Päänkiertojen suuntien vaikutus simulaatiopahoin- vointiin virtuaalitodellisuudessa
Paula Heikkinen
Pro gradu –tutkielma
Tietojenkäsittelytieteen laitos Tietojenkäsittelytiede
Toukokuu 2021
i
ITÄ-SUOMEN YLIOPISTO, Luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta, Joensuu Tietojenkäsittelytieteen laitos
Tietojenkäsittelytiede
Heikkinen, Paula Kaarina: Päänkiertojen suuntien vaikutus simulaatiopahoinvointiin virtuaalitodellisuudessa
Pro gradu –tutkielma, 41 s., 2 liitettä (4 s.)
Pro gradu –tutkielman ohjaajat: FT Markku Tukiainen Toukokuu 2021
Tiivistelmä: Tutkielman aiheena on päänkiertojen suuntien vaikutus virtuaalitodelli- suuden aiheuttamaan simulaatiopahoinvointiin. Useissa simulaatiopahoinvointiin liit- tyvissä teorioissa oletetaan, että tasapainoelimistö liittyy pahoinvointiin. Eri suuntaiset päänliikkeet tuottavat tasapainoelimistössä erilaisia ärsykkeitä, minkä vuoksi on tar- peellista selvittää, vaikuttavatko virtuaalitodellisuudessa suoritettavan tehtävän edel- lyttämien päänkiertojen suunnat simulaatiopahoinvoinnin ilmenemiseen tai voimak- kuuteen.
Päänkiertojen vaikutusta simulaatiopahoinvointiin tutkittiin virtuaalitodellisuussovel- lusta käyttävässä kokeessa, jossa oli neljä testitapausta. Ensimmäisessä testitapauk- sessa sovellus ohjeistaa käyttäjää tekemään yhtä monta eri suuntaista päänkiertoa.
Muissa testitapauksissa painotetaan kiertoja kääntö-, nyökkäys- tai kallistusakselin suuntaisesti. Tutkimukseen osallistuneet koehenkilöt jaettiin satunnaisesti neljään ryh- mään, joista kukin käytti yhtä sovelluksen testitapauksista. Virtuaalitodellisuuden käy- tön jälkeen koehenkilöt täyttivät simulaatiopahoinvointia mittaavan kyselylomakkeen.
Pään kiertosuuntien yhteyttä simulaatiopahoinvointiin tarkasteltiin vertailemalla eri ryhmiin kuuluvien koehenkilöiden raportoimia pahoinvoinnin tasoja.
Pään kiertosuunnilla ei todettu olevan vaikutusta simulaatiopahoinvoinnin ilmenemi- seen tai voimakkuuteen. Sen sijaan havaittiin, että yleisesti virtuaalitodellisuussovellus ei aiheuttanut ollenkaan pahoinvointia tai aiheutti vain lieviä oireita, joista okulomo- toriset oireet olivat yleisimpiä. Lisäksi havaittiin ilmiöitä, joilla ei ollut tilastollista merkitsevyyttä mutta jotka voivat edellyttää jatkotutkimusta: vähintään 60 vuoden ikä voi liittyä voimakkaampaan simulaatiopahoinvointiin, ja normaali näkökyky tai silmä- lasien tai piilolinssien käyttö samanaikaisesti virtuaalitodellisuuslasien kanssa voi liit- tyä okulomotoristen oireiden ilmenemiseen.
Avainsanat: virtuaalitodellisuus, simulaatiopahoinvointi, sovellussuunnittelu, pään- liikkeet, päänkierrot
ACM-luokat (ACM Computing Classification System, 1998 version): H.5.1
ii
UNIVERSITY OF EASTERN FINLAND, Faculty of Science and Forestry, Joensuu School of Computing
Computer Science
Heikkinen, Paula Kaarina: Effects of directions of rotational head movements on sim- ulation sickness in virtual reality
Master’s Thesis, 41 p., 2 appendices (4 p.)
Supervisors of the Master’s Thesis: PhD Markku Tukiainen May 2021
Abstract: The topic of the thesis is the effect of directions of rotational head move- ments on simulation sickness caused by virtual reality. In several theories on simula- tion sickness, it is postulated that the vestibular system is related to sickness. Head movements towards different directions produce unique stimuli in the vestibular sys- tem, which makes it necessary to determine if the directions of rotational head move- ments required in completing a task in virtual reality affect the emergence or severe- ness of simulation sickness.
The effect of rotational head movements on simulation sickness was studied in an ex- periment that involved using a virtual reality application with four test cases. In the first test case, the application instructs the user to execute equally many head rotations in different directions. The other test cases emphasize rotations along the yaw, pitch and roll axis, respectively. The subjects who participated in the study were randomly divided into four groups that each used one of the test cases of the application. After using virtual reality, the subjects completed a questionnaire measuring simulation sick- ness. The connection between directions of rotational head movements and simulation sickness was examined by comparing the sickness levels reported by subjects in dif- ferent groups.
The directions of rotational head movements were not found to affect the emergence or severity of simulation sickness. Instead, it was discovered that the virtual reality application generally did not cause any sickness or only caused mild symptoms, of which oculomotor symptoms were the most common. Additionally, phenomena that did not have statistical significance but that may require further research were ob- served: being at least 60 years of age can be connected to more severe simulation sick- ness, and normal vision or wearing eyeglasses or contact lenses simultaneously with a head-mounted display may be connected to the emergence of oculomotor symptoms.
Keywords: virtual reality, simulation sickness, application design, head movements, head rotations
CR Categories (ACM Computing Classification System, 1998 version): H.5.1
iii
Esipuhe
Tämä tutkielma on tehty COVID-19:n aiheuttamien poikkeusolojen aikana asianmu- kaisia varotoimia noudattaen. Tutkielman tekijänä osoitan lämpimät kiitokseni kaikille tutkimukseeni osallistuneille henkilöille!
iv
Lyhenneluettelo
AR Augmented Reality; lisätty todellisuus
CAVE Cave Automatic Virtual Environment; CAVE-järjestelmä HMD Head-Mounted Display; virtuaalitodellisuuslasit
IPD Interpupillary Distance; pupillien välinen etäisyys
VRSQ Virtual Reality Sickness Questionnaire; eräs simulaatiopahoinvoinnin mittaamiseen kehitetty kysely
SSQ Simulator Sickness Questionnaire; eräs simulaatiopahoinvoinnin mit- taamiseen kehitetty kysely
VR Virtual Reality; virtuaalitodellisuus
v
Sisällysluettelo
1 Johdanto ... 1
2 Virtuaalitodellisuus ... 3
2.1 Virtuaalitodellisuuden käsitteitä ja käyttökohteita ... 3
2.2 Sovellusten suunnitteluratkaisut pahoinvoinnin välttämiseksi ... 4
3 Simulaatiopahoinvointi ... 8
3.1 Simulaatiopahoinvoinnin teoreettinen mekanismi ... 8
3.2 Simulaatiopahoinvoinnin mittaustavat ... 10
3.3 Päänliikkeiden vaikutus simulaatiopahoinvointiin ... 12
4 Metodit ... 15
4.1 Tutkimuksen osallistujat ... 15
4.2 Sovelluksen ja laitteiston kuvaus ... 17
4.3 Kyselylomakkeet ... 20
5 Tulokset ... 24
5.1 Simulaatiopahoinvoinnin oireet ... 24
5.2 Pään kiertosuunnat ja simulaatiopahoinvointi ... 26
5.3 Henkilön ominaisuudet ja simulaatiopahoinvointi ... 28
5.3.1 Ikäryhmä ja sukupuoli ... 28
5.3.2 Näkökyky ... 30
5.3.3 Aiempi virtuaalitodellisuuden käyttö ... 32
6 Pohdinta ... 34
7 Yhteenveto ... 36
Viitteet ... 37 Liitteet
Liite 1: Taustatietolomake (2 sivua) Liite 2: Pahoinvointikysely (2 sivua)
1 Johdanto
Virtuaalitodellisuuden käyttö voi aiheuttaa pahoinvointia, mikä voi vaikuttaa virtuaa- litodellisuutta hyödyntävien sovellusten käyttökokemukseen ja mahdollisuuksiin hyö- dyntää virtuaalitodellisuutta eri käyttötarkoituksiin. Tämän vuoksi on tarpeellista sel- vittää keinoja ennaltaehkäistä tai vähentää virtuaalitodellisuuden aiheuttamaa simulaa- tiopahoinvointia.
Tässä tutkielmassa simulaatiopahoinvointia tutkitaan virtuaalitodellisuutta käytettä- essä tarvittavien päänkiertojen näkökulmasta. Tunnetuimpien simulaatiopahoinvoin- nin syntymekanismia kuvailevien teorioiden mukaan sisäkorvassa sijaitsevan tasapai- noelimen tuottamat ärsykkeet voivat vaikuttaa simulaatiopahoinvointiin. Koska eri suuntaiset päänkierrot aiheuttavat tasapainoelimessä erilaisia ärsykkeitä, herää kysy- mys siitä, voivatko päänkiertojen suunnat vaikuttaa simulaatiopahoinvoinnin ilmene- miseen tai voimakkuuteen. Osa kiertosuunnista on muita yleisempiä päivittäisessä elä- mässä, minkä vuoksi on tarpeellista selvittää, aiheuttavatko pahoinvointia enemmän sellaiset kiertosuunnat, jotka ovat arjessa keskimäärin harvinaisempia ja joihin ei ole välttämättä yhtä hyvin tottunut. Simulaatiopahoinvoinnin ennaltaehkäisemisen kan- nalta on hyödyllistä selvittää, voiko virtuaalitodellisuussovelluksia kehitettäessä tehdä päänkiertoihin liittyviä suunnitteluratkaisuja, jotka vähentäisivät pahoinvoinnin toden- näköisyyttä tai vakavuutta.
Pään kiertosuuntien vaikutusta simulaatiopahoinvointiin tutkitaan kokeessa, jossa hyödynnetään koetta varten kehitettyä virtuaalitodellisuussovellusta. Sovellus ohjeis- taa käyttäjää tekemään eri suuntaisia päänkiertoja, ja kiertosuuntien vaikutuksia pa- hoinvointiin selvitetään neljän testitapauksen avulla. Ensimmäisessä testitapauksessa sovelluksen ohjeistama liikesarja sisältää kaiken suuntaisia päänkiertoja keskimäärin yhtä paljon, ja muissa kolmessa testitapauksessa kääntö-, nyökkäys- tai kallistussuun- taisia kiertoja on muita enemmän. Eri testitapauksia käyttävien henkilöiden simulaa- tiopahoinvointia mitataan kyselylomakkeen avulla, ja pahoinvoinnin eroja testitapaus- ten välillä vertaillaan pään kiertosuuntien mahdollisten vaikutusten löytämiseksi.
