Plattformübergreifende Validierung von Fußgängersimulatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Bengler
• Fachliche Zuordnung: Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme ; Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317326196

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Virtual Reality (VR) ist mittlerweile ein häufig verwendetes Instrument zur Analyse von Fußgängerverhalten in sicheren und kontrollierten Umgebungen. Cave Automatic Virtual Environments (CAVEs) und Head-Mounted Displays (HMDs) repräsentieren dabei die beiden wesentlichen Technologien zur Darstellung virtueller Verkehrsszenarien. Da sich diese beiden Simulatorentypen typischerweise in einer Reihe von technologischen Eigenschaften unterscheiden, können die experimentellen Ergebnisse durch die jeweilige Hardware beeinflusst werden. In einem ersten Schritt wurden eine CAVE und ein HMD verglichen, mit Hinblick auf eine häufig angewandte Lückenakzeptanzaufgabe. Neunzig Teilnehmer aus drei verschiedenen Altersgruppen wurden angewiesen, eine zweispurige Straße zu überqueren. Die Fahrzeuge näherten sich mit einer konstanten Geschwindigkeit von entweder 40 oder 60 km/h und hielten konstante Abstände zwischen einer und fünf Sekunden. In der HMD Bedingung wurden mehr Lücken akzeptiert. Obwohl die Probanden die Querung dabei früher initiierten, führte dies zu kürzeren Sicherheitsmargen und mehr Kollisionen. Unterschiede im Vergleich zur CAVE zeigten sich vor allem in der jüngsten Altersgruppe - die der Zwölfjährigen. In einem zweiten Experiment wurden beide Simulatoren mit einer Teststrecke verglichen. In jeder der drei Versuchsumgebungen beurteilten je 30 Probanden, ob die Lücke zwischen zwei Fahrzeugen groß genug zur sicheren Querung einer einspurigen Straße wäre. Wiederum variierte die Lückengröße zwischen einer und fünf Sekunden, allerdings näherten sich die Fahrzeuge mit einer etwas niedrigeren Geschwindigkeit von 30 oder 50 km/h. Aus Sicherheitsgründen querten die Probanden die Straße nicht wirklich, sondern kommunizierten ihre Querungsentscheidung durch einen Schritt nach vorne. Im Gegensatz zum ersten Versuch zeigten sich ähnliche Akzeptanzraten in der CAVE und auf dem Test Track, aber eine geringere Lückenakzeptanz im HMD. Darüber hinaus reagierten die Teilnehmer in beiden Simulatoren empfindlicher auf die Fahrzeuggeschwindigkeit der sich nähernden Fahrzeuge. Um die Übertragbarkeit auf weitere Technologien zu prüfen, wurde der Versuch in einem Augmented Reality (AR) Simulator repliziert. Auf dem Test Track wurde 13 Teilnehmern über ein HMD ein Videostream der Umgebung gezeigt, in welchem virtuelle Fahrzeugen überlagert wurden. In Übereinstimmung mit der HMD Bedingung zeigten sich in AR niedrigere Akzeptanzraten als auf dem Test Track. Eine Reihe weiterer Experimente im HMD Simulator adressierte Möglichkeiten zur Minderung der Unterschätzung von Distanzen in virtuellen Umgebungen sowie Auswirkungen der Gestaltung experimenteller Szenarien. Zusätzlich zu den technologischen Faktoren verfolgten wir dabei einen ganzheitlichen Ansatz zur Analyse der Verhaltensvalidität in Fußgängersimulatoren. Auch wenn VR eine aussichtsreiche und vielseitig einsetzbare Methodik darstellt, zeigen unsere Ergebnisse verschiedene Herausforderungen auf, die bei der Übertragung der Ergebnisse von Simulatorstudien auf das Fußgängerverhalten im Realverkehr zu berücksichtigen sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2019). “Measuring egocentric distance perception in virtual reality: Influence of methodologies, locomotion and translation gains”. In: PloS one 14.10.
  Maruhn, P., Schneider, S., and Bengler, K.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1371/journal.pone.0224651)
• (2019). “Pedestrian Behavior in Virtual Reality: Effects of Gamification and Distraction”. In: Proceedings of the Road Safety and Simulation Conference. (Iowa City, Iowa)
  Schneider, S., Ratter, M., and Bengler, K.
  
• (2020). “Analyzing Pedestrian Behavior in Augmented Reality — Proof of Concept”. In: 2020 IEEE Conference on Virtual Reality and 3D User Interfaces (VR), pp. 313–321
  Maruhn, P., Dietrich, A., et al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1109/VR46266.2020.00051)
• (2020). “Evaluating behavioral validity in traffic simulators”. In: Proceedings of TRA2020, the 8th Transport Research Arena: Rethinking transport – towards clean and inclusive mobility. (Helsinki, Finland). Ed. by F. Transport and C. A. Traficom. Traficom Research Reports, p. 130
  Schneider, S. and Bengler, K.
  
• (2020). “HMD and CAVE simulators to study pedestrian street-crossing decisions”. In: Driving Simulation & Virtual Reality Conference 2020 Europe. (Antibes, France)
  Pala, P. et al.
  
• (2020). “Virtual Scenarios for Pedestrian Research: A Matter of Complexity?” In: Lecture Notes in Computer Science 12190. HCII 2020. Ed. by J. Y. C. Chen and G. Fragomeni, pp. 171–190
  Schneider, S. and Li, G.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/978-3-030-49695-1_12)
• (2020). “Virtually the same? Analysing pedestrian behaviour by means of virtual reality”. In: Transportation Research Part F: Traffic Psychology and Behaviour 68, pp. 231–256
  Schneider, S. and Bengler, K.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.trf.2019.11.005)
• (2021). “Analysis of Street Crossing Behaviour: Comparing a CAVE Simulator and a Head-Mounted Display among Younger and Older Adults”. In: Accident Analysis & Prevention
  Pala, P. et al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.aap.2021.106004)
• (2021). “Pedestrian Crossing Decisions in Virtual Environments: Behavioral Validity in CAVEs and Head-Mounted Displays”. In: Human Factors: The Journal of the Human Factors and Ergonomics Society
  Schneider, S., Maruhn, P., Dang, N.-T., et al.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1177/0018720820987446)