Wirkung von Lichtverhältnissen im virtuellen 3D-Raum (VR)

Intuitiv verbindet man Angst vor Dunkelheit zunächst mit Menschen im Kindesalter. Jedoch ist eine gewisse Anspannung in dunklen Räumen oder Umgebungen bei keiner Altersgruppe vollends auszuschließen. Einen gewissen Grad an Nervosität bringt die Ungewissheit durch Dunkelheit in den meisten Fällen mit sich. Doch wie verhält es sich in virtuellen Umgebungen (VR)? Verursacht eine VR-Szene eine hohe Immersion bei Nutzern, so fühlt es sich an wie die reale, physikalische Welt, die einen umgibt. Ein realistischer Einsatz von Raumbeleuchtung kann zusätzlich typisches Tages- oder Nachtlicht, sowie geschlossenen Räume mit oder ohne Lichtquelle realitätsgetreu simulieren. Ob dunklere Lichtverhältnisse nun ebenfalls Nervosität und Anspannung hervorrufen (wie in der echten Welt) im Vergleich zu gut beleuchteten Umgebungen ist die Frage, der die Arbeit nachgeht. Zudem wird der Fokus auf Überbeleuchtung gerichtet, das aufgrund seines anstrengenden Charakters intuitiv ebenfalls mit negativen Effekten auf das persönliche Wohlbefinden verbunden wird.

Eine VR-Studie soll zeigen, ob ein signifikanter Anstieg an Anspannung/Stress vorliegt (erhöhte Herzfrequenz), sobald Probanden mit (a) Dunkelheit und (b) Überbeleuchtung konfrontiert werden (im Vergleich zu gut beleuchteten Umgebungen) und ob es sich ebenso signifikant auf die Erledigung vorgegebener Aufgaben auswirkt. Ziel ist es somit zu zeigen, dass auch in virtuellen Umgebungen (genauer: in VR) Dunkelheit und Überbeleuchtung grundsätzlich Stress erzeugt.

Für die Studie wird eine VR-Szene modelliert, die Probanden mit verschieden gut beleuchteten Szenarien konfrontiert. Es wird drei verschiedene Durchläufe geben: Ein stark dunkles, ein angenehmes und ein extrem überbeleuchtetes Szenario. Zusätzlich sind während der Ausführung kognitive Aufgaben zu erledigen, um einen Effekt auf Aufgabenbewältigung zu beobachten. Analysiert wird also die Herzfrequenz, Aufgabenperformance und eventuell weitere physiologische Aspekte (bspw. Hautleitfähigkeit), um einen signifikanten Unterschied im Wohlbefinden zwischen gut beleuchteter und extrem beleuchteter (überbeleuchtet, dunkel) festzustellen (erhöhte Nervositätsanzeichen bei Dunkelheit). Zusätzlich wird durch Fragebögen zunächst festgestellt, ob der Proband grundsätzlich lichtsensibel (Überbeleuchtung) oder grundsätzlich ängstlich (wegen Dunkelheit) ist. Zum Abschluss jedes Durchlaufs erfolgen noch Messungen davon, wie präsent sich Probanden im vorgegebenen VR-Szenario gefühlt haben (IPQ), da hohe Immersion ein realitätsnäheres Erlebnis hervorrufen kann, und wie gestresst sich der Proband nach Abschluss jedes Durchgangs fühlt (SSSQ).

• Erfahrung in 3D-Modellierung
• Erfahrung mit Virtual Reality

Dunkelheit:

• Mellstrom, M., Cicala, G. A., & Zuckerman, M. (1976). General versus specific trait anxiety measures in the prediction of fear of snakes, heights, and darkness. Journal of Consulting and Clinical Psychology, 44(1), 83.
• Warr, M. (1990). Dangerous situations: Social context and fear of victimization. Social forces, 68(3), 891-907.
• Loewen, L. J., Steel, G. D., & Suedfeld, P. (1993). Perceived safety from crime in the urban environment. Journal of environmental psychology, 13(4), 323-331.
• Nasar, J. L., & Jones, K. M. (1997). Landscapes of fear and stress. Environment and behavior, 29(3), 291-323.
• Noguchi, H., Sakaguchi, T., & Sato, M. (1999). Physiological effects of sudden change in illuminance during dark-adapted state. Applied human science, 18(3), 109-114.
• Cozens, P., Neale, R., Whitaker, J., & Hillier, D. (2003). Managing crime and the fear of crime at railway stations––a case study in South Wales (UK). International Journal of Transport Management, 1(3), 121-132.
• Blöbaum, A., & Hunecke, M. (2005). Perceived danger in urban public space: The impacts of physical features and personal factors. Environment and Behavior, 37(4), 465-486.
• Levos, J., & Zacchilli, T. L. (2015). Nyctophobia: From Imagined to Realistic Fears of the Dark. Psi Chi Journal of Psychological Research, 20(2).

