[論文レビュー] Can virtual reality predict body part discomfort and performance of people in realistic world for assembling tasks?

Bo Hu, Liang Ma+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2011

Ergonomics and Musculoskeletal Disorders参考文献 12被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、仮想現実（VR）が現実世界の身体部位の不快感（BPD）および作業中の身体的パフォーマンスを予測できるかどうかを調査する。VRと現実環境（RE）の両方で同一の作業を実施した結果、VRとREにおけるBPDおよびパフォーマンスの間には強い相関が認められたが、VRでは認知的および身体的負荷が増加するため、不快感および疲労が顕著に高まった。これは、VRが人体工学的評価の文脈で慎重に活用すれば、現実世界の結果を予測できる可能性を示唆している。

ABSTRACT

This paper presents our work on relationship of evaluation results between virtual environment (VE) and realistic environment (RE) for assembling tasks. Evaluation results consist of subjective results (BPD and RPE) and objective results (posture and physical performance). Same tasks were performed with same experimental configurations and evaluation results were measured in RE and VE respectively. Then these evaluation results were compared. Slight difference of posture between VE and RE was found but not great difference of effect on people according to conventional ergonomics posture assessment method. Correlation of BPD and performance results between VE and RE are found by linear regression method. Moreover, results of BPD, physical performance, and RPE in VE are higher than that in RE with significant difference. Furthermore, these results indicates that subjects feel more discomfort and fatigue in VE than RE because of additional effort required in VE.

研究の動機と目的

• 仮想現実（VR）環境が、現実世界の（RE）組立作業における人体部位の不快感（BPD）および身体的パフォーマンスを信頼性高く予測できるかどうかを評価すること。
• 同一の作業および設定条件下で、VRとREにおける主観的および客観的評価結果（BPD、RPE、姿勢、パフォーマンス）を比較すること。
• VRが産業的組立作業の人体工学的評価における予測ツールとして有効であるかどうかを検証すること。
• VRとREにおける不快感およびパフォーマンスの乖離を特定し、その原因を分析すること。

提案手法

• 制御された実験的設定のもと、仮想現実（VE）と現実環境（RE）の両方で同一の組立作業を実施した。
• 主観的結果として、身体部位の不快感（BPD）および自覚的作業負荷尺度（RPE）を標準化された尺度を用いて測定した。
• 客観的結果として、モーショングレーティングを用いた姿勢の記録およびタスク完了メトリクスによる身体的パフォーマンスの測定を行った。
• VRとREにおけるBPDおよびパフォーマンス結果の相関を分析するために線形回帰を適用した。
• VRとREにおけるBPD、RPE、パフォーマンスの平均値を比較する統計的検定を実施した。
• 従来の人体工学的評価手法（例：RULAまたは類似手法、文脈から暗黙的に示唆される）を用いて姿勢の差を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 仮想現実（VR）における身体部位の不快感（BPD）および身体的パフォーマンスが、現実世界環境（RE）とどの程度相関しているか。
• RQ2 VRと現実環境（RE）における自覚的不快感（BPD）および疲労（RPE）に有意な差があるか。
• RQ3 仮想環境は、現実環境と比較して身体的または認知的負荷が高くなるか。その結果、パフォーマンスおよび不快感に影響を与えるか。
• RQ4 VRは、産業的組立作業における現実世界の人間工学的結果を予測する有効なツールとして機能できるか。

主な発見

• VRと現実環境（RE）におけるBPD結果の間には強い線形相関が認められ、VRが不快感レベルを予測可能であることを示している。
• VRとREにおけるパフォーマンス指標の間にも有意な相関が認められ、VRの身体的タスクパフォーマンス予測の有効性を支持している。
• 被験者からVRではREと比較して有意に高いBPDおよびRPEが報告され、仮想環境では自覚的不快感および疲労感が高まっていることが示された。
• 高い自覚的負荷が認められたにもかかわらず、VRとREにおける姿勢の差は最小限であり、従来の人間工学的評価手法では臨床的に有意な差とは見なされなかった。
• VRにおける不快感の増加は、仮想インターフェースとの相互作用に要する追加の身体的および認知的負荷に起因すると考えられる。