Сегодня многие компании, занимающиеся разработкой и внедрением обучающих VR-систем в сложные производственные процессы, которые являются ключевыми в обучении персонала, могут столкнуться с неожиданной проблемой. Люди при первом опыте использования шлема виртуальной реальности иногда сообщают о том, что их укачивает: они испытывают головокружение, тошноту и другие симптомы. После чего стараются избегать использовать данное оборудование. При этом VR на сегодняшний день является единственным инструментом, создающим эффект присутствия и полного погружения человека в реальность, где он может отработать свои навыки при работе с оборудованием и навыки техники безопасности в безопасной для обучаемого обстановке. За счет физического присутствия человек учится пользоваться своими навыками, вовлекая свой телесный опыт, что создает основу для более глубокого понимания и запоминания им того, что он делает.
Укачивание – это следствие того, что VR не просто предъявляет нам 3D-изображение, это могут делать и другие инструменты, он задействует опыт тела – важную составляющую в обучении людей высокому уровню экспертности.
В VR-сообществе проблема укачивания называется тренажерная болезнь или болезнь симуляции (simulationsickness). Она наиболее характерна для начинающих пользователей. Это временная проблема и она поправима. В данной статье мы рассмотрим, как устроены наши ощущения при укачивании в целом, какие механизмы лежат в основе получения этих негативных ощущений, в каком направлении нужно работать, модифицируя виртуальную реальность, чтобы ослабить или устранить их, на какие особенности стоит обращать внимание новым пользователям, чтобы преодолеть тренажерную болезнь.
Физиологические причины укачивания
В нашем внутреннем ухе находится вестибулярный аппарат. Он представляет собой некую студенообразную массу, которая под действием силы тяжести отклоняется в ту или другую сторону, задевая реснички рецепторов. При наклоне в одну сторону возникает активация, в другую – торможение.
Нервные связи этих рецепторов ведут к глазодвигательным нервам, мозжечку (важному органу контроля движений), вегетативной нервной системе (связанную с реакциями возбуждения и расслабления сердца, дыхания, органов желудочно-кишечного тракта ЖКТ и других) и височные доли мозга (часть центральной нервной системы).
Укачивание в VR возникает из-за несоответствия между происходящим в поле зрения пользователя, его вестибулярным аппаратом, системами контроля движений и реального положения тела в пространстве Укачивание также связано с работой нашего главного пункта управления – головного мозга.
Поэтому человек во время укачивания испытывает несколько разных ощущений: в голове –головокружение, боль, в животе – тошноту и другие реакции ЖКТ, в мышцах – напряжение, спазм, и общее субъективное недомогание. Исследователи также изучают связь этого явления с ритмами головного мозга, сердечным ритмом и другими показателями тела. При этом в различных ситуациях укачивания общая картина ощущений различается. Таким образом, важно понимать, что мы имеем дело с совокупностью симптомов. Изменяя технические параметры и параметры среды в VR, мы можем варьировать влияние тех или иных факторов укачивания.
Помимо физиологических причин, связанных с особенностями восприятия человеком информации, существуют технические причины, связанные с использованием несовершенного оборудования и программного обеспечения виртуальной реальности.
Физиологические причины укачивания
- Оптический поток – это любая визуализация движений в виртуальном мире, которая воспринимается пользователем как перемещение. Чем сильнее оптический поток, тем больше у пользователя информации о перемещении, тем сильнее иллюзия движения и тем сильнее эффект укачивания, в частности здесь основным симптомом является тошнота. Для того, чтобы уменьшить этот эффект можно смоделировать виртуальную кабину, в которой «едет» пользователь. В этом случае у него появляется система координат, привязывающая его к виртуальному миру. Она создаст иллюзию неподвижной части, перемещающейся в пространстве и нивелирует эффект неустойчивости, когда «земля уходит из-под ног». Разработчики полагают в качестве гипотезы, что здесь может быть важным соотношение количества неподвижной и подвижной информации в зрительном поле. Так если виртуальную кабину сделать маленькой, а вокруг создать много движения, например, эмулировать езду в открытом вагончике по виртуальному парку, как на аттракционе, то вполне вероятно, пользователь ощутит проявление негативной реакции, его начнет мутить.
