[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究调查了虚拟现实（VR）是否能够预测现实世界中装配任务的身体部位不适（BPD）和身体表现。在虚拟现实（VR）和真实环境（RE）中使用相同任务，发现VR与RE在BPD和表现方面存在强烈相关性，尽管由于认知和身体努力增加，VR导致的不适和疲劳显著更高，表明在进行人因工程评估时，需谨慎使用VR来预测现实世界的结果。

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.

研究动机与目标

• 评估虚拟现实（VR）环境是否能够可靠地预测现实世界（RE）装配任务中的人体身体部位不适（BPD）和身体表现。
• 在相同任务和配置条件下，比较VR与RE中主观和客观评估结果——BPD、RPE、姿势和表现。
• 确定VR作为工业装配环境中人因工程评估预测工具的有效性。
• 识别VR与RE之间在不适和表现方面的差异，并分析其成因。

提出的方法

• 在虚拟现实（VE）和真实环境（RE）中进行相同的装配任务，实验配置受控。
• 测量主观结果：使用标准化量表测量身体部位不适（BPD）和主观用力程度评分（RPE）。
• 记录客观结果：通过动作捕捉记录姿势，通过任务完成指标衡量身体表现。
• 应用线性回归分析VR与RE中BPD与表现结果之间的相关性。
• 使用统计检验比较VR与RE中BPD、RPE和表现的平均值。
• 使用传统人因工程评估方法（如RULA或类似方法，由上下文推断）评估姿势差异。

实验结果

研究问题

• RQ1 VR中装配任务的身体部位不适（BPD）和身体表现与现实世界环境中的相关程度如何？
• RQ2 VR与真实环境之间在主观不适感（BPD）和疲劳感（RPE）方面是否存在显著差异？
• RQ3 与真实环境相比，虚拟环境是否导致更高的身体或认知努力，从而影响表现和不适感？
• RQ4 VR能否作为工业装配任务中现实世界人因工程结果的有效预测工具？

主要发现

• 在VR与真实环境中BPD结果之间发现了强烈的线性相关性，表明VR能够预测不适水平。
• VR与RE中的表现指标也显示出显著相关性，支持VR在身体任务表现预测方面的有效性。
• 受试者报告在VR中BPD和RPE显著高于RE，表明虚拟环境中的主观不适和疲劳感更高。
• 尽管感知努力更高，但VR与RE之间的姿势差异极小，且经传统人因工程评估方法判断不具临床显著性。
• VR中不适感的增加归因于与虚拟界面交互所需的额外身体和认知努力。