拡張現実（AR）インタラクション時の首と肩の生体力学的ストレスの評価

Evaluation of the biomechanical stress in the neck and shoulders during augmented reality interactions.

• Jeong Ho Kim
• Hemateja Ari
• Charan Madasu
• Jaejin Hwang

抄録

本研究の目的は、拡張現実（AR）インタラクション中の首と肩の生体力学的ストレス、自己申告による不快感、ターゲットとの距離や大きさの違いによる操作性を特徴づけることである。実験室ベースの反復試験では、20名の参加者（男性10名）が3つの標準化されたARタスク（3次元キューブタスク、全方位ポインティングタスク、ウェブブラウジングタスク）を3つのターゲット距離（0.3、0.6、0.9m）で実行した。9m）、または3つのターゲットサイズ：小（デフォルトより30%小さい）、中（デフォルト：1.0×1.1m）、大（デフォルトより30%大きい）の3つのターゲットサイズで、3次元立方体タスクと全方位ポインティングタスクのために、各参加者から0.3、0.6、0.9mの近、中、遠のターゲットで示されます。関節角度、関節モーメント、筋活動、自己申告した首と肩の不快感と快適性；および主観的なユーザビリティ評価を測定した。その結果、3次元立方体タスクでは、肩の角度（屈曲・外転）、肩のモーメント（屈曲）、三角筋中筋活動が目標距離の増加に伴って有意に増加した（p's＜0.001）。自己申告した首と肩の不快感は、各タスク終了後に有意に増加した(p's<0.001)。参加者は、タスクの容易さから、近距離～中距離（0.3～0.6m）または中～大窓サイズを好んだ（p's<0.005）。3次元立方体とウェブブラウジングのタスクでは、近距離か大窓サイズが最も高いタスクパフォーマンス（スピード）を示した（p's<0.001）。この結果は、目標距離が遠い（最大リーチエンベロープに近い）ARインタラクションは、肩領域の筋骨格系の不快感のリスクを高める可能性があることを示しています。操作性とタスクパフォーマンスの向上を考えると、ARインタラクションには、近距離から中距離（0.6m未満）または中・大窓サイズ（1.0×1.1m以上）が推奨されると思われます。

This study aimed to characterize the biomechanical stresses in the neck and shoulder, self-reported discomfort, and usability by different target distance or size during augmented reality (AR) interactions. In a repeated-measures laboratory-based study, 20 participants (10 males) performed three standardized AR tasks (3-dimensional (3-D) cube, omni-directional pointing, and web-browsing tasks) with three target distances (0.3, 0.6, and 0.9 m from each participant denoted by near, middle, far targets) for the 3-D cube and omni-directional pointing tasks or three target sizes: small (30% smaller than default), medium (default: 1.0 × 1.1 m), and large (30% larger than default) for the web-browsing task. Joint angle, joint moment, muscle activity, self-reported discomfort and comfort in the neck and shoulders; and subjective usability ratings were measured. The results showed that shoulder angle (flexion and abduction), shoulder moment (flexion), middle deltoid muscle activity significantly increased as the target distance increased during the 3-D cube task (p's < 0.001). Self-reported neck and shoulder discomfort significantly increased after completing each task (p's < 0.001). The participants preferred the near to middle distance (0.3-0.6 m) or the medium to large window size due to task easiness (p's < 0.005). The highest task performance (speed) was occurred at the near distance or the large window size during the 3-D cube and web-browsing tasks (p's < 0.001). The results indicate that AR interactions with the far target distance (close to maximum reach envelop) may increase the risk for musculoskeletal discomfort in the shoulder regions. Given the increased usability and task performance, the near to middle distance (less than 0.6 m) or the medium to large window size (greater than 1.0 × 1.1 m) would be recommended for AR interactions.

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