バーチャルリアリティフライトシミュレータを使用した飛行性能と眼球運動パターンの評価
2023年5月19日
新しいバーチャルリアリティフライトシミュレータが構築され、飛行性能と眼球運動パターンの効率的かつ低コストな評価が可能になりました。また、人間工学やその他の研究のための高い可能性を秘めた研究ツールも提供します。
現在の研究では、3D没入型シナリオの目の動きとフライトパフォーマーのインジケーターに基づいてパイロットのパフォーマーを評価するための新しいVRフライトシミュレーターを開発しました。フライトシミュレータのプラットフォームは、低コストに加えて、高い柔軟性を備えています。研究者の多様なニーズにお応えします。
この方法は、パイロットだけでなく、一部の宇宙飛行士にも適用できます。まず、フライト シミュレータをインストールします。スロットルコントロールパネルを結合し、1つのユニットとして扱います。
スロットル、ジョイスティック、ペダルをUSB経由でフライトシミュレーターPCモジュールに接続します。続いて、ヘッドマウントディスプレイまたはHMDをリンクボックスを介してフライトシミュレーターPCモジュールに接続します。ベースステーションとバーチャルリアリティまたはVRコントローラーを PC.To 上のVRソフトウェアを介してHMDに接続し、VR用の立ち位置のみのプレイエリアを設定し、HMDの電源がオンになってコンピューターに接続されていることを確認します。
基地局を斜めに配置して、HMDを固定したまま常に基地局の監視範囲内に配置できるようにすることで、安定したVR環境を維持します。次に、コンピューター上のVRソフトウェアが提供するプロンプトに従って、立っているだけのプレイエリアを設定します。チューニングされたフライトコントロールモジュールと大画面ディスプレイをVRHMDと同じコンピューターに接続します。
交通パターンや地図の説明、VRフライトシミュレーターの使い方など、タスクやシミュレーターの操作を参加者に紹介します。各参加者にVR HMDを装着し、目の動きを調整し、デバイスの高さ、瞳孔間距離、視線ポイントを調整します。次に、画面録画ソフトウェアを開き、飛行訓練用のフライシミュレーターを起動します。
フライトペダル、ジョイスティック、スロットルの使い方を参加者に指導し、フライトの基準線にできるだけ近づくように操縦します。完了したら、フライトスロットルとエンジンスイッチボタンをリセットします。その後、録音を停止します。
正式な飛行実験を行うには、参加者用のVR HMDを装着し、OBSスタジオを起動して画面の録画を開始します。計器の AOI、対気速度、垂直速度、高度、およびエンジン速度計の眼球運動データは、初心者と比較して、対気速度計、高度計、垂直速度計、および姿勢計の平均値付近で、専門家が視線移動データの分布が均一であることを示しました。専門家の飛行パフォーマンスデータは、主に、総飛行時間、基準線からの平均距離、着陸の1秒前のピッチ角、および初心者と比較した基準線からの距離の標準偏差に関する平均値を中心にしていました。
すべての参加者の目の瞬間を調整し、それに応じてデバイスの高さ、瞳孔間距離、および注視点を調整します。
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概要
本研究では、3D没入型環境における眼球運動と飛行インジケーターを通じてパイロットのパフォーマンスを評価するために設計された、新しいバーチャルリアリティ飛行シミュレーターを提案します。このシミュレーターはコスト効率が高く適応性に優れており、さまざまな研究ニーズに対応しています。
研究の主要構成要素
科学分野
- 神経科学
- ヒューマンファクターズ
- 仮想現実技術
背景
- 既存のフライトシミュレーターは、高価で柔軟性に欠ける場合があります。
- パイロットのパフォーマンスを評価する上で、眼球運動パターンは極めて重要です。
- バーチャルリアリティは、トレーニングと評価を向上させることができる没入型の体験を提供します。
- 本研究は、従来のシミュレーターの限界に対処することを目的としています。
研究目的
- 低コストのVR飛行シミュレーターを開発すること。
- 眼球運動と飛行指標に基づいてパイロットのパフォーマンスを評価すること。
- 様々な分野の研究者に汎用性の高いツールを提供すること。
使用した手法
- VR飛行シミュレータープラットフォームの開発。
- 視線追跡技術の統合。
- テスト用の3D没入型シナリオの実装。
- さまざまな研究要件に適応可能な柔軟性。
