Opracowanie metody wieloźródłowej projekcji scen świetlnych i obrazów 2D jako narzędzia do tworzenia środowiska semi-cave wykorzystywanego w badaniach psychofizjologii widzenia

Celem projektu było opracowanie metody pozwalającej w instalacji SEMI-CAVE symulować wybrane środowiska pracy w celu badania ich wpływu na psychofizjologię widzenia oraz samopoczucie pracowników. Aby osiągnąć założony cel, należało w istniejącej instalacji SEMI-CAVE dokonać korekt geometrii i luminancji poszczególnych obrazów 2D wyświetlanych przez 6 projektorów tak, aby uzyskać „bezszwowy” obraz wyświetlanych scen tworzących środowisko wirtualne. Punktem wyjścia do przeprowadzenia korekcji geometrycznych sklejania bezszwowego obrazu była analiza możliwości synchronizacji wyświetlanych obrazów, a w szczególności sterowników graficznych zastosowanych do obsługi projektorów oraz podsystemu sterowników. Następnie dokonano analizy metod korekcji geometrycznej na poziomie wyświetlania, w wyniku której stwierdzono, że dla instalacji SEMI-CAVE najlepszym rozwiązaniem jest zastosowanie przekształcania czworokąta w czworokąt z wykorzystaniem metody LT/DLT. Uwzględniając powyższy wniosek, opracowano algorytm przekształcenia czworokąta w czworokąt, który jest stosowany zarówno jako standardowy sterownik na poziomie shadera, jak i jako jedna z wielu aplikacji służących do przygotowania obrazów rzeczywistych obiektów na potrzeby SEMI-CAVE.

Do korekcji luminancji i barwy przyjęto niezależną ocenę oraz niezależną korekcję każdej składowej R, G i B. Do opracowania algorytmu korekcji luminancji i barwy przyjęto, że korekcja będzie wyświetlana na podstawie wyznaczonej różnicy składowych oraz, że wspólna krawędź sąsiednich obrazów jest krawędzią wspólną dopasowania luminancji i barwy. Na potrzeby kalibracji systemu przygotowano zestaw 28 obrazów barwnych w 4 grupach dla poszczególnych składowych R, G, B oraz BW (stopni szarości), po 7 obrazów w każdej grupie. Przygotowano także zestaw obrazów zawierających mieszanie barw na potrzeby testowania sklejania w skrajnych, możliwych warunkach różnic składowych. W oparciu o przygotowany algorytm korekcji luminancji i barwy została przygotowana aplikacja realizująca odpowiednie zadania. Przeprowadzone testy wykazały, że zastosowanie opracowanej metody pozwala na uzyskanie bezszwowego sklejenia obrazów
w aspekcie ich dopasowania barwnego, nawet przy skrajnym niedopasowaniu barwnym. Przeprowadzone testy całego systemu korekcji geometrii i barwy wykorzystujące wirtualną rzeczywistość wykreowaną na potrzeby Laboratorium SEMI-CAVE przy założeniu odpowiedniego położenia obserwatora i rzutowania perspektywicznego wynikającego z kształtu i rozmiarów pomieszczenia potwierdziły poprawność pracy systemu korekcji.

W ramach zakresu prac dokonano wizualizacji wybranego pomieszczenia pracy biurowej w środowisku SEMI-CAVE. W tym celu zdecydowano się na wykonanie fotografii elementów pomieszczenia oraz zwymiarowanie pomieszczenia. Dodatkowo zarejestrowano układ elementów w pomieszczeniu oraz zebrano informacje o pozycji w pomieszczeniu. Fotografie pomieszczenia
i elementów posłużyły następnie do stworzenia wirtualnych modeli 3D tych obiektów. Z racji tego że część elementów była bardzo nietypowa (unikatowa), ich digitalizacja od podstaw byłaby bardzo czasochłonna. Zdecydowano więc, że zostaną odtworzone najważniejsze elementy, które występują w pomieszczeniu (urządzenia, przedmioty elektroniczne, przedmioty biurowe, meble). Po wyświetleniu zdjęć obrazów na ścianach SEMI-CAVE okazało się, że przygotowana przestrzeń była zbyt mała w stosunku do wymiarów SEMI-CAVE, aby uzyskać efekt „zanurzenia obserwatora” w pomieszczeniu. Niestety uzyskano efekt, w którym meble widoczne na wizualizacji w SEMI-CAVE były „ucięte” i zachodziły na część rzeczywistą podłogi SEMI-CAVE, na której nie ma wyświetlania. Problem rozwiązano, zwiększając wymiary pomieszczenia wirtualnego w taki sposób, aby większość istotnych elementów wyposażenia znajdowała się w całości na wyświetlanym obrazie pomieszczenia. Efektem było zmienienie układu elementów przy zachowaniu ich formy.

