Результати та рекомендації експериментального експерименту з повторюваними заходами, що порівнює стоячі та сидячі ігрові ігри з віртуальною реальністю, що базуються на цілому тілі: оцінка суб’єктів

Венге Сю

1 Університет Сіань Цзяотун-Ліверпуль, Сучжоу, Китай,

Хай-Нін Лян

1 Університет Сіань Цзяотун-Ліверпуль, Сучжоу, Китай,

Цюю Хе

1 Університет Сіань Цзяотун-Ліверпуль, Сучжоу, Китай,

Сян Лі

1 Університет Сіань Цзяотун-Ліверпуль, Сучжоу, Китай,

Канью Ю

1 Університет Сіань Цзяотун-Ліверпуль, Сучжоу, Китай,

Ючжен Чень

1 Університет Сіань Цзяотун-Ліверпуль, Сучжоу, Китай,

Пов’язані дані

Підхід для вимірювання інтенсивності жестів.

Анкета, використана в дослідженні.

Анотація

Передумови

Незважаючи на те, що вправи для сидіння для всього тіла вивчались у широкому діапазоні обстановки (тобто в будинках, лікарнях та дитячих садах), вони рідко перетворювались на сидячі ексгрупи. Окрім цього, зростає кількість досліджень стоячих ексергем на основі жестів із зануренням у віртуальну реальність (iVR), проте придатність та корисність сидячих ексергем залишаються в основному невивченими.

Об’єктивна

Це дослідження мало на меті оцінити різницю між грою в повному обсязі на основі жестів iVR в режимі стоячої ексгрупи та сидячою ексергерою з точки зору продуктивності гри, внутрішньої мотивації та хвороби руху.

Методи

Загалом 52 учасники завершили експеримент. Порядок ігрового режиму (стоячи та сидячи) був врівноважений. Ефективність ігрового процесу оцінювалася за часом завершення дії чи жесту та кількості пропущених жестів. Навантаження вимірювали середнім відсотком частоти серцевих скорочень (ЧСС) (Середнє значення%), збільшенням ЧСС, спаленими калоріями та опитувальником Борга 6-20. Внутрішня мотивація оцінювалась за допомогою Інвентаризації внутрішньої мотивації (IMI), тоді як хвороба руху оцінювалася за допомогою опитувальника з оцінки хвороби (MSAQ). Крім того, ми вимірювали страх падіння за допомогою 10-бальної анкети за шкалою Лікерта.

Результати

Гравці пропустили більше жестів у сидячій ексерґемі, ніж у постійній, але загальний рівень промахів був низьким (2,3/120, 1,9%). Аналіз дав значно більший AvgHR%, підвищений HR%, спалені калорії та рейтинг сприйнятих навантажень Borg 6-20 для сидячого ексергама (усі ключові слова P: ексергери, заглиблена віртуальна реальність, стояча ексерґема, сидяча ексерґема, вправи

Вступ

Передумови

Фізична бездіяльність визначена четвертою провідною причиною смерті у всьому світі [1]. В даний час добре встановлено, що сидячий спосіб життя є унікальним фактором ризику для ряду захворювань, таких як діабет 2 типу та серцево-судинні захворювання, які становлять близько 30% загальної смертності [2]. Експерименти представляють перспективний підхід, який широко вивчався для різних груп населення (тобто дітей [3], молодих людей [4] та старших дорослих [5]) для сприяння регулярним фізичним вправам (що визначаються як заплановані, структуровані, повторювані та навмисні рух, спрямований на поліпшення або підтримку фізичної підготовленості) у немотивованих або неактивних цільових групах [6,7].