- Тип перемещения. В виртуальной реальности существует несколько типов перемещений: локомоции (locomotion), телепортация (teleportation), раскачивание (swinging), выход из тела (out of body teleportation), а также технология виньетирования изображения (image vignetting). При локомоции происходит перемещение в ту сторону, куда мы направляем джойстик. При телепортации мы сначала указываем место перемещения указкой, затем попадаем в данную точку пространства. При раскачивании движение в VR происходит за счет считывания с джойстика мышечного движения рук: мы делаем взмахи руками, чтобы перемещаться. Выход из тела – одна из разновидностей телепортации, когда мы указываем место перемещения указкой, затем туда перемещается «призрак» нашего аватара, после чего перемещаемся мы сами. Виньетирование изображения – одна из дополнительных технологий к телепортации, которая позволяет при перемещении на указанное место выделить только небольшую область перемещения, а остальное выделить затухающим темным цветом. Разработчиками считается, что телепортация вызывает в наименьшей степени тренажерную болезнь и виньетирование изображения может в этом случае значительно сильнее снизить эффект укачивания.
- Искажение физических свойств объектов, привычных в реальном мире. Если мы моделируем реальный мир, а не экспериментируем с вымышленными искривлениями, важно, чтобы все предметы стояли на соответствующих в реальности местах, а не «висели в воздухе». Были соблюдены физика объектов и перспектива пространства. Виртуальный аватар (виртуальное тело) пользователя, как и предметы тоже должен находится на соответствующей в реальности высоте (VR-шлемы обычно подстраиваются под параметры роста человека), и «не висеть в воздухе», чтобы субъект «чувствовал опору под ногами» в виртуальной реальности
- Повороты камеры, показания датчиков совмещения с движениями головы пользователя. Даже небольшая погрешность, градус отклонения от реальных поворотов головы могут вызвать у нового пользователя симптомы укачивания. Более опытные пользователи уже не так чувствительны к этим погрешностям. Сами разработчики обычно не считают показания датчиков причиной тренажерной болезни, поскольку современные VR-шлемы последних версий уже достаточно точно совмещают виртуальное пространство c движениями головы пользователя. Поскольку разработчики входят в группу опытных пользователей, а исследований по данному вопросу на новичках нами не обнаружено, мы оставим этот пункт как актуальный именно для начинающих пользователей.
- Неудобное положение шлема на голове. Здесь важно, чтобы все фиксаторы были закреплены на голове правильно, соответствовали вашему росту и размерам головы, на линзах шлема было выставлено правильное межосевое глазное расстояние. Перед началом сеанса в VR важно сделать положение шлема комфортным, чтобы человек не чувствовал сдавливание или тяжесть.
Физиологические причины укачивания
Тренажерная болезнь (болезнь симуляции) с точки зрения сходства симптомов является одной из разновидностей феномена укачивания. Однако, некоторые исследователи разделяют понятия кинетоза (укачивания от внешне создаваемого движения) и тренажерную болезнь (сходные симптомы укачивания от движения, моделируемого в зрительном поле).
Для того чтобы понимать, как VRвзаимодействует с нашим телом, рассмотрим две крайних ситуации: а) когда тело движется, картинка не меняется и б) когда меняется картинка, а тело остается в покое.
Например, когда мы едем в автомобиле и читаем книгу, нашему телу задает движение транспорт, тело создает мышечное напряжение, пытаясь справится с обретением устойчивой позы, вестибулярный аппарат в это время приходит в движение, а зрение зафиксировано на книге. И наоборот, когда мы, скажем, сидим в кресле в VR-очках, где нам показывают, как мы едем на американских горках, движение вестибулярного аппарата и тела практически отсутствует, движение задано только зрительно. В этом случае решающую роль играет обработка всех поступающих сигналов от систем нашего тела в головном мозге. Во всех остальных случаях мы имеем движение и тела, и картинки. Главный вопрос здесь в скорости.
Обычно, в виртуальной реальности движения пользователя ограничены. Фактически ему доступны повороты головы, рук и немного перемещений в пространстве. Пространство может быть статичным или движущимся. Но важно, насколько скорость изменения изображения и скорость движения аватара (виртуального тела) в VRсоответствует скорости изменения нашего реального физического тела. Поскольку наше тело почти не движется, то поначалу необходимо, чтобы изображение было медленным.
