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Wahrnehmung – Beiträge

Höhensimulationen in VR

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Der Beitrag beschreibt experimentelle Studien mit VTplus VR-Szenarien zur Erforschung von Höhenangst, Gleichgewicht und Emotionsregulation in virtuellen Umgebungen.

Untersuchung des Angsterlebens in virtuellen Höhensituationen (JMU-Würzburg, 2013)

Aussichtspunkt-Konstruktion

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Virtuelles Hochhaus mit Außenaufzug (Prototyp 2013-05)

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Technische Umsetzung mit CAVE:

  • Visuelle Darstellung mit 12 Kanal Projektion (5-seitige CAVE mit stereoskopischer Darstellung)
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen von Kopf und Navigationsdevice mittels PhaseSpace Kameratracking
  • Rendering der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.5
  • Interaktion: Laufen mit Joystick und durch eigene Bewegung
  • Simulationssoftware CyberSession CS-Research MP 5.6

Technische Umsetzung mit Head-Mounted-Display:

  • Visuelle Darstellung mit Trivisio VRvision oder eMagin Z800
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen des Kopfes Polhemus Fastrak oder Patriot
  • Rendering der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.5
  • Interaktion: Laufen mit Joystick
  • Simulationssoftware CyberSession CS-Research MP 5.6

Emotionsregulation bei Höhenangst (Hettinger, M., 2008, JMU-Würzburg)

Technische Umsetzung:

  • Visuelle stereoskopische Informationen mit Head-Mounted Display VirtualResearch V6
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen des Kopfes Polhemus Fastrak
  • Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.3
  • Physiologiedatenaufzeichnung
  • Simulationssoftware CyberSession

Ergebnisse:

  • Mühlberger, A., Neumann, R., Lozo, L., Müller, M. & Hettinger, M. (2012). Bottom-up and top-down influences of beliefs on emotional responses: Fear of heights in a virtual environment. In B.K. Wiederhold and G. Riva (Eds.), Annual Review of Cybertherapy and Telemedicine 2012 (pp 133-137). IOS Press. Amsterdam.

Visueller Einfluss auf Gleichgewicht und Angsterleben bei Höhenängstlichen (Bärmann, 2005, JMU-Würzburg)

Technische Umsetzung:

  • Visuelle stereoskopische Informationen mit Head-Mounted Display
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen des Kopfes Polhemus Fastrak + TX2-Source
  • Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Cortona3D Viewer
  • Interaktion / Laufen mit Joystick
  • Physiologiedatenaufzeichnung
  • Simulationssoftware CyberSession

Abstract:

Ausgehend von Befunden, dass Höhenphobiker bei Konfrontation mit einer Höhensituation eine stärkere Zunahme des Körperschwankens als nichtängstliche Personen aufweisen (Nakahara et al., 2000; Takeya et al., 1978), stellt sich die Frage, inwieweit die Destabilisierung situationsspezifisch durch Angst ausgelöst wird (Ohno et al., 2004) oder ob eine Beeinträchtigung der Gleichgewichtskontrolle beim Vorliegen visueller Konflikte auch unabhängig von der Höhensituation auftritt (Jacob et al., 1995).
Untersucht wurden 18 Höhenphobikern und 18 Personen ohne Höhenangst, denen über ein Head Mounted Display zuerst der virtuelle Eindruck einer ebenerdigen Szene auf der Straße und dann der eines Blicks in die Tiefe einer Straßenschlucht dargeboten wurde. Zur Induktion visueller Konflikte wurde in den virtuellen Umgebungen Parallaxe-Information in 3 Abstufungen manipuliert: Bei der Bedingung (1) mit der meisten Information wurde ein Fixkreuz 2 m vor den Probanden gezeigt, bei der Bedingung (2) mit geringerer Information befand sich das Fixkreuz in 22 m Entfernung. In der 3. Bedingung wurde jegliche Information verhindert (sway-reference). Während die Probanden in aufrechter Haltung möglichst ruhig standen und die drei verschiedenen Kreuze fixierten, wurden pro Bedingung sowohl das subjektive Angst- und Schwindelerleben erfasst als auch das Körperschwanken, die Herzrate, Herzratenvariabilität (HRV) und Hautleitfähigkeit. Explorativ wurden in der Höhensituation zusätzlich die Effekte einer gebeugten Kopfhaltung untersucht, bei der eine Verstärkung der sensorischen Konflikte durch Beeinträchtigung des Vestibularorgans angenommen wurde.
Die Ergebnisse zeigen bei den Höhenphobikern einen für die Höhensituation spezifischen Anstieg von subjektiv erlebter Angst und Schwindel. Dies kann im Sinne einer gegenseitigen Beeinflussung dieser beiden Erlebnisqualitäten interpretiert werden. Hinsichtlich der Variation von Parallaxe-Information zeigen sich bei den Kontrollpersonen keine Unterschiede. Die Höhenphobiker hingegen empfanden beim Sway-Reference-Kreuz in der Höhe deutlich mehr Schwindel als in den anderen beiden Bedingungen. Der Befund spricht dafür, dass Höhenängstliche situationsspezifisch eine erhöhte Sensitivität gegenüber visuellen Konflikten aufweisen. Die gebeugte Haltung führte bei den Höhenphobikern sowohl zu einem signifikanten Anstieg des Körperschwankens und der HRV als auch des Angsterlebens und der Schwindelgefühle. Dieses Ergebnis kann als Hinweis darauf gewertet werden, dass Höhenphobiker vestibuläre Informationen evtl. stärker gewichten. Insgesamt sprechen die Befunde für eine bei Höhenphobikern in der Höhensituation stärker ausgeprägte Empfindlichkeit gegenüber desorientierenden Wahrnehmungsbedingungen.

