Instituut voor zintuigfysiologie
2 36u
Rijk!waterstaat
Dienst Verkeerskuicl
Bureau Dokumem
Koningskade 4
'.GRAVENHAG1
postbus 23
3769 ZG soesterberg
8
karnpweg 5
•.-.,
3769 DE soesterberg
3239.
telefoon 03463- 1444
-
-rri8-
rapportno. IZF
1979 — C21ex.no.
Simulatie en wegontwerp
G.J. Blaauw
In opdracht vande Dienst Verkeerskunde van de Riikswaterstaat werd een literatuurstudie
uitgevoerd naar simulatietechnieken om wegontwerpen te beoordelen.
werkzaamheden ten behoeve van de opdrachtgevers worden slechts uitgevoerd op voorwaarde, dat de opdrachtgever afstand doet van ieder recht op aansprakeLijkste!!ing en zich verplicht tot vrjwaring voor iedere aansprakelijkheid
jegens derden, een en ander behalve en voor zover grove schuld en/of opzet wordt aangetoond.
nederlandse organisatie voor toegepast-natuur.vetenechapp&ijk onderzoek ten behoeve van do rIIksvercodan
Inhoud
pag.
Samenvatting
1
111
Summary
Inleiding
4
Simulatie
.2.1 Definitie van simulatie
4
2.2 Algemene vormen van simulatie
5
Simulatietechnieken
7
3.1 Gegevens van het ontwerp
7
3.2 Presentatie van het ontwerp
9
3.2.1 Statische simulatietechnieken
10
3.2.2 Dynamische simulatietechnieken;
13
z6nder terugkoppeling vanuit de bestuurder
3.2.3 Dynamische simulatietechnieken;
IE
mt terugkoppeling vanuit de bestuurder
Simulatoren voor het autorijden
15
4.1 Inventarisatie van de ontwikkelde voertuigsimulacoren
16
4.2 Nieuwe ontwikkelingen
24
Validiteit
27
5.1 Definitie van validiteit
27
5.2 Beoordeling van validiteic
29
5.3 Absolute en relatieve validiteit
31
Validiteitsonderzoekingen
32
6.1 Bijdragen van de diverse informatiekanalen
33
6.1.1 Visuele informatie
34
6.1.2 Kinesthetische bewegingsinformatie
36
6.1.3 Stuurkrachtinformatie
39
6.1.4 Auditieve informatie
40
6.2 Beoordelingen van wegontwerpen
40
Vervolg Inhoud
pag.
Diskussie 42
Konklusies en aanbevelingen 47
Literatuur
50
Bijlage:
1. Overzicht van de ontwikkelde voertuigsimulatoren Bi tim B8
1
Simulatie en wegontwerp
G.J. Blaauw
Samenvatting
Bij het ontwerpen van verkeersvoorzieningen is het gewenst om in
een vroeg stadium de konsekwenties van een ontwerp te kunnen overzien
voor het rijgedrag van weggebruikers die naderhand van het gerealiseer de ontwerp gebruik zullen gaan maken. Daartoe kunnen simulatietechnieken worden toegepast waarbij het vooruitzicht van het ontwerp op ooghoogte van de toekomstige bestuurder wordt gesimuleerd en kan worden beoordeeld. In dit rapport wordt nader ingegaan op de voor- en nadelen van
de verschillende simulatiemogelijkheden, de praktische uitvoeringsvormen
en de bijbehorende validiteitsproblematiek.
Bij de simulatietechnieken worden zowel statische als dynamische
technieken onderscheiden, waarbij de dynamische technieken al dan niet
een terugkoppeling in koers en snelheid vanuit de beoordelaar toelaten.
Alleen bij een dynamische techniek met een real-time terugkoppeling vanuit de beoordelaar is er sprake van een daadwerkelijke simulatie van het
autorijden en kan het rijgedrag van de bestuurder als kriterium dienen
voor de kwaliteit van het ontwerp.
Dergelijke voertuigsimulatoren funktioneren in een twintigtal researchinstituten, alhoewel deze simulatoren in eerste instantie niet zozeer zijn ontwikkeld voor het beoordelen van wegontwerpen. Een inventarisatie van de technische details van de simulatoren geeft grote verschillen aan. Niet alleen bestaan er verschillen in de wijze van visuele
informatiegeneratie (maquette, computergegenereerd beeld) en -presentatie (monitor, projektor, kleuren, zwart-wit, resolutie, beeldhoek, enz.),
maar ook in de presentatie van additionele informatiekanalen (kinesthetisch, stuurkracht, geluid). Op grond van deze verschillen is het dan
ook niet mogelijk om een eenduidig advies te geven over de meest wenselijke opbouw van een simulatorsysteem.
Voor een belangrijk deel is deze onduidelijkheid te wijten aan het
ontbreken van voldoende onderzoek naar de validiteit (geldigheid) van
een bepaalde sirnulatietechniek; hiermee zou ingegaan kunnen worden op
de transformatie van de simulatorresultaten naar de werkelijkheid. Daarbij zou bekend kunnen worden welke (deel)aspekten van het autorijden bij
11
een taak in een simulator gesimuleerd zouden moeten worden (en tot welke
graad van perfektie) voor een valide voorspelling van het rijgedrag. In
dit rapport wordt dan ook uitvoerig aandacht geschonken aan de bijdrage
aan de validiteit van de diverse informatiekanalen en aan validiteitsonderzoekingen met simulatoren bij het specifieke beoordelen van wegontwerpen.
Op grond van de resultaten kan in algemene zin worden gekonkludeerd
dat voertuigsimulatoren goede mogelijkheden in zich hebben voor het beoordelen van wegontwerpen, ook al is niet steeds bekend in welke mate
bepaalde details in de techniek bijdragen aan de validiteit. Bij het beoordelen van sterk vereenvoudigde wegontwerpen (wegbelijning, kromtestralen) kunnen zowel TV-maquettesystemen als systemen met computergegenereerde beelden worden toegepast. Voor meer komplexe ontwerpen is men op dit
moment nog aangewezen op TV-maquettesystemen. Dankzij de snelle ontwikkelingen bij de computergegenereerde beelden mag echter verwacht worden dat
binnen een aantal jaren het computer-gegenereerde beeld t.a.v. de validiteit voor een bepaalde toepassing zal toegroeien naar het beeld van de
TV-maquettesystemen.
Simulation and road design
G.J. Blaauw
Summary
Road designs have to be evaluated in an early stage with respect
to the consequences for the behaviour of drivers who one day will be
users of the realised design. Simulation techniques offer a possibility
to be used for the presentation and evaluation of the perspective views
at driver's eye height in the design. In this report, the disadvantages
and advantages of available techniques, practical consequences and validation problems are discussed.
Statical as well as dynamical techniques can be distinguished, whereby the dynamical techniques may allow for a driver's feedback in position
and velocity. Dynamical techniques with real-time feedback from the driver
present a real simulation of driving and offer an evaluation of road design
by an analysis of driving behaviour.
111
Car simulators are available in about twenty research institutes in
Europe and the USA, but most simulators have not been developed for the
study of road designs primarily. Ari inventory was carried out with respect
to the technical details of the simulators. It appeared that not only differences exist in the generation (scale models, computer generated images) and
presentation (monitor, projector, colours, black and white, resolution,
field of view, etc.) of visual information, but also in the presentation
of additional information (kinesthetical, steering-wheel forces, noise).
Due to these differences it is not possible to give outspoken recommendations for the most desirable design of a car simulator.
This indistinctness results mainly from a lack of research into the
validity of simulation techniques. 1f validation studies were carried Out,
data would be available on the transformation of the resuits in a simulator
into reality. Also, data would be available on the necessity of simulating
(partial) aspects of driving, and to which degree of perfection, for a
valid prediction of driving behaviour as a measure for road design. As a
consequence, in this report also the contribution to the validity of the
various information modalities is discussed, as are the investigations
with respect to validity for the evaluation of road designs.
Generally, it can be concluded that car simulators offer good possibilities for the evaluation of road designs, although the contribution
of specific technical details to the validity is not always knon exactly.
In the evaluation of simple road designs (delineation, degree of curvature)
scale models as well as computer-generated images can be used. More cornplicated designs can be evaluated with scale models only. However, due to
rapid developments in the generation of computer images it can be expected
that these images approach those derived from scale models within a number
of years.
1. Inleiding
Bij het ontwerpen van verkeersvoorzieningen zoals wegen, kunstwerken,
ingewikkelde kruispunten e.d. wordt in toenemende mate gebruik gemaakt van
simulatietechnieken om het ontwerp in een vroeg stadium nader te kunnen beoordelen. Doel hiervan is om de konsekwenties van een bepaald ontwerp op
een aantal verschillende terreinen beter te kunnen overzien; konsekwenties
voor civieltechnische aspekten, konsekwenties voor de esthetische inpassing van een ontwerp in het landschap met mogelijke reakties van omwonenden, en konsekwenties voor het rijgedrag van weggebruikers die naderhand
van het gerealiseerde ontwerp gebruik zullen gaan maken. Per terrein is
er de wens om over methoden te beschikken waarmee belanghebbenden (ontwerpers, omwonenden, weggebruikers) zo goed mogelijk alternatieve ontwer pen met elkaar kunnen vergelijken en een ontwerp kunnen optimaliseren.