З недавніми досягненнями головних дисплеїв (HMD) із зануренням у віртуальну реальність (iVR) розробляється все більша кількість експериментальних програм iVR [20-22]. Вони відкрили можливість більш радикально змінити спосіб залучення користувачів до виконання вправ. Дослідження показали, що iVR може принести переваги, які не можуть запропонувати інші типи дисплеїв (тобто стандартний дисплей, такий як телевізор). Наприклад, iVR-ігри можуть запропонувати користувачам ілюзію винятковіших фізичних можливостей, ніж вони мають. Таким чином, iVR може підвищити мотивацію до фізичних вправ загалом [23]. Більше того, іВР-ігри можуть запропонувати такі переваги, як підвищення сприйнятої компетентності та відчуття рухів тіла, які більше відповідають тому, як ми виконуємо вправи в реальному світі. Учасники описали перебільшені рухи як природні, веселі та розширені [24]. Більше того, вправи у iVR виявилися ефективним втручанням для підвищення задоволення та мотивації, ніж звичайні телевізори чи монітори [8,25], де задоволення та мотивація, в свою чергу, пов’язані із збільшенням прихильності до фізичних вправ загалом [26- 28].

Експерименти на основі жестів, що базуються на всьому тілі, широко досліджувались із людьми, які стояли в положенні стоячи в iVR [20,22,23]. Однак вони не були адаптовані та досліджені в сидячих версіях. Експериментальні ігрові ігрові програми можуть мати наступні переваги: (1) придатність для користувачів із сидячим способом життя (наприклад, для студентів університетів [29]); (2) доцільність для користувачів з обмеженими фізичними можливостями (наприклад, літніх користувачів та інвалідів-колясочників [5,30]); (3) можливість зменшення ризику отримання травм внаслідок падінь або хвороби руху [31,32]; та (4) уникнення травм від удару іншими предметами (наприклад, меблями), коли місця мало або загромаджене оточення, оскільки гравцям не потрібно ходити.

Мотивацію можна розділити на внутрішню (задоволення від діяльності) та зовнішню (зумовлену зовнішніми результатами, наприклад, втрата ваги та покращення фізичної форми) [33]. Внутрішня мотивація (тобто мотивація, отримана від задоволення та задоволення, отриманого в результаті діяльності), відіграє важливу роль у довгостроковому дотриманні фізичних вправ [26,27,33], тоді як зовнішня мотивація, така як конкурентний тиск, може призвести до напруженості та почуттів примусу і може зменшити внутрішню мотивацію [34,35]. Є дані, що ексерґеси збільшують задоволення та внутрішню мотивацію порівняно зі звичайними вправами (наприклад, їзда на велосипеді) та відволікають від незручних тілесних відчуттів [25,36-39].

Малорухливий спосіб життя є проблемою для літніх людей та людей з фізичними вадами та є серйозною проблемою здоров’я серед студентів університетів [40]. Більшість досліджень щодо експериментальних ігор були спрямовані на людей похилого віку або людей з обмеженими можливостями [5,30,41], але не на студентів університетів, які недостатньо представлені в таких дослідженнях. Дослідження показали, що брак часу та неприязнь до фізичних вправ є головними перешкодами для студентів університетів [29]. Ці бар'єри можна подолати, використовуючи за допомогою жестів на всьому тілі, які можна грати як стоячи, так і сидячи в будь-який час і на невеликих просторах, оскільки студентам університету сприймаються більш приємні та віддані переваги, ніж інші звичайні вправи (наприклад, серцево-судинні вправи, як їзда на велосипеді [8,9]).

Мета дослідження

Основним завданням цього дослідження було оцінити відтворюваність та досвід користування сидінням iVR в сидячому режимі порівняно з аналогічною постійною роботою серед студентів університету з точки зору продуктивності гри (тобто часу завершення дії та кількості пропущених жестів) та досвіду користувача (тобто хвороба руху, внутрішня мотивація та страх падіння).

Методи

Дизайн експерименту

Ми застосували односторонню розробку експерименту в межах предметів, де незалежною змінною був ігровий режим з двома рівнями (стоячи та сидячи). Порядок ігрового режиму був урівноважений, щоб компенсувати будь-які ефекти навчання. Весь експеримент тривав від 30 до 40 хвилин для кожного учасника залежно від рівня втоми та частоти серцевих скорочень у спокої (RestHR).

