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《清华大学》 2011年
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虚拟现实中体力作业的生理工效学评价方法实现与验证

胡铂  
【摘要】:肌肉骨骼系统损伤(MSD)是工业国家中最严重的职业伤害之一,不符合工效学原理的产品和工作设计是重要诱因之一。传统工效学评价借助实物模型来发现设计中工效学问题,不但耗时而且昂贵。最近发展起来的基于虚拟现实技术的虚拟模型评价有利于快速而有效地进行评价和再设计,但评价的有效性成为重要考量。本文基于虚拟现实仿真技术,提出并实现了一套对典型手工体力作业进行生理工效学评价的方法,然后通过两组实验分别研究了虚拟现实与真实中相关评价结果的差异性和预测性,以及多通道反馈对于仿真结果的影响。证明了虚拟现实仿真进行体力作业仿真评价的可行性,指出了提高仿真评价精确性的方向。 实验一通过对比被试在虚拟环境和真实环境中完成相同任务的工效学测量结果来分析两种条件下评价结果的差异性和相关性。实验中招募了30名男性被试,考虑了工作姿势、完成操作次数、目标点大小三个组内因素,并测量了完成任务姿势、任务完成时间、疲劳程度、身体部位不适感、感知努力程度五个工效学指标。结果表明,虚拟环境中完成任务姿势与真实环境中差异存在显著性,但相对值较小不会影响传统姿势分析方法的结果;虚拟环境中测量工效学指标均显著差于真实环境。另外,实验分析结果表明虚拟环境与真实环境中对应的不适感强度和疲劳程度测量结果之间具有较好相关性。实验二对比研究虚拟环境中不同反馈方式对工效学评价的影响,以找出缩小虚拟与现实两种条件下工效学评价结果差异性的方法。实验招募了60名男性被试,提供反馈方式包括:只提供视觉反馈(V),视觉和听觉反馈(VA),视觉和触觉反馈(VT),视觉、听觉和触觉反馈(VAT)四种,及真实环境(RE)作为对照组。被试平均分成五组,每组分别在上述五种条件之一下进行体力作业测量。实验二增加了虚拟环境临境感和主观感知任务难度测量。实验结果表明,虚拟环境中测量的工效学指标显著差于真实环境(主观感知任务难度除外);四种反馈方式间,V组的工效学指标显著差于VA、VT、VAT组;但在VA、VT、VAT三组之间并未发现工效学评价指标存在显著差异。 本文所提出并实现和验证的仿真评价方法有助于对作业设计进行早期工效学评价,实验二研究成果有助于设计和选取更有效的虚拟现实反馈方式,相关系统、方法和结果对于其他体力作业仿真评价也有借鉴意义。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:R131

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