[논문 리뷰] Study of movement coordination in human ensembles via a novel computer-based set-up

Francesco Alderisio, Maria Lombardi외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 29.

Action Observation and Synchronization참고 문헌 44인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 인간 집단이 사회적 및 감각적 간섭을 최소화하면서도 원격으로 운동을 조율할 수 있도록 허용하는 새로운 컴퓨터 기반 플랫폼 'Chronos'를 소개한다. 사용자 정의 가능한 시각적 상호작용 구조와 가상 에이전트를 통합함으로써, 이 플랫폼은 인간 집단의 조율 수준이 직접적인 시각적 또는 청각적 연결 없이도 네트워크 구조에 의해 결정됨을 보여주며, 가상 에이전트가 이인 및 집단 상황에서 인간과 유사한 조율 행동을 성공적으로 모방할 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

Movement coordination in human ensembles has been studied little in the current literature. In the existing experimental works, situations where all subjects are connected with each other through direct visual and auditory coupling, and social interaction affects their coordination, have been investigated. Here, we study coordination in human ensembles via a novel computer-based set-up that enables individuals to coordinate each other's motion from a distance so as to minimize the influence of social interaction. The proposed platform makes it possible to implement different visual interaction patterns among the players, so that participants take into consideration the motion of a designated subset of the others. This allows the evaluation of the exclusive effects on coordination of the structure of interconnections among the players and their own dynamics. Our set-up enables also the deployment of virtual players to investigate dyadic interaction between a human and a virtual agent, as well as group synchronization in mixed teams of human and virtual agents. We use this novel set-up to study coordination both in dyads and in groups over different structures of interconnections, with and without virtual agents. We find that, in dual interaction, virtual players manage to interact with participants in a human-like fashion, thus confirming findings in previous work. We also observe that, in group interaction, the level of coordination among humans in the absence of direct visual and auditory coupling depends on the structure of interconnections among participants. This confirms, as recently suggested in the literature, that different coordination levels are achieved over diverse visual pairings in the presence and in the absence of social interaction. We present preliminary experimental results on the effect on group coordination of deploying virtual computer agents in the human ensemble.

연구 동기 및 목표

• 개인 간 상호연결의 구조가 인간 집단의 운동 조율에 어떻게 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 직접적인 시각적, 청각적, 사회적 상호작용을 제거함으로써 네트워크 구조의 영향을 고립하여 분석하기 위해.
• 가상 에이전트를 인간 운동 조율 실험에서의 합성 파artner로 사용할 수 있는지 평가하기 위해.
• 다인용 상황으로 인간 동적 클램프 개념을 확장하여 집단 역학을 통제적으로 연구하기 위해.
• 가상 에이전트가 이인 및 집단 상호작용에서 인간과 유사한 조율 패턴을 재현할 수 있는지 확인하기 위해.

제안 방법

• 참가자들이 선택한 파트너의 운동 흔적을 시각적으로 피드백받는 방식으로, 원격으로 실시간으로 인간 참가자 간 운동 조율를 가능하게 하는 컴퓨터 기반 실험 플랫폼('Chronos')을 개발하였다.
• 참가자들은 장벽으로 시각적 고립을 당하고, 소음 제거 헤드셋을 착용하여 다른 사람의 청각적 및 시각적 자극을 제거함으로써, 오직 지정된 상호작용 파트너만 인지하도록 보장하였다.
• 시스템은 관리자가 사용자 정의 가능한 시각적 상호작용 구조를 설정할 수 있도록 하여, 라인, 스타, 링 등 다양한 네트워크 구조를 이인 및 집단 상황에서 연구할 수 있도록 하였다.
• 가상 플레이어(VP)는 인간 운동 역학을 모방하는 인지 아키텍처를 사용하여, 조율 작업에서 따라가기 또는 리더 역할을 수행할 수 있도록 구현되었다.
• 다이adic 및 그룹 동기화 지수와 같은 동기화 지표를 계산하여, 다양한 구성에서의 조율 수준을 정량적으로 평가하였다.
• 플랫폼은 인간-인간 및 인간-가상 에이전트 상호작용을 모두 지원하여, 다양한 조건에서의 조율 행동을 통제적으로 비교할 수 있도록 하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 직접적인 사회적 및 감각적 상호작용이 최소화된 상황에서, 시각적 상호작용 구조의 형태가 인간 집단의 운동 조율 수준에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ2 가상 에이전트가 인간 참가자와의 이인 상호작용에서 인간과 유사한 조율 행동을 성공적으로 재현할 수 있는가?
• RQ3 가상 에이전트가 인간 집단에 존재할 경우 전체 조율 수준이 변화하는가? 만약 그렇다면, 이는 에이전트의 역할(리더 또는 팔로워)에 따라 어떻게 달라지는가?
• RQ4 사람들이 인간과 상호작용할 때인지 가상 에이전트와 상호작용할 때인지에 따라, 그들의 조율 전략을 얼마나 다르게 조정하는가?
• RQ5 이 플랫폼을 사용하여 사회적 또는 인지적 자극 없이도, 구조화된 네트워크에서 조율의 탄생을 체계적으로 연구할 수 있는가?

주요 결과

• 이인 상호작용에서, 참가자들은 가상 에이전트와 조율할 때 인간 파트너와 비교해 유의미한 행동적 차이를 보이지 않았으며, 이는 가상 플레이어가 인간의 조율 역학을 성공적으로 모방할 수 있음을 확인한다.
• 직접적인 시각적, 청각적, 사회적 상호작용이 없는 상황에서도 인간 집단의 조율 수준이 기반 네트워크 구조에 따라 달라지는 것으로 나타났으며, 이는 구조적 연결성의 중요성을 입증한다.
• 가상 에이전트가 집단 상황에서 리더 역할을 할 경우, 전체 집단의 조율 수준이 떨어지는 경향을 보였으며, 이는 인공 리더십이 자연스러운 동기화 패턴을 방해할 수 있음을 시사한다.
• 가상 에이전트가 팔로워 역할을 하거나, 가상 에이전트가 전혀 존재하지 않을 경우 더 높은 동기화 지수를 관찰하였으며, 이는 팔로워 역할이 집단 조율에 덜 파급적인 영향을 미친다는 것을 의미한다.
• 플랫폼은 인간 운동의 핵심 운동학적 특징을 재현하는 가상 에이전트를 성공적으로 구현하였으며, 향후 집단 행동 연구에서 이러한 에이전트의 활용을 뒷받침한다.
• 결과적으로 네트워크 구조 자체가 사회적 자극 없이도 조율 결과를 결정짓는다는 점을 확인하였으며, 이는 최근 인간 집단 역학에서 구조의 역할을 강화하는 이론적 주장과 일치한다.