Tutkielman rakenne on seuraava. Luvussa 2 kerrotaan taustatietoa virtuaalitodellisuu- desta ja esitellään virtuaalitodellisuussovellusten suunnitteluratkaisuja, joiden avulla
simulaatiopahoinvointia voi ehkäistä. Luvussa 3 keskitytään simulaatiopahoinvoinnin syntymekanismeihin ja mittaustapoihin, minkä lisäksi perehdytään pahoinvoinnin ja päänliikkeiden välisiin yhteyksiin. Tutkielmaa varten toteutettua koetta kuvaillaan lu- vussa 4, ja luvut 5 sekä 6 sisältävät kokeen tulokset ja niiden tulkinnan. Lopuksi lu- vussa 7 esitetään yhteenveto tutkielmasta.
2 Virtuaalitodellisuus
Aluksi on tutustuttava siihen, mitä virtuaalitodellisuus on ja miten sovelluksia suunni- tellaan simulaatiopahoinvoinnin välttämiseksi. Luvun alussa määritellään keskeisim- mät virtuaalitodellisuuteen liittyvät käsitteet ja esitellään joitakin virtuaalitodellisuu- den sovellusaloja. Tämän jälkeen tutustutaan tiedossa oleviin virtuaalitodellisuusso- vellusten suunnitteluratkaisuihin, joiden avulla pyritään ehkäisemään sovelluksen käy- tön aiheuttamaa pahoinvointia.
2.1 Virtuaalitodellisuuden käsitteitä ja käyttökohteita
Virtuaalitodellisuus (eng. virtual reality, VR) tarkoittaa simuloitua ympäristöä, jossa vähintään visuaaliset ärsykkeet ovat kokonaan tietokoneen tuottamia ja jossa näkymä muuttuu käyttäjän toimintojen perusteella. Virtuaalitodellisuus eroaa lisätystä todelli- suudesta (eng. augmented reality, AR) siten, että lisätyssä todellisuudessa vain osa näkymästä on tietokoneen tuottamaa. (Rebenitsch & Owen, 2016) Täten reaalimaail- man elementtejä voi nähdä lisättyä todellisuutta käytettäessä muttei virtuaalitodelli- suutta käytettäessä.
Virtuaaliympäristö tarkoittaa virtuaalitodellisuudessa simuloitua realistista ja immer- siivistä ympäristöä, jonka kanssa käyttäjä voi olla vuorovaikutuksessa (Davis & al., 2014). Vaihtoehtoisesti virtuaaliympäristön voi ajatella viittaavan visuaalisiin ja mah- dollisesti myös muun tyyppisiin ärsykkeisiin, joita virtuaalitodellisuusjärjestelmä tuot- taa (Rebenitsch & Owen, 2016). Virtuaalitodellisuusjärjestelmässä virtuaaliympäris- töön kuuluvat ärsykkeet määritetään sovellustasolla ja simuloidaan laitteistotasolla.
Virtuaalitodellisuutta käytetään tyypillisesti virtuaalitodellisuus- eli VR-lasien (eng.
head-mounted display, HMD) avulla (Dużmańska & al., 2018). Virtuaalitodellisuus- laseissa on joko omat näytöt molemmille silmille tai yksi näyttö, joka renderöi kaksi kuvaa (Rebenitsch & Owen, 2016). Näyttö tai näytöt voidaan renderöidä monoskoop- pisesti, missä tapauksessa molemmille silmille näytettävät kuvat ovat samat, tai ste- reoskooppisesti, missä tapauksessa silmien eri näkökulmat simuloidaan näyttämällä eri kuvat silmille (Rebenitsch & Owen, 2016). Virtuaalitodellisuutta voidaan käyttää
myös silmien eteen erillisellä headsetillä asetetun mobiililaitteen avulla, mistä käyte- tään nimitystä mobiili-VR (Guna & al., 2019). Lisäksi on olemassa CAVE-järjestelmiä (eng. cave automatic virtual environment, CAVE), joissa virtuaaliympäristö heijaste- taan projektoreiden avulla ympäröiville seinille ja joita käytetään 3D-lasit päässä (Dużmańska & al., 2018). Tässä tutkielmassa virtuaalitodellisuus tarkoittaa virtuaali- todellisuuslaseja tai mobiili-VR:ää hyödyntäviä sovelluksia, ja niitä käytettäessä visu- aaliset ärsykkeet ovat kokonaan tietokoneella tuotettuja.
Virtuaalitodellisuudella on runsaasti sovellusaloja. Tyypillinen hyötykäyttötarkoitus on tietojen ja taitojen opettaminen. Virtuaalitodellisuutta onkin hyödynnetty työväli- neenä muun muassa opetuksessa useilla koulutusasteilla (McGovern & al., 2019) ja eri työaloihin liittyvissä koulutuksissa (Tichon, 2012). Toisaalta virtuaalitodellisuutta voidaan käyttää viihteenä, ja tästä esimerkkinä ovat VR-videopelit (Pallavicini & al., 2019).
Virtuaalitodellisuus soveltuu monipuolisiin käyttötarkoituksiin, koska sen avulla voi- daan rakentaa virtuaalisia ympäristöjä ja simuloida tilanteita käyttötarkoituksen mu- kaan. Virtuaalitodellisuuden käytössä ongelmana voi kuitenkin olla simulaatiopahoin- vointi, joten pahoinvoinnin ehkäiseminen esimerkiksi sovellussuunnittelun keinoin voi parantaa virtuaalitodellisuuden käyttökokemusta ja VR-teknologian käyttömah- dollisuuksia.
2.2 Sovellusten suunnitteluratkaisut pahoinvoinnin välttämiseksi
Huomattava osa virtuaalitodellisuussovellusten suunnitteluun liittyvistä suosituksista on peräisin kaupallisilta yrityksiltä. Esimerkiksi Oculus VR, LLC (2017) ja Epic Ga- mes, Inc. (2021) ovat julkaisseet ohjeita sovellussuunnitteluun simulaatiopahoinvoin- nin aiheuttamisen välttämiseksi.
Monet simulaatiopahoinvointiin liittyvistä suosituksista liittyvät siihen, kuinka kame- ran tai käyttäjän virtuaalisen hahmon tulisi liikkua virtuaaliympäristössä. Lähtökohtai- sesti käyttäjän tulisi voida säilyttää kameran hallinta itsellään, mutta jos kameraa lii- kutetaan ilman käyttäjän aloitetta, sitä täytyisi enteillä, jotta käyttäjä tietäisi varautua kameran liikkeeseen (Oculus VR, LLC, 2017). Jos kamera liikkuu, sen tulisi liikkua
tasaisella nopeudella, eli liikkeen nopeuttamista tai hidastamista liikkeen aloituksen jälkeen ei suositella (Oculus VR, LLC, 2017); sama pätee käyttäjän virtuaalisen hah- mon liikenopeuteen (Epic Games, Inc., 2021). Kamera suositellaan pidettäväksi riittä- vän korkealla virtuaalisesta maanpinnasta, koska käyttäjän näkökulman ollessa lähem- pänä maata virtuaaliympäristön maasto täyttää suuremman osan näkökentästä ja muut- tuu nopeammin, mikä aiheuttaa voimakkaampia visuaalisia ärsykkeitä (Oculus VR, LLC, 2017).
Sovelluksessa käytetyillä väreillä ja valoilla voi olla vaikutusta simulaatiopahoinvoin- tiin. Suurikontrastisia välkkyviä ärsykkeitä ja hienosyisiä tekstuureja tulisi välttää näy- tön välkkymisen ehkäisemiseksi (Oculus VR, LLC, 2017). Kuvassa 1 vasemmalla on esimerkki virtuaalitodellisuussovellukseen huonosti soveltuvasta suurikontrastisesta ja tiheäkuvioisesta tekstuurista. Vastaavasti kuvassa 1 oikealla on suurikuvioisempi ja matalakontrastisempi tekstuuri, jonka voi olettaa aiheuttavan vähemmän näytön välk- kymistä. Virtuaaliympäristössä on lisäksi suositeltavaa käyttää himmeää valaistusta ja viileitä värisävyjä, koska kirkkaat valot voivat aiheuttaa pahoinvointia nopeammin kuin himmeät valot (Epic Games, Inc., 2021).
Kuva 1. Esimerkit hienosyisestä ja suurikontrastisesta tekstuurista (vas.) sekä suurikuvioisem- masta ja matalakontrastisemmasta tekstuurista (oik.).
Osa simulaatiopahoinvoinnin ehkäisemiseen tarkoitetuista suosituksista liittyy siihen, kuinka sovelluskehityksessä tulisi huomioida laitteiston ominaisuudet. Sovelluksen suorituskykyyn tulisi kiinnittää erityistä huomiota latenssin eli käyttäjän toimintojen ja näytönpäivityksen välisen viiveen minimoimiseksi (Oculus VR, LLC, 2017; Epic
Games, Inc., 2021). Kameran näkökentän kokoa ei suositella muokattavan, koska se voi vääristää näkymää päänliikkeiden yhteydessä (Epic Games, Inc., 2021). Lisäksi kameran näkökentän koon muokkaaminen voi vääristää liikeratojen kokoa virtuaa- liympäristössä niin, että tietynkokoinen liike todellisuudessa vastaa eri suuruista lii- kettä virtuaalitodellisuudessa, mikä puolestaan voi aiheuttaa huonovointisuutta virtu- aalitodellisuuden käytön jälkeen. Toisaalta laitteiston näytön mahdollistamaan näkö- kentän kokoon liittyen on havaittu, että suurempi näkökenttä liittyy pahoinvointiin ja että pienempi näkökenttä vähentää pahoinvoinnin riskiä. Pieni näkökenttä vaatii kui- tenkin enemmän päänkääntöjä virtuaalimaailman tarkastelemiseksi, mikä voi vaikut- taa huonovointisuuteen. (Oculus VR, LLC, 2017)
Myös virtuaaliympäristön suunnittelulla voi vaikuttaa simulaatiopahoinvointiin. Käyt- täjän huomion ohjaaminen virtuaaliympäristössä kameraa siirtämällä voi aiheuttaa pa- hoinvointia, minkä vuoksi esimerkiksi äänitehosteita, poimittavia esineitä tai virtuaa- liympäristön henkilöhahmoja voi hyödyntää käyttäjän ohjaamisessa (Oculus VR, LLC, 2017). Lisäksi virtuaaliympäristössä kannattaa olla portaiden sijaan hissejä (Epic Games, Inc., 2021). On otettava myös huomioon, että pitkäkestoinen yhtäjaksoinen virtuaalitodellisuuden käyttö lisää pahoinvoinnin riskiä, joten sovelluksen tulisi sallia riittävät tauot (Oculus VR, LLC, 2017). Esimerkiksi Oculus Rift S -virtuaalitodelli- suuslasien terveyteen ja turvallisuuteen liittyvissä varoituksissa ohjeistetaan pitämään taukoa vähintään 10–15 minuutin ajan aina 30 minuutin välein sekä lisäämään tauko- jen määrää tai pituutta tarvittaessa (Facebook Technologies, LLC, 2021b).
