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Weitere Informationen zur Entwicklung der virtuellen Höhensimulationen, zu den eingesetzten VR-Systemen sowie zum Einsatz der Szenarien in Angst- und Therapieforschungsstudien finden Sie im Beitrag Studien zu Höhenangst mit VR-Simulationen.

Aktuelle Informationen, Fachbeiträge, Projektberichte und Hintergrundinformationen zum Einsatz virtueller Realität in Therapie, Rehabilitation und Forschung finden Sie im VTplus VR-XR Fachportal.

Der Beitrag Virtuelles Hochhaus mit Außenaufzug in Virtueller Realität | VT+Expo1 Video erschien zuerst auf VTplus – VR-Therapie Systeme – Virtuelle Realität für Kliniken & Praxen.

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Weitere Informationen zur Entwicklung und zum Einsatz der virtuellen Höhensimulationen in Forschungs- und Therapieforschungsstudien finden Sie im Beitrag Studien zu Höhenangst mit VR-Simulationen.

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

Virtuelle Realität bietet in der Angst- und Therapieforschung die Möglichkeit, angstauslösende Situationen unter kontrollierten, wiederholbaren und sicher gestaltbaren Bedingungen zu untersuchen. Dies ist insbesondere bei Höhenangst von Bedeutung, da reale Höhensituationen therapeutisch und experimentell oft nur mit erheblichem organisatorischem Aufwand, eingeschränkter Kontrolle oder erhöhten Sicherheitsanforderungen eingesetzt werden können.

Im Rahmen aktueller Entwicklungsarbeiten hat VTplus virtuelle Höhensituationen entwickelt, mit denen das Erleben von Höhe, Tiefe, Abstand, Bewegung und Annäherung in einer realitätsnahen, aber experimentell kontrollierbaren Umgebung untersucht werden kann. Die virtuellen Szenarien sollen ermöglichen, subjektive Angst, Präsenz, Vermeidungsverhalten und Bewegungsverhalten systematisch zu erfassen und mit technischen Eigenschaften der Simulation in Beziehung zu setzen.

Die geplanten Untersuchungsschwerpunkte sind, wie immersive virtuelle Umgebungen gestaltet sein müssen, damit sie höhenbezogene Reaktionen wie Angst zuverlässig auslösen und zugleich für Forschung und therapeutische Anwendungen gut steuerbar bleiben. Dazu werden unterschiedliche VR-Darstellungsformen eingesetzt, unter anderem eine mehrseitige CAVE-Projektion der Universität Würzburg sowie Head-Mounted-Displays. Ergänzend werden technische Faktoren wie stereoskopische Darstellung, Bewegungserfassung, Navigation, räumliche Orientierung und zusätzliche Sinnesreize berücksichtigt.

Für die Untersuchungen wurden unter anderem ein virtueller Aussichtspunkt sowie ein virtuelles Hochhaus mit Außenaufzug entwickelt. Die Szenarien bilden typische Merkmale realer Höhensituationen ab: Aufstieg, freie Sicht in die Tiefe, Plattformen, Geländer, offene Konstruktionen und die Möglichkeit, sich der Höhe schrittweise anzunähern. Dadurch können Höhensituationen in definierter Form wiederholt, variiert und mit unterschiedlichen technischen Systemen präsentiert werden.

Die nachfolgenden Bilder und Videos zeigen Beispiele der damaligen virtuellen Höhensimulationen sowie die technische Umsetzung in CAVE- und Head-Mounted-Display-Systemen.

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

Die hier gezeigten VR-Höhensimulationen knüpfen an frühere experimentelle Arbeiten am Lehrstuhl für Psychologie der Universität Würzburg an. Ältere Studien untersuchten unter anderem Höhenangst, Gleichgewicht, visuelle Wahrnehmung und Emotionsregulation in virtuellen Höhensituationen mit Head-Mounted-Displays und CyberSession. Weitere Informationen dazu finden Sie im Beitrag Studien zu Höhenangst mit VR-Simulationen am Lehrstuhl für Psychologie der Universität Würzburg.

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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):

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

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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:

• Einfluss taktiler Informationen in VR auf Angst und Präsenz
• Höhensimulationen in VR
• Autofahrt und Tunnelfahrt in VR
• Virtuelles Fliegen mit Bewegungssimulaton
• Sozialer Einfluss in VR
• Virtuelle Spinnen
• Angstinduktion mit virtuellen Spinnen für Quetiapin-Studie

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.

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Untersuchung des Verhaltens bei Ereignissen im Tunnel

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)

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)

Technische Umsetzung:

• Visuelle Informationen mit Head-Mounted Display VirtualResearch V6
• Bewegungs- Orientierungsinformationen des Kopfes Polhemus Fastrak mit Longranger-Source
• Visuelle Darstellung der 3D Umgebung mit Cortona3D Viewer
• Interaktion: Lenken und Gas/Bremse
• Bewegungssimulation mit 6DOF KMW MicroMotionSystem
• Physiologiedatenaufzeichnung
• Simulationssoftware CyberSession

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.

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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.

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