Projekt II.N.02. Scenariusze badawcze dla trzech barw otoczenia: czerwonego, białego i niebieskiego;
a) wizualizacja komputerowa, b) odtworzenie w SEMI-CAVE

Opracowana metoda badania zdolności poznawczych oraz emocji i dobrostanu do wykorzystania w badaniach wpływu barwy i luminancji otoczenia w środowisku SEMI-CAVE składała się z 5 testów funkcji poznawczych, 4 testów do badania emocji i dobrostanu oraz rejestracji emocji z wykorzystaniem rejestracji EEG urządzeniem Emotiv. Opracowano szczegółową procedurę badawczą oraz 3 scenariusze badań o 3 różnych barwach otoczenia: czerwonej, niebieskiej i białej.

Procedura badawcza wymagała napisania autorskiego oprogramowania do prowadzenia eksperymentu, a w szczególności do wyświetlania kolejno obrazów oraz załączania w odpowiednim czasie rejestracji EEG wraz z odliczaniem czasu rejestracji oraz załączania dźwięków biura i testu PASAT.

Badania pilotażowe przeprowadzono na grupie 46 osób w wieku 19–29 lat (16 osób otoczenie białe – neutralne, 15 osób otoczenie czerwone i niebieskie). Wykazano wpływ barw na nastrój oraz pobudzenie emocjonalne badanych mierzone zarówno za pomocą kwestionariuszy, jak i miary elektrofizjologicznej – EMOTIV. Porównania nastroju w każdej grupie eksperymentalnej wykazały istotne różnice z największym efektem dla barwy czerwonej. Jednak w badaniach pilotażowych nie wykazano wpływu ekspozycji barw na funkcjonowanie poznawcze badanych. Brak efektów może być zatem związany z faktem, że: 1) do badania rekrutowano młode, dobrze funkcjonujące osoby; 2) ekspozycja na barwę była stosunkowo krótka (u tak dobrze funkcjonujących osób ekspozycja na barwę nie zmieniła w istotny sposób kondycji procesów poznawczych), 3) grupy były zbyt małoliczne i subtelne różnice międzygrupowe nie osiągnęły poziomu istotności statystycznej.

Opracowana metoda może być stosowana do badań funkcji poznawczych i emocji oraz dobrostanu w środowisku SEMI-CAVE, przy czym proponuje się wprowadzenie pewnych modyfikacji metody, takich jak: wydłużenie czasu ekspozycji powyżej 20 minut, standaryzacja i ograniczenie z góry czasu trwania wykonywania testów Omnibus i VCAT do 10–15 minut.

Wyniki projektu przedstawiono w 2 publikacjach w czasopismach o zasięgu krajowym i w 2 publikacjach przygotowanych do czasopism o zasięgu krajowym oraz zaprezentowano na 3 konferencjach międzynarodowych i 1 konferencji krajowej. Opracowano materiał informacyjny pt. „Instalacja SEMI-CAVE w CIOP-PIB. Możliwości jej wykorzystania w projektowaniu wizualnego środowiska pracy sprzyjającego dobrostanowi pracownika” do umieszczenia na stronie internetowej CIOP-PIB. Ponadto opracowano stronę reklamową pt. „Instalacja SEMI-CAVE” na okładkę do czasopisma o zasięgu krajowym.

Instalacja SEMI-CAVE w CIOP-PIB. Możliwości jej wykorzystania w projektowaniu wizualnego środowiska pracy sprzyjającego dobrostanowi pracownika. Materiał informacyjny Autor: dr hab. inż. Agnieszka Wolska profesor CIOP-PIB - Centralny Instytut Ochrony Pracy-Państwowy Instytut Badawczy 2019 r.