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Einsatzmöglichkeiten von VR-Brillen in der experimentellen Verkehrssicherheits- und Mobilitätsforschung

BASt-Bericht M 337

Christina Platho, Silvio Tristram, Stefan Kupschick, HFC Human-Factors-Consult GmbH, Berlin
81 Seiten
Erscheinungsjahr: 2023
Projektnummer: 82.0748
Preis: 17,00 €

Bestellung eines gedruckten Exemplars bei der Carl Ed. Schünemann KG

Dieser Bericht steht auch kostenfrei im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.

Die Gewährleistung einer nachhaltigen und sicheren Mobilität für alle Verkehrsteilnehmer ist eine wichtige gesellschaftspolitische Aufgabe. Studien in der virtuellen Realität (kurz: VR) haben sich in den vergangenen Jahren als Instrument der experimentellen Verkehrsforschung etabliert. Als Voraussetzung für die Aussagekraft ihrer Ergebnisse gilt die Realitätsnähe oder Immersion der virtuellen Erfahrung. Hier versprechen VR-Brillen ein immersiveres Erleben der virtuellen Welt als klassische bildschirm- oder projektionsbasierte Simulatoren. Im Verbund mit zusätzlichen VR-Komponenten ermöglichen sie es, sich durch virtuelle Welten zu bewegen und mit (virtuellen) Objekten und Personen zu interagieren. Es stellt sich jedoch die Frage, welche Zusammenstellung der oftmals für unterhaltungsbezogene Zwecke entwickelten VR-Komponenten sich für den Einsatz als Forschungsinstrument bestmöglich eignet. Insbesondere zur Untersuchung von Fußgängerverhalten wäre ein valides Forschungsinstrument von Nutzen, wie es der bereits etablierte klassische Fahrsimulator zur Untersuchung des Fahrverhaltens von Pkw-Fahrern ist.

Ziel des vorliegenden Projekts war daher, die Anforderungen an ein VR-System (das heißt an den Verbund von VR-Komponenten), zur Untersuchung von Fußgängerverhalten zu definieren und konkrete Empfehlungen zum Aufbau eines brillenbasierten VR-Systems zur Untersuchung der Fußgängersicherheit und -mobilität zu geben. In einer Literatur- und Marktübersicht wurde die Verbindung zwischen den Eigenschaften von VR-Komponenten (zum Beispiel Displaymerkmale, Trackingmethoden unter anderem) und der Erlebnisqualität der virtuellen Erfahrung aufgezeigt (zum Beispiel Genauigkeit des Trackings, Realitätsnähe der visuellen Darstellung unter anderem). Anschließend wurden zentrale Anforderungen an ein VR-Systeme, die in der verhaltenswissenschaftlichen Forschung eingesetzt werden sollen, definiert. Daraus entstand ein Kriterienkatalog, der in sechs Dimensionen (Realitätsnähe, Beeinträchtigungsfreiheit, Datenverfügbarkeit und -güte, Verwendbarkeit für unterschiedliche Einsatzzwecke, Versuchsökonomie und (Daten-)Sicherheit) die Kernanforderungen an ein VR-System beschreibt. Auf Basis einer Literaturübersicht wurden die bislang mit VR-Systemen untersuchten Anwendungsfälle (bei Fußgängern vor allem Querungsszenarien auf begrenztem Raum) und deren technische Umsetzung beschrieben.

Zur Identifikation eines VR-Systems, das sich zur Untersuchung von Fußgängerverhalten auch in größeren virtuellen Welten eignet, wurden Interviews mit VR-Experten (N = 11) geführt. Anhand zweier Beispielszenarien skizzierten die Experten das aus ihrem Erfahrungshintergrund jeweils geeignetste VR-System und bewerteten, inwieweit es die eingangs definierten Kriterien erfüllt. Aus den Befragungsergebnissen lassen sich drei unterschiedliche Systemvarianten ableiten, die sich in ihren Merkmalsprofilen teils erheblich unterscheiden:

  1. Ein autarkes, ortsungebunden einsetzbares und preisgünstiges System, das jedoch hinsichtlich der Genauigkeit des Systems und der visuellen Erlebnisqualität – insbesondere der Größe des Sichtfelds – hinter den beiden Alternativen zurückbleibt.
  2. Ein laborgebundenes System, das im Gegensatz zu den beiden anderen Systemvarianten, die eine natürliche Fortbewegung ermöglichen, auf eine vermittelte Fortbewegung setzt, dafür jedoch den Platzbedarf auf normale Raumgröße begrenzt hält.
  3. Ein High Fidelity-System, das die Natürlichkeit der Fortbewegung mit einer hohen visuellen Erlebnisqualität vereint, dafür jedoch auch nicht leicht zu realisieren ist (Platzbedarf, Kosten, Aufwand).