Virtuaalitodellisuussovelluksiin liittyviä suosituksia on kehitetty myös tieteellisissä konteksteissa. Esimerkiksi Porcino & al. (2016) toteavat, että virtuaalitodellisuudessa pahoinvointia voi aiheuttaa se, jos virtuaalitodellisuussovellus ei tunnista hyppyliik- keitä vaan käsittelee ne samalla tavalla kuin kävelyliikkeen. Lisäksi Porcino & al.
(2016) ovat kehittäneet ohjeita siitä, kuinka virtuaalitodellisuussovellusten tulisi mal- lintaa käyttäjän huomiota. Esimerkkejä ohjeista ovat, että käyttäjälle tulisi varata vä- hintään 500 millisekuntia aikaa kiinnittää huomionsa kohteesta toiseen ja että liiallista näkymän sumentamista syvyysefektien mallintamiseksi tulisi välttää. Sovellussuun- nittelussa täytyisi myös huomioida, että käyttäjä voi kiinnittää huomionsa mihin ta- hansa kohteeseen riippumatta siitä, missä kohdassa näkökenttää kohde on, kuinka etäällä kohde on tai onko kohde liikkeessä. (Porcino & al., 2016)
Yhteenvetona voi todeta, että simulaatiopahoinvoinnin välttämiseksi virtuaalitodelli- suussovelluksia on suositeltavaa suunnitella siten, että käyttäjä voi hallita virtuaaliym- päristössä liikkumistaan mahdollisimman paljon. On huolehdittava siitä, että sovelluk- sen kameran liikkeet ovat yhteydessä käyttäjän toimintoihin. Lisäksi vuorovaikutuk- sen virtuaaliympäristön kanssa tulisi muistuttaa reaalimaailman olosuhteita erityisesti siitä näkökulmasta, kuinka virtuaaliympäristössä tehdyt liikkeet yhdistyvät visuaali- seen palautteeseen. Tähän voi vaikuttaa minimoimalla latenssiin vaikuttavat suoritus- kykyongelmat ja huolehtimalla siitä, etteivät käyttäjän liikkeet vääristy virtuaaliympä- ristössä. Virtuaalitodellisuussovelluksen tulisi myös mahdollistaa riittävä taukojen pi- täminen ja ohjata käyttäjän huomiota olennaisiin kohteisiin keinoilla, jotka eivät ai- heuta pahoinvointia.
3 Simulaatiopahoinvointi
Simulaatiopahoinvointi tarkoittaa tietokonesimulaation aiheuttamia negatiivisia sivu- vaikutuksia. Simulaatiopahoinvoinnin oireita voivat olla esimerkiksi huimaus, pään- särky, vatsaoireet, silmien väsymys ja keskittymisvaikeudet (Yildirim, 2019). Useim- mat oireista ovat samoja kuin matkapahoinvoinnissa (Nalivaiko & al., 2015), mutta simulaatiopahoinvoinnin oireet ovat yleensä selvästi lievempiä kuin matkapahoinvoin- nin (Kim & al., 2018).
Käsite simulaatiopahoinvointi on alun perin liittynyt sovelluksiin, jotka eivät seuraa päänliikkeitä, joten virtuaalitodellisuuslaseja hyödyntävien sovellusten tapauksessa käytetään myös käsitettä kyberpahoinvointi (Dużmańska & al., 2018). Virtuaalitodel- lisuuden käytöstä johtuvaa pahoinvointia kutsutaan myös visuaalisesti aiheutuvaksi matkapahoinvoinniksi (eng. visually induced motion sickness, VIMS) (Ng & al., 2020), ja samaa nimitystä käytetään myös perinteisiä näyttöjä hyödyntävien medioiden ai- heuttamasta pahoinvoinnista. Tässä tutkielmassa virtuaalitodellisuuden käytön aikana ilmenevää pahoinvointia kutsutaan simulaatiopahoinvoinniksi riippumatta lähdekirjal- lisuudessa käytetyistä termeistä.
Aiemmin kerrottiin virtuaalitodellisuussovellusten suunnitteluratkaisuista, joiden avulla simulaatiopahoinvointia voi pyrkiä välttämään. Seuraavaksi tutustutaan siihen, mitä tiedetään simulaatiopahoinvoinnin mahdollisista syntymekanismeista ja mitä kei- noja pahoinvoinnin mittaamiseen on. Luvun lopussa selvitetään, miten päänliikkeet voivat vaikuttaa pahoinvointiin virtuaalitodellisuutta käytettäessä.
3.1 Simulaatiopahoinvoinnin teoreettinen mekanismi
Simulaatiopahoinvoinnin aiheuttajaa ei tunneta (Davis & al., 2014), mutta simulaa- tiopahoinvoinnin mahdollisista syntymekanismeista on useita teorioita. Teorioista si- teeratuimpia ovat aistikonfliktiteoria ja epävakaan asennon teoria (Risi & Palmisano, 2019).
Aistikonfliktiteorian (eng. sensory conflict theory) mukaan pahoinvointia aiheuttavat näköaistin ja tasapainoelimen tuottamat ristiriitaiset ärsykkeet sekä keskushermoston
sisäinen malli, joka hyödyntää aiemmin koettuja ärsykkeitä uusien liike- ja aistiärsyk- keiden ennakoimisessa (Ng & al., 2020). Pahoinvointi voi alkaa esimerkiksi tilan- teessa, jossa paikallaan oleva VR-käyttäjä näkee liikkeeseen viittaavia ärsykkeitä. Täl- löin näköaisti havaitsee liikettä, muttei liikettä voida havaita tasapainoelimessä, koska käyttäjä on paikallaan, mikä aiheuttaa ristiriidan aistiärsykkeiden välille. On kuitenkin huomioitava, että tasapainoelin reagoi vain kiihtyvyyteen, minkä vuoksi tasaiseen tie- tynsuuntaiseen liikkeeseen viittaavat visuaaliset ärsykkeet eivät yleensä aiheuta pa- hoinvointia muulloin kuin visuaalisen liikkeen alkaessa (Keshavarz & al., 2015). Vir- tuaalitodellisuuden toistuva käyttö voi vähentää simulaatiopahoinvointia tai lieventää sen oireita (Gavgani & al., 2017; Risi & Palmisano, 2019), mikä voi teorian perusteella johtua toistuviin ärsykkeisiin sopeutuvasta keskushermoston sisäisestä mallista.
Aistikonfliktiteoriassa on kyse erityisesti näköaistin ja tasapainoelimen ristiriidasta, minkä takia on selvitettävä, mikä näiden rooli on simulaatiopahoinvoinnissa. On ha- vaittu, ettei matkapahoinvoinnin tai visuaalisesti aiheutuvan pahoinvoinnin kokemi- nen ole mahdollista henkilöille, joiden tasapainoelin ei toimi ollenkaan (Bos, 2011).
Tällöin normaalista kokemuksesta poikkeavaa ristiriitaa näköaistin ja tasapainoelimen välille ei muodostu, mikä on johdonmukaista aistikonfliktiteorian kannalta. Sokeat henkilöt voivat kuitenkin kokea matkapahoinvointia (Bos, 2011), vaikka näköaistin ja tasapainoelimen signaalit eivät tällöin poikkea toisistaan tavallista enempää. Tämä vaikuttaa korostavan tasapainoelimen roolia ainakin matkapahoinvoinnissa ja visuaa- lisesti aiheutuvassa pahoinvoinnissa. Toistaiseksi ei tiedetä, vaikuttaako tasapainoeli- men toimimattomuus virtuaalitodellisuudessa koettuun pahoinvointiin. Muun tyyppis- ten pahoinvointien perusteella vaikuttaa kuitenkin tarpeelliselta selvittää tasapainoeli- men ja simulaatiopahoinvoinnin mahdollista yhteyttä.
Epävakaan asennon teoria (eng. postural instability theory) perustuu näkemykseen, jonka mukaan kehon tasapainon säilyttäminen on keskeistä pahoinvoinnin välttä- miseksi ja että pitkäkestoinen tasapainon järkkyminen voi tämän vuoksi aiheuttaa pa- hoinvointia (Dennison & D’Zmura, 2017). Simulaatiopahoinvoinnin oireiden olete- taan voimistuvan sitä mukaa, mitä kauemmin virtuaalitodellisuutta käytetään yhtäjak- soisesti (Davis & al., 2014). Lisäksi teoriaan sisältyy ajatus siitä, että tasapainon epä- vakaus on edellytyksenä pahoinvoinnille ja että epätasapaino ilmenee jo ennen pahoin- voinnin alkamista (Arcioni & al., 2019).
Epävakaan asennon teorian mukaan simulaatiopahoinvointia aiheuttavia ärsykkeitä ovat ympäristön merkittävät tai äkilliset muutokset, joita varten VR-käyttäjä ei ole ke- hittänyt strategioita tasapainonsa säilyttämiseksi (Davis & al., 2014). Tämän perus- teella ei voi päätellä, oletetaanko tietyntyyppisten ärsykkeiden tuottavan aina pahoin- vointia vai sisältyykö teoriaan aistikonfliktiteorian tavoin ajatus tottumisesta virtuaa- litodellisuuden tuottamiin ärsykkeisiin. Toisaalta epävakaan asennon ja henkilön huo- jumisen on havaittu ennakoivan pahoinvoinnin todennäköisyyttä virtuaalitodellisuu- dessa (Arcioni & al., 2019; Risi & Palmisano, 2019), joten asennon epävakauden pe- rusteella vaikuttaa olevan mahdollista arvioida, millaiset VR-käyttäjät kokevat pahoin- vointia muita todennäköisemmin.
Aistikonfliktiteorian ja epävakaan asennon teorian lisäksi on esitetty ainakin myrky- tysteoriaa (eng. poison theory), jonka mukaan epäjohdonmukaiset aistiärsykkeet tul- kitaan kehossa myrkytystilan aiheuttamiksi, mikä laukaisee pahoinvoinnin mahdolli- sen myrkyn poistamiseksi kehosta (Davis & al., 2014). Davis & al. (2014) huomaut- tavat kuitenkin, että myrkytysteoriaa puoltavia todisteita on vähän ja ettei myrkytys- teoria selitä laajaa simulaatiopahoinvoinnin oireiden kirjoa.
On todettu, että tietokonesimulaatioissa virtuaalitodellisuuslasien käyttö aiheuttaa tyy- pillisesti enemmän pahoinvointia kuin tavallisen näytön käyttö (Dennison & D’Zmura, 2018; Arnold & al., 2019; Yildirim, 2019), minkä perusteella voi pitää mahdollisena, että virtuaalitodellisuuden käyttöön liittyy pahoinvointia myös laitteiston ominaisuuk- sien takia. Simulaatiopahoinvointi voi olla myös osittain yksilöllistä: esimerkiksi Re- benitsch & Owen (2014) ovat havainneet, että aiemmin koettu matkapahoinvointi kor- reloi simulaatiopahoinvoinnin kanssa ja että aiempi kokemus videopelien pelaamisesta liittyy vähäisempään pahoinvointiin virtuaalitodellisuutta käytettäessä.