主な結果
- このシミュレーターは、パイロットのパフォーマンスを効果的に評価します。
- 眼球運動データにより、飛行挙動に関する知見が得られます。
- 研究用途における費用対効果の高いソリューションです。
- 宇宙飛行士の選抜プロセスへの応用の可能性があります。
結論
- VRフライトシミュレーターは、価値ある研究ツールです。
- パイロットの訓練や評価における多様なニーズに応えます。
- 今後の応用範囲は、航空分野以外にも広がる可能性があります。
よくある質問
産業における重要性
アイトラッキングを統合したVRベースのシミュレータを用いてオペレーターのパフォーマンスを定量的に評価することは、リスクの高い選抜およびトレーニングワークフローにおいて、拡張可能で費用対効果の高いソリューションを提供します。客観的な飛行指標および視線指標を通じて専門性を差別化できる能力は、候補者の評価とプロトコルの最適化における予測的な信頼性を後押しします。このアプローチにより、人材選抜および運用準備パイプラインにおける重要な転換点において、データに基づいた意思決定が可能になります。
バイオ医薬品R&Dにおける戦略的活用
初期探索およびターゲット検証
- 複雑なシミュレーション環境における認知および運動パフォーマンスの、仮説に基づいた評価をサポートします。
- 行動出力と生理学的または神経学的リードアウトを相関させることで、メカニズムに基づくリスク低減を可能にします。
- 専門性の客観的な差別化を促進し、トランスレーショナル研究モデルの選択基準に情報を供します。
スクリーニングとアッセイ開発
- ヒューマンファクター研究におけるオペレーター依存の変数を評価するための、標準化され再現性のあるプラットフォームを提供します。
- 後続の分析やベンチマーキングに適した、定量的な眼球運動およびパフォーマンスデータを生成します。
- バイオ医薬品デバイスのユーザビリティ研究に関連する認知能または精神運動特性について、候補集団の拡張可能なスクリーニングを可能にします。
トランスレーショナル・前臨床研究
- 行動指標を潜在的な神経認知プロセスに結びつけることで、トランスレーショナルバイオマーカー戦略に合致させています。
- ヒューマンマシンインターフェース研究において、初期の発見から前臨床的検証までの継続性をサポートします。
- 予測可能な定量的エンドポイントを提供することにより、候補技術を推進させる際のリスクを低減します。
パイプラインおよびワークフローの統合
このVRベースの評価プラットフォームは、初期の探索およびスクリーニング段階に適しており、翻訳研究およびデバイス開発における仮説検証とオペレーターのパフォーマンスの定量的評価の両方をサポートします。
- 探索生物学：没入型で再現性のある環境において、認知および行動に関する仮説の制御された検証を可能にします。
- スクリーニング：集団間比較および候補の選別（トリアージ）に向けた、標準化された定量的なアウトプットを提供します。
- アナリティクス：統計分析および意思決定支援のための、高解像度な眼球運動およびパフォーマンスデータを提供します。
- トランスレーショナルリサーチ：行動アウトプットを機能的なエンドポイントに結びつけることで、探索と前臨床検証の橋渡しを行います。
- エンタープライズ再利用：多様な研究開発ニーズに適応可能な、柔軟で低コストなプラットフォームを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：オペレーターの選定およびプロトコルの最適化における予測信頼性を向上させます。
- 運用的価値：ヒューマンパフォーマンス評価の標準化、再現性、および拡張性を高めます。
- 戦略的価値：ゴー/ノーゴー（進退）決定を改善し、デバイスおよびプロトコルの開発における後期段階のリスクを低減します。
- ポートフォリオへの影響：候補となる技術やワークフローのリスク調整後の優先順位付けを可能にします。
実施上の考慮事項
- VRシステムのセットアップ、アイトラッキングのキャリブレーション、および行動データの解析における専門知識が必要です。
- 高忠実度のデータ取得および処理のためには、堅牢な計測機器と解析インフラストラクチャが求められます。
- プロトコルおよびデータ解釈フレームワークのチーム間での標準化が必要です。
- 特定のモデルシステムや研究対象集団に合わせて調整が必要な場合があります。
- 出典に記載されている通り、従来のシミュレーターと比較してモーションフィードバックが減少しているという制限があります。
