Orientace v prostoru zkoumaná ve virtuální realitě

• Thesis title in Czech: Orientace v prostoru zkoumaná ve virtuální realitě
• Thesis title in English: Adaptation of spatial navigation tests to virtual; reality.
• Academic year of topic announcement: 2006/2007
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Software and Computer Science Education (32-KSVI)
• Supervisor: doc. Mgr. Cyril Brom, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 06.11.2006
• Date of assignment: 06.11.2006
• Date and time of defence: 25.05.2009 00:00
• Date of electronic submission: 10.04.2009
• Date of submission of printed version: 10.04.2009
• Date of proceeded defence: 25.05.2009
• Opponents: RNDr. Tomáš Holan, Ph.D.

Guidelines

Orientace člověka v prostoru se zkoumá na zvířecích modelech (krysách, ptácích ap.) a získané poznatky se srovnávají s chováním lidí v experimentálním prostředí. V České Republice se v současné době takové experimenty (na zvířatech i lidech) provádějí ve fyziologickém ústavu AV ČR a v Nemocnici Na Homolce. Jedno konkrétní experimentální prostředí představuje stan s rotující kruhovou plošinou o průměru 2 metry. Na plošině stojí člověk a jeho úkolem je vyhýbat se určitým oblastem, jež ovšem nejsou vidět. To, že člověk do oblasti vstoupil, pozná na základě zvukového signálu, oblast si poté musí představit a její pozici si zapamatovat na základě vzdálených stimulů (tzn. nerotujících, mimo arénu). Reálné provedení tohoto experimentu je nákladné a skýtá mnohá omezení, a proto je výhodné převézt ho do virtuálního prostředí. Experimenty ve VR budou sloužit zejména k testování rozdílů mezi zdravým člověkem a člověkem s poškozenými mozkovými strukturami zodpovědnými za orientaci v prostoru (př. hypocampus).

Cílem práce je vyvinout aplikaci pro vytváření experimentů odvozených od výše popsaného ve virtuální realitě. Subjekt experimentu bude ve VR jednat prostřednictvím avatara. Aplikace bude:
- umožňovat 3D vizualizaci prostředí,
- umožňovat konfiguraci prostředí (např. pozice a textury vzdálených objektů, tvary oblastí, jimž se má člověk vyhýbat, tvar a velikost plošiny, úhel výhledu, pozice kamery – za avatarem, v očích avatara, apod.),
- obsahovat jednoduchý skriptovací jazyk pro parametrizaci experimentů (př. plošina se napřed otáčí vpravo určitou rychlostí, pak vlevo jinou rychlostí a mezitím se změní polohy předmětů),
- zaznamenávat průběh experimentu a to včetně externích dat o subjektu experimentu (viz níže),
- umožňovat zpětně přehrát průběh experimentu,
- umožňovat konfiguraci aplikace (ovládání, výstupní data, ...).

Externími daty se rozumí data naměřená nikoli ve VR, ale na vlastním subjektu experimentu. Podle technických možností půjde např. o data o kožním odporu a srdeční frekvenci, o záznam experimentu z kamery nebo pohyby očí sledované systémem EyeLinkII.

Součástí práce je provedení několika prototypových experimentů za účelem testování aplikace. Experimenty nemusí být vyhodnoceny z (neuro)biologického hlediska.

Je možné použít existujících grafických knihoven nebo prostředí.

Jedná se o práci typu „implementační“.

References

Maguire EA, Burgess N., Dounett JG, Frackowiak RS, Frith CD, O'Keefe J.: Knowing when and getting there: a human navigation network. Science 280: 921-924.

E. Kalova, K. Vlcek, E. Jarolimova, and J. Bures. Allothetic orientation and sequential ordering of places is impaired in early stages of Alzheimer's disease: corresponding results in real space tests and computer tests. Behav Brain Res 159 (2):175-186, 2005.

J. M. Cimadevilla, M. Wesierska, A. A. Fenton, and J. Bures. Inactivating one hippocampus impairs avoidance of a stable room-defined place during dissociation of arena cues from room cues by rotation of the arena. Proc Natl Acad Sci U S A 98 (6):3531-6, 2001.

J. M. Cimadevilla, Y. Kaminsky, A. Fenton, and J. Bures. Passive and active place avoidance as a tool of spatial memory research in rats. J Neurosci Methods 102 (2):155-64, 2000.

M. Wesierska, C. Dockery, and A. A. Fenton. Beyond memory, navigation, and inhibition: behavioral evidence for hippocampus-dependent cognitive coordination in the rat. J Neurosci 25 (9):2413-9, 2005.

Lukavský, J. Sledování očních pohybů. Bakalářská práce, MFF UK Praha, 2005.

Grammenos, D., Mourouzis, A., & Stephanidis, C. (2004, April). Virtual
Prints: A Novel Interaction Concept for Virtual Environments. ERCIM
News, 57, 54-55.

Chittaro L., Ieronutti L. A Visual Tool for Tracing Users' Behavior in
Virtual Environments, Proceedings of AVI 2004: 7th International
Conference on Advanced Visual Interfaces, ACM Press, New York, 2004,
pp. 40-47.

Robert S. Astur, Jennifer Tropp, Simona Sava, R. Todd Constable, and Etan J. Markus. Sex differences and correlations in a virtual Morris water task, a virtual radial arm maze, and mental rotation. Behavioural Brain Research 151 (1-2):103-115, 2004.

H. J. Spiers, N. Burgess, T. Hartley, F. Vargha-Khadem, and J. O'Keefe. Bilateral hippocampal pathology impairs topographical and episodic memory but not visual pattern matching. Hippocampus 11 (6):715-25, 2001.