Op het terrein van de civieltechnische aspekten wordt in tal van
landen reeds uitgebreid gebruik gemaakt van de simulatiemogelijkheden
die door de moderne computers worden geboden. Via mathematische opdmaliseringsprocedures en presentaties van de resultaten via displays worden
de ontwerpers in belangrijke mate geassisteerd bij het vinden van een
optimaal wegverloop (zowel in horizontale als vertikale richting) in een
bepaald landschap; bij de berekeningen wordt o.a. uitgegaan van de kosten
van het grondverzet nodig om een bepaald ontwerp te realiseren. Met name
zullen de sterk gestegen kosten voor ontwerp en aanleg van een verkeersvoorziening de ontwerpers steeds meer dwingen om ontwerpen met simulatietechnieken te optimaliseren (Moffett, 1974). Een aantal van de operationele procedures wordt in de literatuur uitvoerig beschreven (Beilfuss,
1973; Stott, 1973; George, 1976; Gonin en Moffett, 1976; Robinson, 1976).
Door de OECD werd in 1973 een inventarisatie met een bijbehorende vergelijking van de op dat moment beschikbare optimaliseringsprocedures uitgevoerd (OECD, 1973); besparingen van 8-17 procent op de kosten van het
grondverzet werden gekonstateerd. De procedures concentreerden zich hierbij op het optimaliseren van het vertikale wegverloop, uitgaande van een
gekozen horizontaal tracé. Het mag worden verwacht dat de besparingen
zullen toenemen indien het horizontale en vertikale wegverloop tegelijkertijd kunnen worden geoptimaliseerd; dergelijke programmatuur is in ontwikkeling (OECD, 1973).
-2-
Alhoewel het bij deze procedures in principe mogelijk is om het wegverloop te beoordelen vanuit het gezichtspunt van de toekomstige weggebruiker, wordt hier in de aangehaalde literatuur niet wezenlijk bij het
ontwerp van uitgegaan. Veelal wordt volstaan met te vermelden dat het
inderdaad tot de mogelijkheden van de procedures behoort om dergelijke
perspektief tekeningen te genereren.
Een tweede terrein voor het beoordelen van de konsekwenties van een
bepaald ontwerp met simulatietechnieken wordt gevormd door de esthetische
inpassing van een ontwerp in een landschap met als gevolg reakties van omwonenden. Het gebruik van simulatietechnieken heeft hier met name zin om
alternatieve ontwerpen te presenteren aan een grote groep van belanghebbenden, bijv. tijdens hoorzittingen (Feeser en Ewald, 1975). De meer gebruikelijke presentaties in de vorm van tweedimensionale werktekeningen
laten slechts met veel moeite en oefening toe dat inzicht kan worden verkregen in de relevante gegevens. Mensen die niet zijn geoefend in het
lezen van dergelijke werktekeningen hebben zelfs helemaal geen toegang
tot de merites van het ontwerp.
Bij het TRRL* te Engeland wordt getracht om, middels foto-, filmen videomontages van een wegontwerp in een bestaand landschap, een oordeel over de esthetische inpassing in het landschap te verkrijgen. Daartoe krijgen proefpersonen een montage gepresenteerd en moeten zij op een
meerpunts beoordelingsschaal een oordeel geven (Huddart, 1976, 1977; Grigg
en Huddart, 1978). De opnamepositie van de gepresenteerde montages is vast
en wordt willekeurig gekozen. Geissier en Aziz (1969) beoordeelden een
nieuw wegontwerp vanuit een groot aantal posities in het landschap door
foto's te maken in een schaalmodel. Melhorn en Keller (1973) trachtten
esthetische aspekten van een landschap tekwantificeren teneinde onderscheid te kunnen maken tussen alterna;ieve wegontwerpen in dat landschap.
Een derde, en laatste, terrein voor het beoordelen van de konsekwenties van een bepaald ontwerp met simulatietechnieken wordt gevormd door
het rijgedrag van weggebruikers die naderhand van het gerealiseerde ontwerp gebruik zullen gaan maken. Idealiter zouden er op grond van onderzoek naar het rijgedrag van weggebruikers richtlijnen behoren te zijn
opgesteld voor een "optimaal" rijgedrag, bijv. met betrekking tot specifieke zaken als minimale voorinformatie over het wegverloop (preview),
maximaal geaccepteerde laterale versnellingen op gebogen weggedeelten,
*Transport and Road Research Laboratory
-3-
minimale afstand tussen informatiepunten, een goede visuele geleiding
door het ontwerp, de aanwezigheid van aandachtsafleidende objekten, e.d.
Zo is het bijv. bij het ontwerpen van gebogen weggedeelten van groot belang om inzicht te hebben in de informatie die door bestuurders als relevant wordt ervaren gedurende het naderen van en rijden door zo'n bocht.
Indien dergelijke gegevens in de vorm van richtlijnen beschikbaar zouden
zijn, kan een gerealiseerd weggedeelte daaraan worden getoetst en kunnen
onvolmaaktheden mogelijk worden aangegeven. Dergelijke richtlijnen zijn
echter voor de beoordeling van wegen nog niet algemeen beschikbaar.
Een extra probleem ontstaat indien het weggedeelte nog niet is gerealiseerd en van een ontwerp moet worden uitgegaan; voorspellingen van
het uiteindelijke rijgedrag moeten dan de basis vormen voor de evaluatie
van het ontwerp. De vraag kan daarbij worden gesteld in hoeverre simulatietechnieken behulpzaam kunnen zijn bij de evaluatie van het ontwerp
en in hoeverre de te gebruiken technieken bij het beoordelen een betere
voorspelling mogelijk maken van het rijgedrag van de toekomstige weggebruikers. In de ontwerpfase zijn dan aanvullende gegevens noodzakelijk
over de validiteit van de te gebruiken simulatietechnieken. Deze gegevens
zouden bijvoorbeeld beschikbaar kunnen komen door, per techniek, vergelijkingen uit te voeren tussen de voorspellingen tijdens het ontwerp en
het uiteindelijke gedrag in het gerealiseerde weggedeelte.
Dit rapport gaat nu nader in op de momenteel, en in de direkte toekomst, in gebruik zijnde simulatietechnieken om wegontwerpen te beoordelen. Als zodanig vormt het rapport een vervolg op een reeds eerder uitgevoerde deelstudie (Blaauw en Riemersma, 1975). Het accent zal liggen
op technieken voor een voorspelling van het rijgedrag van toekomstige
gebruikers van het gerealiseerde ontwerp; technieken voor het beoordelen
van civieltechnische konsekwenties of voor de esthetische inpassing in
een landschap (zoals gezien door omwonenden) zullen niet zozeer aan de
orde komen. Bij de te bespreken technieken zal slechts aandacht worden
geschonken aan die technieken waarbij het ontwerp op ooghoogte van de
toekomstige bestuurders wordt beoordeeld.
In hoofdstuk 2 zal nader worden ingegaan op het begrip simulatie
en zullen enkele algemene vormen van simulatie worden gepresenteerd.
Hoofdstuk 3 richt zich op de mogelijke simulatietechnieken om specifiek
wegontwerpen te beoordelen; van deze technieken zal een overzicht worden
gegeven. Uitgaande van de technieken die een simulatie van het daadwerke- -
-4-
lijke autorijden mogelijk maken volgt in hoofdstuk 4 een inventarisatie
van de ontwikkelde simulatorsystemen. Hoofdstuk 5 gaat nader in op de
validiteitsproblematiek bij het gebruik van simulatietechnieken en hoofdstuk 6 beschrijft een aantal uitgevoerde validiteitsonderzoeken. Hoofdstuk 7 bediscussieert de verzamelde gegevens en hoofdstuk 8 tenslotte
geeft een aantal samenvattende konklusies en aanbevelingen voor het gebruik van simulatietechnieken bij het beoordelen van wegontwerpen.
2. Simulatie
2.1 Definitie van simulatie
Een algemene definitie van simulatie wordt gegeven door Fraser (1966):
"Simulation seeks to provide a means for the acquisition of knowledge,
either by experimenter or trainee, under circumstances where, for a variety
of reasons, the acquisition of that knowledge from the original source
would be impractical". Zo'n situatie dodt zich dus voor bij het beoordelen van wegen die nog niet zijn aangelegd en waarbij een middel gezocht
moet worden om toch over de konsekwenties van een wegontwerp kennis te verkrijgen. Harman (1961) definieert simulatie als: a technique of substituting a synthetic environment for a real one, so that it is possible
to work under laboratory conditions of control". In deze definitie wijst
het laatste deel op de kracht van simulatie, het eerste deel geeft daarentegen een zwak punt aan. Immers, simulatie is en blijft slechts een
substitutie van een werkelijke omgeving door een kunstmatige, waardoor
altijd een aantal aspekten uit de werkelijke omgeving verloren gaan.
"Simulation, by its very nature, only attempts to reproduce part of the
real world" (Barrett et al., 1969) en "all current (driving) simulators
sarnple only a restricted range of possible behavioral demands met upon
the road" (1oskowitz, 1974). De beste simulatie is uiteraard de werkelijkheid.
Een van de belangrijkste vragen bij simulatieonderzoek richt zich
dan ook op de vraag welke (deel-)aspekten gesimuleerd moeten worden (en
tot welke graad van perfektie) en welke aspekten in de simulatie mogen
ontbreken. Als afgeleide daarvan kunnen uitspraken volgen over de geschiktheid van een simulatietechniek bij het verzamelen van kennis over
de werkelijke (gesimuleerde) situatie en kunnen aspekten uit die situatie beter worden voorspeld. Voor de toepassing van simulatietechnieken
-5-
bij de evaluatie van wegontwerpen kan dan een antwoord worden gevonden
op de in hoofdstuk 1 gestelde vraag naar de validiteit (geldigheid) van
de te gebruiken simulatietechnieken.
