimensional space, within a virtual environment. We introduce the main components of virtual reality system architecture and concentrate on input - output devices and the virtual reality engine. We present an interface between the magnetic tracking system used and a host system and use a game engine to develop a stereoscopic experimental application. We then investigate the directional distortion of the endpoints in a task of memory and visually guided pointing movements in three-dimensional space. The first pattern resulted in the clustering of movement endpoints toward the diagonals of the four quadrants of an imaginary rotating circular area encompassing all target locations (oblique effect). The second pattern resulted in a tendency of movement endpoints to be closer to the body (z-effect). Both these patterns of systematic error increased in magnitude as information about the stimulus parametrically degraded. A pattern of systematic errors similar to the oblique effect has already been reported in the literature and is attributed to the subject's conceptual categorization of space.