Учасники

Учасників набирали з місцевого університетського містечка через плакати, платформи соціальних мереж та список розсилки. Дослідження включало студентів університетів із здатністю говорити по-англійськи, які не були інвалідами, не були вагітними (через фізичні навантаження, необхідні для гри), і не вживали алкоголю протягом дня (рівень алкоголю в крові приблизно 0,07% може зменшити симптоми кіберхвороту [42], що може вплинути на результати нашого дослідження).

Учасники були виключені з експерименту, якщо вони (1) відповіли "так" на будь-яке з опитувальників щодо готовності до фізичної активності (PAR-Q) [43], (2) мали артеріальний тиск у спокої вище 140/90 мм рт. Ст. І ( 3) мав занадто низький рівень RestHR (тобто RestHR 94 уд/хв для жінки від 16 до 19 років, RestHR> 89 уд/хв для жінки від 20 до 39 років, RestHR> 87 уд./хв для чоловіків віком від 16 до 19 років, або RestHR> 84 ударів/хв для чоловіків від 20 до 39 років) [44].

Усі учасники отримали напої та закуски за свою участь після закінчення експерименту. Комітет університетської етики університету Сіань Цзяотонг-Ліверпуль схвалив експеримент. Усі учасники підписували форми інформованої згоди перед тим, як брати участь у дослідженні, а протокол дослідження був затверджений Університетським комітетом з етики.

Для визначення обсягу вибірки для дослідження було проведено статистичний аналіз потужності. Цей статистичний аналіз потужності не базувався на даних попередніх досліджень через обмежену подібну роботу. Він базувався на загальних міркуваннях щодо компромісів між здатністю виявляти певні наслідки та можливістю отримати досить велику вибірку. Ми використовували програму для обчислення розміру вибірки (G * Power версія 3.1.9.2 для Windows), з розміром ефекту 0,5 (Коен d), статистичною потужністю 0,90 та статистичним рівнем значимості 0,05. Розмір вибірки був встановлений для 44 учасників, і ми вирішили набрати ще 10 учасників у разі відсіву.

Гра була реалізована в Unity3D з плагіном SteamVR, щоб забезпечити позиційне відстеження трекерів і контролерів HTC VIVE.

Правила та логіка

Процедура гри

Гра починається з етапу калібрування (рис. 1 А), щоб система враховувала індивідуальні відмінності гравців. Гравець повинен підняти руки в повітрі і підтвердити закінчення калібрування, натиснувши кнопку на контролерах. Потім система записує дані про положення голови, рук і ніг. Після етапу калібрування гра переходить до фази тренування (розминки) (Рисунок 1 Б), де гравцеві потрібно слідувати за віртуальним інструктором, щоб виконати два раунди з шести жестів із фіксованим порядком, щоб ознайомитись з жестами, які потрібно виконати. Етап ігрового процесу (рис. 1 С) починається після етапу тренування, де гравцеві потрібно слідувати за віртуальним інструктором, який виконує жести, подані випадковим чином.

(A) Калібрування, (B) тренування та (C) етапи гри для сидячої версії; процес для стоячої версії той самий, за винятком того, що інструктор стоїть замість того, щоб сидіти.

Включені жести

У таблиці 1 наведено інтенсивність жестів, обраних для нашої гри. На малюнку 2 показано остаточну позу жестів, задіяних у сидячому та стоячому варіантах ексергі. Процес відбору жестів та значення інтенсивності були проінформовані за результатами пілотного дослідження (мультимедійний додаток 1).

Таблиця 1

Рівень інтенсивності жестів, використаних в експерименті.

Жест		Інтенсивність (%)
Сидячий жест
	Руки вгору	32.30
	Коліна вгору	32.27
	Ноги вгору + руки вгору	35.10
	Ноги вгору + руки витягнуті	34,75
	Коліна вгору + руки вгору	42,39
	Коліна вгору + руки витягнуті	44.03
Стоячи жест
	Руки вгору	31.00
	Руки витягнуті	37.20
	Лівий/правий удар	27.25
	Присідання	50,69
	Витягнута рука + удар	43,88
	Руки вгору + удар	46.05

Жести, що сидять: (A) Руки вгору + коліна вгору; (Б) Руки вгору; (C) Коліна вгору; (D) Ноги вгору + руки вгору; (Е) Руки витягнуті + коліна вгору; (F) Витягнуті руки + ноги вгору. Жести стоячи: (G) Лівий/правий удар; (Н) Присідання; (I) Руки вгору; (J) Лівий/правий удар + руки вгору; (K) Лівий/правий удар + розтягнуті руки; (Л) Руки витягнуті.