2.2 Algemene vormen van simulatie
Algemene vormen van simulatie kunnen o.a. worden onderscheiden naar
het niveau van abstraktie en naar het beoogde doel (zie bijv. Harman,
1961). In het eerste geval kunnen worden onderscheiden:
- het objekt of systeem zlf onder operationele omstandigheden; voor
zover hierbij nog van simulatie gesproken kan worden wordt de term
"identity simulation t gebruikt; in feite sluit dit aan bij de opmerking
"
in hoofdstuk 2.1 dat de beste simulatie uit de werkelijkheid bestaat.
Bij het beoordelen van wegontwerpen kan hier gedacht worden aan een
evaluatie van het rijgedrag van de normale weggebruikers op een gerealiseerd weggedeelte.
- het objekt of systeem zlf onder gesimuleerde omstandigheden. Bij het
beoordelen van wegontwerpen kan dit type simulatie bestaan uit een
evaluatie van het rijgedrag van een specifieke weggebruiker die onder
ingestelde omstandigheden (experimentele kondities) met een geTnstrumenteerde auto over een gerealiseerd weggedeelte rijdt (zoals bijv.
in de studie op het Vaanplein bij Rotterdam; Blaauw en Riemersma, 1975).
- simulatie door middel van een zo nauwkeurig mogelijke weergave van een
systeem of deel daarvan in het laboratorium: laboratorium-simulatie.
Voorbeelden zijn mens-machine systemen als vlucht-, scheeps- en voertuigsimulatoren die t.a.v. afmetingen, dynamische eigenschappen, operationele procedures, omgevingskenmerken, taakeisen, enz. zoveel mogelijk
aan de werkelijke situatie gelijk zijn gemaakt.
- analytische (computer) simulatie, waarbij de werkelijke situatie volledig is vertaald in een mathematisch model (stelsel formules en funkties)
op een computer en waarbij taaksituaties doorgerekend kunnen worden.
Voorbeelden bij het beoordelen van wegontwerpen zijn de mathematische
optimaliseringsprocedures (hoofdstuk 1) die gebruikt kunnen worden om
een optimaal wegverloop in een bepaald landschap te bepalen (optimaal
t.a.v. civieltechnische konsekwenties). Een ander voorbeeld wordt gevormd door het researchterrein van de cybernetische bestuurdersmodellen
(Blaauw, 1979) waarin door een mathematische modelweergave van het bestuurdersgedrag in kombinatie met een modelheschrijving van de taakom-
geving in een computer taaksituaties op hun konsekwenties doorgerekend
kunnen worden.
Een tweede indeling van de vormen van simulaties wordt bepaald door
het beoogde doel; hierbij kunnen worden onderscheiden:
- demonstratie. Hierbij kan worden gedacht aan het gebruik van simulatie
als ondersteuning van bijv. informatieoverdracht aan anderen. Bij wegontwerpen kan een (statische) maquette van een nieuw wegvak zo een belangrijk hulpmiddel zijn bij een presentatie op een hoorzitting.
- evaluatie, speciaal ten aanzien van de konsekwentie van een nog te
bouwen of te veranderen systeem of objekt. In het kader van dit rapport
ligt hierin een belangrijk doel bij het gebruik van simulatie bij nieuwe
wegontwerpen.
- research. Voor dit doel kan simuleren grote voordelen bieden. Zo kunnen
experimenten onder gekontroleerde, zelf te kiezen omstandigheden worden
uitgevoerd waarbij een systematische variatie van experimentele kondi-ties mogelijk is. Vaak staat een uitgebreid instrumentarium ter beschikking om het verloop van de simulatie te registreren en te verwerken. Als verdere voordelen gelden vaak de geringere kosten en geringere
risico's bij het toepassen van simulatietechnieken, zoals bijv. bij het
manoeuvreren met vliegtuigen en schepen.
- training. Het opleiden van bijvoorbeeld vliegtuig- en scheepsbemanningen
in algemene taaksituaties en specifieke noodprocedures, waarbij de kans
op werkelijke ongevallen niet aanwezig is en waarbij de kosten van de
training sterk zijn verminderd. Bij het gebruik van simulaties voor
trainingen dient erg gelet te worden op zaken als overdracht van training van simulatie naar werkelijkheid (transfer of training), d.w.z.
in hoeverre brengt de simulatie een leertijdverkorting in de werkelijkheid met zich mee en in hoeverre moeten in de simulatie aangeleerde
handelingen in de werkelijkheid toch nog weer opnieuw geleerd worden.
Dit rapport over simulatietechnieken voor het beoordelen van wegontwerpen kan volgens de hier beschreven vormen van simulatie worden
aangeduid als laboratorium-simulaties van het bestuurder-voertuigwegsysteern met als primair doel: het evalueren van wegontwerpen. Demonstratie en research doeleinden zullen echter ook een rol blijven spelen.
Het rapport zal niet ingaan op de andere gepresenteerde vormen van simulaties.
-7-.
3. Simulatietechnieken
Bij het beoordelen van een wegontwerp vanuit het gezichtspunt van
de toekomstige weggebruiker kunnen binnen de groep van laboratoriumsimulaties verschillende technieken worden toegepast. Onderscheid kan worden
gemaakt naar de wijze waarop de gegevens over het ontwerp beschikbaar
zijn en naar de wij ze van presentatie van het ontwerp aan de beoordelaar/
ontwerper.
3.1 Gegevens van het ontwerp
Indien het gebruik van tweedimensionale werktekeningen wordt uitgesloten, kunnen de gegevens van het te beoordelen ontwerp op twee verschillende manieren worden verkregen, nl. via:
- een driedimensionaal schaalmodel (maquette), of
- een computergeneratie (CCI: computer generated image).
Bij een maquette is het ontwerp fysisch op schaal gerealiseerd. Met
behulp van spiegels en/of speciale maquettekijkers (endoscopen) kan een
beeld op ooghoogte in de maquette worden verkregen. Een andere lokatie
van het ontwerp kan wcrden beoordeeld door de spiegels en/of endoscopen
met de hand of met een speciale besturing te verplaatsen.
Praktische richtlijnen voor het vervaardigen van maquettes, zoals
t.a.v. de keuze van een schaalfaktor ten opzichte van het werkelijke ontwerp of t.a.v. de keuze van de materialen, worden gegeven door Porter (1969),
Geissier en Aziz (1969) en Smith en Holmes (1973). Deze laatste auteurs
evalueren de keuze van de schaalfaktor door foto's van werkelijke wegsituaties te vergelijken met foto's van overeenkomstige wegmaquettes.
Overigens wordt de keuze van de schaalfaktor begrensd door enerzijds de
beschikbare ruimte voor de maquette en anderzijds de nog te realiseren
detailgrootte en de afmetingen van de spiegels en/of endoscopen om in
het ontwerp te kunnen kijken; praktische waarden liggen tussen 1:10 en
1:300.
Naast het gebruik van maquettes zijn in de laatste jaren, dankzij
de ontwikkelingen in de elektronika, simulatietechnieken in opkomst waarbij de gegevens over het ontwerp hijv. in digitale vorm in het geheugen
van een computer zijn opgeslagen en via specifieke programmatuur op een
display kunnen worden gepresenteerd. Via deze computergeneratie is het
mogelijk om op willekeurige lokaties in het ontwerp (te specificeren met
enkele parameters als invoer aan de progralimiatuur) perspektiefbeelden
van het wegverloop op ooghoogte van de bestuurder te berekenen en op het
display te presenteren.
Bij de computergeneratie kan ook nog onderscheid worden gemaakt tussen
een digitale en hybride generatie, met verschillende konsekwenties voor de
komplexiteit van het te genereren wegbeeld, resoluties op grotere afstanden voor de beoordelaar en helderheden van de beeldelementen. Bij digitale computertechnieken kunnen eenvoudig samengestelde perspektieven
(d.w.z. weinig beeldpunten) bij de huidig haalbare rekensnelheden in de
computer real-time worden berekend; bij meer komplexe beelden wordt de
rekentijd te lang en is een real-time berekening digitaal niet meer mogelijk. Indien nu echter de berekeningen meer worden uitgesplitst en gebruik
wordt gemaakt van hybride technieken (konabinatie van digitaal en analoog)
vindt een meer parallelle berekening plaats en vormt de rekentijd een
minder groot probleem. Ten gevolge van deze zgn. hybride techniek verbetert eveneens de resolutie op grotere afstand en zijn gradaties in de
beeldhelderheden beter in te stellen.
Over het algemeen is een computergegenereerd beeld echter uit een
beperkt aantal elementen samengesteld en is slechts een tamelijk gestyleerd beeld beschikbaar; maquettes daarentegen laten een groot aantal details toe. Bij maquettes zijn bovendien vertikale elementen gemakkelijker
te presenteren.
Indien de apparatuur en programmatuur voor het opslaan en genereren
van computerbeelden eenmaal beschikbaar zijn (eenmalige hoge kosten),
is het relatief eenvoudig en goedkoop om nieuwe ontwerpen of wijzigingen
in een ontwerp in te voeren; bij maquettes heeft elk nieuw ontwerp of
wijziging in een ontwerp grotere financile konsekwenties en kost veel
tijd.
Tabel 1 geeft een samenvatting van de belangrijkste voor- en nadelen
van de verschillende technieken.
Tabel I. Voor- en nadelen van technieken voor de generatie van ontwerpgegevens.
