使用增强现实技术为社区中的老年人选择适合老年人的公园的设计特征:试点研究

摘要

久坐行为在老年人中很普遍。老年人经常不充分利用公园进行锻炼，因为公园不支持他们的需求和偏好。让老年人参与公园的重新设计可能有助于促进积极的生活方式。本初步研究的目的是评估(1)佩戴增强现实(AR)和虚拟现实(VR)眼镜的平衡效果;(2)不同虚拟墙对老年人步态的影响;(3)被试对墙体设计和其他特征的偏好。参与者是10位住在公园两英里范围内的老年人(68±5岁)。平衡和步态通过受力板和仪器垫进行评估。在公园中对老年人使用增强现实技术评估特征并进行重新设计是可行的。使用AR眼镜时不会晕车，但佩戴VR眼镜会影响平衡感。佩戴AR眼镜时，姿势摇摆面积增加约25%，佩戴VR眼镜时，姿势摇摆面积比不佩戴眼镜时增加近70%。这种差异与临床相关; however, we did not have enough power to identify the differences as statistically significant because of the small sample size and large variability. Different walls did not significantly affect the participants’ gait either because they did not alter the way they walked or because the holograms were insufficiently realistic to cause changes. The participants preferred a transparent wall rather than tall or short solid walls to separate the park from the roadway.

1.介绍

久坐行为在社区的老年人中很普遍;一项系统的文献综述发现，67%的老年人每天久坐的时间超过8.5小时[1］．积极活动对于老年人来维持移动性和物理功能至关重要。根据疾病控制和预防的中心（CDC），由于慢性疾病，每年患有10名死亡中的7个死亡中可能存在，其中许多人因生活和健康的生活方式而预防2］．支持在老年人居住的社区体育活动环境是积极老龄化必不可少的，是社会经济地位较低的老年人买不起健身房和需要会员，设备等活动尤为重要，和/或齿轮[3.］．

公园的设计往往不支持老年人的需求或考虑老年人的喜好[4.-6.］．此外，由于出入障碍及维修不善，长者经常无法充分利用公园[4.］．让老年人参与公共空间的设计或重新设计是促进空间利用和积极生活方式的有效途径[5.］．更多地使用公共空间的可能会导致更高水平的体力活动，社会化，改善健康和生活质量[中6.］．

虚拟现实(VR)和增强现实(AR)在可视化、教育和游戏环境中的使用有很好的文献[7.-9.］．VR与AR也被广泛用于增强锻炼计划和康复[10.-12.］．这些技术也必须使用的潜力，从事公共空间设计的老年人。然而，由于其高度沉浸的，需要谨慎地使用VR的老年人，因为它可能会导致晕车，损害他们的步态和平衡，从而威胁到他们的安全[13.-15.］．一项研究发现，通过佩戴头部安装的VR显示器，动态平衡显着影响;观察到较大，更快，更长，更长的压力位移当人们佩戴头部安装的VR显示器时显示出在实际物理环境上时相同的场景[16.］．这一点值得关注，因为老年人跌倒和跌倒相关伤害的风险会增加[17.］．

基于“增大化现实”技术可以替代VR协助设计的可视化和选择的公共空间,因为它更适合老年人,因为低程度的沉浸,让他们感知真实空间和位置通过覆盖身体的部分全息图(15.］．然而，很少有研究使用AR从事社区设计老年人如公园的设计。因此，评估这样做的可行性是非常重要的。此外，还有待进一步评估步态和平衡需要评估是否使用这种技术也会影响老年人AR对用户的影响步态和平衡，如VR，无形中增加了摔倒的危险。