Höhenangst in Virtueller Realität – Dipl.-/Master-Thema zu vergeben am Lehrstuhl für Psychologie-1 der Uni-Würzburg

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Am Lehrstuhl für Psychologie-1 wird eine Dipl./Master-Arbeit zum Thema „Höhenangst in Virtueller Realität“ ausgeschrieben. Eine empirische Studie ist mit einer der beiden nachfolgend gezeigten Höhen-Situationen geplant. Zur Verfügung stehen zwei durch VT+ entwickelte VR-Szenarien „Aussichtspunkt Konstruktion“ und „Hochhaus mit Außenaufzug“ (Preview-Videos anbei).

Weitere Informationen und Kontakt-Infos unter: http://www.cybersession.info/papers/Aush_DiplArb_Pauli_300113.pdf

Folgende Videos sollen einen kurzen Eindruck vermitteln, mit welchen VR-Szenarien in der Studie gearbeitet werden kann:

Video „Aussichtspunkt Konstruktion“ (Dauer: 02:53 min):

Aussichtspunkt-Konstruktion

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Video „Hochhaus mit Außenaufzug“ (Dauer: 01:52 min):

Virtuelles Hochhaus mit Außenaufzug (Prototyp 2013-05)

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Virtuelle Realität in der psychologischen Forschung

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Virtuelle Realität (VR) eröffnet neue Möglichkeiten, menschliches Erleben und Verhalten unter kontrollierten Bedingungen zu erforschen. Der Beitrag erläutert Grundlagen, Anwendungen und Beispiele für den Einsatz von VR in der psychologischen Forschung und Therapie.

Virtuelle Realität

Virtuelle Realität (VR) ist ein häufig vorkommender Begriff, wenn es um moderne, zukunftsorientierte Technologien geht. Aber was ist VR eigentlich?

Der Informatiker Jaron Lanier beschrieb VR 1989 sehr abstrakt als „interaktive Simulation von realistischen oder imaginären Umgebungen“.

Dies bedeutet, dem VR-Anwender wird eine computersimulierte Welt präsentiert und er kann mit dieser interagieren. Um das zu ermöglichen, erfasst ein VR-System das Verhalten des Anwenders mit Hilfe von Sensoren und Eingabegeräten und passt die VR-Welt entsprechend an.