3.2 Simulaatiopahoinvoinnin mittaustavat
Simulaatiopahoinvointia voidaan mitata itsearvioinnin, fysiologisten mittarien (Re- benitsch & Owen, 2016) ja kognitiivisten mittarien perusteella (Nalivaiko & al., 2015).
Itsearviointiin perustuvia kyselylomakkeita voi kuitenkin pitää de facto -standardina pahoinvoinnin mittaamisessa (Rebenitsch & Owen, 2016).
Eräs useimmin käytetyistä simulaatiopahoinvointia mittaavista kyselylomakkeista on Kennedy & al.:n (1993) Simulator Sickness Questionnaire (SSQ), joka on kehitetty simulaattoreiden aiheuttaman pahoinvoinnin mittaamista varten. SSQ:n soveltuvuutta virtuaalitodellisuussovelluksiin on kritisoitu (Sevinc & Ilker, 2020), mutta sen pohjalta on tehty esimerkiksi Kim & al.:n (2018) Virtual Reality Sickness Questionnaire (VRSQ) erityisesti virtuaalitodellisuussovelluksia varten. Vaikka kirjallisen kyselylo- makkeen käyttö on yleistä, pahoinvointia on mahdollista itsearvioida myös suullisesti (Dużmańska & al., 2018). Esimerkiksi Keshavarz & Hecht (2011) ovat käyttäneet omaa Fast Motion Sickness Scale (FMS) -menetelmäänsä siten, että VR-käyttäjä arvioi olotilaansa suullisesti käyttäen numeerista asteikkoa ja että arviointia jatketaan toistu- vasti virtuaalitodellisuuden käytön aikana.
Kyselylomaketta käytettäessä on valittava, täytetäänkö lomake vain virtuaalitodelli- suuden käytön jälkeen vai sekä ennen virtuaalitodellisuuden käyttöä että sen jälkeen.
On otettava huomioon, että pahoinvointikyselyn täyttö ennen ja jälkeen virtuaalitodel- lisuuden käytön voi saada koehenkilöt raportoimaan voimakkaampaa pahoinvointia kuin jos kysely täytettäisiin pelkästään käytön jälkeen (Young & al., 2007). Tästä huo- limatta esimerkiksi Bimberg & al. (2020) pitävät asianmukaisena käyttää kyselylo- makkeita ennen tutkimusta ja tutkimuksen jälkeen etenkin tilanteissa, joissa sama hen- kilö täyttää kyselylomakkeen useampaan kertaan joka tapauksessa. Lisäksi Young &
al. (2007) huomauttavat, että ennen tutkimusta ja tutkimuksen jälkeen täytettyjen ky- selylomakkeiden tulosten vertailu voi olla hyödyllistä selvitettäessä ärsykkeiden vai- kutuksia tiettyihin oireisiin.
Pahoinvoinnin fysiologisina mittareina voidaan käyttää esimerkiksi sykettä, verenpai- netta sekä hengityksen tahtia (Rebenitsch & Owen, 2016). Puolestaan kognitiivisena mittarina voidaan käyttää esimerkiksi reaktionopeutta, jonka on todettu hidastuvan pa- hoinvoinnin lisääntymisen myötä (Nalivaiko & al., 2015). Lisäksi asennon epävakau- den ja liikehdinnän tarkastelu voi soveltua pahoinvoinnin mittaamiseen, sillä huono- vointiset VR-käyttäjät tekevät keskimäärin pienempiä liikkeitä kuin parempivointiset käyttäjät erityisesti eteen- ja taaksepäin suuntautuvien liikkeiden osalta (Rebenitsch &
Owen, 2016).
3.3 Päänliikkeiden vaikutus simulaatiopahoinvointiin
Päänliikkeillä vaikuttaa olevan yhteys simulaatiopahoinvointiin virtuaalitodellisuusla- seja käytettäessä. On todettu, että nopeat ja korostetun suuret päänliikkeet liittyvät pa- hoinvointiin voimakkaammin kuin luontevat päänliikkeet. Lisäksi on havaittu, että voimakasta simulaatiopahoinvointia kokevat VR-käyttäjät saattavat liikuttaa päätään vähemmän virtuaalisen tehtävän aikana kuin muut käyttäjät, mikä voi johtua pyrki- myksestä välttää pahoinvoinnin pahenemista. (Palmisano & al., 2017)
Viivettä päänliikkeiden ja VR-lasien näytönpäivityksen välillä pidetään mahdollisena selityksenä päänliikkeiden ja virtuaalitodellisuudessa ilmenevän simulaatiopahoin- voinnin yhteydelle, koska viive aiheuttaa eriaikaisuutta näköaistimusten ja tasapai- noelimen havaitseman kiihtyvyyden välille (Palmisano & al., 2017). Silti latenssin ja simulaatiopahoinvoinnin yhteys on epäselvä. Esimerkiksi Moss & al. (2011) vertaili- vat normaaliin näytönpäivitysviiveeseen lisättyjä 0, 145 ja 300 millisekunnin viiveitä eivätkä havainneet viiveen pituuden vaikuttavan simulaatiopahoinvointiin. Myös Dra- per & al. (2001) testasivat lisäviiveitä väliltä 125–250 millisekuntia ja totesivat, ettei merkitsevää muutosta pahoinvoinnin voimakkuudessa ollut siitäkään huolimatta, että VR-käyttäjät huomasivat pidemmän viiveen.
Edellä mainituissa tutkimuksissa normaaliin näytönpäivitysviiveeseen lisätty viive on pidetty samana sovelluksen käytön aikana, joten vaikuttaa siltä, ettei tasaisen näytön- päivitysviiveen pituus vaikuta simulaatiopahoinvointiin. Herää kuitenkin kysymys siitä, voiko viiveen huomattava vaihtelu käytön aikana aiheuttaa simulaatiopahoin- vointia. Tasaiseen viiveeseen tottuminen voi olla syynä sille, miksi viiveen pituus ei vaikuta pahoinvointiin, mutta vaihtelevan viiveen tapauksessa samankaltaista tottu- mista ei välttämättä tapahtuisi. Vaihteleva viive aiheuttaisi myös eri suuruisia ristirii- toja näköaistin ja tasapainoelimen ärsykkeiden välille, minkä vuoksi käyttäjän voisi olla vaikeampaa tottua ärsykkeeseen.
Virtuaalitodellisuuden käyttöön liittyviä päänliikkeitä tarkasteltaessa tulee huomioida myös pään kiertosuunnat, joita ovat kääntäminen, nyökkääminen ja kallistaminen. Ku- vassa 2 kiertosuunnat on havainnollistettu x-, y- ja z-akseleilla siten, että x-akseli osoit- taa eteenpäin eli näkökentän suuntaan.
Kuva 2. Kaavio eri kiertosuunnista.
On erilaisia syitä sille, miksi kukin pään kiertosuunta voi liittyä pahoinvointiin. Osa kiertosuunnista on ihmisten päivittäisissä toiminnoissa muita yleisempiä: esimerkiksi pään kääntäminen sivusuunnassa on keskimäärin yleisempää kuin nyökkääminen tai kallistaminen, ja pään pitäminen paikallaan vasemmalle tai oikealle suunnattuna on yleisempää kuin staattinen pito nyökkäys- tai kallistussuunnassa (Keshavarz & al., 2019). Tämän vuoksi epäjohdonmukaisuudet kääntösuuntaisen liikkeen ärsykkeissä voivat olla näkö- ja tasapainoaistille helpompia havaita. Toisaalta kallistaminen on melko harvinainen kiertosuunta, minkä vuoksi näkö- ja tasapainoaisti eivät välttämättä ole kehittyneet käsittelemään sitä yhtä hyvin kuin muita suuntia. Nyökkäyssuuntaiset ärsykkeet puolestaan vaikuttavat esimerkiksi merisairauteen. (Rebenitsch & Owen, 2016)
Kiertosuuntien vaikutuksia pahoinvointiin on tutkittu lähinnä visuaalisesti aiheutuvan matkapahoinvoinnin näkökulmasta. Lo & So (2001) vertailivat kääntö-, nyökkäys- ja kallistussuuntaisia näkymän oskillaatioita eivätkä havainneet merkitsevää eroa pa- hoinvoinnissa eri akselien välillä. Rebenitsch & Owen (2016) toteavatkin, ettei yksit- täisten akselien ajatella aiheuttavan pahoinvointia muita akseleita enemmän mutta että useita akseleita yhdistävä kiertoliike aiheuttaa tyypillisesti enemmän pahoinvointia
liikkeeseen viittaavia visuaalisia ärsykkeitä ja havaitsivat, että pelkästään nyökkäys- suuntaista liikettä simuloivat ärsykkeet aiheuttivat vähemmän pahoinvointia kuin kahta tai kolmea suunta-akselia yhdistävät ärsykkeet.
Aiempaa tutkimusta kiertosuuntien vaikutuksista pahoinvointiin käyttäjän päänliikkei- siin synkronoidussa virtuaalitodellisuudessa ei vaikuta olevan. Koska pahoinvoinnin on todettu liittyvän näkö- ja tasapainoaistin ristiriitoihin, on otettava huomioon, ettei virtuaalitodellisuudessa eriaikaisuutta päänliikkeiden ja visuaalisten ärsykkeiden vä- lillä voi täysin välttää. Viive näkymän päivityksessä voi myös vaihdella virtuaalitodel- lisuuden käytön aikana esimerkiksi sen mukaan, milloin sovelluksen suorittaminen vaatii enemmän resursseja ja suorituskykyä laitteistolta. Lisäksi päänliikkeisiin synk- ronoitu virtuaalitodellisuus eroaa visuaalisesti aiheutuvan matkapahoinvoinnin tyypil- lisistä testiolosuhteista siten, että käyttäjä voi liikkua ja tarkastella virtuaaliympäristöä itsenäisesti, joten visuaalisesti aiheutuvaan matkapahoinvointiin liittyviä tutkimuksia ei voi välttämättä suoraan yleistää virtuaalitodellisuuteen.
4 Metodit
Tutkielmaa varten toteutettiin koe, jossa pyrittiin selvittämään, onko pään kiertosuun- nilla merkitystä simulaatiopahoinvoinnin ilmenemiseen tai voimakkuuteen virtuaali- todellisuutta käytettäessä. Kokeessa oli neljä testitapausta: kääntöjen painottaminen, nyökkäysten painottaminen, kallistusten painottaminen sekä kunkin kolmen kierto- suunnan tasapainotettu käyttö. Tutkimukseen osallistuneet henkilöt jaettiin satunnai- sesti neljään ryhmään, joihin kuhunkin liittyi eri testitapaus. Ennen virtuaalitodellisuu- den käyttöä koehenkilöt täyttivät taustatietoihin liittyvän kyselylomakkeen. Koehen- kilöt käyttivät testitapauksen mukaan muokattua virtuaalitodellisuussovellusta 10 mi- nuutin ajan, ja käytön jälkeen kunkin henkilön kokemaa pahoinvointia mitattiin kyse- lylomakkeen avulla.