TECHNIEK
VOORDELEN
Maquette
- realistisch beeld- minder flexibel
NADELEN
- komplexe ontwerpen - modifikaties
- veel details duur en tijdrovend
Computergeneratie
(digitaal)
- flexibel
- gestyleerd beeld
- modifikaties goedkoop
- toename rekentijd
bij meer komplexe
beelden (serile
berekeningen)
- beperking in
helderheidsgradaties
- beperking in resolutie op afstand
Computergeneratie
(hybride)
- flexibel
- gestyleerd beeld
- modifikaties goedkoop
- komplexe beelden
niet praktisch
(toename aantal
komponenten)
- snel
- geen toename rekentijd
bij meer komplexe beelden
(parallelle berekeningen)
- kontinu instelbare helderheidsgradaties
- goede resolutie op afstand
3.2 Presentatie van het ontwerp
Het beeld zoals dat op ooghoogte in het ontwerp wordt opgenomen kan
met drie principieel verschillende technieken aan de beoordelaar/ontwerper
worden gepresenteerd. Elke methode verschilt wezenlijk in de validiteit
ten opzichte van het feitelijke autorijden zoals dat naderhand in het gerealiseerde ontwerp zal plaatsvinden.
3.2.1 Statische sirnuiatietechnie7<en
Bij statische simulatietechnieken wordt op bepaalde lokaties in het
ontwerp een beeld opgenomen en gepresenteerd aan de beoordelaar/ontwerper;
deze kan een oordeel geven over de geometrie en het wegverloop zoals deze
vanuit de gepresenteerde stilstaande positie worden ervaren. Op meerdere
lokaties kan een beeld worden opgenomen en kan het wegverloop over een
grotere lengte worden beoordeeld.
Het oordeel kan enerzijds direkt worden gegeven door met een spiegel
en/of endoscoop op de gegeven plaats in de maquette te kijken of door te
kijken naar het door een computergegenereerde perspektiefbeeld; anderzijds kan ook indirekt een oordeel worden gegeven aan de hand van (zwartWit of kleuren) foto's die op die specifieke plaatsen in een eerder stadium zijn vervaardigd. Foto's hebben hierbij als voordeel boven direkte
beoordelingen dat meerdere mensen eenduidig dezelfde scne krijgen gepresenteerd.
Fig. 1 presenteert een voorbeeld van een statische simulatietechniek,
waarbij vanaf een aantal lokaties in een maquette van een ingewikkeld verkeersknooppunt (vlechtwerk Oudenrijn-Galecopperbrug) foto's werden gemaakt
vanaf verschillende rijstroken. Deze opnamen werden vervaardigd door het
Instituut voor Zintuigfysiologie TNO in samenwerking met de afdeling Esthetische Verzorging van de Dienst Verkeerskunde van de Rijkswaterstaat.
Porter (1969) vergeleek twee ontwerpalternatieven door op verschillende lokaties in de linker- en rechterrijstrook van een maquette van
een autosnelweg foto's te maken om een oordeel mogelijk te maken over
zichtafstanden, esthetische vorm en onregelmatigheden in het wegverloop.
Soortgelijke methoden zijn ook mogelijk voor computergegenereerde perspektiefbeelden (Godin et al., 1968; Smith en Yotter, 1969; Smith, Yotter
en Murphy, 1971; Moffett, 1974; Feeser en Ewald, 1975; Ten Brununelaar,
1975; Gonin en Moffett, 1976). Soms echter worden deze perspektiefbeelden meer als een soort "bijprodukt" berekend naast optimaliseringsprocedures t.a.v. civieltechnische konsekwenties zonder dat deze perspektiefbeelden zelf uitgebreid onderwerp van onderzoek vormen (OECD, 1973;
Beilfuss, 1973; Stott, 1973; George, 1976). De computergegenereerde perspektiefbeelden worden soms gebruikt om wegontwerpen te beoordelen op
4_-~V
LINKERSTROOK
MIDDENSTRO OK
RECHTERSTROOK
Fig. 1 Voorbeeld van een statische simulatietechniek. Op verschillende
plaatsen in een maquette van een verkeersknooppunt zijn opnamen gemaakt
bij het naderen en passeren van een viadukt. Vergelijkingen kunnen worden
gemaakt tussen het wegbeeld van overeenkomstige wegposities in de linker-,
midden- en rechterrijstrook. Rechtsboven in de figuur: een overzichtsfoto van het betreffende maquettegedeelte. In deze maquette zijn overigens
door het Instituut voor Zintuigfysiologie TNO ook video-opnamen gemaakt
om een meer dynamische indruk te verkrijgen; zie hoofdstuk 3.2.2.
- 12 -
Fig. 2 Voorbeeld van een met een computer gegenereerd perspektiefbeeld
van een weg vanuit verschillende zichtposities (bron: Smith en Yotter, 1969).
A
13
c
Fig. 3 Fotomontage van een wegperspektief in een landschap:
A) oude situatie; B) computergegenereerd nieuw perspektiefbeeld;
C) kombinatie van A en B (bron: Berrili en Feeser, 1973).
--13-
de maatvoering voor horizontale en/of vertikale kromtestralen teneinde
"knikken" in het wegverloop te yoorkomen. Zie bijv. Fig. 2.
Computergegenereerde perspektiefbeelden worden ook wel gekombineerd
met foto's van een bestaand landschap (foto-montage) om een oordeel te
kunnen krijgen over de situatie zoals die uiteindelijk zou ontstaan indien een nieuw wegontwerp in een landschap ingepast wordt (Berrili en
Feeser, 1973; Feeser en Ewald, 1975; Merchant, 1976). Fig. 3 toont een
voorbeeld van een dergelijke fotomontage. Soms worden computergegenereerde perspektiefbeelden naderhand aangevuld met kleuren en kenmerkende punten uit de omgeving (Moffett, 1974).
Als essentieel nadeel van statische simulatietechnieken geldt dat
de dynamische werkelijkheid van het autorijden wordt vervangen door enkele statische steekproeven binnen het ontwerp.
3.2.2 Dyncamsche sirniatietechnieken zdnder terugkoppeling vanuit de bestuurder
Een meer dynamische simulatietechniek maakt gebruik van de voorwaartse beweging van de auto door het ontwerp en verbindt een snelheidsimpres-
sie aan de beelden. De beoordelaar/ontwerper krijgt een film- of videoopname gepresenteerd van een rit door een ontwerp, waarbij de opname volgens een vaste koers en snelheid in een eerder stadium in het ontwerp is
gemaakt. Hij is daarbij niet in staat om in te grijpen op de koers en
snelheid van de rit door het ontwerp en is geheel afhankelijk van de koers
en snelheid tijdens de opname: de beoordeling staat geen terugkoppeling
toe vanuit de beoordelaar/ontwerper.
Een dergelijke beoordeling ontstaat eveneens indien statische opnamen,
zoals beschreven in hoofdstuk 3.2.1, achtereenvolgens vanuit opeenvolgende gezichtspunten in het ontwerp op film of video worden opgenomen en
leiden tot een animatiefilm (o.a. Godin et al., 1968). Geissler en Aziz
(1969) toonden dergelijke opnamen vanuit een komplex verkeersknooppunt
aan éen willekeurige groep bestuurders die vervolgens een (vrij algemeen)
oordeel moesten geven ("what is your impression of the general appearance
of the roadway including environment?"). Verschillende gedeelten van het
ontwerp konden op deze wijze als slecht worden beoordeeld, hoofdzakelijk
ten gevolge van een beperkte zichtafstand, een (te) scherpe bocht of een'
(te) komplex wegbeeld. Een kontrole van de resultaten in de werkelijke
situatie werd echter niet uitgevoerd. Alhoewel de auteurs de beoordelingen
zowel aan de hand van (statische) foto's als (dynamische) filmopnamen
- 14 -
lieten uitvoeren, werd geen onderlinge vergelijking gerapporteerd. Moffett
(1974) vervaardigde eveneens animatieopnamen, hoofdzakelijk ten behoeve
van hoorzittingen over nieuw aan te leggen verkeersvoorzieningen.
In beperkte mate is het met filmtechnieken mogelijk om een terugkoppeling vanuit de bestuurder te realiseren en daarmee een simulatietechniek te creren die in de richting gaat van de technieken uit hoofdstuk
3.2.3. Met name wordt een dynamische terugkoppeling mogelijk t.a.v. de
gereden snelheid indien de snelheid van projekteren door de beoordelaar/
ontwerper kan worden ingesteld. Variaties en/of verminderingen in snelheid kunnen duiden op een onvolmaaktheid in het ontwerp. De filmsnelheid
kan zo varieren tussen 12 en 45 beelden per sekonde; bij lagere snelheden
worden de afzonderlijke filmframes zichtbaar, terwijl bij hogere snelheden problemen kunnen ontstaan bij het filmtransport (Hulbert en Wojcik,
1972). Uiteraard gaat deze beïnvloeding alleen op indien er geen overig
verkeer in het ontwerp wordt gepresenteerd; een verandering in de (eigen)
snelheid door de projektorsnelheid te beTnvloeden zou dan immers ook een
irreele verandering in de snelheid van het overig verkeer betekenen.
Een dynamische beïnvloeding, maar in nog beperktere mate, is eveneens
mogelijk door gebruik te maken van speciale projektietechnieken (VAMP "visual anamorphic picture. technique"). Hierbij wordt, afhankelijk van
de gewenste positie, een ander gedeelte van het filmframe geprojekteerd
of afgetast. Filmbreedtes tot 70 mm worden daarbij toegepast. Voor
trainingssimulatoren is de beperking in bewegingsvrijheid meestal geen
bezwaar, maar voor researchsimulatoren biedt zo'n systeem weinig mogelijkheden.
3.2.3 Dynwaische .simulatieteclmieken; mét terugkoppeling vanuit de bestuurder
Indien de beoordelaar/ontwerper bij de presentatie van de beelden
uit een ontwerp in staat is om zelf de gezichtspunten van de opnamen in
te stellen, is er sprake van een direkte beïnvloeding en vindt er een
terugkoppeling plaats vanuit de beoordelaar/ontwerper. Ten opzichte van
de in hoofdstuk 3.2.2 besproken techniek kan de beoordelaar volledig
zelfstandig de koers en snelheid van de opname instellen en is niet langer
afhankelijk van een opgelegde koers en snelheid. In de literatuur is ook
wel sprake van ongeprogrammeerde simulatoren (hoofdstuk 3.2.3) versus geprogrammeerde sinulatoren (hoofdstuk 3.2.2).