Вимірювання результатів

Навантаження

Дані ігрового процесу

Ми зібрали кілька типів даних у фоновому режимі, включаючи (1) час завершення дії кожного успішно виконаного жесту, який дорівнював часу, витраченому користувачем на виконання тієї ж пози та утримання пози протягом 0,4 секунди, (2) кількість пропущених жестів для кожного типу жестів та (3) дані HR в реальному часі від оптичного датчика HR Polar OH1 за кожні 0,2 секунди на фактичному етапі експерименту. Тому ми проаналізували (1) середній час завершення дії, (2) загальну кількість пропущених жестів та (3) профіль сюжету HR в реальному часі.

Хвороба руху

Налаштування експерименту (A) та сидяче (B), а також пристрої, що використовуються в експерименті: (1) базові станції HTC VIVE, розташування двох базових станцій можна знайти у вертикальному вигляді в лівому нижньому куті; (2) два трекери VIVE, прикріплені до ніжок; (3) контролери VIVE, що використовуються для відстеження позицій рук гравця; (4) HTC VIVE Pro Eye; (5) рюкзак HP Z; (6) стілець; та (7) полярний OH1.

Процедура

Перш ніж заповнити анкету перед експериментом, яка збирала демографічну інформацію (наприклад, вік, стать та досвід роботи з пристроєм VR), ми отримали згоду учасників на участь в експерименті та зібрали їх RestHR та артеріальний тиск у стані спокою. Їх також попросили ввести свій вік, стать, зріст і вагу в програму Polar Beat. Перед початком кожної умови дослідник допомагав би їм носити гарнітуру VIVE Pro Eye з двома портативними контролерами VIVE та двома трекерами VIVE. Потім учасникам було надано 3 хвилини, щоб ознайомитись із відповідним станом іверсової гри iVR. Як тільки їх HR досягнув еквівалентного рівня RestHR, вони перейшли до етапу експерименту, починаючи з калібрування гри, тренувань та тестування. У кожній умові їм потрібно було виконати 120 жестів, що вимагало 5 хвилин (120 жестів × 2,5 секунди). Ми визначили кількість жестів для порівняння двох ігор. Після кожної умови їм пропонувалося заповнити анкети після експерименту. Вони перейшли до наступного стану, коли відчули відпочинок, а їхній HR був на рівні відпочинку.

Статистичний аналіз

Ми використовували парний тест t, щоб зрозуміти різницю між сидячою ексерґемою та стоячою ексґремою щодо продуктивності гри, IMI, MSAQ, страху падіння та вимірювань навантаження. Для відсотка пропущених типів жестів для типу жестів, що сидять/стоячи, ми використовували односторонній повторний дисперсійний аналіз (ANOVA) з типом жесту сидячи/стоячи як змінних у межах суб’єктів відповідно. Ми також дослідили та повідомили, чи є якісь суттєві гендерні відмінності в наших вимірах, використовуючи односторонню ANOVA. В наших аналізах ми встановили рівень α на .05. Далі ми повідомляли розміри ефектів, використовуючи пропозицію Коена для класифікації розміру ефекту, де Коен припустив, що d = 0,2 являє собою "малий" ефект, 0,5 - "середній" ефект, а 0,8 - "великий" ефект [64 ]. Аналіз проводився за допомогою Статистичного пакету соціальних наук (IBM Corp).

Результати

Характеристика учасника

П'ятдесят чотири особи були зацікавлені взяти участь в експерименті. Двоє були виключені через їх високий рівень відпочинку. Зрештою, загалом 52 учасники мали право взяти участь у дослідженні. Характеристики учасників дослідження наведені в таблиці 2 .