Työkonesimulaattori virtuaaliympäristössä: immersiotaso, läsnäolon tunne ja käyttäjän suoriutuminen

Abstract

Tutkimuksessa selvitettiin kirjallisuuskatsauksen kautta, millä tavalla virtuaaliympäristöissä koettua läsnäolon tunnetta voidaan mitata. Lisäksi tutkittiin virtuaalitilaan rakennetulla kaivoskonesimulaattorilla suoritettujen käyttäjäkokeiden avulla, miten virtuaaliympäristön immersiotaso vaikuttaa koehenkilöiden kokemaan läsnäolon tunteeseen sekä suoritusten tasoon. Tutkimus on osa laajempaa kokonaisuutta, jossa kehitetään työkonesimulaattoria työkaluksi, jolla koneen käyttäjät pääsevät mukaan koneensuunnitteluprosessiin jo varhaisessa vaiheessa. Yleisimmiksi menetelmiksi läsnäolon tunteen mittaamiseen havaittiin kyselylomakkeen avulla tehtävään itsearviointiin perustuvat menetelmät. Muut menetelmät perustuivat lähinnä joko jatkuvaan itsearviointiin, käyttäjän reaktioiden tarkkailuun tai fysiologisten reaktioiden mittaamiseen. Käyttäjäkokeisiin osallistui 25 henkilöä. Tutkittavina immersiokomponentteina olivat kuvan kolmiulotteisuus, pään paikannus sekä liikealusta. Läsnäolon tunnetta mitattiin kyselylomakkeella. Koehenkilöiden suorituksista mitattiin kuormaajan kauhaan nostettujen kivien määrä, lastauspaikalle kuljetettujen kivien määrä sekä kaivoskäytävän seiniin törmäysten lukumäärä. Tulokset osoittivat, että liikealustan aktivoiminen lisää läsnäolon tunnetta, mutta kuvan kolmiulotteisuudella ja pään paikannuksella ei ollut vaikutusta. Kokeneet työkonekuljettajat raportoivat vähemmän läsnäolon tunnetta kuin muut. Liikealusta osoittautui ratkaisevan tärkeäksi simulaattorin realistisuudelle myös sitä kautta, että juuri liikealustan käyttö sai kokeneet kuljettajat suoriutumaan paremmin käyttäjäkokeissa.

This research contained a review of methods used for measuring the sense of presence in virtual environments. In addition, user tests conducted with a mining machine simulator built in a virtual environment was used for investigating how the immersion level of the virtual environment affects the sense of presence experienced by the test users as well as their task performance. This research is a part of a larger process for developing a work machine simulator to be used as a tool with which machine operators can participate in the machine design process in an early phase. It was found that the most common methods for measuring the sense of presence were questionnaire-based self-assessment methods. Other methods were mostly based on continuous self-assessment, observing the users’ reactions, or measuring their physiological reactions. A total of 25 persons took part in the user tests. The immersion components under study were stereoscopic imaging, head tracking, and a motion platform. A questionnaire was used for measuring presence. The following task performance metrics were investigated: the amount of rock lifted with the bucket, the amount of rock successfully transported to the unloading zone, and the number of times the machine collided with the walls of the mine corridor. The results indicated, that activating the motion platform increases the sense of presence, whereas steroscopy or head tracking had no significant effect. Experienced work machine drivers reported lower scores on the presence scale than other test users. The importance of the motion platform to the reality of the simulator was indicated also by the fact that the motion platform made the experienced drivers perform better in the user tests.