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Head-Mounted Displays – Beanspruchung im Langzeiteinsatz

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Academic year: 2022

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(1)

Head-Mounted Displays –

Beanspruchung im Langzeiteinsatz

3. Expertenworkshop Datenbrillen

3. Juni. 2013

Matthias Wille / Britta Grauel

Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin Gruppe 2.3: Human Factors und Ergonomie

(2)

• HMDs als Arbeitsassistenzsystem / Ausgabemedium AmI

• Vergleich mit Tablet PC

• Verwendung bereits eingesetzter HMD-Technologie

Das Projekt

Projektdauer: Oktober 2010 – Oktober 2014

BAuA Projekt F2288: „Head-Mounted Displays – Bedingungen des sicheren und beanspruchungsoptimalen Einsatzes“ im Rahmen des Forschungsschwerpunktes Ambient Intelligence.

• Beanspruchung im Langzeiteinsatz?

• Altersunterschiede?

Zentrale Fragen:

(3)

Ziele des Versuchs in TP3

Abschätzung von mentaler Beanspruchung und Leistung bei Verwendung von HMDs vs. TabletPCs

Alleinstellungsmerkmal: Dauer (2x4 h HMD+4 h TabletPC)

 Verändert sich die Beanspruchung mit Gewöhnung ?

 Simulation des Arbeitseinsatzes, Erfassung über die Zeit

Weiterer wichtiger Punkt: Alter

 Demographischer Wandel führt zu mehr älteren Arbeitnehmern, können diese durch HMDs unterstützt werden?

 Gibt es alterspezifische Unterschiede in Beanspruchung und Leistung beim HMD Einsatz?

(4)

Verwendetes HMD

2 „MAVUS“ Systeme von „Heitec“

Monokular, look around, wegklappbar,

Auflösung 800x600, Gewicht inkl. Kopfträger 380 Gramm

Komplettsystem (HMD, Kamera, Headset, Weste, Akkumulator, Wlan Kommunikation, Server)

Industrieller Einsatz im „remote service“

(5)

Aufgaben während des Versuchs

2 Aufgaben werden parallel bearbeitet (Dual-Task).

Instruktion: „..beide so schnell und akkurat wie möglich…“

b) Monitoring Aufgabe:

• 3 Balken am Bildschirmrand variieren Länge und Farbe

• Reaktion gefordert auf:

• Farbwechsel aller Balken (rot / blau => visual popout)

• Positionswechsel des längsten Balkens a) Konstruktion von LEGO-Technic ®

• Bildbasierte Montageanweisung

• sequentieller Aufbau komplexer Modelle

Alle Interaktionen über umgebautes Nummernpad

(6)

Darstellung der Arbeitsinhalte

(7)

Bilder des Versuchsaufbaus

(8)

Versuchsablauf

Block 1

Block 2

Block 3

Block

Fragebögen 4

HR-Baseline Instruktion

5 Min. Pause 15 Min. Pause 5 Min. Pause 4 Stunden

Interview

RSME Abfrage:

NASA TLX:

Visual Fatique:

Messwiederholung, 3 Sessions a 4 Stunden (2x HMD, 1xTablet-PC)

(9)

Versuchsplan

Abhängige Variablen:

• Lego-Aufgabe: Anzahl bearbeiteter Arbeitsschritte

• Balken-Aufgabe: Trefferquote, Reaktionszeit

• subjektive Beanspruchung: RSME & Nasa TLX

objektive Beanspruchung: Herzrate & HRV

• Fragebogen zur visuellen Ermüdung (VFQ)

• Interview

Unabhängige Variablen:

• Display (HMD vs. Tablet-PC)

• Zeitpunkt (4 Stunden Versuchszeit, Werte zu versch. Zeiten)

• Rückmeldung in der Balkenaufgabe

• Alter

• Technikaffinität (Fragebogen TA EG)

(10)

Ergebnisse: Anzahl der Arbeitsschritte (Lego)

HMD (1) vs. Tablet PC:

Display: p=.000

HMD (2) vs. Tablet PC:

