Design of a Virtual Reality Framework for Maintainability and assemblability test of complex systems

This paper presents a unique environment whose features are able to satisfy requirements for both virtual maintenance and virtual manufacturing through the conception of original virtual reality (VR) architecture. Virtual Reality for the Maintainability and Assemblability Tests (VR_MATE) encompasses VR hardware and software and a simulation manager which allows customisation of the architecture itself as well as interfacing with a wide range of devices employed in the simulations. Two case studies are presented to illustrate VR_MATE's unique ability to allow for both maintainability tests and assembly analysis of an aircraft carriage and a railway coach cooling system respectively. The key impact of this research is the demonstration of the potentialities of using VR techniques in industry and its multiple applications despite the subjective character within the simulation. VR_MATE has been presented as a framework to support the strategic and operative objectives of companies to reduce product development time and costs whilst maintaining product quality for applications which would be too expensive to simulate and evaluate in the real world.

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.

Assembly Guidance in Augmented Reality Environments Using a Virtual Interactive Tool

The application of augmented reality (AR) technology for assembly guidance is a novel approach in the traditional manufacturing domain. In this paper, we propose an AR approach for assembly guidance using a virtual interactive tool that is intuitive and easy to use. The virtual interactive tool, termed the Virtual Interaction Panel (VirIP), involves two tasks: the design of the VirIPs and the real-time tracking of an interaction pen using a Restricted Coulomb Energy (RCE) neural network. The VirIP includes virtual buttons, which have meaningful assembly information that can be activated by an interaction pen during the assembly process. A visual assembly tree structure (VATS) is used for information management and assembly instructions retrieval in this AR environment. VATS is a hierarchical tree structure that can be easily maintained via a visual interface. This paper describes a typical scenario for assembly guidance using VirIP and VATS. The main characteristic of the proposed AR system is the intuitive way in which an assembly operator can easily step through a pre-defined assembly plan/sequence without the need of any sensor schemes or markers attached on the assembly components.

How soccer players head the ball: a test of optic acceleration cancellation theory with virtual reality

We measured the movements of soccer players heading a football in a fully immersive virtual reality environment. In mid-flight the ball’s trajectory was altered from its normal quasi-parabolic path to a linear one, producing a jump in the rate of change of the angle of elevation of gaze (α) from player to ball. One reaction time later the players adjusted their speed so that the rate of change of α increased when it had been reduced and reduced it when it had been increased. Since the result of the player’s movement was to regain a value of the rate of change close to that before the disturbance, the data suggest that the players have an expectation of, and memory for, the pattern that the rate of change of α will follow during the flight. The results support the general claim that players intercepting balls use servo control strategies and are consistent with the particular claim of Optic Acceleration Cancellation theory that the servo strategy is to allow α to increase at a steadily decreasing rate.

Systematic distortions of perceptual stability investigated using immersive virtual reality

Using an immersive virtual reality system, we measured the ability of observers to detect the rotation of an object when its movement was yoked to the observer's own translation. Most subjects had a large bias such that a static object appeared to rotate away from them as they moved. Thresholds for detecting target rotation were similar to those for an equivalent speed discrimination task carried out by static observers, suggesting that visual discrimination is the predominant limiting factor in detecting target rotation. Adding a stable visual reference frame almost eliminated the bias. Varying the viewing distance of the target had little effect, consistent with observers underestimating distance walked. However, accuracy of walking to a briefly presented visual target was high and not consistent with an underestimation of distance walked. We discuss implications for theories of a task-independent representation of visual space. © 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Students' assessment of immersive virtual reality as a pedagogic medium

Over the past few years a number of research studies, mainly involving desktop-based or head-mounted Virtual Reality (VR) systems, have been undertaken to determine what VR can contribute to the education process. In our study we have used the findings from a number of these studies to help in formulating a new study into the perceived merits and limitations of using VR in general, and immersive CAVE-like systems in particular, as an education tool. We conducted our study with a group of final year undergraduate students who were registered on a module that described VR in terms of the scientific issues, application areas, and strengths and weaknesses of the technology.

Virtual reality Post Traumatic Stress Disorder (PTSD) exposure therapy results with active duty Iraq war combatants

Post Traumatic Stress Disorder (PTSD) is reported to be caused by traumatic events that are outside the range of usual human experience including (but not limited to) military combat, violent personal assault, being kidnapped or taken hostage and terrorist attacks. Initial data suggests that at least 1 out of 6 Iraq War veterans are exhibiting symptoms of depression, anxiety and PTSD. Virtual Reality (VR) delivered exposure therapy for PTSD has been used with reports of positive outcomes. The aim of the current paper is to present the rationale and brief description of a Virtual Iraq PTSD VR therapy application and present initial findings from its use with PTSD patients. Thus far, Virtual Iraq consists of a series of customizable virtual scenarios designed to represent relevant Middle Eastern VR contexts for exposure therapy, including a city and desert road convoy environment. User-centered design feedback needed to iteratively evolve the system was gathered from returning Iraq War veterans in the USA and from a system deployed in Iraq and tested by an Army Combat Stress Control Team. Results from an open clinical trial at San Diego Naval Medical Center of the first 18 treatment completers indicate that 14 no longer meet PTSD diagnostic criteria at post-treatment, with only one not maintaining treatment gains at 3 month follow-up. Clinical tests are also currently underway at Ft. Lewis, Emory University, Weill Cornell Medical College, Walter Reed Army Medical Center and 10 other sites. Other sites are preparing to use the application for a variety of PTSD and VR research purposes.