Virtual Reality: immersed in the structural world

Virtual reality is a rapidly emerging technology, driven by the computer gaming industry. The maturity of the concept, combined with modern hardware, is delivering an experience which offers a useful commercial tool for industry and educators. This article discusses the uses of virtual reality within structural engineering and provides an understanding of how it can be incorporated easily and efficiently for design purposes and beyond.

Understanding perception and action in sport:How can virtual reality technology help?

Although technology can facilitate improvements in performance by allowing us to understand, monitor and evaluate performance, improvements must ultimately come from within the athlete. The first part of this article will focus on understanding how perception and action relate to performance from two different theoretical viewpoints. The first will be predominantly a cognitive or indirect approach that suggests that expertise and decision-making processes are mediated by athletes accruing large knowledge bases that are built up through practice and experience. The second, and alternative approach, will advocate a more 'direct' solution, where the athlete learns to 'tune' into the relevant information that is embedded in their relationship with the surrounding environment and unfolding action. The second part of the article will attempt to show how emerging virtual reality technology is revealing new evidence that helps us understand elite performance. Possibilities of how new types of training could be developed from this technology will also be discussed. © 2014 Crown Copyright.

Development of a novel immersive interactive virtual reality cricket simulator for cricket batting

Research in the field of sports performance is constantly developing new technology to help extract meaningful data to aid in understanding in a multitude of areas such as improving technical or motor performance. Video playback has previously been extensively used for exploring anticipatory behaviour. However, when using such systems, perception is not active. This loses key information that only emerges from the dynamics of the action unfolding over time and the active perception of the observer. Virtual reality (VR) may be used to overcome such issues. This paper presents the architecture and initial implementation of a novel VR cricket simulator, utilising state of the art motion capture technology (21 Vicon cameras capturing kinematic profile of elite bowlers) and emerging VR technology (Intersense IS-900 tracking combined with Qualisys Motion capture cameras with visual display via Sony Head Mounted Display HMZ-T1), applied in a cricket scenario to examine varying components of decision and action for cricket batters. This provided an experience with a high level of presence allowing for a real-time egocentric view-point to be presented to participants. Cyclical user-testing was carried out, utilisng both qualitative and quantitative approaches, with users reporting a positive experience in use of the system.

Exploration of the visual system : Part 2. In vivo analysis methods : virtual-reality optomotor system, fundus examination and fluorescent angiography

The mouse has emerged as an animal model for many diseases. At IRO, we have used this animal to understand the development of many eye diseases and treatment of some of them. Precise evaluation of vision is a prerequisite for both these approaches. In this unit we describe three ways to measure vision: testing the optokinetic response, and evaluating the fundus by direct observation and by fluorescent angiography.

A brain-computer interface for navigation in virtual reality

L'interface cerveau-ordinateur (ICO) décode les signaux électriques du cerveau requise par l’électroencéphalographie et transforme ces signaux en commande pour contrôler un appareil ou un logiciel. Un nombre limité de tâches mentales ont été détectés et classifier par différents groupes de recherche. D’autres types de contrôle, par exemple l’exécution d'un mouvement du pied, réel ou imaginaire, peut modifier les ondes cérébrales du cortex moteur. Nous avons utilisé un ICO pour déterminer si nous pouvions faire une classification entre la navigation de type marche avant et arrière, en temps réel et en temps différé, en utilisant différentes méthodes. Dix personnes en bonne santé ont participé à l’expérience sur les ICO dans un tunnel virtuel. L’expérience fut a était divisé en deux séances (48 min chaque). Chaque séance comprenait 320 essais. On a demandé au sujets d’imaginer un déplacement avant ou arrière dans le tunnel virtuel de façon aléatoire d’après une commande écrite sur l'écran. Les essais ont été menés avec feedback. Trois électrodes ont été montées sur le scalp, vis-à-vis du cortex moteur. Durant la 1re séance, la classification des deux taches (navigation avant et arrière) a été réalisée par les méthodes de puissance de bande, de représentation temporel-fréquence, des modèles autorégressifs et des rapports d’asymétrie du rythme β avec classificateurs d’analyse discriminante linéaire et SVM. Les seuils ont été calculés en temps différé pour former des signaux de contrôle qui ont été utilisés en temps réel durant la 2e séance afin d’initier, par les ondes cérébrales de l'utilisateur, le déplacement du tunnel virtuel dans le sens demandé. Après 96 min d'entrainement, la méthode « online biofeedback » de la puissance de bande a atteint une précision de classification moyenne de 76 %, et la classification en temps différé avec les rapports d’asymétrie et puissance de bande, a atteint une précision de classification d’environ 80 %.