Display: p=.000

HMD (1) vs. HMD (2):

Display: ---

(11)

Altersgruppen

Jüngere Probanden (n=21) 18-31 Jahre

Mw= 23,48; Sd= 3,341 9 m – 12 w

Ältere Probanden (n=20) 38-67 Jahre

Mw= 50,55; Sd= 9,214 11 m – 9 w

(12)

Ergebnisse: Anzahl der Arbeitsschritte nach Alter

HMD 1. Messung HMD 2. Messung Tablet

HMD (1) vs. Tablet PC:

Alter: p=.000

Display*Alter: p=.006(Ältere zeigen kleinere Zunahme)

HMD (2) vs. Tablet PC:

Alter: p=.000

HMD (1) vs. HMD (2):

Alter: p=.000

Display*Alter: p=.004 (Ältere weniger Schritte bei HMD(2), Jüngere mehr Schritte bei HMD (2))

(13)

Ergebnisse: Trefferquote in der Balkenaufgabe

HMD (1) vs. Tablet PC:

Display: p=.002 Feedback: p=.000 Aufgabe: p=.000

Display*Aufgabe: p=.011(größerer Effekt bei HMD)

Balkenfarbe Balkenlänge

HMD (2) vs. Tablet PC:

Display: p=.065 Feedback: p=.000 Aufgabe: p=.000

Display*Aufgabe: p=.046(größerer Effekt bei HMD)

HMD (1) vs. HMD (2):

Display: p=.026 Feedback: p=.000 Aufgabe: p=.000

Keine Alterseffekte !

(14)

Ergebnisse: Reaktionszeit in der Balkenaufgabe

HMD (1) vs. Tablet PC:

Aufgabe: p=.000

Aufgabe*Feedback: p=.009(mit Feedback kleinerer Aufgabenunterschied)

HMD (2) vs. Tablet PC:

Aufgabe: p=.000

Aufgabe*Display: p=.034(bei HMD größerer Aufgabenunterschied)

HMD (1) vs. HMD (2):

Aufgabe: p=.000

Aufgabe*Feedback: p=.015(mit Feedback kleinerer Aufgabenunterschied)

Keine Alterseffekte !

(15)

NASA-Task Load Index

• Standardverfahren zur subjektiven Beanspruchung

• beinhaltet 6 Subskalen:

• Geistige Anforderungen

• Körperliche Anforderungen

• Zeitliche Anforderungen

• Leistung

• Anstrengung

• Frustration

• Gesamtwert ist ein gewichtetes Mittel aus diesen Subskalen

• Abfrage zu Beginn der Pause nach 2 Stunden und direkt nach dem Versuch

(16)

Ergebnisse: NASA-TLX - Gesamtbeanspruchung

HMD (1) vs. Tablet PC:

Display: p=.000 Zeitpunkt: p=.051

Zeitpunkt*Alter: p=.021(stärkerer Anstieg bei Älteren)

HMD (1) vs. HMD (2):

Display: --- Zeitpunkt: p=.000

Zeitpunkt*Alter: p=.003(stärkerer Anstieg bei Älteren)

HMD (2) vs. Tablet PC:

Display: p=.000 Zeitpunkt: p=.001

Zeitpunkt*Alter: p=.089(tendenziell stärkerer Anstieg bei Älteren)

(17)

Rating Scale of mental Effort (RSME)

• eindimensionale Skala von 0-150

• Einübung der Probanden vor Versuchssession anhand von 8 vorgestellten Alltagssituationen

• Abfrage während des Versuches alle 30 Minuten (Blockmitte und kurz vor Blockende)

(18)

Ergebnisse: RSME

HMD (1) vs. Tablet PC:

Display: p=.000 Zeitpunkt: p=.000

HMD (1) vs. HMD (2):

Display: --- Zeitpunkt: p=.000

HMD (2) vs. Tablet PC:

Display: p=.000 Zeitpunkt: p=.000 Pausen im Versuchsverlauf

(19)

