Распознавание эмоций и влияние физических нагрузок в виртуальной реальности

Видеоигры виртуальной реальности (VR), в которых экранное время сочетается с физической активностью, — отличный способ поддерживать себя в форме. Однако разработчики игр сталкиваются с серьезной проблемой: как и в случае с традиционными физическими упражнениями, приверженность к фитнес-играм обычно невелика, и многие пользователи бросают занятия, как только начинают испытывать дискомфорт или скуку. Ученые-компьютерщики из Университета Бата считают, что им удалось найти решение.

Они придумали создать exergames, который с помощью датчиков будет постоянно измерять эмоциональное состояние человека во время занятий, а затем подстраивать игру, например делать ее проще или сложнее, чтобы пользователь продолжал заниматься.

Доктор Доминик Поттс, ведущий автор нового исследования, посвященного использованию передовых сенсорных технологий для поддержания мотивации занимающихся, сказал: «Когда речь заходит о физических упражнениях в любых формах, мотивация и приверженность упражнениям являются огромными проблемами. С помощью exergames мы можем решить эту проблему и максимизировать удовольствие и эффективность человека, адаптируя уровень сложности в соответствии со способностями и настроением пользователя».

Игры с упражнениями, которые полностью адаптивны, будут чувствовать эмоции человека и давать ему больше «наград», когда он испытывает трудности, и больше препятствий, когда он готов к новому испытанию.

Разработчики игр давно стремятся к созданию более персонализированных «эксергеймов» — то есть программ, которые подстраиваются под человека во время тренировки, адаптируясь к его трудностям и стремлениям по ходу игры, — однако найти надежный метод измерения меняющегося эмоционального состояния пользователя оказалось непросто.

Команда из Бата совершила прорыв, применив новый ряд датчиков, которые могут быть встроены в гарнитуры виртуальной реальности и носимые устройства, такие как смарт-часы, для отслеживания физических изменений, которые испытывает человек, занимающийся спортом, во время тренировки.

Результаты работы команды были опубликованы на конференции CHI Conference on Human Factors in Computing Systems — главной международной конференции по взаимодействию человека и компьютера (HCI), где работа получила почетную награду.

Исследователи надеются, что их выводы будут использованы дизайнерами игр для создания программ погружения, которые смогут заставить человека заниматься велоспортом, бегом или поднятием тяжестей еще долгое время после того, как он обычно решил бы прекратить это занятие.

До сих пор датчики, которые могут быть чрезвычайно эффективны для отслеживания эмоциональных состояний, когда человек ведет сидячий образ жизни, оказывались ненадежными при измерении эмоционального ландшафта человека, вовлеченного в физическую активность, что затрудняло определение, испытывает ли человек счастье, стресс или скуку.

«Традиционно эти сенсорные устройства устанавливаются в гарнитуры виртуальной реальности для отслеживания моргания и расширения зрачков, но в целом они очень чувствительны к физиологическим и фоновым шумам», — объясняет доктор Поттс.

Нежелательный «шум» возникает в двух случаях: при непредсказуемых движениях человека — как это часто бывает при занятиях спортом — и при его реакциях на виртуальную среду (VE), в которую он погружен.

Так, например, датчик, показывающий, что зрачки человека расширяются во время тренировки, может отражать изменения освещенности в виртуальной среде, а не меняющееся эмоциональное состояние пользователя.

В новом исследовании 72 человека участвовали в статической велосипедной гонке в виртуальной реальности, а ученые из Бата использовали определенную комбинацию датчиков для определения размера зрачков, выражения лица, частоты сердечных сокращений, уровня потоотделения, воспаления кожи и электродермальной активности (которая измеряет способность кожи проводить электричество, отражая уровень стресса).

Данные собирались с помощью датчиков, пока гонщики тренировались в четырех различных виртуальных средах, каждая из которых была разработана, чтобы вызывать определенную эмоцию (счастье, печаль, стресс и спокойствие). Участники проходили через эти виртуальные среды при трех различных интенсивностях тренировки (низкой, средней и высокой).

Для каждой тренировки исследователи смогли составить точную картину эмоционального состояния пользователя, сопоставив уровень сложности игры и характер виртуальной среды с физиологическими изменениями, которые испытывал пользователь и которые фиксировали его датчики.

На основе этого исследования были сформулированы восемь рекомендаций для создателей VR-игр, направленных на повышение эмоциональной вовлеченности пользователей. Среди этих рекомендаций следующие:

• датчики, определяющие зрачки, должны быть спроектированы так, чтобы корректировать изменения освещенности в виртуальной среде;
• для прогнозирования стресса и возбуждения нервной системы следует учитывать уровень потоотделения пользователя;
• данные сенсоров следует очищать до и во время exergames (т. е. удалять сигналы, не связанные с эмоциональными изменениями), чтобы измерить межличностные различия и адаптировать игру к каждому пользователю;
• для улучшения прогнозирования эмоционального состояния пользователя следует использовать несколько физиологических датчиков.

«В долгосрочной перспективе наша цель — сделать VR-тренировки эмоционально интеллектуальными», — сказал доктор Кристоф Люттерот, возглавляющий исследования в области эксергеймов как директор исследовательского центра REVEAL.

«Мы ожидаем, что в ближайшие годы VR-тренировки будут пользоваться огромной популярностью, — школьники уже используют их как часть своих программ упражнений, они также применяются в реабилитации и спортивной науке, поэтому важно сосредоточиться на создании технологии, которая будет эмоционально интеллектуальной и адаптивной к различиям между пользователями», — добавил он.

Ранее исследование обнаружило, что вдыхание водородсодержащего газа (ВСГ) перед тренировкой значительно снижает утомляемость и повышает производительность, что потенциально приносит пользу спортсменам и любителям фитнеса за счет улучшения результатов тренировок и здоровья. Исследование опубликовано в Thieme Medical Publishers.