除了需要评估AR本身对步态和平衡的潜在影响外，我们发现没有研究评估不同AR状况对老年人步态和平衡的影响[18.那19.］．换句话说，我们发现没有研究使用增强现实技术来模拟不同的环境条件，并评估这些条件会如何影响用户的步态和平衡。因此，还需要评估使用AR呈现的不同设计特征如何影响参与者的步态和平衡，因为公园、街道和交通障碍的物理环境会影响老年人的流动性[20.］．事实上，物理环境可以直接影响人的步态和平衡。例如，老年中风患者在诊所比在商场快8.8米/分钟(95%置信区间:0.3-17.3)。 ）[21.］．这种差异可能的解释包括环境设计（例如，墙）和行走的目的（购物与医疗评估）。任务执行，并且在其中执行的任务的位置的物理环境的特征通过修改用于姿势控制输入信息影响平衡[22.］．因此，道路和行人途径之间的不同交通障碍可能会影响行人的平衡和步态。物理环境影响步态和平衡，老年人跌落的风险[23.］．的减少过大的环境暴露的（例如，使用壁限制视点移动车和噪声的）可以通过降低干扰改善平衡和步态和降低跌倒的风险。然而，知之甚少的步行路径特性（例如，行人/自行车手分离，照明，和标牌）和街道交通障碍的潜在影响步态和平衡的设计（例如，墙壁），使用上老年人AR显示。

墙体交通屏障可以提高行人的安全性，减少噪音。靠近步行道的交通实际和感知风险，会阻碍步行和骑单车，尤其是在交通速度快的地区[24.］．感知安全是行人判断公共空间和城市是否适合步行的关键因素[25.］．壁被经常用作用于提高安全性和降低噪音交通障碍，尤其是机动车辆从在相邻的公园和娱乐和住宅区[行人分离26.-28.］．短墙/屏障(通常两英尺高)、高墙屏障，以及最近常用的透明墙屏障，将车辆与公园、娱乐和住宅区分隔开来，以增加安全和减少噪音[29.］．分隔行人与交通的物理障碍物的类型和特征会影响感知安全，并可能影响使用者的行动能力(例如，步态和平衡)[30.那31.］．然而，在邻近的公园中，隔离交通和行人的墙的效果需要进一步评估。

在公园和公共空间的设计中考虑到老年人的偏好可能会增加使用和安全。“增强现实”可能是一项适合让老年人参与这一过程的技术。然而，还需要进一步的研究来评估这种潜力。鉴于本文介绍的原因，本初步研究的目标如下:（1）为了评估穿着老年人步态和平衡AR和VR眼镜的效果（2）评估不同公共公园设计特征对老年人的步态和平衡的影响（3)为了评估老年人的喜好有关物理环境特征为一个公共公园的重新设计

我们将研究标记为飞行员，因为它是如何创新的。我们不确定AR和VR与公共公园的步态和平衡评估的基于现场的组合，也不适用于支持用户的设计偏好的评估。我们将其标记为飞行员的另一个原因是因为我们只注册了十名参与者。

2。材料和方法

该项目是由物理治疗、景观和室内建筑以及计算机科学的研究人员合作完成的。调查是根据1975年《赫尔辛基宣言》(https://www.wma.net/what-we-do/medical- ethics/declaration-of-helsinki/），修订后的2013年根据这一声明的点23，正在开展研究之前获得从伦理委员会的批准。研究方案由科研诚信（协议＃18-107186）的佛罗里达国际大学办公室的机构审查委员会提交并获得批准。所有参与者都签署了知情同意书。

（1）评价AR和VR对参与者的使用平衡力的地方（金标设备平衡评估）的影响所涉及的方法;（2）评价AR的上使用GAITRite（步态分析的仪器化垫）的参加者的步态参数时空的影响;（3)evaluating the effects of changing AR-displayed wall barriers on the participants’ gait using the same equipment, and (4) assessing how much the participants liked the different characteristics displayed using Likert scales (also a gold-standard method for assessing preferences).