— 15 -
In feite staat deze techniek een daadwerkelijke simulatie van het
autorijden toe, onder de voorwaarde dat de simulatietechniek een realtime presentatie toelaat. Bij een real-time presentatie wordt immers het
dynamische aspekt van het autorijden niet vertraagd door de processen
noodzakelijk voor de presentatie van volgende beelden. In deze situatie
is de beoordelaar/ontwerper in feite de bestuurder van een auto in het
ontwerp geworden en kan het rijgedrag van deze bestuurder als kwaliteitsmaatstaf voor het ontwerp dienen. Een betere voorspelling van het uiteindelijke rijgedrag in het gerealiseerde ontwerp lijkt dan mogelijk en
de val'iditeit van de techniek bereikt ten opzichte van de in de voorgaande hoofdstukken besproken technieken een veel gunstiger waarde. In dit
rapport zal de aandacht nu verder worden gericht op de in dit hoofdstuk
3.2.3 aangegeven simulatietechnieken en zal dus nog uitsluitend worden
ingegaan op dynamische simulatietechnieken die een real-time benvloeding vanuit de bestuurder mogelijk maken.
Overigens blijft het altijd mogelijk om de simulatietechnieken van
de voorgaande hoofdstukken te realiseren door beperkingen in te voeren
in de technieken van dit hoofdstuk. Indien bijvoorbeeld de presentatie
van het beeld op een bepaalde lokatie wordt "bevroren" ontstaat materiaal
voor een statische beoordeling, overeenkomstig de techniek van hoofdstuk
3.2.1. Daarnaast kan het beeld tijdens een voorgeprogrammeerde rit door
het ontwerp op film of video worden opgenomen en krijgt men de beschikking over materiaal voor een dynamische beoordeling zonder terugkoppeling
vanuit de bestuurder, overeenkomstig de techniek van hoofdstuk 3.2.2.
4. Simulatoren voor het autorijden
De beoordeling van wegontwerpen wordt dus beperkt tot die technieken
die uitgaan van een dynamische, real-time terugkoppeling vanuit de beoordelaar. In algemene zn betekent dit een techniek waarbij een in een auto
gezeten bestuurder naar een scherm kijkt en op grond van de gepresenteerde informatie de auto door het ontwerp laat rijden. Hiertoe worden de handelingen van de bestuurder (sturen, gasgeven, enz.) in een mathematisch
voertuigmodel op een computer vertaald in bewegingen die de auto in werkelijkheid zou gaan uitvoeren. Overeenkomstig deze bewegingen worden koers'
en snelheid in het ontwerp ingesteld en wordt weer een beeld gepresenteerd
aan de bestuurder; hiermee is een voortdurende terugkoppeling ontstaan
Es
die de bestuurder in staat stelt om door het ontwerp te rijden. Er is
dan sprake van een daadwerkelijke simulatie van het autorijden; dergelijke
simulatoren zijn op een aantal plaatsen in bedrijf.
Alhoewel bij de simulatietechnieken tot nu toe de nadruk heeft gelegen op de visuele informatiepresentatie van de ontwerpgegevens, is bij
het feitelijke autorijden ook andere informatie van belang voor het uiteindelijke rijgedrag. Een bestuurder gaat immers niet uitsluitend af op
visuele informatie, maar maakt bijv. ook gebruik van de waargenomen dwarsversnellingen bij het rijden door een boog, of van de waargenomen stuurkrachten. Bij een voorspelling van het feitelijke rijgedrag in een te
realiseren situatie op grond van ritten in een simulator, zouden dan
ook naast de visuele informatie overige informaties (kinesthetisch, stuurkracht, auditief) behulpzaam kunnen zijn en kunnen bijdragen tot een
betere validiteit van de simulatietechniek. Om die reden zijn sommige
voertuigsimulatoren met 66n of meer additionele informatiekanalen uitgerust; hoofdstuk 5 gaat nader in op de respektievelijke bijdragen van deze
informatiekanalen aan de validiteit van de simulatortechniek.
4.1
Bijlage 1 geeft een overzicht van de simulatoren, zoals deze in de
USA, Australi en Europa (Duitsland, Zweden en Nederland) zijn ontwikkeld.
Nadere details over de toegepaste technieken worden eveneens gegeven. De
gegevens in Bijlage 1 zijn verzameld aan de hand van:
een overzicht van de in 1969 beschikbare voertuigsimulatoren (Hoskovec
en Biehl, 1969)
een soortgelijk overzicht van de in Noord-Amerika beschikbare simulatoren (OTH an l on , 1977)
literatuurgegevens over onderzoek m.b.v. simulatoren
eigen gegevens.
Alhoewel Bijlage 1 een tamelijk uitgebreid overzicht geeft, blijft
het natuurlijk altijd mogelijk dat minder bekende simulatoren niet zijn
opgenomen. Zoals reeds eerder was aangegeven zijn in de Bijlage slechts
simulatoren getnventariseerd die een dynamische, real-time beïnvloeding
vanuit de bestuurder mogelijk maken; simulatoren zonder volledige terugkoppeling vanuit de bestuurder (zoals bij filmprojektie) blijven buiten
beschouwing. Simulatoren met puntlichtbronprojektie (resulterend in schaduw beelden op een doorzichtscherm) worden evenmin in het overzicht vermeld.
- 17 -
In het overzicht in de Bijlage wordt onderscheid gemaakt. naar:
ALGEMEEN:
- instituut
- medewerkers
- fabrikant van de simulator
- operationele periode
TECIINISCHE SPECIFIKATIES:
-
visueel
- modelgegevens (maquette; computergeneratie, digitaal resp. hybride)
- beeldelementen (horizontale en vertikale kenmerken van weg en omgeving; overig verkeer: bewegend resp. stilstaand)
- display (TV-rnonitor met/zonder collimatorlens; TV-projektor)
- beeldhoek (horizontaal x vertikaal)
- zwart-wit/kleuren
- aantal vrijheidsgraden van het visuele systeem (langs, dwars,
vertikaal, dompen, rollen, gieren)
- additioneel
- kinesthetisch (aantal vrijheidsgraden: langs, dwars, vertikaal,
dompen, rollen, gieren)
- stuurkracht (veer, dynamisch met torsiemotor of stuurbekrachtiging)
- auditief (un- of meerkanaals: zijwind, motor, banden)
OPNERKINGEN:
- toepassirgsgebied
- eventuele referenties, waarin het simulatorsysteem nader wordt omschreven.
Uit het overzicht (peildatum: zomer 1979) kunnen enkele konklusies
worden getrokken. Zo blijkt o.a. dat vrijwel alle research-instituten
zelfstandig hun simulatorsysteem hebben opgebouwd, en dat slechts twee
systemen commercieel verkrijgbaar zijn (voor het simuleren van het rijden
in tanks: systeem 22 en 23 in Bijlage 1; deze systemen zijn vrij eenvoudig
te modificeren voor het simuleren van wielvoertuigen). Overigens bleken
simulatoren, werkend volgens het principe van puntlichtbronprojektie,
ook commercieel verkrijgbaar (Link Sim-L-Car; General Precision Systems
Ltd, Engeland). Sommige van de gepresenteerde systemen zijn op dit moment
echter niet meer operationeel.
Ten aanzien van het type onderzoek blijkt dat het beoordelen van
wegontweren bij de imulatoren aan de orde komt bij het bestuderen van
het koers- en snelheidsgedrag op rechte en gebogen wegen en bij de studie
- 18 -
naar de invloed van het type wegbelijning (hoofdstuk 6.2). Buiten het
onderzoeksterrein van het beoordelen van wegontwerpen worden de simulatoren ingezet bij studies naar het volgen van voorliggers, de invloed
van dynamische voertuigeigenschappen op het rijgedrag ("handling"), effekten van zijwind, effekten van alkohol en drugs, waarneming van ander
verkeer, enz. De beide commercieel verkrijgbare simulatoren worden bij
diverse krijgsmachten ingezet bij de opleidingen voor (tank)chauffeurs.
Bij vrijwel alle simulatoren zit de bestuurder in een auto (of een
gedeelte daarvan) waarbij de relevante bedieningsmiddelen en instrumenten operationeel zijn. Op dit punt wordt dus overal gestreefd naar een
goede "face validity" van het simulatorsysteem.
Ten aanzien van de gebruikte technieken bij de visuele informatiepresentatie wordt een belangrijk onderscheid gevormd door de wijze waarop
de weggegevens beschikbaar zijn: via een maquette of via cornputergeneratie
(hoofdstuk 3.1). Voor de 23 simulatorsystemen uit Bijlage 1 is de verhouding tussen beide principes vrijwel gelijk: 12 maquettesystemen en 11
systemen met computergeneratie. Overigens zijn een aantal maquettesystemen
niet meer operationeel (zie Bijlage 1) zodat de balans cp dit moment doorslaat in de richting van de systemen met computergeneratie. Fig. 4 en 5
tonen voorbeelden van de beelden zoals deze door beide systemen aan de bestuurder worden gepresenteerd. Uiteraard bestaat bij de maquettesimulatoren de mogelijkheid om uitgebreide modellen met veel details samen te stellen en te presenteren; bij computergegenereerde beelden zijn de mogelijkheden veel beperkter en kunnen, buiten de wegbelijning, slechts in twee
simulatoren extra elementen worden gepresenteerd. De simulator van Systems
Technology Inc. in Hawthorne (systeem 7 in Bijlage 1) biedt de meest uitgebreide mogelijkheden: zo, is het moglijk om (gestyleerde) voor- en tegenliggers en obstakels te genereren. Via diaprojektie kunnen verkeersborden
e.d. (in kleur) aan het beeld worden toegevoegd. Zichtbeperkende omstandigheden (zoals mist en duisternis) kunnen eveneens in deze simulator
worden nagebootst. In de simulator van Volkswagen te Wolfsburg (systeem
19 in Bijlage 1) kunnen gestyleerde bomen aan het beeld worden toegevoegd.