Dabei werden möglichst viele Sinneskanäle mit künstlichen Informationen versorgt:

  • „Sehen“: visuelle Darstellung mittels Videobrille oder Projektion
  • „Hören“: auditive Informationen mit Kopfhörer oder Surround-Sound Systemen
  • „Bewegungswahrnehmung“: Bewegungsinformationen mittels Bewegungssimulator
  • „Riechen“: Vermittlung von Gerüchen mittels Olfaktometer
  • „Fühlen“: Haptik, Schmerzwahrnehmung

Zur Interaktion mit der virtuellen Welt werden üblicherweise Trackingsysteme zur Erfassung der Kopfposition und / oder Orientierung, der Hand, des Körpers oder der Blickrichtung aber auch Eingabegeräte (wie Joystick, Lenkrad) verwendet. Weitere Interaktionsmöglichkeiten lassen sich durch Feedback-Systeme (Physiologie, Eyetracking) oder Spracherkennung realisieren.

Auf die technischen Möglichkeiten, sowie auch  die Wahrnehmungspsychologie der Aspekte „Präsentation“ und „Interaktion“ werden wir in nachfolgenden Artikeln näher eingehen.

Im Bereich der psychologischen Forschung ermöglichen virtuelle Welten die kontrollierte und standardisierte Präsentation von künstlichen, jedoch als real erlebten Situationen. Daraus ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Veränderung und Manipulation dessen,  was individuell als wirklich erlebt wird. So konnte unter anderem im Bereich der Angstforschung nachgewiesen werden, dass das Erleben einer Umgebung mittels VR, die gleichen körperlichen Reaktionen erzeugen kann wie eine reale Situation. Mittels Virtueller Realität lassen sich die Möglichkeiten der empirischen Forschung, aber auch der Expositionstherapie, zum Beispiel zur Unterstützung von kognitiver Verhaltenstherapie (KVT), erheblich erweitern.

Beispiele von wissenschaftlichen Studien mit VR

Ausgewählte Studien werden im VR-Blog mit Bildern, Videos und weiteren Informationen vorgestellt:

Ergebnisse von wissenschaftlichen Studien, welche unter Verwendung des VT+ VR-Simulationssystems durchgeführt wurden sind auf der Seite Publikationen aufgelistet.

Virtuelle Realität ist damit ein zentrales Werkzeug moderner psychologischer Forschung und bietet neue Perspektiven für evidenzbasierte Therapien, insbesondere in der Verhaltens- und Angstbehandlung.

Autofahrt und Tunnelfahrt in VR

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Virtuelle Realität ermöglicht die realitätsnahe Untersuchung von Wahrnehmung und Emotion in sicherer Umgebung. Die hier vorgestellten Studien zeigen, wie Fahrsimulationen und virtuelle Tunnelfahrten genutzt wurden, um Angst, Präsenz und physiologische Reaktionen unter kontrollierten Bedingungen zu erforschen.

Untersuchung des Verhaltens bei Ereignissen im Tunnel

VT+Lab CAVE für VR-Forschung
VT+Lab CAVE Fahrsimulation
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Technische Umsetzung:

  • Visuelle Informationen mit 12 Kanal Projektion (5-seitige CAVE mit stereoskopischer Darstellung) sowie per Head-Mounted-Display
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen von Kopf und Navigationsdevice mittels PhaseSpace Kameratracking
  • Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.5
  • Interaktion: Laufen mit Joystick und Fahren mit Lenkrad, Gas/Bremse
  • HMD-Fahrt mit Bewegungssimulation
  • Simulationssoftware CyberSession CS-Research MP 5.6

Wahrnehmung von Tunnelnotausgängen in Abhängigkeit von Angst und der Gestaltung der Notausgänge (Pötzl, A., 2006, JMU-Würzburg)

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Technische Umsetzung:

  • Visuelle Informationen mit Head-Mounted Display VirtualResearch V6
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen des Kopfes Polhemus Fastrak
  • Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.3 und mit Cortona3D Viewer
  • Interaktion: Laufen mit Joystick und Fahren mit Lenkrad, Gas/Bremse
  • Physiologiedatenaufzeichnung
  • Simulationssoftware CyberSession

Kognitives und emotionales Erleben bei virtuellen Tunnelfahrten (König, M., 2003, JMU-Würzburg)

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Technische Umsetzung:

Hintergrund:

Tunnelsicherheit ist spätestens seit den Unfällen im Montblanctunnel und im Tauerntunnel ein Diskussionsthema der Scientific Community auf internationaler Ebene. In Österreich gibt es eine fast permanent tagende Tunnelkommission, deren Tätigkeitsschwerpunkt in der Steigerung der Sicherheit besteht. Der Hauptfocus der Tunnelexperten und der Tunnelforschung besteht im Allgemeinen in der Optimierung der Verkehrsüberwachung, der Fluchtmöglichkeiten und der Brandschutzeinrichtungen und dem Tunnelsystem. Auf das emotionale Erleben während einer Tunnelfahrt konnte bisher in diesen Studien nur am Rande eingegangen werden.

