第5节虚拟现实仿真条件下体力作业的生理工效学评价探究.docx

第5章 虚拟现实仿真条件下体力作业的生理工效学评价研究 第5章 虚拟现实仿真条件下体力作业的生理工效学评价研究 将虚拟现实仿真与工效学评价相结合用于产品设计过程中可以提高设计效率，降低设计成本和减少设计时间。根据相关研究的综述可知，使用虚拟现实仿真条件下的工效学评价结果对新设计进行评价具有重要的预测和参考意义，便于及早发现设计中的工效学问题并加以改正。如果虚拟现实仿真能够提供与真实世界百分之百相同的临境感的话，那么通过虚拟现实仿真进行工效学评价获得的结果应该与在真实环境中工效学评价的结果完全相同。但是，由于技术和成本的限制，向使用者提供与真实世界完全相同的临境感是不可能的。因此，基于提供一定程度临境感的虚拟现实仿真进行工效学评价，研究虚拟环境中测量所得结果与真实环境中测量结果之间关系，即研究基于虚拟现实仿真工效学评价方法的可行性与有效性，对使用虚拟现实仿真进行工效学评价非常重要，也更具有普遍意义。 实验目的与研究思路 为了研究这个问题，在本文研究中使用第3章中介绍的虚拟现实仿真实验平台来仿真手工装配操作，通过动作跟踪系统来跟踪被试的全身动作，使用数字头盔向被试显示虚拟场景和提供视觉反馈。被试在真实环境和虚拟仿真环境中分别完成相同操作，通过对比在虚拟环境和真实环境中的评价结果，来分析两者之间的差异与联系，进而验证基于虚拟现实仿真的工效学评价方法的有效性。 为了找出实验设计以及流程中可能存在的问题，并且确定合理的被试人数，在开始正式实验之前首先选取5名被试进行了预实验。根据5名被试工效学指标测量结果，使用功效分析（Power analysis）方法确定了本实验的被试为30人（不包含预实验中5名被试）。 在修正了预实验中发现的问题之后，确定了正式实验的研究思路和步骤。实验的研究思路与步骤如图5.1所示。 其中，被试首先需要阅读实验指导说明，明确实验内容，并且实验人员应该告知被试实验目的，让被试阅读并签署知情同意书。考虑到如果被试对实验设备使用不熟练可能会对实验结果产生干扰，因此被试需要在经过培训并且能够熟练使用设备时才开始正式实验。 图5.1 虚拟现实仿真条件下体力作业的生理工效学评价的研究思路 另外，为了消除实验环境顺序对实验结果的影响，在开始实验前通过抽签随机确定被试实验环境顺序。如图5.1中所示，一半被试先完成真实环境中的实验然后再完成虚拟环境中的实验（如虚线所示），而另一半被试的实验环境顺序则与之相反（如实线所示）。在全部被试完成任务后，通过对比研究虚拟环境和真实环境中的工效学指标测量结果来分析两者之间的关系。 实验方法 被试的基本情况 在这个实验中，从机械制造企业中招募了30名男性工人作为被试，他们在阅读并签署知情同意书后参加了实验。在开始实验前，首先被试通过填写《基本信息调查问卷》来登记性别、年龄、肌肉骨骼系统损伤史、视力情况、工作经历等基本信息，然后测量身高、体重，将测量结果补充进《基本信息调查问卷》中用于后续的实验结果分析。《基本信息调查问卷》具体内容下所示： 个人基本信息：身高： cm 体重： kg 年龄： 岁 问题1：您是否从事体力劳动? 如果是的话请填写问题3、4. □是 □否 问题2：您开始从事目前的工作至今已有多长时间? 年 个月 问题3：您每日从事体力劳动多少小时? 小时 问题4： 您每周从事体力劳动多少小时？ 小时 问题5： 身体（与运动有关）器官不适调查 在过去的12个月内，您的身体有任何不适出现吗？例如酸胀、疼痛、不舒服等。如果有，请在下面的图中标出现的部位。 在过去的7天内，您的身体有任何不适出现吗？例如酸胀、疼痛、不舒服等。如果有，请在下面的图中标出现的部位。. 您的肌肉骨骼系统方面受过伤吗？如果有请在下面图中标出受伤部位。 问题6： 您玩过3D游戏吗？如果您玩过，请给出你玩3D游戏的时间。 □是 □否 年 问题7： 您是否近视？□是 □否 实验中全部被试均身体健康，没有肌肉骨骼系统损伤。被试年龄在20至60岁之间（平均年龄为41.8岁，标准差为11.5岁）；身高在160至184cm之间（平均身高为172.0cm，标准差为5.5cm）；体重在51至95kg（平均体重为69.5kg，标准差为12.2kg）。在这30个被试中有22人在日常工作中使用手动工具，并且他们有3至20年的手动工具使用经历；其他8人是在日常工作中偶尔使用手动工具。 任务描述 实验中选取一个手工装配任务作为实验任务，这个手工装配任务是从工业使用手工工具进行钻孔或者铆接操作中简化而来的。实验任务包含的手工装配任务有：抓取并提起手工工具、将手工工具移动到目标点、将手工工具对准目标点、然后像钻孔或铆接操作那样保持一段时间，更换目标点完成指定