2.1。参与者

参与者是10位老年人(68±5岁)，他们居住在离公园两英里范围内的社区。入选标准年龄≥60岁,住在两英里的公园,是英语或西班牙语使用者,并能够独立行走(没有辅助设备如手杖或步行者)一块,没有下肢手术或伤害下降在过去的6个月,并通过迷你认知测试。参与者是从一个举行社区会议的地方政府机构招募的，并通过口头(参与者的朋友和邻居)。我们招募了住在公园附近的老年人，因为他们对场地很熟悉，并且会从重新设计的公园中受益最大，考虑到他们的偏好。他们是最有兴趣根据自己的喜好重新设计空间的人。这些都是生活在贫困社区、饱受中产阶级化之苦的老年人。他们是居住在社区的老年人，可以独立行走。他们获得了10美元的报酬，但我们相信，他们参与的最大动机是希望成为重新设计公园的想法的一部分。

2.2。程序

测试是在一个毗邻主要公路的公园户外进行的，在交通和步行路径之间没有障碍。参与者以他们喜欢的速度在一个有仪器的垫子上行走(GAITRite®，SN: Q209, CIR Systems Inc)。GAITRite®系统测量的速度、节拍、步长和步长时间被发现与Vicon-5121系统测量相比具有较高的并发效度(ICC = 0.91-0.99) [32.］．Also, the reliability of repeated measures of single and double support times using the GAITRite® system was found to be high (ICC = 0.85–0.93) [33.］．一般情况下，步态中的时空参数，这些系统测量的可靠性被认为是非常适合年轻人和老年人[34.］．参与者完成一个熟悉行走试验，然后在每个条件下按随机顺序进行三次记录试验。以下步态参数将被评估:(我)速度，以cm/s计算的行走速度，用行走距离除以行走时间（ii）Cadence的，每分钟的步数（iii）步长，在脚跟打击时，1脚脚跟中心到另一只脚脚跟中心的距离(iv)步宽，一条线之间的距离在2个后续步骤期间连接1英尺的中心和相对脚的中心

参加者在下列情况下在垫子上行走:（1）不穿ar眼镜（没有墙）（2）佩戴增强现实眼镜(微软的HoloLens)，显示设计功能，包括高大的墙公路和公园，车道分隔为自行车和行人，长凳，灯具，浴室和额外的植被之间（3)戴眼镜的AR显示短墙在高速公路和公园和其他特色之间(4）戴眼镜的AR显示透明的墙在高速公路和公园和其他特色之间

选择这些墙类型，因为我们要检查的老年人有不同程度的透明度和高度的安全性和安全性的看法。与会者自由停止参加任何时候。数字1在发起步行试验之前显示位于垫子开头的参与者，并在过垫（B）后完成步行的参与者。数字2显示环境，不包括(a)和(b)透明墙的AR显示，自行车和行人的车道分隔，标识，灯，长凳和浴室。

基于压力中心和其定位倾向的振荡平衡进行了评估。The following variables were analyzed using a portable force plate (AMTI OR6-700: 502 × 502 × 45 mm) with 32-bit digital data transmission, acquisition rate of 1000 Hz for 3 channels (Mx, My, and Mz), including a fixed 3^rd.阶100hz模拟滤波器和分析软件(AMTI®accu步态平衡诊所):站立时姿势摇摆/压力位移中心的95%椭圆面积，侧外侧(X)、前后(Y)速度和压力中心加速度。AMTI®系统提供静态和动态平衡性能的定量测量，以及压力中心偏移和位置的视觉反馈。

参与者不戴眼镜，站在受力板上向前看20秒，然后戴上AR眼镜，再戴上VR眼镜(HTC Vive)，完全沉浸在相同的环境中(图)3.)．在准静态平衡测试中，我们将VR与AR进行了直接比较。考虑到目前VR系统的流行，城市规划者可能想要使用VR。因此，我们将其纳入进来，以评估与AR和无眼镜/护目镜相比的平衡变化。作为团队的一部分和合著者的计算机科学家们设计、制作并编写了AR和VR环境。

参与者完成了一个熟悉的试验，然后进行了两项测试试验。我们评估了AR和VR的立体平衡，但由于在佩戴VR时散步时，我们没有为步态评估的VR条件包括步态评估13.-15.］．

在行走和平衡测试之后，参与者表明他们对每个特征的喜欢或不喜欢程度，从“非常不喜欢”到“非常喜欢”(图)4.)．选择后，参与者被要求“是否还有其他的功能，你想在地方，将进一步鼓励您使用这个空间看？”他们的回答是音频记录和记录下来。