Anhand einer Übersicht über zentrale Forschungsthemen im Bereich der Fußgängersicherheit und -mobilität wurden die Einsatzmöglichkeiten dieser drei VR-Systeme erörtert. Auf Basis der vorliegenden Ergebnisse lässt sich die für den eigenen Einsatzzweck und die vorliegenden Rahmenbedingungen geeignete Systemvariante bestimmen. Abschließend werden mögliche Entwicklungen der kommenden Jahre im Bereich VR prognostiziert und die damit verbundenen Implikationen für die Ergebnisse des vorliegenden Projekts aufgezeigt.

Possible applications of VR headsets in experimental road safety and mobility research

Ensuring sustainable and safe mobility for all road users is an important socio-political task. Studies in virtual reality (VR) have been established as an important tool in experimental traffic research. The validity of their results depends on the realism or immersion of the virtual experience. VR headsets promise a more immersive experience of the virtual world than classic screen- or projection-based simulators. In combination with additional VR components they enable users to move through virtual worlds and to interact with (virtual) objects and people. However, the question arises which combination of VR components, which oftentimes were developed for entertainment-related purposes originally, is most suitable for use as a research tool. Such a valid research tool is especially needed for examining pedestrian behavior, as there is no research tool for this type of behaviour as comparably established as the driving simulator is for studying car drivers‘ behavior.

The aim of the present project was to define the requirements for a VR system (namely the combination of VR components), for the study of pedestrian behavior, and to provide actionable recommendations for a VR system using VR headsets for the study of pedestrian safety and mobility.

A literature and market review was conducted to show the link between the characteristics of VR components (for example, display features, tracking methods, et cetera) and the quality of the virtual experience (for example tracking accuracy, realism of visual image, et cetera). From this overview requirements for a research instrument were derived. This resulted in a catalogue of criteria that summarizes the main requirements for a VR system in six dimensions (realism, tolerability, data availability and accuracy, universal applicability, experimental economy, and data privacy & safety). Based on a literature review, the research topics investigated so far with VR systems (for pedestrians mainly crossing scenarios in confined spaces) and their technical implementation were described.

To identify a VR system that would allow to study pedestrian behaviour in larger virtual worlds, interviews with VR experts (N = 11) were conducted. For each of two scenarios described to demonstrate possible research questions, the experts outlined the most suitable VR system and assessed the extent to which it met the criteria defined. Three types of systems can be derived from the interviews, which differ in the choice of VR components and the feature profiles associated therewith.

  1. A stand-alone, location-independent system that is inexpensive, but offers a lower accuracy and a restricted quality of virtual experience – especially with respect to the size of the field of view – than both of the other systems.
  2. A laboratory-based system that in contrast to the other two systems, relies on mediated instead of natural locomotion, but thereby manages to limit spatial requirements to normal room size.
  3. A high fidelity system that offers both a high quality of virtual experience and natural walking, but is challenging to implement due to demand for space, costs and effort.

Based on an overview of important research topics in the field of pedestrian safety and mobility, the scope of applications of these three VR systems was discussed. The overall assessment of the three VR systems assists in choosing the suitable VR system according to the intended purpose and capacity of the respective research institute. Finally, future developments in the field of VR are predicted and possible implications for the results of the present project are pointed out.

  • Kontakt

    Bundesanstalt für Straßenwesen
    Brüderstraße 53
    51427 Bergisch Gladbach
    Info-Service
    Telefon: 02204 43-9101
    Fax: 02204 43-2550
    info@bast.de

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    Carl Ed. Schünemann KG
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    Fax: 0421 36903-48
    buchverlag@schuenemann-verlag.de
    www.schuenemann-verlag.de

  • Berichte zum Download

    Die Berichte der Bundesanstalt für Straßenwesen stehen ab dem Jahrgang 2003 zum Teil als kostenfreier Download im elektronischen BASt-Archiv ELBA zur Verfügung.