Ziel:

Im Rahmen der Studie wurde die Wirkung der Tunnelbeleuchtung auf das emotionale Erleben der Autofahrer untersucht. Als objektives Maß dazu diente die Modulation des Schreckreflexes. Es wurde auch untersucht, wie Interaktion via Lenkrad das Erleben mit der virtuellen Realität beeinflusst. Außerdem ergab sich die Frage, ob die psychophysiologischen Reaktionen der Versuchspersonen, Vorhersagen über ihre Zuordnung zu den Konstrukten „Sensitizer“ und „Represser“ erlauben.

Methode:

Die vorliegende Untersuchung geht auf das kognitive und emotionale Erleben bei virtuellen Tunnelfahrten von klinisch unauffälligen Personen im Alter von 20-55 Jahren ein. Die Prüfung der Hypothesen basiert auf den Datensätzen von 19 Frauen und 31 Männern. Das durchschnittliche Alter der Versuchspersonen liegt bei 35,4 Jahren.
Die Versuchspersonen erlebten zwei virtuelle Tunnelfahrten, bei denen neben der Herzrate, der Hautleitfähigkeit und der Schreckreaktion auch kognitive Variablen erfasst wurden.

Ergebnisse:

Es kann festgehalten werden, dass die Tunnelbeleuchtung die Schreckreaktion variiert hat. Die Versuchspersonen weisen in der aktiven „Interaktionsbedingung“ keine höhere Aktivierung auf, als in der passiven „Zuschauerbedingung“.
Die Interaktion scheint das Ausmaß der Aktivierung (physiologisch und kognitiv) und somit die Präsenz nicht zu beeinflussen. Die statistische Hypothesenprüfung deutet darauf hin, dass Represser keine höheren psychophysiologischen Reaktionen (HR, GSR) während der Rezeption der Tunnelsequenzen zeigen.

Diskussion:

Mit dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Beleuchtung in Tunnelanlagen einen bedeutenden Einfluss auf die Intensität der Schreckreaktionen hat. Bei den Versuchspersonen konnten keine Hinweise auf ein erhöhtes Präsenzgefühl hervorgerufen durch Interaktion gefunden werden.

Die Ergebnisse verdeutlichen das Potenzial virtueller Realität, psychophysiologische Reaktionen und Sicherheitsaspekte realitätsnah zu untersuchen. VR-Simulationen eröffnen neue Perspektiven für die Erforschung von Wahrnehmung, Angst und Verhalten in komplexen Verkehrssituationen.

Sozialer Einfluss in VR

Veröffentlicht am von

Annäherungs- und Vermeidungsverhalten bei sozialer Ängstlichkeit (Großeibl, M., 2007, JMU-Würzburg)

Technische Umsetzung:

  • Visuelle stereoskopische Informationen mit Head-Mounted Display eMagin Z800
  • Bewegungs- Orientierungsinformationen des KopfesPolhemus Fastrak mit Longranger-Source
  • Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Valve Source SDK und Modifikation VrSessionMod 0.3
  • Interaktion: selbstständiges Laufen
  • Eyetracking, Gazepoint, Hitzone Berechnung
  • Physiologiedatenaufzeichnung
  • Simulationssoftware CyberSession

VTplus wird diese Anwendungen – portiert auf eine neue Grafik-Engine – basierend auf einem Kooperationsrahmenvertrag mit der Universität Würzburg zur VR-Forschung und VR-Therapie weiter entwickeln.

VTplus GmbH – virtual therapy + research systems
VTplus Präsentation
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VTplus VR-Therapie VR-HealthCare
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