Ensiksi kuvaillaan, millaisia henkilöitä tutkimukseen osallistui ja millaista VR-sovel- lusta ja laitteistoa käytettiin. Sen jälkeen käydään läpi, kuinka tutkimuksessa käytetyt kyselylomakkeet kehitettiin ja miten pahoinvointikyselyn tulokset tulkitaan.
4.1 Tutkimuksen osallistujat
Tutkimuksen osallistujiksi hyväksyttiin vain sellaisia vähintään 18 vuotta täyttäneitä henkilöitä, joilla ei ole todettu migreeniä, epilepsiaa tai muuta terveydentilaan liittyvää seikkaa, joka saattaisi haitata virtuaalitodellisuuden turvallista käyttöä. Ennen tutki- musta koehenkilöille annettiin tiedote tutkimuksen tarkoituksesta, tutkimustilanteen kulusta ja kerätyn datan käsittelystä. Koehenkilöt antoivat kirjallisen suostumuksen tutkimukseen osallistumisesta, ja heitä tiedotettiin siitä, että he voivat keskeyttää VR- sovelluksen käytön tai tutkimukseen osallistumisen milloin tahansa ilman seuraamuk- sia ja että keskeyttämiseen mennessä kerättyjä tietoja voidaan käyttää tutkielmassa.
Tutkimukseen osallistui yhteensä 20 henkilöä. Heistä 6 (30 %) oli naisia ja 14 (60 %) miehiä. Koehenkilöitä oli kaikista ikäryhmistä, kuten voi todeta kuvan 3 ympyräkaa- vion perusteella. Eniten tutkimukseen osallistui henkilöitä 18–29-vuotiaiden ikäryh- mästä, sillä siihen kuului 35 prosenttia kaikista koehenkilöistä. Kuhunkin tutkimuksen neljästä testiryhmästä kuului 5 henkilöä.
Kuva 3. Ympyräkaavio koehenkilöiden ikäryhmistä. Sektorin ylempi luku on koehenkilöiden määrä, ja alempi prosenttiluku on osuus kaikista koehenkilöistä.
Koehenkilöille annetussa taustatietokyselyssä kysyttiin näkökykyä. 10 henkilöä (50
%) vastasi näkökykynsä olevan normaali, ja loput 10 (50 %) henkilöä vastasivat käyt- tävänsä silmälaseja. Silmälaseja käyttävistä koehenkilöistä puolet käyttävät moniteho- laseja. Tutkimustilanteessa VR-käytön aikana puolet silmälaseja tarvitsevista henki- löistä käytti silmälaseja tai piilolinssejä ja puolet ei kumpiakaan.
Taustatietokyselyssä selvitettiin aiempaa kokemusta virtuaalitodellisuuden käytöstä ja käyttötottumuksia. Valtaosalla tutkimukseen osallistuneista henkilöistä oli joko vähän tai ei ollenkaan kokemusta virtuaalitodellisuudesta. Kaikista koehenkilöistä 15 (75 %) ei ollut koskaan käyttänyt virtuaalitodellisuutta. Vastaavasti virtuaalitodellisuutta aiemmin käyttäneitä henkilöitä oli 5 (15 %), ja heistä 3 oli käyttänyt virtuaalitodelli- suutta viimeisen vuoden aikana. Yhteensä 2 henkilöä eli 40 prosenttia virtuaalitodelli- suutta aiemmin käyttäneistä koehenkilöistä oli joskus kokenut simulaatiopahoinvoin- tia virtuaalitodellisuuden käytön takia.
4.2 Sovelluksen ja laitteiston kuvaus
Tutkimusta varten kehitettiin Unity-ohjelmiston (Unity Technologies, 2021b) sekä Fa- cebook Technologies, LLC:n kehittämän Oculus Integration -lisäosan (Unity Techno- logies, 2021a) avulla VR-sovellus, jonka tarkoitus on ohjata käyttäjää tekemään tietyn suuntaisia päänkiertoja. Sovellusta käytettäessä tehtävänä on seurata edessä näkyvää punaista palloa päänliikkeiden avulla siten, että pallo pysyy näkökentän keskellä. So- velluksessa on myös tilanteita, joissa pallo muuttuu harmaan väriseksi ja liikkuu käyt- täjää kohti, jolloin tarkoituksena on ”väistää” palloa kallistamalla päätä seinälle ilmes- tyneen nuolen suuntaan. Kuvassa 4 vasemmalla on näkymä silloin, kun käyttäjän kuu- luu seurata punaista palloa, ja oikealla näkymä silloin, kun palloa täytyy väistää. Käy- tännössä sovellus ohjaa käyttäjää tekemään kääntö- ja nyökkäyssuuntaisia päänkier- toja silloin, kun pallo on punainen, ja kallistussuuntaisia liikkeitä silloin, kun pallo tulee kohti.
Kuva 4. Ruudunkaappauksia tutkimusta varten kehitetystä VR-sovelluksesta.
Kuvassa 5 on havainnollistettu kaikki pisteet, joita kohti pallo voi liikkua. Mustat vii- vat kuvaavat sitä, mihin suuntiin pallo voi liikkua pisteestä. Mustien viivojen ja usei- den pallojen lisäksi lattialla olevaa neliötä ei näy varsinaisessa sovelluksessa, mutta kuvassa 5 neliö osoittaa käyttäjän sijainnin virtuaaliympäristössä. Testin aikana käyt- täjä katsoo punaisten pallojen takana olevan seinän suuntaan.
Kuva 5. Pallon mahdolliset sijaintipisteet sovelluksessa.
Sovelluksessa on neljä eri testitapausta, joita kuvaillaan taulukossa 1. Testitapaukset suunniteltiin siten, että eri testitapauksissa tarvitaan eri määrät tietynsuuntaisia pään- liikkeitä. Tasapainotetussa testitapauksessa sovelluksen käyttäjä tarvitsee yhtä monta päänliikettä kuhunkin kiertosuuntaan, mutta muissa kolmessa testitapauksessa yksit- täistä liikesuuntaa on painotettu siten, että kaksi kolmasosaa tarvittavista liikkeistä on kyseiseen liikesuuntaan.
Sovellus pyrittiin suunnittelemaan siten, ettei siinä olisi pään kiertosuuntien lisäksi muita pahoinvointiin mahdollisesti vaikuttavia tekijöitä. Pallon liikenopeus on vakio, jotta nopeuden muutokset eivät vääristäisi mahdollisia päänliikkeiden suuntaan liitty- viä vaikutuksia. Virtuaaliympäristössä käytettiin himmeää valaistusta ja tummia vä- rejä, ja näytön välkkymistä ehkäistiin sillä, ettei hienosyisiä tekstuureja käytetty. Li- säksi testitapaukseen liittyvä liikesarja on sama jokaisella sovelluksen käyttökerralla, joten samaan testiryhmään kuuluvat koehenkilöt suorittavat saman liikesarjan.
Taulukko 1. Ryhmien numerot ja ryhmiin liittyvien testitapausten tiedot.
Ryhmä Testitapaus Kuvaus
1 Tasapainotettu Tehtävässä vaaditaan yhtä monta kääntö-, nyökkäys- ja kallistussuuntaista päänkiertoa.
2 Kääntäminen Tehtävässä tarvittavista päänkierroista kaksi kolmas- osaa on kääntösuuntaisia. Nyökkäys- ja kallistussuun- taisia kiertoja on yhtä monta.
3 Nyökkääminen Tehtävässä tarvittavista päänkierroista kaksi kolmas- osaa on nyökkäyssuuntaisia. Kääntö- ja kallistussuun- taisia kiertoja on yhtä monta.
4 Kallistaminen Tehtävässä tarvittavista päänkierroista kaksi kolmas- osaa on kallistussuuntaisia. Kääntö- ja nyökkäyssuun- taisia kiertoja on yhtä monta.
Virtuaalitodellisuussovellukselle tehtiin esitestausta, jonka perusteella parannettiin so- velluksen visuaalisia ominaisuuksia. Seinälle ilmestyvien mustien nuolten erottu- vuutta paranneltiin lisäämällä niihin valkoiset reunukset. Lisäksi esitestauksessa ver- tailtiin yksivärisiä ja ruutukuvioisia seiniä, joista esimerkit löytyvät kuvasta 6. Ruutu- kuvion lisäämisen seinille havaittiin tekevän helpommaksi hahmottaa ympäröivää ti- laa. Tämä voi johtua esimerkiksi siitä, että syvyyden visuaaliseen hahmottamiseen vai- kuttavat muun muassa kuvioiden suhteelliset koot (Pagel, 2019), minkä vuoksi käyt- täjän näkökulmasta ruutujen näennäiset koot toimivat syvyyttä ja etäisyyksiä ilmaise- vina visuaalisina ärsykkeinä.
Kuva 6. Vertailu näkymästä yksiväristen (vas.) sekä ruutukuvioisten (oik.) seinien välillä.
Myös sovelluksen käyttömukavuus huomioitiin suunnittelussa. Sovelluksen käytön edellyttämät liikesarjat on suunniteltu siten, että pää palautetaan neutraaliin asentoon aina ennen kiertosuunnan vaihtumista ergonomisuuden vuoksi. Lisäksi sovellus suun- niteltiin käytettäväksi istualtaan, jottei käyttäjän tarvitse siirtyä aloituspisteestään vir- tuaaliympäristössä. Toisaalta pallon liikeradan kokoa tai korkeussuuntaista sijaintia ei säädetty käyttäjän pituuden tai yksilöllisen liikkuvuuden perusteella. Koehenkilöitä ohjeistettiin ottamaan oma liikkuvuutensa huomioon ja välttämään epämiellyttävän laajoja liikeratoja.
Tutkimuksessa käytettiin Oculus Rift S -laitteistoa. Rift S:ssä on yksi LCD-näyttö, jonka resoluutio on 2560x1440 ja joka tukee 80 Hz:n päivitysnopeutta. Linssien väli- nen etäisyys on kiinteä, ja käyttäjän liikkeitä seurataan 6 vapausasteella. (Facebook Technologies, LLC, 2021a) Koska Rift S:ssä on asetus, jolla näkymää säädetään pu- pillien välisen etäisyyden (eng. interpupillary distance, IPD) mukaan, kunkin koehen- kilön IPD mitattiin ennen virtuaalitodellisuuden käyttöä, ja virtuaalitodellisuuslasien IPD-asetus säädettiin mahdollisimman sopivaksi.