Overigens worden deze extra beeldelementen, evenals bijvoorbeeld hektometerpaaltjes bij de zijlijnen van de weg, veelal gepresenteerd om ten
dele te kompenseren voor het gemis aan dipteinformatie en de bestuurders
in de simulator beter in staat te stellen snelheden en afstanden te schatten (Dobbec.k en Lincke, 1974). Een uitbreiding van het aantal beeldelernen-
- 19 -
Fig. 4 Voorbeeld van een computergegenereerd wegbeeld, zoals aanwezig in
de simulator van het Forschunginstitut fiir Anthropotechnik te WachtbergWerthhoven, West-Duitsland (systeem 15 in Bijlage 1).
Fig. 5 Voorbeeld van een in een maquette opgenomen wegbeeld, zoals aanwezig in de simulator van het Instituut voor Zintuigfysiologie TNO (systeem 20 in Bijlage 1).
- 20 -
ten wordt beperkt door de tijd nodig om het totale beeld te genereren;
het moet immers een real-time presentatie blijven waarbij de bestuurder
geen plotselinge beeldveranderingen mag opmerken (het beeld dient daarom minstens met een frekwentie van 20-25 Hz gegenereerd te worden).
Bij maquettesystemen dient ernaar gestreefd te worden de besturing
van de televisiekamera's in de maquette zonder positie- en/of snelheidsfout te realiseren; vanwege de schaalfaktor zouden eventuele fouten
overeenkomen met ontoelaatbaar grote afwijkingen in de werkelijkheid.
Bij computergegenereerde beelden is dit probleem afwezig; alhoewel de
(langere) rekentijd hier weer voor een merkbare tijdvertraging in de totale systeemresponsie kan zorgdragen. Beide systemen verschillen eveneens in de flexibiliteit indien bestuurders bij het rijden fouten maken
en van de weg raken: bij computergegenereerde beelden zijn er geen konsekwenties, terwijl bij maquettesystemen speciale voorzieningen noodzakelijk zijn om schade aan de maquette en/of het opnamesysteem te voorkomen.
Tot nu toe was er bij de vergelijking van de simulatorsystemen sprake
van eenvoudige wegontwerpen. Bij meer komplexe ontwerpen dienen veel beeldelementen te worden gepresenteerd. Computergeneratie-systemen zijn nog
niet in staat om dit real-time te realiseren; TV-maquette systemen zijn
hierbij op dit moment in het voordeel. Fig. 6 en 7 tonen een toepassing
van een beoordeling van een komplex verkeersknooppunt met de simulator
van het Instituut voor Zintuigfysiologie TNO (systeem 20 in Bijlage
1).
De vergelijking tussen simulatorsystemen met maquettes en met cornputergegenereerde beelden wordt, naast de bovenstaande verschillen in
informatiegeneratie en zoals ook gepresenteerd in Tabel T in hoofdstuk
3.1, beTnvloed door de wijze van informatiepresentatie aan de bestuurder.
Veelal wordt gebruik gemaakt van televisietechnieken om het beeld in de
maquette of van het computerdisplay op te nemen en het elders voor de
bestuurder te presenteren (via een monitor of projektor). De computergegenereerde beelden worden soms ook wel rechtstreeks met een computerdisplay of oscilloscoop (CRT: cathode-ray tube) aan de bestuurder aangeboden. De presentatie op een plat vlak heeft echter als nadeel dat de
diepteinformatie voor een belangrijk deelverloren gaat; extra elementen
in de beeldpresentatie (andere auto's, bomen, borden, enz.) moeten dan
behulpzaam zijn bij bijv. het schatten van afstanden Bij maquettes zijn
- 21 -
Fig. 6 Voorbeeld van een beoordeling van een komplex verkeersknooppunt
met een simulator met een maquette en een TV-systeem. De maquette werd
vervaardigd door de Afdeling Esthetische Verzorging van de Dienst Verkeerskunde van de Rijkswaterstaat.
Fig. 7 Het middelste wegbeeld behorend bij de opnamepositie van Fig. 6.
Hierbij werd gebruik gemaakt van de simulator van het Instituut voor Zintuigfysiologie TNO.
- 22 -
deze elementen eenvoudig toe te voegen; reeds eerder werd aangegeven dat
om die reden bij computergegenereerde beelden soms ook (in beperkte mate)
extra elementen in het beeld worden gegenereerd.
Het gebruik van televisietechnieken heeft daarnaast nog een aantal
belangrijke nadelen voor de simulatie, alhoewel niet eenvoudig kan worden
aangegeven in hoeverre daardoor de validiteit van de simulatietechniek
afneemt. Als nadelen zijn te onderscheiden:
- beperkte resolutie; soms wordt dit ten dele opgevangen door het gebruik
van televisiesystemen met een groter aantal beeldlijnen (bijv. 1029
lijnen in plaats van 625 lijnen, zoals bij het tanksimulatiesysteem
van LMT; systeem 23 in Bijlage 1). Kenmerkende waarden voor de resolutie van de presentatiesystemen variren tussen 4 en 10 bgmin;
het menselijk oog heeft een resolutie van circa 1 bgmin.
- beperkte horizontale beeldhoek; bij maquettesystemen wordt dit soms
opgevangen door meerdere kamera's en projektoren naast elkaar te
monteren (bijv. resulterend in een horizontale beeldhoek van 1200
in plaats van 400, zoals bij de simulator van het Instituut voor
Zintuigfysiologie TNO; systeem 20 in Bijlage 1). Bij computergegenereerde beelden zou dit opgevangen kunnen worden door voor meerdere, naast elkaar geplaatste, displays beelden te berekenen. Bij
voertuigsimulatoren wordt dit principe niet toegepast; bij vliegtuigsimulatoren daarentegen w&l. Overigens geldt als nadeel dat
organgen tussen naastliggende beelden veelal zichtbaar blijven,
tenzij de overgangen achter raamstijlen kunnen wegvallen.
Ter vergelijking: bij onbeperkte hoofd- en oogbewegingen bedraagt
de horizontale beeldhoek maximaal ± 125 graden. Hierbij komt dan
nog het gezichtsveld dat via eenof meer spiegels betrekking heeft
op de situatie achter de auto.
- beperkte dietescherpte bij het opnemen in maquettes. Via speciale optische hulpmiddelen kan echter de dieptescherpte sterk worden verbeterd (de extreem haalbare dieptescherpte, zoals aanwezig in systeem
20 van Bijlage 1, ligt tussen 2 cm en oneindig; d.w.z. bij een schaalfaktor van 1:100 kan elk detail vanaf 2 m voor de auto scherp worden
opgenomen). De lichtsterkte van de maquette moet dan echter zeer
groot zijn om een voldoende kontrastrijk beeld over te houden (konsekwenties voor in te stellen elektrisch vermogen en ventilatie).
Dit aspekt speelt nog ster1er bij kleurenopnamen.
- 23 -
- beperkte projektoreigenschappen. Indien het televisiebeeld niet op een
monitor, maar op een scherm voor de bestuurder wordt geprojekteerd
is er bij de op dit moment verkrijgbare projektoren een beperkter
beeld beschikbaar: lage helderheid, laag kontrast en lage resolutie.
Bij het presenteren van de informatie op een monitor (al dan niet
in kombinatie met een collimatorlens om het beeld schijnbaar op
een grotere afstand af te beelden) vervallen deze nadelen grotendeels, maar vormen de beeldovergangen een probleem om een grotere
beeldhoek te realiseren. Bij projektoren is dit probleem minder groot.
Uit het overzicht van de genventariseerde voertuigsimulatoren (Bijlage 1) blijkt dat veel simulatoren op dit moment, bij gebrek aan een
beter alternatief, toch zijn uitgerust met televisiesystemen en accepteert men de vermelde beperkingen. Een numerieke vergelijking van de diverse beeldkwaliteiten is overigens mogelijk met de zgn. MTF-methode
(modulation transfer funktion); hierbij wordt de kontrastafname door een
bepaald optisch systeem uitgedrukt als funktie van de detailgrootte (spati1e frekwentie)
Ten aanzien van de additionele informatiekanalen (kirLesthetisch,
stuurkracht, auditief) blijkt uit Bijlage 1 dat van de 23 geTnventariseerde sirnulacoren 8 simulatoren kinesthetische informatie aan de bestuurder presenteren; 1 simulator (systeem 9) versluiert de ontbrekende kinesthetische informatie doordat de auto op een rollenbank is geplaatst.
Geen enkele simulator bootst alle zes vrijheidsgraden in de bewegingen
identiek na; meestal wordt volstaan met de simulatie van twee of drie
rotaties. De lineaire versnellingen kunnen dan ook ten dele worden gesimuleerd door gebruik te maken van een komponent van de zwaartekracht
en de auto scheef te stellen
( 1t
residual tilt). In enkele simulator-
systemen worden daarnaast nog aanvullend vertikale trillingen aangeboden; zoals bij de simulator van Virginia Polytechnic Institute and State
University en van Volkswagen (systeem 13 res. 19 in Bijlage 1). Een
enkele maal worden uitsluitend vertikale trillingen gepresenteerd door
gebruik te maken van een rollenbank (University of California at Los
Angeles; systeem 9 in Bijlage 1).