Ergebnisse: RSME nach Altersgruppen

HMD (1) vs. Tablet PC:

Alter: p=.023

Zeitpunkt*Alter: p=.002(stärkerer Anstieg bei Älteren)

HMD (1) vs. HMD (2):

Alter: p=.039

Zeitpunkt*Alter: p=.003(stärkerer Anstieg bei Älteren)

HMD (2) vs. Tablet PC:

Alter: p=.014

Zeitpunkt*Alter: --- Pausen im Versuchsverlauf

(20)

Visual Fatique Questionaire (VFQ)

|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|

Nicht bemerkbar Etwas bemerkbar Stark bemerkbar

• eindimensionale Skala von 0-10 pro Item

• 16 Items (bspw. „schwere Augen“, „Schwierigkeit scharf zu sehen“, „Blendung durch Lichter“ aber auch „Kopfschmerzen“

„Nackenschmerzen“, „geistige Ermüdung“)

• kein Gesamtwert oder Summenscore

• Abfrage vor Versuchsbeginn (Ausgangslage) und dann direkt nach jedem Block (4x)

(21)

Ergebnisse: VFQ - Übersicht

• Zunahme der Itemscores über die Zeit

• stärkere Beanspruchung/Ermüdung durch HMD

• stärkere Zunahme der Beanspruchung über die Zeit bei HMD

• deutliche Veränderung fast aller Itemscores

• auf geringem Niveau (Mittelwerte 0,5 - 3,5 auf 10-stufiger Skala)

Schmerzende, schwere, trockene, gereizte/brennende Augen…

=> tendenziell stärkere Effekte bei Jüngeren

Schwierigkeit scharf zu sehen, verschwommene Buchstaben…

=> Stärkere Effekte bei nicht technikaffinen Nutzern Kopf- und Nackenschmerzen…

=> Stärkere Effekte von Kopfschmerzen bei Jüngeren

(22)

Ergebnisse: VFQ – geistige Ermüdung

HMD (1) vs. Tablet PC:

Display: p=.000 Zeitpunkt: p=.000

Display*Zeitpunkt: p=.000

Zeitpunkt*Alter: p=.003(stärkerer Anstieg bei Älteren)

HMD (1) vs. HMD (2):

Display: p=.048

HMD (2) vs. Tablet PC:

Display: p=.008 Zeitpunkt: p=.000

Display*Zeitpunkt: p=.013

Zeitpunkt*Alter: p=.001 (stärkerer Anstieg bei Älteren)

(23)

Ergebnisse: Interview / Beobachtung

Interview:

• das HMD war nicht immer bzw. in allen Bereichen scharf

• Der Kopfträger wird als unangenehm empfunden, rutscht oft

• Monokulare Darstellung vor nur einem Auge ist am Anfang gewöhnungsbedürftig, dann meist kein Problem mehr

• Alle Probanden würden den Versuch noch mal machen

• Nur 1 Proband von 41 zieht das HMD dem Tablet-PC vor Beobachtung:

• 3 Personen haben den Versuch abgebrochen – aus unterschiedlichen Gründen.

• 2 Fälle kurzfristiger Übelkeit

(24)

… Was bedeutet das nun alles ?

• Mit HMD wird weniger schnell gearbeitet (Montageaufgabe)

• Die Trefferquote bei einer Monitoringaufgabe ist beim HMD geringer, aber kein Unterschied bei Reaktionszeiten

• Das Arbeiten mit dem HMD wird als anstrengender erlebt + Stärkerer Anstieg über die Zeit bei Älteren

• Mit dem HMD treten (subjektiv) mehr visuelle Beschwerden auf + Stärkerer Anstieg über die Zeit bei allen Nutzern

Allerdings… :

• HMD-Vorteile „Mobilität“ und „beide Hände frei“ waren in der Versuchssituation nicht gefordert

• Belastung durch derzeitige Hardwareumsetzung (?) – zukünftige HMDs werden leichter sein und keinen Kopfträger brauchen

(25)

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

wille.matthias@baua.bund.de 0231 9071 2424

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