4.3 Kyselylomakkeet
Tutkimuksessa koehenkilöt täyttivät taustatietolomakkeen ennen virtuaalitodellisuu- den käyttöä ja simulaatiopahoinvointia mittaavan kyselylomakkeen virtuaalitodelli- suuden käytön jälkeen. Taustatietoina kysyttiin demografisia tietoja sekä tietoa aiem- masta kokemuksesta virtuaalitodellisuuden käytöstä, sillä virtuaalitodellisuuden käyt- töön tottuminen voi vähentää tai lieventää simulaatiopahoinvointia. Pahoinvointia mit- taavassa kyselylomakkeessa on kategoristen kysymysten lisäksi avoimia kysymyksiä,
joihin koehenkilöt saivat tarvittaessa kuvailla oloaan ja pahoinvointiin vaikuttaneita ärsykkeitä. Taustatietolomake löytyy liitteestä 1 ja pahoinvointikysely liitteestä 2.
Pahoinvointia mittaavaa kyselylomaketta varten on otettu mallia Kennedy & al.:n (1993) Simulator Sickness Questionnaire (SSQ) -kyselystä, joka on suunniteltu simu- laattorien aiheuttaman pahoinvoinnin mittaamista varten, sekä Kim & al.:n (2018) Vir- tual Reality Sickness Questionnaire (VRSQ) -kyselystä, joka on mukautettu SSQ:sta virtuaalitodellisuuteen soveltuvaksi. Kennedy & al.:n (1993) kyselyn tavoin tutkimuk- sen kyselylomakkeessa olevat oireet on luokiteltu kolmeen kategoriaan: silmän liike- hermoon liittyviin eli okulomotorisiin oireisiin, sekavuuteen sekä pahoinvointiin. On syytä huomioida, että VRSQ-kysely sisältää vain okulomotorisia oireita ja sekavuu- teen liittyviä oireita, koska niiden on havaittu liittyvän simulaatiopahoinvointiin pa- hoinvointikategorian oireita voimakkaammin (Kim & al., 2018). Kyselylomakkeella listattuja pahoinvoinnin oireita on rajattu Kennedy & al.:n (1993) kyselystä, ja rajauk- sessa on käytetty hyödyksi Kim & al.:n (2018) valitsemia oireita.
Taulukko 2. Pahoinvointikyselyyn sisältyvät oireet ja niiden kategoriat.
Oire Kategoria
Silmien väsymys Okulomotorinen oire
Väsymys Okulomotorinen oire
Sumentunut näkö Okulomotorinen oire
Huimaus Sekavuus
Päänsärky Sekavuus
Yleinen huonovointisuus Sekavuus
Kuvotus Pahoinvointi
Vatsakipu Pahoinvointi
Hikoilu Pahoinvointi
Taulukko 2 sisältää pahoinvointikyselyssä mitattavat oireet ja niiden kategoriat. Koe- henkilöitä pyydetään arvioimaan kunkin oireen taso kolmiportaisella asteikolla. Pa- hoinvointipistemäärää laskettaessa asteikko muutetaan numeeriseksi siten, että 0 tar- koittaa, ettei henkilö koe oiretta ollenkaan, 1 tarkoittaa henkilön kokevan oiretta hie- man ja 2 tarkoittaa henkilön kokevan oiretta huomattavasti. Kunkin kategorian oirei- den pisteytyksistä lasketaan keskiarvo yhden desimaalin tarkkuudella, ja kokonaispis- temäärä lasketaan kategorioiden keskiarvojen summana. Täten kyselyn minimipiste- määrä on 0.0 ja maksimipistemäärä 6.0.
Taulukko 3. Pahoinvointikyselyn kokonaispistemäärän tulkinta.
Pistemäärä Tulkinta
0.0–0.9 Ei pahoinvointia
1.0–1.9 Ei merkitsevää pahoinvointia 2.0–2.9 Lievä pahoinvointi
3.0–3.9 Kohtalainen pahoinvointi 4.0–4.9 Huomattava pahoinvointi 5.0–6.0 Vakava pahoinvointi
Taulukko 3 kuvaa pahoinvointikyselyn kokonaispistemäärän tulkintatapaa. Pahoin- voinnin voimakkuuden kategorioita on kuusi, joista ensimmäiset kaksi ovat, ettei pa- hoinvointia ole ja ettei pahoinvointi ole merkitsevää. Loput kategorioista kuvaavat lie- vää, kohtalaista, huomattavaa ja vakavaa pahoinvointia.
.
5 Tulokset
Keskeisiä kysymyksiä tutkimustulosten analysoinnissa ovat, millaisia simulaatiopa- hoinvoinnin oireita koehenkilöillä ilmeni, onko pään kiertosuunnilla vaikutusta pa- hoinvointiin ja kuinka henkilön ominaisuudet tai aiempi virtuaalitodellisuuden käyttö vaikuttivat pahoinvointiin. Kaikki 20 koehenkilöä jatkoivat tutkimukseen osallistu- mista koko tutkimuksen ajan. Datan visualisoinnissa ja analysoinnissa hyödynnettiin IBM SPSS Statistics -ohjelmistoa (versio 27.0.0.0) (IBM Corp., 2021).
Kaikkiaan koehenkilöiden kokema pahoinvointi oli melko matalaa: pahoinvointipiste- määrät vaihtelivat välillä 0,0 ja 1,3, joten aiemmin esitetyn tulkintatavan mukaan koe- henkilöillä joko ei ollut pahoinvointia tai pahoinvointi ei ollut merkitsevää. Analysoin- nin helpottamiseksi pahoinvointipistemäärää tulkitaan kuitenkin jatkossa siten, että pistemäärän ollessa yli 0,0 koehenkilön todetaan kokeneen pahoinvointia. 9 koehen- kilöä (45 %) ei kokenut testiin liittyvää pahoinvointia ollenkaan, ja puolestaan 11 koe- henkilöä (55 %) koki vähintään yhden oireen.
Yksikään koehenkilö ei keskeyttänyt virtuaalitodellisuussovelluksen käyttöä pahoin- voinnin takia. Kaikkiaan keskeytyksiä oli kolme sovelluksesta löytyneen bugin, IPD:n mittauksen unohtamisen sekä toimintaohjeiden kertaamisen vuoksi. Keskeytysten jäl- keen testi aloitettiin uudestaan tai aiempaa testiä jatkettiin 10 minuutin täyttymiseen asti sen mukaan, kuinka kauan sovellusta oli jo käytetty ja kuinka pitkä keskeytys oli.
Seuraavaksi kuvaillaan tarkemmin, millaisia simulaatiopahoinvoinnin oireita koehen- kilöt raportoivat. Sen jälkeen vertaillaan eri testitapauksiin liittyviä pahoinvointipiste- määriä, ja siten selvitetään pään kiertosuuntien yhteyttä simulaatiopahoinvointiin. Lo- puksi tarkastellaan ikäryhmän, silmälasien käytön ja virtuaalitodellisuuden aiemman käytön yhteyttä pahoinvointiin.
5.1 Simulaatiopahoinvoinnin oireet
Koehenkilöiden täyttämässä kyselyssä simulaatiopahoinvoinnin oireiden vakavuutta arvioitiin kolmiportaisella asteikolla, jossa vaihtoehdot olivat ei ollenkaan, hieman ja huomattavasti. Vastauksissa huomattavasti-vaihtoehtoa ei käytetty ollenkaan, minkä
perusteella voi todeta, etteivät testitilanteet aiheuttaneet koehenkilöille vakavia oireita.
Tulosten analyysissä oireita tulkitaan kaksiportaisella asteikolla, jossa oiretta joko ko- ettiin tai ei koettu.
Kuva 7. Ympyräkaavio koehenkilöiden raportoimien oireiden lukumääristä. Sektorin ylempi luku on koehenkilöiden määrä, ja alempi prosenttiluku on osuus kaikista koehenkilöistä.
Koehenkilöiden saamien simulaatiopahoinvoinnin oireiden lukumäärää havainnollis- taa kuvan 7 ympyräkaavio. Kuten kuvasta 7 voi päätellä, 85 prosenttia eli enemmistö tutkimukseen osallistuneista henkilöistä ei kokenut pahoinvointia ollenkaan tai rapor- toi ainoastaan yhden oireen. Kaksi koehenkilöä vastasi kokevansa kahta oiretta, ja yh- dellä henkilöllä ilmeni neljä eri oiretta.
Kuva 8 on pylväsdiagrammi, josta löytyvät yksittäisten oireiden frekvenssit kaikilla koehenkilöillä. Yleisin oire oli silmien väsymys, jota raportoi 8 henkilöä eli 40 pro- senttia kaikista koehenkilöistä. Toiseksi yleisin oire oli väsymys, jota koki 3 henkilöä eli 15 prosenttia koehenkilöistä. Kolmanneksi yleisin oire oli huimaus, jota raportoi 2 henkilöä eli 10 prosenttia koehenkilöistä. Täten yleisimmistä oireista kaksi on okulo- motorisia ja yksi sekavuuteen liittyvä. Yleistä huonovointisuutta, päänsärkyä tai kuvo- tusta ei ollut heti testin jälkeen yhdelläkään koehenkilöllä.
Kuva 8. Pylväsdiagrammi kaikkien kyselylomakkeella kysyttyjen oireiden frekvensseistä.
Pahoinvointikyselyn avoimissa vastauksissa oli mainittu yksittäisiä kertoja oireita, joita ei ollut listattu kyselyssä. Testissä käytettyjä VR-laseja pidettiin painavina, minkä vuoksi raportoitiin niskan ja hartioiden väsymistä. Lisäksi huomautettiin, että silmien täytyi ensin tottua VR-laseihin ja että matala kuvaresoluutio väsytti silmiä.
Kaksi koehenkilöä ilmoitti kokeneensa pahoinvointia vasta noin 15 minuuttia virtuaa- litodellisuuden käytön lopettamisen jälkeen, ja oireita olivat olleet kuvotus ja outo olo.
Tietoa ei ollut mahdollista yhdistää jo anonymisoituun tutkimusaineistoon, mutta sen perusteella voi todeta, että simulaatiopahoinvointi voi alkaa viiveellä virtuaalitodelli- suuden käytön jälkeen.
5.2 Pään kiertosuunnat ja simulaatiopahoinvointi
Kunkin koehenkilön pahoinvointipistemäärä laskettiin luvussa 4.3 kuvaillun laskukaa- van mukaan. Pahoinvointipistemäärää käytettiin vertailtaessa eri testiryhmiin kuulu- vien henkilöiden kokemaa pahoinvointia. Tämän perusteella selvitettiin, vaikuttavatko virtuaalitodellisuudessa suoritettavan tehtävän edellyttämät pään kiertosuunnat simu- laatiopahoinvoinnin voimakkuuteen. Lisäksi kiertosuuntien mahdollista vaikutusta pa- hoinvoinnin ilmenemiseen analysoitiin selvittämällä, kuinka moni koehenkilö kussa- kin testiryhmässä raportoi pahoinvointia.