２.３.数据分析

采用不戴眼镜行走时的步态参数(控制条件)进行归一化。采用方差分析(anova)比较不同条件对步态速度、步频、步长和支撑基础的影响。佩戴AR眼镜和VR眼镜时的平衡措施与不佩戴时的平衡措施(控制条件)相一致。在平衡条件(AR和VR)之间的差异使用学生的评估t-tests。所有的测试均在0.05显着性水平采用SPSS 18进行。参与者对于不同功能和交通护栏反应是描述性表现为百分比，以及从参与者的意见进行了转述和引用被用于说明。

3.结果

无论是佩戴AR眼镜还是显示不同设计特征，都不会显著影响参与者的步态。在任何步态变量的条件下没有统计学上的显著差异:速度(无全息图= 114 cm/s，短墙= 119 cm/s，高墙= 118 cm/s，透明墙= 117 cm/s; ）;节奏（无全息图= 109步/分钟/分钟，短腹部= 112步/分，透明墙= 111步/分; ）;步长(所有条件= 63厘米; ）;支撑底座(无全息图，矮高墙= 10厘米，透明墙= 11厘米; )．表格1给出了不戴AR眼镜行走时的实际归一化数据。

使用AR和VR进行平衡测试时压力变量中心如表所示2．数据以控制条件(不戴眼镜/护目镜)的百分比表示。

佩戴AR眼镜时压力中心95%椭圆面积增大约25%，佩戴VR眼镜时压力中心95%椭圆面积增大近70%(均值差= 41%)。差别是界线上的值为0.06接近0.05的临界值)，但考虑到高变异性，它没有达到统计学意义。仅有侧外侧(侧-侧)速度差异有统计学意义(平均差异= 24%)。前后速度也有临床意义差异(平均差异= 24%)[35.那36.］．另一方面，佩戴任何一种护目镜都不影响压力中心的加速度。

表格3.显示了参与者对使用AR全息图在现有环境下显示的每个特征的喜欢或不喜欢程度。

与会者倾向于喜欢透明壁作为交通屏障;90％标志着他们“喜欢”或者参加的“非常喜欢”透明壁。参与者的百分之七十“喜欢”或“非常喜欢”小墙，40％的“喜欢”或“非常喜欢”高壁。在另一方面，40％的“不喜欢很”高壁;他们提到，他们担心，高壁将限制知名度和增加暴力或抢劫的风险，因为其他人不会看到他们的情况下，公园里的“坏家伙”走近他们。他们还评论说，额外的植被不应该是高大，这样就不会“提供藏身之地”（个人安全问题）。

所有参与者都批准了车道分离;100％“喜欢”或“非常喜欢”自行车/行人车道分离，以及长椅。同样，90％“喜欢”或“非常喜欢”灯柱和浴室。百分之七十年的参与者“喜欢”或“非常喜欢”标牌，而30％的人说他们是中立的（既不喜欢也不喜欢）。参与者表示他们希望在公园内看到的其他功能包括锻炼设备，喷泉，食品和饮料供应商，狗公园（鼠皮带空间），树木和鲜花/景观（但没有隐藏的地方，安全关注），自行车架，垃圾箱和距离/英里标记。

4.讨论

这是一个小型研究，使用户外的老年人在公园（第一个要做）。我们评估了使用AR和VR对用户余额的影响;我们评估了使用AR对用户步态的影响。We also evaluated the effects of different AR-displayed walls on the participants’ gait and balance, and evaluated the participant’s ratings of the different walls, lane separators for bikes and pedestrians, benches, light fixtures, a bathroom, and vegetation/trees features using Likert scales. We believe that this study contributes to the advancement of the field. We established that AR can be safely used with older adults in field studies and identified their preferences for the redesign of the park. Future, public space designers may involve older adults using AR in a similar way to increase participation and account for users’ preferences. VR is increasingly being used to design and redesign houses and roads [37.］．AR的使用不那么频繁，但它的普及和应用正在增加;可能会进一步采用，但取决于成本效益分析研究[38.］．