Stuurkrachtsimulatie is in de meeste amerikaanse simulatoren afwezig; de europese simulatoren daarentegen hebben vrijwel zonder uitzoilderin g wel dynamische stuurkrachtsimulatie. Dit opmerkelijke verschil
- 24 -
is waarschijnlijk het gevolg van het feit dat in Amerika vrijwel alle
auto's stuurbekrachtiging hebben en in alle situaties een konstante
stuurkracht van de bestuurder vereisen; veranderlijke stuurkrachten
spelen daar dus nauwelijks een rol.
Auditieve informatie is in een groot aantal van de geinventariseerde simulatoren aanwezig; verschillen treden wel op in het aantal gesimuleerde geluidsbronnen (motor, banden, zijwind, wegdekreflektoren) en het
aantal luidsprekers voor een ruimtelijke spreiding van het geluid.
- kke1inen
4.2 Nieuwe ---- i
Voor een inventarisatie van de te verwachten ontwikkelingen bij de
technische opzet van voertuigsimulatoren kan gebruik worden gemaakt van
de ontwikkelingen bij de vluchtsimulatoren, aangezien beide typen simulatoren in hun technische concept vergelijkbaar zijn. Historisch gezien
is er echter een belangrijk verschil ten aanzien van de toegepaste visuele
systemen. Bij vluchtsimulatoren is lange tijd slechts op instrumenten gevlogen en was een buitenbeeld afwezig; de laatste jaren echter is er een
toenemende vraag om ook start- en landingsprocedures te simuleren en is
de ontwikkeling van visuele systemen uitgebreid op gang gekomen. Een overzicht van de technische trends werd gegeven tijdens een recent kongres te
Brussel (NATO, 1978). Bij de maquettesimulatoren is er (uiteraard) een ontwikkeling om
de beperkte eigenschappen van het televisiesysteem (zie hoofdstuk 4.1)
te ondervangen. Experimentele lasersystemen zijn reeds gerealiseerd voor
het opnemen en weergeven; naast een verbeterde resolutie kunnen daarmee
ook grotere beeldhoeken (zonder overgangen) worden gepresenteerd.
Bij de computergegenereerde beelden is een uitgebreide ontwikkeling
gaande om, naast reeds operationele. systemen voor het simuleren van nacht
situaties, ook dagsituaties real-time te genereren. Hierbij geschieden
vrijwel alle beeldgeneraties digitaal en in kleuren. In tegenstelling
tot de toegepaste computergegenereerde beelden bij de voertuigsimulatoren
bestaat het beeld niet uit een aantal lijnen, maar uit een aantal (gekleurde) vlakken. De ontwikkeling is erop gericht om het aantal real-time
te genereren beeldelementen te vergroten. Fig. 8. geeft een voorbeeld van
een real-time digitaal gegenereerd beeld,.zoals in gebruik bij de simulatie van het landen op een vliegdekschip (Machover et al., 1977).
- 25 -
Fig. 8 Voorbeeld van een real-time digitaal gegenereerd beeld bij het
naderen van een vliegdekschip; de figuren representeren vlieghoogtes van
3000 voet, 300 voet en met de wielen op de landingsbaan. Deze beelden
worden gegenereerd door het General Electric Compu-Scene systeem (bron:
Nachover et al., 1977).
- 26 -
Met deze computergeneratie kan een resolutie van 2000 lijnen per beeld
worden gehaald; televisiesystemen halen een resolutie van 525-625 lijnen per beeld (speciale televisiesystemen soms ruim 1000 lijnen per beeld).
Een gedetailleerde beschrijving van het Compu-Scene systeem, inclusief
technische specifikaties, wordt gegeven door Raike (1976).
Moffett (1974) beschrijft een toepassing voor het autorijden van
deze zelfde techniek van de General Electric Company, zie Fig. 9. Het
is echter niet duidelijk of er sprake is van een real-time generatie.
Fig. 9 Voorbeeld van een met het General Electric Compu-Scene systeem
digitaal gegenereerd beeld bij het autorijden (bron: Moffett, 1974;
t.g.v. het sterk uitvergroten is de kwaliteit van de foto relatief
slecht).
- 27 -
Figuur 9 is een beeld uit een 3-min, durende demonstratiefilm van het
simuleren van het naderen van een uitrit op een autoweg. Bij deze simulatie werden ook het bord en de kleuren digitaal gegenereerd; een resolutie van 400 bij 800 punten werd gehaald.
5. Validiteit
5.1 Definitie van validiteit
Op een aantal plaatsen is in dit rapport reeds de vraag naar voren
gekomen naar de validiteit (geldigheid) van de te gebruiken simulatietechnieken en in hoeverre de validiteit wordt beïnvloed door het al dan
niet (of tot een bepaalde graad van perfektie) simuleren van bepaalde
deelaspekten van de werkelijke situatie.
De geldigheid van een bepaalde simulatietechniek wordt behalve met
het begrip validiteit ook wei aangeduid met het begrip "fidelity". Over
beide begrippen bestaan echter geen eenduidige opvattingen; de termen
worden in de literatuur vaak door elkaar gebruikt, terwijl soms het ene
wordt opgevat als een bijzonder geval van het andere (o.a. Mudd, 1968;
Barrett et al., 1969; McCormick, 1970; Brown, 1975). In ieder geval verwijzen beide begrippen naar de mate van overeenkomst tussen de simulatie
en de werkelijke (gesimuleerde) situatie.
Essentieel bij de beoordeling van de simulatietechniek is dus de
mate van overeenkomst met de werkelijke situatie. Ook hier kan het begrip "overeenkomst" nader worden uitgelegd. Mudd (1968) maakt onderscheid
tussen "subjective similarity" en "partial reproduction", McCormick (1970)
onderscheidt evenwel psychologische en fysische simulatie. In beide gevallen heeft het eerste begrip betrekking -op de mate waarin de menselijke
gedragingen in de simulatie gelijkwaardig zijn aan het gedrag in de werkelijke situatie, d.w.z. gelijkwaardige ingangs- uitgangsrelaties.
Het tweede begrip verwijst naar de overeenkomst in fysische kenmerken,
dus naar de (geometrische) overeenkomst tussen de hardware komponenten
van simulatie en werkelijke situatie ("face validity").
De gedragsovereenkomst is niet noodzakelijk gekoppeld aan de fysische
overeenkomst: een matige fysische overeenkomst kan best overeenstemmen
met een grote gedragsovereenkomst, en omgekeerd. In ieder geval is het
wel essentieel dat de dynamische eigenschappen van simulator en werkelijkheid met elkaar overeenkomen en dat zonodig een meetprocedure wordt door-
- 28 -
lopen om beide dynamika's te meten en op elkaar af te stemmen (zie bijv.
Godthelp et al., 1979). In het algemeen is men het erover eens dat gedragsovereenkomst het zwaarst moet wegen en in feite de effectiviteit van een
simulatietechniek bepaalt. Gedragsovereenkomst heeft dan betrekking op
de gehele menselijke cyclus van waarnemen, beslissen en handelen. Rolfe
et al. (1970) stelt de mens ook centraal in de beoordeling van een simulatietechniek: "the value of a simulator depends on its ability to elicit
from the operator the same sort of response that he would make in the
real situation". Biehl (1976) voegt hier aan toe: "Diese Definition erscheint brauchbarer als andere, die den Schwerpunkt auf den Simulator
selbst, nicht aber auf das Verhalten des Fahrers an Simulator beziehen".
Ten aanzien van een goede fysische overeenkomst wordt aangenomen dat
deze nooit ten nadele van de gedragsovereenkomst kan zijn. In situaties waarin onvoldoende inzicht bestaat in de kritische faktoren die de taakprestatie bepalen wordt zelfs aangeraden om de fysische overeenkomst zo groot
mogelijk te maken (McCoy, 1963). Het gevaar dat hierbij bestaat is echter
dat het eindresultaat het doel voorbij kan schieten: "it can also be said
that many efforts to achieve a high degree of physical simulation probably
have resulted in simulators that are much more elaborate (and costly) than
would be necessary to achieve the desired objectives" (McCormick, 1970)
en "it is aiways possible that some refinement in a simulator which superficially may seem to improve its similarity to the aircraft simulated will
actually reduce its similarity with respect to the important cues on which
performance must be based" (Brown, 1975). De specifieke doelstellingen
van de simulatie bepalen dus hoe ver men met een fysische overeenkomst
moet gaan; hierbij moet worden bedacht dat vanaf een bepaald nivo het
opvoeren van de validiteit slechts is te bereiken door een progressievere
toename van de kosten. Bij het beoordelen van wegontwerpen bijvoorbeeld
zal op een hoorzitting waarschijnlijk een perfektere maquette van een
wegontwerp met omgeving nodig zijn in vergelijking tot een maquette ter
evaluatie van het rijgedrag van toekomstige bestuurders op dat weggedeelte. Overigens is het bij deze laatste toepassing dan weer de vraag in
hoeverre details van de weg gepresenteerd moeten worden en in hoeverre
met een gestyleerd wegbeeld zou kunnen worden volstaan. Ook moet hier
gevraagd worden naar de mate waarin additionele informatiekanalen (kinesthetisch, stuurkracht, auditief) van belang zijn; zie hiertoe hoofdstuk 6.