Taulukko 4 sisältää koehenkilöiden pahoinvointipistemäärien minimit, maksimit, kes- kiarvot ja keskihajonnat eri testiryhmissä sekä koko otannassa. Kaikkien ryhmien pis- temäärien minimit ovat 0,0, mistä voi päätellä, että joka ryhmässä oli vähintään yksi koehenkilö, joka ei kokenut pahoinvointia. Toisaalta maksimit ovat suuremmat kuin 0,0, joten joka ryhmässä oli myös vähintään yksi pahoinvointia kokenut henkilö. Kor- kein yksittäinen pahoinvointipistemäärä (1,3) on testiryhmässä 2, mutta ryhmän kes- kihajonta (0,5357) osoittaa ryhmässä olevan muita ryhmiä enemmän pahoinvointipis- temäärien hajontaa. Puolestaan korkein pahoinvointipisteiden keskiarvo (0,400) on ryhmässä 3, mutta myös ryhmän keskihajonta (0,3000) on korkeampi kuin useissa muissa ryhmissä.
Taulukko 4. Pahoinvointipistemäärien tilastolliset tunnusluvut eri testiryhmissä ja koko otan- nassa.
Ryhmä N Minimi Maksimi Keskiarvo Keskihajonta
1 (tasapainotettu) 5 0,0 0,3 0,120 0,1643
2 (kääntäminen) 5 0,0 1,3 0,380 0,5357
3 (nyökkääminen) 5 0,0 0,7 0,400 0,3000
4 (kallistaminen) 5 0,0 0,3 0,120 0,1643
Kaikki 20 0,0 1,3 0,255 0,3326
Yksisuuntaisessa varianssianalyysissä eri testiryhmien koehenkilöiden pahoinvointi- pistemäärien välillä ei havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa (F(3,16) = 1,131, p = 0,366). Tämän perusteella pään kiertosuunnilla ei ole vaikutusta simulaatiopahoin- voinnin voimakkuuteen virtuaalitodellisuutta käytettäessä.
Taulukko 5. Pahoinvointia raportoineiden koehenkilöiden lukumäärät ja prosenttiosuudet eri testiryhmissä.
Ryhmä N Ei pahoinvointia Jonkin verran pahoin- vointia
1 (tasapainotettu) 5 3 (60 %) 2 (40 %)
2 (kääntäminen) 5 2 (40 %) 3 (60 %)
3 (nyökkääminen) 5 1 (20 %) 4 (80 %)
4 (kallistaminen) 5 3 (60 %) 2 (40 %)
Taulukossa 5 ovat pahoinvointia raportoineiden henkilöiden frekvenssit ja prosentti- osuudet eri testiryhmissä. Ryhmissä 1, 2 ja 4 pahoinvointia kokeneita ja pahoinvoinnin välttäneitä henkilöitä on likimain yhtä monta. Kuitenkin 4 henkilöä eli 80 prosenttia raportoi pahoinvointia ryhmässä 3. Fisherin tarkkaa testiä käytettiin testiryhmän ja pa- hoinvoinnin ilmenemisen välisen yhteyden testaamiseksi, muttei tilastollista merkit- sevyyttä havaittu (p = 0,762). Täten todetaan, etteivät pään kiertosuunnat vaikuta si- mulaatiopahoinvoinnin ilmenemiseen.
5.3 Henkilön ominaisuudet ja simulaatiopahoinvointi
Seuraavissa luvuissa tarkastellaan henkilöiden ominaisuuksien eli iän, sukupuolen, nä- kökyvyn ja virtuaalitodellisuuden aiemman käytön yhteyttä simulaatiopahoinvointiin.
Pahoinvoinnin indikaattorina käytetään pahoinvointipistemäärää, mutta silmälasien käyttöön liittyviä vaikutuksia analysoidaan lisäksi okulomotoristen oireiden perus- teella, koska on oletettavissa, että näkökyky voi vaikuttaa erityisesti silmien rasituk- seen virtuaalitodellisuutta käytettäessä.
5.3.1 Ikäryhmä ja sukupuoli
Tutkimukseen osallistui henkilöitä kaikista tutkimuksessa määritellyistä ikäryhmistä, ja henkilöistä osa oli miehiä ja osa naisia. Silti ikään ja sukupuoleen perustuvat ovat
eri kokoisia, mikä voi vaikuttaa tulosten yleistettävyyteen erityisesti niissä ryhmissä, joihin kuuluvia koehenkilöitä oli otannassa vähemmän.
Taulukko 6. Pahoinvointipistemäärien tilastolliset tunnusluvut eri ikäryhmissä.
Ikäryhmä N Minimi Maksimi Keskiarvo Keskihajonta
18–29 7 0,0 0,7 0,271 0,2360
30–39 4 0,0 1,3 0,400 0,6164
40–49 2 0,0 0,3 0,150 0,2121
50–59 4 0,0 0,0 0,000 0,0000
60 tai vanhempi 3 0,3 0,7 0,433 0,2309
Taulukosta 6 löytyvät tilastolliset tunnusluvut eri ikäryhmien pahoinvointipistemää- rille. 50–59-vuotiaiden kategoriassa ei esiintynyt ollenkaan pahoinvointia virtuaalito- dellisuutta käytettäessä. Puolestaan vähintään 60 vuotta täyttäneiden kategoriassa pa- hoinvointipistemäärien keskiarvo (0,433) on muiden ikäryhmien keskiarvoja korke- ampi, ja muista ikäryhmistä poiketen jokainen koehenkilö koki pahoinvointia. 30–39- vuotiaiden ikäryhmässä on toiseksi korkein pahoinvointipistemäärän keskiarvo (0,400), mutta sen keskihajonta (0,6164) on korkeampi kuin 60 vuotta täyttäneiden ikäryhmässä (0,2309). Yhteenvetona vaikuttaa siltä, että pahoinvointia kokivat vähiten 50–59-vuotiaat koehenkilöt ja eniten 60 vuotta täyttäneet koehenkilöt.
Yksisuuntaista varianssianalyysiä käytettiin testattaessa, onko ikäryhmän ja pahoin- voinnin välillä yhteyttä. Tilastollisesti merkitsevää eroa eri ikäryhmiin kuuluvien koe- henkilöiden pahoinvointipistemäärien välillä ei havaittu (F(4,15) = 1,069, p = 0,406).
Taulukko 7. Pahoinvointipistemäärien tilastolliset tunnusluvut jaoteltuina sukupuolen mukaan.
Sukupuoli N Minimi Maksimi Keskiarvo Keskihajonta
Mies 14 0,0 1,3 0,250 0,3674
Nainen 6 0,0 0,7 0,267 0,2582
Taulukko 7 sisältää pahoinvointipistemäärien tilastolliset tunnusluvut sukupuolen mu- kaan ryhmiteltyinä. Lukujen perusteella ei ole havaittavissa selkeitä eroja miesten ja naisten välillä, sillä pahoinvointipistemäärien keskiarvot miehillä (0,250) ja naisilla (0,267) ovat melko lähellä toisiaan. Oletettaessa yhtä suuret varianssit riippumatto- mien otosten t-testin tulos on, ettei miesten ja naisten pahoinvointipistemäärien välillä havaittu tilastollisesti merkitsevää eroa (t(18) = -0,100, p = 0,921).
5.3.2 Näkökyky
Tarkasteltaessa näkökyvyn mahdollista yhteyttä simulaatiopahoinvointiin halutaan selvittää, vaikuttaako pahoinvointiin toisaalta silmälasien tarve ja toisaalta silmälasien tai piilolinssien käyttö samaan aikaan VR-lasien kanssa. Näihin kysymyksiin vastaa- miseksi analyysissä huomioidaan koehenkilöiden näkökyky testitilanteessa VR-laseja käytettäessä. Kategorioita on kolme: normaali näkökyky, silmälasein tai piilolinssein normaaliksi korjattu näkökyky ja normaaliksi korjaamatta jätetty näkökyky. Otannan pienen koon vuoksi muita näkökykyyn liittyviä asioita, kuten tehoja tai moniteholasien käyttöä, ei eritelty analyysissä.
Taulukossa 8 ovat pahoinvointipistemäärien tunnusluvut näkökyvyn mukaan ryhmi- teltyinä. Niiden perusteella vähiten simulaatiopahoinvointia vaikutti olevan koehenki- löillä, jotka tarvitsevat silmälaseja tai piilolinssejä mutta eivät käyttäneet kumpiakaan VR-lasien kanssa, sillä sekä pahoinvointipisteiden keskiarvo (0,180) että maksimi (0,3) ovat matalammat kuin muissa ryhmissä. Toisaalta myös silmälaseja tai piilolins- sejä testin aikana käyttäneiden ryhmässä keskiarvo (0,200) on melko matala. Pahoin- vointipisteiden maksimi (1,3) ja keskiarvo (0,320) olivat korkeimmat normaalin näkö- kyvyn ryhmässä. Yksisuuntaisen varianssianalyysin tulos antaa kuitenkin ymmärtää,
ettei pahoinvointipisteissä ole tilastollisesti merkitsevää eroa näkökykyryhmien välillä (F(2,17) = 0,363, p = 0,701).
Taulukko 8. Pahoinvointipistemäärien tilastolliset tunnusluvut ryhmiteltyinä näkökyvyn mu- kaan.
Näkökyky N Minimi Maksimi Keskiarvo Keskihajonta
Normaali 10 0,0 1,3 0,320 0,4104
Normaaliksi kor- jattu
5 0,0 0,7 0,200 0,3082
Normaaliksi kor- jaamatta jätetty
5 0,0 0,3 0,180 0,1643
Näkökyvyn mahdollista yhteyttä okulomotorisiin oireisiin eli silmien väsymykseen, sumentuneeseen näköön ja väsymykseen tarkasteltiin selvittämällä kunkin oireen frek- venssit eri näkökykykategorioissa. Lisäksi selvitettiin, kuinka moni samaan kategori- aan kuulunut koehenkilö raportoi vähintään yhtä okulomotorista oiretta.
Taulukko 9 sisältää tiedot okulomotorisia oireita raportoineiden henkilöiden lukumää- ristä eri näkökykyryhmissä. Koehenkilöiden lukumäärien viereen on lisätty prosentti- osuudet kaikista samaan ryhmään kuuluvien henkilöiden lukumääristä, jotta ryhmiä voi vertailla niiden kokoeroista huolimatta. On huomioitava, että sama koehenkilö on voinut raportoida useampaa kuin yhtä okulomotorista oiretta, minkä vuoksi viimeisen sarakkeen arvot eivät ole rivisummia.