Замедление самого пользователя относительно виртуальной среды также имеет место быть. Поначалу следует просто научится смотреть прямо на объект. Можно сделать статичный передний план, вроде кабины самолёта, шлема или даже носа. И только затем плавно начинать перемещаться в пространстве, лучше по началу использовать для этого телепорт. Внимание здесь играет ключевую роль для нашего мозга. Нужно прослеживать вниманием свои перемещения, чтобы тело не отвлекалось на неприятные «рефлексы», и мозг как главный орган управления запомнил и научился их подавлять.
Что делать новому пользователю в VR?
- Не передвигаться в VR слишком быстро. Нельзя слишком резко вращать головой, сразу пытаться двигать всеми частями тела, «осматриваться» в VR. Следует постепенно вводить сначала прямые движения головы или взора (если в шлем встроен eye-tracking, начинать следует с обучения движению глаз), затем медленные повороты головой. Поскольку именно движения головой являются наиболее задействованными в VR, нужно именно им уделить больше время на адаптацию, используя простые задачи для тренировки. Такие задачи и комплексные методы встречаются в научных медицинских работах по реабилитации.
- При наличии неподвижных объектов в поле зрения человека эффект укачивания становится слабее. Этими объектами могут быть приборная панель автомобиля, кабина самолёта или виртуальный нос. Последнее наиболее универсально.
- Если в виртуальном тренажере вы чувствуете, что вас мутит, поначалу стоит ограничить длительность сессий нахождения в VR до нескольких минут за раз. Когда вы начинаете чувствовать себя некомфортно, закройте глаза, сделайте глубокий вдох и небольшой перерыв, прежде чем попробовать снова. Постепенно увеличивая время нахождения в виртуальной реальности, с помощью тренировки вы сможете преодолеть дискомфорт.
- Для всех пользователей рекомендуется длительность одного сеанса работы с симулятором не более двух часов. Для начинающих стоит практиковать виртуальную реальность не более 15 минут с большими перерывами, чтобы полученные ранее ощущения ассоциировались с новым получаемым опытом, как и любые новые действия, требующие от организма координации, «налаживании» системных процессов. В данном случае зрительная адаптация в необычных условиях – это такая же общесистемная задача для организма, требующая координации. Далее можно увеличивать или уменьшать интервал между сеансами по мере возникновения от виртуальной реальности негативных ощущений. Важно не игнорировать дискомфорт и не решать иные задачи в VR, кроме тренировочных, пока Вы не наладите стабильно устойчивый позитивный отклик вашего организма на виртуальную реальность.
- Если вы знаете про себя, что вас укачивает в транспорте, 3D-кинотеатре или на аттракционах, можно попробовать выпить таблетку от укачивания перед использованием VR. Однако, из-за того, что в VR мы имеем зрительное движение, а не собственно движение тела, то эффект от препаратов против укачивания здесь под вопросом и требует анализа проведенных в этом направлении медицинских исследований.
- Еще одно средство от болезни симуляции, о котором сообщают VR-пользователи − это вентилятор. Можно направить его на себя, пока вы находитесь в виртуальной реальности. Свежий воздух и прохладное помещение также, по некоторым отзывам, снижают вероятность симптомов укачивания.
Заключение
На сегодняшний день VR обладает огромным потенциалом к новым практикам обучения. VR-системы активно внедряются и параллельно постоянно изучаются наукой на предмет взаимодействия с человеческим телом и новых аспектов обучения. Поэтому шлем VR постоянно совершенствуются, и каждая новая версия дает все меньше негативного влияния на организм по части проблемы укачивания. Важно не упустить возможности эффективного использования VR.
Мы стараемся снизить возможность неприятных ощущений от использования VR, подключая новое оборудование последних версий, правильно настраиваем вышеперечисленные технические характеристики, изучаем техническую, медицинскую и образовательную литературу, проводим предварительную адаптацию человека к использованию VR-шлема, поскольку от этих факторов зависит успешное внедрение виртуального тренажера на производстве, и бережно относимся к пользователю.