A virtual reality approach to the study of visually driven postural control in developing and aging humans

L'être humain utilise trois systèmes sensoriels distincts pour réguler le maintien de la station debout: la somesthésie, le système vestibulaire, et le système visuel. Le rôle de la vision dans la régulation posturale demeure peu connu, notamment sa variabilité en fonction de l'âge, du type développemental, et des atteintes neurologiques. Dans notre travail, la régulation posturale induite visuellement a été évaluée chez des participants au développement et vieillissement normaux âgés de 5-85 ans, chez des individus autistes (développement atypique) âgés de 12-33 ans, ainsi que chez des enfants entre 9-18 ans ayant subi un TCC léger. À cet effet, la réactivité posturale des participants en réponse à un tunnel virtuel entièrement immersif, se mouvant à trois niveaux de vélocité, a été mesurée; des conditions contrôles, où le tunnel était statique ou absent, ont été incluses. Les résultats montrent que la réactivité (i.e. instabilité) posturale induite visuellement est plus élevée chez les jeunes enfants; ensuite, elle s'atténue pour rejoindre des valeurs adultes vers 16-19 ans et augmente de façon linéaire en fonction de l'âge après 45 ans jusqu'à redevenir élevée vers 60 ans. De plus, à la plus haute vélocité du tunnel, les plus jeunes participants autistes ont manifesté significativement moins de réactivité posturale comparativement à leurs contrôles; cette différence n'était pas présente chez des participants plus âgés (16-33 ans). Enfin, les enfants ayant subi un TCC léger, et qui étaient initialement modérément symptomatiques, ont montré un niveau plus élevé d'instabilité posturale induite visuellement que les contrôles, et ce jusqu'à 12 semaines post-trauma malgré le fait que la majorité d'entre eux (89%) n'étaient plus symptomatiques à ce stade. En somme, cela suggère la présence d'une importante période de transition dans la maturation des systèmes sous-tendant l'intégration sensorimotrice impliquée dans le contrôle postural vers l'âge de 16 ans, et d'autres changements sensorimoteurs vers l'âge de 60 ans; cette sur-dépendance visuelle pour la régulation posturale chez les enfants et les aînés pourrait guider l'aménagement d'espaces et l'élaboration d'activités ajustés à l'âge des individus. De plus, le fait que l'hypo-réactivité posturale aux informations visuelles chez les autistes dépende des caractéristiques de l'environnement visuel et de l'âge chronologique, affine notre compréhension des anomalies sensorielles propres à l'autisme. Par ailleurs, le fait que les enfants ayant subi un TCC léger montrent des anomalies posturales jusqu'à 3 mois post-trauma, malgré une diminution significative des symptômes rapportés, pourrait être relié à une altération du traitement de l'information visuelle dynamique et pourrait avoir des implications quant à la gestion clinique des patients aux prises avec un TCC léger, puisque la résolution des symptômes est actuellement le principal critère utilisé pour la prise de décision quant au retour aux activités. Enfin, les résultats obtenus chez une population à développement atypique (autisme) et une population avec atteinte neurologique dite transitoire (TCC léger), contribuent non seulement à une meilleure compréhension des mécanismes d'intégration sensorimotrice sous-tendant le contrôle postural mais pourraient aussi servir comme marqueurs sensibles et spécifiques de dysfonction chez ces populations. Mots-clés : posture, équilibre, vision, développement/vieillissement sensorimoteur, autisme, TCC léger symptomatique, réalité virtuelle.

A decade of research and development in disability, virtual reality and associated technologies: review of ICDVRAT 1996−2006

The International Conference (series) on Disability, Virtual Reality and Associated Technologies (ICDVRAT) this year held its sixth biennial conference, celebrating ten years of research and development in this field. A total of 220 papers have been presented at the first six conferences, addressing potential, development, exploration and examination of how these technologies can be applied in disabilities research and practice. The research community is broad and multi-disciplined, comprising a variety of scientific and medical researchers, rehabilitation therapists, educators and practitioners. Likewise, technologies, their applications and target user populations are also broad, ranging from sensors positioned on real world objects to fully immersive interactive simulated environments. A common factor is the desire to identify what the technologies have to offer and how they can provide added value to existing methods of assessment, rehabilitation and support for individuals with disabilities. This paper presents a brief review of the first decade of research and development in the ICDVRAT community, defining technologies, applications and target user populations served.

Virtual reality as a visualisation tool: benefits and constraints

The benefits and applications of virtual reality (VR) in the construction industry have been investigated for almost a decade. However, the practical implementation of VR in the construction industry has yet to reach maturity owing to technical constraints. The need for effective information management presents challenges: both transfer of building data to, and organisation of building information within, the virtual environment require consideration. This paper reviews the applications and benefits of VR in the built environment field and reports on a collaboration between Loughborough University and South Bank University to overcome constraints on the use of the overall VR model for whole lifecycle visualisation. The work at each research centre is concerned with an aspect of information management within VR applications for the built environment, and both data transfer and internal data organisation have been investigated. In this paper, similarities and differences between computer-aided design (CAD) and VR packages are first discussed. Three different approaches to the creation of VR models during the design stage are identified and described, with a view to providing sharing understanding across the interdiscipliary groups involved. The suitable organisation of building information within the virtual environment is then further investigated. This work focused on the visualisation of the degradation of a building, through its lifespan, with the view to provide a visual aid for developing an effective and economic project maintenance programme. Finally consideration is given to the potential of emerging standards to facilitate an integrated use of VR. The convergence towards similar data structures in VR and other construction packages may enable visualisation to be better utilised in the overall lifecycle model.