Taulukon 9 tiedot osoittavat, että 60 prosenttia normaalin näkökyvyn kategoriaan kuu- luvista koehenkilöistä koki testin aikana vähintään yhtä okulomotorista oiretta, ja puo- lestaan molemmissa muissa kategorioissa okulomotorisia oireita koki 40 prosenttia henkilöistä. Tämän perusteella okulomotorisia simulaatiopahoinvoinnin oireita vai- kuttaa ilmenevän eniten henkilöillä, joiden näkökyky on normaali. Toisaalta normaalin näkökyvyn ryhmässä 40 prosenttia raportoi silmien väsymystä ja 30 prosenttia väsy-
melkein yhtä paljon okulomotorisia oireita, sillä 40 prosenttia vastasi kokevansa sil- mien väsymystä ja 20 prosenttia sumentunutta näköä. Pienet ja eri suuruiset ryhmäkoot vaikeuttavat ryhmien välistä vertailua. Vaikuttaa kuitenkin mahdolliselta, että nor- maali tai normaaliksi korjattu näkökyky VR-lasien käytön aikana on yhteydessä oku- lomotorisiin oireisiin.
Taulukko 9. Okulomotorisia oireita raportoineiden koehenkilöiden lukumäärät sekä prosentti- osuudet näkökyvyn mukaan ryhmiteltyinä.
Näkökyky Silmien vä- symys
Sumentunut näkö
Väsymys Vähintään yksi okulo- motorinen oire
Normaali 4 (40 %) 0 (0 %) 3 (30 %) 6 (60 %)
Normaaliksi kor- jattu
2 (40 %) 1 (20 %) 0 (0 %) 2 (40 %)
Normaaliksi kor- jaamatta jätetty
2 (40 %) 0 (0 %) 0 (0 %) 2 (40 %)
Näkökyvyn ja okulomotoristen oireiden yhteyttä testattiin tilastollisesti käyttäen Fisherin tarkkaa testiä. Tilastollista merkitsevyyttä ei havaittu näkökyvyn ja silmien väsymyksen (p = 1,000), sumentuneen näön (p = 0,500) tai väsymyksen (p = 0,386) välillä. Samoin merkitsevyyttä ei havaittu näkökyvyn ja vähintään yhden okulomoto- risen oireen ilmenemisen (p = 0,727) välillä.
5.3.3 Aiempi virtuaalitodellisuuden käyttö
Aiemmin virtuaalitodellisuutta käyttäneitä koehenkilöitä oli 18–29-vuotiaiden sekä 30–39-vuotiaiden ikäryhmissä, joten tässä otannassa virtuaalitodellisuuden aiempaan käyttöön liittyvät havainnot voivat olla osittain päällekkäisiä ikäryhmän vaikutuksen kanssa. Koska koehenkilöiden enemmistöllä ei ollut aiempaa kokemusta
virtuaalitodellisuudesta, virtuaalitodellisuuden aiempaan käyttöön liittyviä käyttötot- tumuksia ei eritellä analyysissä. Ryhmien suuri kokoero voi vaikuttaa analyysin tulos- ten luotettavuuteen.
Taulukko 10. Pahoinvointipistemäärien tilastolliset tunnusluvut jaoteltuina sen mukaan, onko virtuaalitodellisuudesta aiempaa kokemusta.
VR-kokemus N Minimi Maksimi Keskiarvo Keskihajonta
Ei 15 0,0 0,7 0,213 0,2446
Kyllä 5 0,0 1,3 0,380 0,5357
Taulukko 10 sisältää pahoinvointipistemäärien minimit, maksimit, keskiarvot ja kes- kihajonnat sen mukaan, ovatko koehenkilöt käyttäneet virtuaalitodellisuutta ennen tut- kimukseen osallistumista. Vaikka virtuaalitodellisuutta aiemmin käyttäneiden koehen- kilöiden pahoinvointipistemäärien keskiarvo (0,380) on korkeampi kuin virtuaalito- dellisuutta ensimmäistä kertaa käyttävillä (0,213), virtuaalitodellisuutta käyttäneiden ryhmässä myös keskihajonta (0,5357) on selvästi korkeampi kuin toisessa ryhmässä (0,2446). Tämän perusteella virtuaalitodellisuuden aiemman käytöllä ei ole havaitta- vissa selvää vaikutusta pahoinvointiin. Oletettaessa yhtä suuret varianssit riippumat- tomien otosten t-testi vahvistaa, ettei ryhmien pahoinvointipistemäärien välillä ole ti- lastollisesti merkitsevää eroa (t(18) = -0,972, p = 0,344).
6 Pohdinta
Kokeessa tarkasteltiin pään kiertosuuntien mahdollista vaikutusta virtuaalitodellisuu- den aiheuttamaan simulaatiopahoinvointiin, mutta johtopäätöksenä on, ettei vaikutusta pahoinvoinnin ilmenemiseen tai voimakkuuteen ole havaittavissa. Tuloksissa havait- tiin sovellussuunnitteluun liittyvien asioiden sijaan sovellusten käyttäjiin liittyviä omi- naisuuksia, jotka voivat liittyä huonovointisuuteen virtuaalitodellisuutta käytettäessä.
Lisäksi kävi ilmi, että useimmille koehenkilöille virtuaalitodellisuussovelluksen käyttö ei aiheuttanut ollenkaan pahoinvointia tai aiheutti pieniä määriä lieviä oireita.
Kokeessa havaittiin jatkotutkimusta vaativia ilmiöitä. Vaikuttaa mahdolliselta, että vä- hintään 60 vuoden ikä voi altistaa voimakkaammalle simulaatiopahoinvoinnille virtu- aalitodellisuutta käytettäessä. Ikä ei kuitenkaan vaikuta korreloivan pahoinvoinnin kanssa, koska esimerkiksi 50–59-vuotiaat koehenkilöt eivät raportoineet pahoinvointia ollenkaan. Ikään liittyvien vaikutusten toteamiseksi ja niiden syiden selvittämiseksi vaaditaan lisää tutkimusta ja suurempi otanta. Toinen kokeessa havaittu ilmiö on, että okulomotoristen oireiden todennäköisyyttä voi lisätä se, jos henkilön näkökyky on normaali tai jos henkilö käyttää silmälaseja tai piilolinssejä samaan aikaan VR-lasien kanssa. Intuitiivisesti tämän voi ajatella johtuvan siitä, että virtuaalitodellisuuslasien näytön matala resoluutio häiritsee käyttäjää vähemmän, jos näkö on muutenkin epä- tarkka. Myös tämän toteaminen ja tarkempi analysointi edellyttäisi lisätutkimusta.
Tutkimuksen otannan pieni koko vaikutti erityisesti tilastollisten testien suorittami- seen, eikä tilastollista merkitsevyyttä löydetty yhdessäkään testissä. Tulosten luotetta- vuuteen voi vaikuttaa myös se, että ikäryhmää, sukupuolta, näkökykyä ja virtuaalito- dellisuuden aiempaa käyttöä tarkasteltaessa yhdistettiin kaikkiin testiryhmiin kuulu- neet henkilöt. Toisaalta tutkimuksessa todettiin, ettei pään kiertosuunnilla havaittu ole- van vaikutusta simulaatiopahoinvointiin, joten eri testitapaukset eivät välttämättä vai- kuta pahoinvoinnin ilmaantuvuuteen, voimakkuuteen tai oireisiin.
Tutkimuksen tuloksiin on voinut vaikuttaa myös Oculus Rift S:n soveltuvuus eri suu- ruisille pupillien välisille etäisyyksille. Kuten eräs Oculuksen perustajista Palmer Luckey toteaa blogissaan, Oculus Rift S:n linssit ovat noin 64 mm:n etäisyydellä toi- sistaan, ja ohjelmiston asetus pupillien väliselle etäisyydelle korjaa lähinnä vain
näkymän mittakaavaa, minkä vuoksi Rift S:n optiset ominaisuudet soveltuvat parhai- ten käyttäjille, joiden pupillien välinen etäisyys on mahdollisimman lähellä linssien välistä etäisyyttä (Luckey, 2019). On myös huomioitava, että joidenkin koehenkilöi- den pupillien välinen etäisyys oli Rift S:n IPD-asetuksen säätövaran ulkopuolella. Tä- män perusteella voi pitää mahdollisena, että laitteisto on voinut vaikuttaa huonovoin- tisuuteen erityisesti okulomotoristen oireiden osalta koehenkilöillä, joiden IPD poik- keaa huomattavasti linssien välisestä etäisyydestä tai on asetusten säätövaran ulkopuo- lella.
7 Yhteenveto
Tässä tutkielmassa tarkasteltiin pään kiertosuuntien vaikutusta virtuaalitodellisuu- dessa koettuun simulaatiopahoinvointiin. Tavoitteena oli selvittää, voiko virtuaalito- dellisuuden aiheuttamaa pahoinvointia ehkäistä sovellussuunnittelun keinoin huomi- oimalla sovelluksen käytön edellyttämiä päänkiertojen suuntia. Tutkielmassa käytiin läpi tietoa simulaatiopahoinvoinnista sekä virtuaalitodellisuuden sovellussuunnitte- luun liittyvistä keinoista välttää simulaatiopahoinvoinnin aiheuttamista. Lisäksi toteu- tettiin koe, jossa testattiin, vaikuttavatko pään kiertosuunnat pahoinvointiin virtuaali- todellisuuden käytön aikana.
Johtopäätöksenä on, ettei virtuaalitodellisuutta käytettäessä tarvittavilla pään kierto- suunnilla havaittu olevan vaikutusta simulaatiopahoinvoinnin ilmenemiseen tai voi- makkuuteen. Useimmat koehenkilöt joko eivät kokeneet pahoinvointia ollenkaan tai raportoivat vain yksittäisiä lieviä oireita virtuaalitodellisuuden käytön jälkeen. Tutki- muksessa havaittuja muita ilmiöitä ovat, että virtuaalitodellisuuden käyttäjän ikäryhmä voi vaikuttaa simulaatiopahoinvoinnin voimakkuuteen ja että okulomotoristen oirei- den ilmenemiseen voi vaikuttaa normaali näkökyky tai virtuaalitodellisuuslasien käy- tön kanssa yhtäaikainen silmälasien tai piilolinssien käyttö. Ilmiöillä ei kuitenkaan to- dettu olevan tilastollista merkitsevyyttä.
Virtuaalitodellisuuden aiheuttamaan simulaatiopahoinvointiin liittyvässä jatkotutki- muksessa olisi kiinnostavaa keskittyä okulomotorisiin oireisiin, sillä tässä tutkimuk- sessa ne havaittiin tyypillisiksi virtuaalitodellisuutta käytettäessä. Erityisesti näköky- vyn ja silmälasien tai piilolinssien käytön vaikutusta oireisiin olisi aiheellista tutkia.
Lisäksi pupillien välinen etäisyys sekä siihen liittyvät virtuaalitodellisuuslaitteiston ominaisuudet tulisi huomioida ja kirjata okulomotorisiin oireisiin liittyvässä tutkimuk- sessa. Tässä tutkimuksessa havaittiin myös, että simulaatiopahoinvointi voi alkaa vasta virtuaalitodellisuuden käytön jälkeen, joten pahoinvointia tutkittaessa voi olla tarpeel- lista lisätä viivettä VR-sovelluksen käytön ja pahoinvoinnin mittaamisen välille tai mi- tata pahoinvointia sekä heti käytön jälkeen että uudelleen myöhemmin.