我们能够在室外现场测试中收集平衡和步态数据。我们比较了三种类型的墙(小的、高的和透明的)来将公园和道路分开。利用增强现实技术对社区中的老年人进行评估，评估公园重新设计的不同设计特征，以鼓励老年人积极的生活方式，是可行和有用的。Chan等人[39.]评估跑步机的时空步态参数在三个条件下行走：（1）控制，（2）AR和（3）VR，并发现控制和AR条件之间的潮流长度和节奏的显着差异。相比之下，我们发现既不佩戴AR眼镜也没有显示不同的设计特征，显着影响了参与者的步态在公园途径。结果表明，不同的墙壁条件没有影响参与者如何行驶的方式或者全息图都不充分地造成变化。未来的评估需要测试物理样机对老年人步态环境特征对全息图模拟的影响。遇到的一些问题和经验教训包括所显示的特征数量/全息图需要小的事实;对比度可以是阳光的问题，在白天在户外使用时，在AR全息图中更明显地显示出更明亮和更轻的颜色。我们不得不适应初始全息图，以减少墙上全息图的更亮（白色）颜色来减少透明度，以降低透明度并区分它们。

在使用AR眼镜时，晕车对任何参与者来说都不是问题，但在佩戴VR眼镜时，平衡会受到影响。平衡的变化与临床相关;然而，由于样本量小和受试者之间的变异性大，我们没有足够的力量来确定差异具有统计学意义。佩戴AR眼镜时的姿势摇摆面积比不佩戴眼镜时增加了约25%，佩戴VR眼镜时增加了近70%。这些发现与Horlings等人的观点一致[40，该研究还发现，使用虚拟现实眼镜增加了受试者在静止姿态下的姿势摇摆和摇摆速度，无论是在坚固的表面还是柔顺的表面。这表明增强现实并没有对平衡造成很大的干扰，但完全沉浸式虚拟现实会损害站立平衡，因此需要谨慎使用，特别是对于由于前庭和本体感受功能下降而已经经历了姿势不稳定性增加的老年人[7.那41.］．

基于对10位老年人进行的关于设计特征选择的访谈和调查，AR全息图的使用提供了对老年人偏好的深入了解。识别老年人喜欢的特征是必要的，这样正在进行的空间重新设计可以包括声明的首选特征。参与者正在成为重建和利用该空间的倡导者。研究结果被展示出来，并被用来提倡以证据为基础重新设计公园，使其更适合老年人。以证据为基础的空间重新设计，考虑当地老年人的偏好，应该支持增加这一人群的使用。

本研究进行了迈阿密达德强调项目的背景（https://www.theunderline.org/）;我们的研究由由迈阿密达德县年龄友好倡议赞助的流体师范长（https://agefriendlymiami.org/)．这项研究结果与下划线团队共享，并且在该地区的重新设计正在使用。下划线项目包括社区和迈阿密 - 戴德高龄友善倡议的成员。这些成员都知道我们的研究结果，并积极参与选择和批准重新设计园区的计划。重新设计的公园包括优选特征很可能导致增加的利用率。还需要更多的研究来评估这个方面。更多地使用可能导致增加体力活动和社会改善老年人的生活质量和健康水平在该地区的水平[6.］．学员们热衷于使用AR可视化对现有的环境，这是值得注意的一个未来的设计方案和公共空间的重新设计。

5。结论

在社区中使用增强现实技术评估不同的环境特征，以重新设计一个公园，鼓励老年人积极的生活方式是可行和有用的。结果表明，要么不同的墙壁条件没有影响参与者的行走方式，要么全息图不足以引起真正的变化。佩戴AR眼镜对参与者平衡的影响较小，而佩戴VR眼镜则会影响参与者的平衡。参与者更喜欢透明墙的设计，而不是高或短的固体墙设计，以将公园与相邻道路上的交通分隔开来。

数据可用性

可通过作者索取数据。

的利益冲突

作者声明没有利益冲突。

作者的贡献

所有作者均贡献了设计，数据收集，分析和稿件准备。

致谢

这项研究是由迈阿密-戴德县老年友好计划(https://agefriendlymiami.org/)．

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