Überbeleuchtung:

• Smolders, K. C., De Kort, Y. A., & Cluitmans, P. J. M. (2012). A higher illuminance induces alertness even during office hours: findings on subjective measures, task performance and heart rate measures. Physiology & Behavior, 107(1), 7-16.
• Baron, R. A., Rea, M. S., & Daniels, S. G. (1992). Effects of indoor lighting (illuminance and spectral distribution) on the performance of cognitive tasks and interpersonal behaviors: The potential mediating role of positive affect. Motivation and emotion, 16(1), 1-33.

Herzrate als Messinstrument für Stress:

• Peake, P., & Leonard, J. A. (1971). The use of heart rate as an index of stress in blind pedestrians. Ergonomics, 14(2), 189-204.
• Kramer, A. F. (1991). Physiological metrics of mental workload: A review of recent progress. Multiple-task performance, 279-328.
• Camm, A. J., Malik, M., Bigger, J. T., Breithardt, G., Cerutti, S., Cohen, R. J., … & Lombardi, F. (1996). Heart rate variability: standards of measurement, physiological interpretation and clinical use. Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology.
• Rowe, D. W., Sibert, J., & Irwin, D. (1998, January). Heart rate variability: Indicator of user state as an aid to human-computer interaction. In Proceedings of the SIGCHI conference on Human factors in computing systems (pp. 480-487).
• Hjortskov, N., Rissén, D., Blangsted, A. K., Fallentin, N., Lundberg, U., & Søgaard, K. (2004). The effect of mental stress on heart rate variability and blood pressure during computer work. European journal of applied physiology, 92(1-2), 84-89.
• Jennings, J. R. (2007). Heart rate.
• Taelman, J., Vandeput, S., Spaepen, A., & Van Huffel, S. (2009). Influence of mental stress on heart rate and heart rate variability. In 4th European conference of the international federation for medical and biological engineering (pp. 1366-1369). Springer, Berlin, Heidelberg.
• Thayer, J. F., Åhs, F., Fredrikson, M., Sollers III, J. J., & Wager, T. D. (2012). A meta-analysis of heart rate variability and neuroimaging studies: implications for heart rate variability as a marker of stress and health. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 36(2), 747-756.
• Barbosa, M. P., Pastre, C. M., & Vanderlei, L. C. (2016). Comparison of Polar® RS800G3™ heart rate monitor with Polar® S810i™ and electrocardiogram to obtain the series of RR intervals and analysis of heart rate variability at rest. Clinical physiology and functional imaging, 36(2), 112-117.
• Wang, R., Blackburn, G., Desai, M., Phelan, D., Gillinov, L., Houghtaling, P., & Gillinov, M. (2017). Accuracy of wrist-worn heart rate monitors. Jama cardiology, 2(1), 104-106.

Fragebögen für Presence und Stress (IPQ, SSSQ):

• Schubert, T. W. (2003). The sense of presence in virtual environments: A three-component scale measuring spatial presence, involvement, and realness. Zeitschrift für Medienpsychologie, 15(2), 69-71.
• Helton, W. S. (2004, September). Validation of a short stress state questionnaire. In Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting (Vol. 48, No. 11, pp. 1238-1242). Sage CA: Los Angeles, CA: SAGE Publications.
• Riva, G., Mantovani, F., Capideville, C. S., Preziosa, A., Morganti, F., Villani, D., … & Alcañiz, M. (2007). Affective interactions using virtual reality: the link between presence and emotions. CyberPsychology & Behavior, 10(1), 45-56.

HCI-Studien bezüglich Dunkelheit:

• Bishop, I. D., & Rohrmann, B. (2003). Subjective responses to simulated and real environments: a comparison. Landscape and urban planning, 65(4), 261-277.
• Mühlberger, A., Wieser, M. J., & Pauli, P. (2008). Darkness-enhanced startle responses in ecologically valid environments: a virtual tunnel driving experiment. Biological psychology, 77(1), 47-52.
• Toet, A., van Welie, M., & Houtkamp, J. (2009). Is a dark virtual environment scary?. CyberPsychology & Behavior, 12(4), 363-371.
• Houtkamp, J. M., & Toet, A. (2012). Who's afraid of Virtual Darkness-Affective Appraisal of Night-time
• Toet, A., Houtkamp, J. M., & Vreugdenhil, P. E. (2016). Effects of personal relevance and simulated darkness on the affective appraisal of a virtual environment. PeerJ, 4, e1743.