长时间高强度精细作业中疲劳对视觉深度感知的影响机制

Visual depth perception plays an important role in some applications such as virtual reality, surgical operations, and precision instrument operations. Operations in aforementioned applications are always long-time, intensive, and extremely stressful, which will bring physical and mental fatigue in operators. When operators suffer from fatigue, depth perception can be influenced. The deteriorated depth perception may lead to failures and dangers because of incorrectly evaluated object positions. However, how fatigue influences depth perception is still unclear at the moment. To investigate the problem, this project proposes to conduct the research from three aspects. First, fatigue and perceived depth will be measured subjectively. Second, the visual behaviors when perceiving depth under fatigue are analyzed based on the eye-movement data. Third, event-related potentials are detected with Neuroscan to investigate how to explain the effects of fatigue on depth perception based on neurocognition. In this project, the numerical statistical relationship between fatigue and depth perception can be built and the objective methods to measure fatigue with eye-tracking and ERPs are evaluated. Additionally, conclusions will be made on the neuromechanism in depth perception. The results of this project can benefit applications such as virtual reality and surgical operations by solving the problems introduced by fatigue.

在类似虚拟现实、外科手术、精密仪器操控的作业中，视觉深度感知起着重要作用。这些作业过程往往时间长、强度高、压力大，易引起作业人员心理和生理疲劳。疲劳状态下，视觉深度感知可能受损。视觉深度感知关系着作业的成功和安全，一旦深度感知受损，作业人员很可能误判操作对象的空间位置从而导致事故。目前关于疲劳影响视觉深度感知的机制还不清楚。为此，本项目针对疲劳如何影响视觉深度感知这一难题，拟从主观判断疲劳和深度感知，基于眼动信号客观分析视觉行为，利用事件相关电位技术研究疲劳影响视觉深度感知的神经机制三个层面展开研究。通过本项目的研究，拟建立疲劳和视觉深度感知之间的数值统计关系，评估基于眼动和神经认知事件相关电位客观测量疲劳的方法，最后深入理解疲劳对深度感知产生影响的神经机制。本项目的研究结果可用来解决类似虚拟现实、外科手术、精密仪器操控这些作业中由于疲劳使深度感知受损而造成的问题。

现实生活中，从事长时间高强度精细作业的人员，例如驾驶员、航海员、纺织工、外科手术医生、飞行员和运动员等，通常对视觉能力要求较高，尤其是对立体视觉能力或者说是深度知觉能力有着高于常人的要求。深度知觉能力是人对物体与物体之间的相对距离或人与物体之间的绝对距离的判断能力，这一能力会受很多因素影响。上述行业的工作人员通常也面临一个共同的问题，即时间和压力会造成的疲劳。疲劳的工作人员心理和生理状态可能会受损，尤其是视觉功能可能会短暂地下降，深度知觉能力受影响，从而引发事故。.本项目的主要目的是研究不同形式的疲劳对人的深度知觉能力（立体视觉）的影响。研究结果表明，2D电子竞技射击类游戏如果时长不长（一个小时），非但不会给玩家的深度知觉能力造成负面影响，反而会提高玩家在深度知觉测试中的准确性。这一结果表明类似射击类这种对深度知觉能力有一定要求的电子游戏可以考虑用来训练提升深度知觉能力。因此，在后续的关于立体视觉训练的项目中，可以把这一结论和虚拟现实技术相结合，设计一个相应的立体视觉训练方法。.本项目通过进一步研究发现，短时间的3D视觉作业（半个小时）会让不习惯3D环境的用户产生一些不适的感觉，但是这种不适在离开3D环境后会很快恢复，并不会削弱用户在现实环境中的深度知觉能力，反而会增强用户对立体物体的立体感的感知。这一研究结果表明虚拟3D环境体验对用户现实环境的立体感知同样有促进作用，因此，后续可以考虑继续验证3D视觉作业类型、时长对现实环境中立体视觉的影响。除此以外，研究还发现，与现实环境中的促进作用不同，短时间的3D视觉作业对3D虚拟环境中的深度知觉测试没有产生任何影响。前面两个实验主要把视线集中在了视觉显示终端，主要讨论的是屏幕视觉作业对深度知觉的影响。后续还讨论了体疲劳对深度知觉的影响，研究发现，随着运动强度的增加，深度知觉能力呈下降趋势。