Visual fatigue impacts on learning via serious game in virtual reality

Impacts de la fatigue visuelle sur l’apprentissage via serious game en réalité virtuelle

Alexis Souchet (1, 2)

1 EDCLI - Ecole doctorale Cognition Langage Interaction
2 PARAGRAPHE - Laboratoire Paragraphe

A new generation of Virtual Reality (VR) Head-Mounted Displays (HMDs) is on the consumer and enterprise market. Nowadays, they are increasingly integrated into training. These devices display stereoscopic images (S3D). Exposure to these images can cause visual fatigue. Simultaneously, the Serious Game (SG) is tending to become a type of knowledge mediation that has been adopted, although still being questioned. VR and SG require additional scientific evidence of their effectiveness in learning to motivate reasoned use. The risks of visual fatigue need to be quantified and documented, particularly at the request of health authorities. We determine that the SG, VR, their combination and S3D are more effective for learning when compared to other modalities and 2D displays. Two experiments are conducted involving 152 participants and testing 7 experimental conditions. Experiment 1 shows that the new generation HMDs cause visual fatigue, which is higher than a PC screen. Visual fatigue in HMDs tends to be higher with S3D compared to 2D. Visual fatigue has not negatively impacted learning. Experience 2 indicates that cyclically displaying S3D fatigued more than displaying regular S3D. The more stereopsis is activated via conflicting stimuli, the higher the fatigue. Links between visual fatigue and cognitive load are identifiable. It appears that the more sensory-motor conflicts are numerous and accumulate, the more the visual system compensates with behaviours associated with visual fatigue.

Une nouvelle génération de casques (HMDs) de Réalité Virtuelle (VR) est sur le marché grand public et des entreprises. De nos jours, ils s’intègrent de plus en plus dans la formation professionnelle. Ces appareils affichent des images stéréoscopiques (S3D). L’exposition à ces images peut provoquer une fatigue visuelle. Parallèlement, le Serious Game (SG) tend à devenir un type de médiation des connaissances adopté bien que toujours questionné. La VR et le SG demandent des preuves scientifiques supplémentaires de leur efficacité pour apprendre afin de motiver un usage raisonné. Les risques de fatigue visuelle sont à quantifier et documenter, notamment à la demande des autorités sanitaires. Nous établissons que le SG, la VR, leur combinaison et la S3D sont plus efficaces pour apprendre lorsque comparés à d’autres modalités et aux affichages 2D. Deux expériences sont menées incluant 152 participants et testant 7 conditions expérimentales. L’expérience 1 montre que les HMDs de nouvelle génération causent une fatigue visuelle, celle-ci est plus élevé que devant un écran PC. La fatigue visuelle en HMD a tendance à être plus élevée avec la S3D comparée à la 2D. La fatigue visuelle n’a pas négativement impacté l’apprentissage. L’expérience 2 indique qu’afficher cycliquement de la S3D fatigue plus qu’afficher de la S3D continue. Plus la stéréopsie est activée via des stimuli conflictuels, plus la fatigue est élevée. Des liens entre fatigue visuelle et charge cognitive sont identifiables. Il apparaît que plus les conflits sensori-moteurs sont nombreux et s’accumulent, plus le système visuel compense par des comportements associés à la fatigue visuelle.

Mots clés: Virtual Reality; Learning; Visual fatigue; Stereoscopy

Mots clés: Réalité Virtuelle; Serious Game; Fatigue visuelle; Apprentissage; Stéréoscopie; Charge Cognitive; Apprentissage Multimédia

Domaines: Sciences de l'information et de la communication; Psychologie; Informatique; Interface homme-machine [cs.HC]; Synthèse d'image et réalité virtuelle [cs.GR]; Multimédia [cs.MM]

Alexis Souchet. Impacts de la fatigue visuelle sur l’apprentissage via serious game en réalité virtuelle. Sciences de l'information et de la communication. Université Paris 8, 2020. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02931264⟩