- 29 -
5.2
De beoordeling van de validiteit van een simulatietechniek betreft
het vaststellen van de mate waarin de simulatietechniek '... reproduces
a behavioral environment similar to the relevant aspects of the operational environment" (Mudd, 1968). Reproduktie van de relevante eigenschappen van de werkelijke situatie zal meestal niet mogelijk zijn, nog
afgezien van de vraag of ze alle bekend zijn. Meestal zullen per taak
de relevante eigenschappen verschillen en worden andere eisen gesteld
aan de te simuleren situatie en dus aan de operationele mogelijkheden
van de simulatietechniek. Als konsekwentie is het praktisch ondoenlijk
om een algemene uitspraak te doen over d6 validiteit van een simulatietechniek, maar moet de vraag naar de validiteit per deeltaak of per toepassing worden gesteld. Alleen dan lijkt het beter mogelijk om de operationele mogelijkheden van de simulatietechriiek te vergelijken met de relevante eigenschappen van de overeenkomstige werkelijke situatie. Biehi
(1976) stelt: "Validierung 'des Simulators' ist also ein kaum erreichbares Ziel. Statt dessen wird man sich mit der Validierung einzelner
Teilverhaltensweisen oder einzelner, am Simulator abgeleiteter Verhaltensdaten begnigen missen".
Bij de reproduktie van de relevante eigenschappen van de werkelijke
situatie ligt een principile beperking Ln het simuleren iran alle operationele criteria. In tegenstelling tot de zgn. aktuele criteria die direkt ingrijpen op de interaktie met het voertuig en de weg (gepresenteerde informatie, bedieningshandelingen, manoeuvreren, enz.) zijn de operationele criteria veelal uitsluitend een gevolg van de werkelijke situatie, zoals bijv. vermoeidheid, verveling, risico, enz. en kunnen in de
simulatie niet of nauwelijks worden gereproduceerd. Validiteit van een
simulatietechniek betreft in dit verband dan ook steeds de overeenkomst
tussen het gesimuleerde gedrag en het operationele (werkelijke) gedrag
voor zover dat beantwoordt aan de aktuele kriteria. De keuze van de aktuele kriteria moet dan weer een geldige selektie vormen van de operationele kriteria ("content validity"; zie o.a. McCoy, 1963)
Bij het beoordelen van de validiteit kan weer onderscheid worden
gemaakt naar de fysische overeenkomst en de gedragsovereenkomst: de zgn.
analytische en empirische evaluaties (Mudd, 1968). Bij de fysische overeenkomst kan de beoordeling worden geconcentreerd op afmetingen, vormge-
ving en dynamische eigenschappen (analytische evaluatie). Bij de gedragsovereenkomst is de aandacht gericht op het gedrag van het gehele bestuurder-voertuig-wegsysteem tijdens de taakuitoefening (empirische evaluatie)
en kunnen de volgende beoordelingsmethoden worden gevolgd (Brown, 975):
- Vergelijking van de prestaties (output) van simulator en werkelijk systeem
bij uitoefening van dezelfde deeltaken onder gelijke omstandigheden
(dus ook overeenkomstige dynamische eigenschappen). Gemeten kunnen
worden gemiddelden, spreidingen, onregelmatigheden in het verloop
van het laterale regelgedrag (koershouden), longitudinale regelgedrag (snelheid), het uitvoeren van specifieke manoeuvres, enz. Daarnaast kan een soortgelijke vergelijking worden uitgevoerd ten aanzien van de handelingen van de bestuurder (mci. kijkgedrag), taakbelasting (workload) of evt. ook ten aanzien van de parameters van
een beschrijvend bestuurdersmodel. In principe kan op basis van deze
meetresultaten de simulatietechniek en dus de validiteit worden verbeterd; d.w.z. meer in overeenstemming worden gebracht met de werkelijke situatie.
- Meting van de lichamelijke en/of mentale toestand van de bestuurder
door het gebruik van fysiologische meetmethoden: hartsiag, elektroencefalogram (EEG), transpiratie, vermoeidheid, spierbelascing, enz.
In het algemeen gaat men er vooralsnog vanuit dat konkiusies naar
de validiteit van een simulatietechniek op grond van dergelijke
fysiologische variabelen, door het ontbreken van voldoende inzicht
in allerlei bijkomende faktoren., in de meeste gevallen niet zonder
meer zijn te trekken.
- Subjektieve kriteria. Gegeven het feit dat het bij simulatie van mensmachine systemen juist om gedragsovereenkomst gaat wordt aan het
oordeel van de bestuurders zeer veel waarde gehecht. Het vastleggen
van subjektieve impressies kan zeer systematisch plaatsvinden door
een aantal geselekteerde manoeuvres uit te voeren en de bestuurder
een oordeel te laten geven; meestal wordt dan uitgegaan van ervaren
bestuurders die in de loop der tijd een soort "intern model" van
het gedrag uit de werkelijke situatie hebben opgebouwd en dit model
kunnen gebruiken bij de beoordeling van de simulatietechniek. Als
variant van deze beoordelingstechniek kan ook worden uitgegaan van
het oordeel van een ervaren persoon die het gedrag van bestuurders
in de simulator moet observeren. Brown (1975) vindt dit een verfijning ten opzichte van de oorspronkelijke techniek.
-31-
1
1
- Trainingsoverdracht. Bij het beoordelen van de validiteit kan ook gebruik worden gemaakt van de trainingsoverdracht (transfer of training);
d.w.z. in welke mate dragen de ervaringen vanuit de ene omgeving bij
tot de gedragingen in de andere omgeving. Voor de beoordeling van de
transfer of training zijn een aantal maten afgeleid (zie o.a. Hammerton,
1963, 1967, 1977; Baron en Williges, 1975; Leonard en Wierwille, 1975).
Deze scores kunnen betrekking hebben op een overgang van de simulator naar de werkelijke situatie, maar ook op de omgekeerde volgorde.
In het laatste geval spreekt men wel van de "omgekeerde overdracht
van training' 1 (Truijens en Schuffel, 1977). Bij het gebruik van subjektieve kriteria, zoals gegeven door ervaren bestuurders, is van
deze omgekeerde overdracht sprake. Naast het vastieggen van de subjektieve kriteria kan evenwel, per bestuurder, het gedrag in de simulator en werkelijke situatie ook meer kwantitatief worden vastgelegd, bijv. in termen van besparingen (lesuren, kilometers) indien
er sprake is van trainingssirnulatoren of in termen van de zgn. firstshot performance: de eerste prestatie nadat van het vorige systeem
is overgestapt. Bij siinulatietechnieken ten behoeve van het beoordelen van wegontwerpen is deze first-shot performance van belang,
waarschijnlijk het meest bij een "omgekeerde overdracht van training"
indien (ervaren) bestuurders voor de eerste maal met de simulatietechniek worden gekonfronteerd.
53 Absolute en relatieve validiteit
De in het voorgaande hoofdstuk 5.2 besproken methoden gaven aan hoe
de validiteit van een simulatietechniek kan worden beoordeeld door vergelijkingen te maken tussen bepaalde maten (prestatie, gedrag bestuurder,
fysiologische maten, subjektieve kriteria, trainingsoverdracht) in de
gesimuleerde en werkelijke omgeving. Een dergelijke vergelijking beoor deelt de integrale simulatietechniek voor 66n konditie ten opzichte van
de integrale werkelijkheid bij dezelfde konditie en geeft een oordeel
over de absolute validiteit van de simulatietechniek. Dergelijke methoden
worden veelal toegepast bij het beoordelen van trainingssimulatoren.
Een iets gemodificeerde benadering is mogelijk door uit te gaan van
de hypothese dat verschillen in experimentele kondities bij de simulatietechniek en bij de werkelijkheid aanleiding geven tot dezelfde
- 32 -
verschillen in gescoorde maten; er is dan sprake van een beoordeling van
de relatieve validiteit. Zo'n inethode komt naar voren bij simulatietechnieken ten behoeve van evaluaties en research (zie de verschillende vormen van simulaties; hoofdstuk 2.2). Bij een beoordeling van de relatieve
validiteit wordt in feite a priori aangenomen dat er verschillen bestaan
tussen simulatie en werkelijkheid (en die zouden resulteren in een slechte validiteit), maar wordt verondersteld dat verschillen tussen de te
onderzoeken kondities daarvan niet afhankelijk zijn en voor de simulatie
en werkelijkheid in dezelfde onderlinge verschillen zullen resulteren.
Blaauw et al. (1978) deden op deze wijze een onderzoek naar de validiteit
van een voertuigsimulator door de prestatie van bestuurders in de simulator gn in de werkelijkheid te vergelijken bij verschillende taken en bij
verschillen in rijervaring.
Bij het beoordelen van simulatietechnieken voor het ontwerpen van
wegen kan de aandacht voor een belangrijk deel worden gericht op de relatieve validiteit. Indien bijvoorbeeld alternatieve wegontwerpen in de
scoringsmaten (prestatie, gedrag bestuurder, fysiologische maten, subjektieve kriteria of trainingsoverdracht) voor de simulatietechniek en voor
de werkelijkheid eenzelfde richting aangeven, is er sprake van een relatieve validiteit en dus van een bevredigend resultaat over de toepasbaarheid van de gebruikte techniek. Indien de scoringsmaten daarnaast bovendien vrijwel dezelfde numerieke waarden zouden hebben is er uiteraard
sprake van een nog betere validiteit (en dan in absolute zin) maar deze
gunstiger uitspraak hoeft niet meer van wezenlijk belang te zijn voor
de vraagstelling. Een vergelijking van de numerieke waarde tussen simulatietechniek en werkelijkheid kan echter wel aangeven met welke "schaalfaktor" de maten uit de simulator getransformeerd zouden moeten worden
om een voorspelling te geven over die maten in de werkelijkheid.
6. Validiteitsonderzoekingen
In het algemeen is betrekkelijk weinig systematisch onderzoek uitgevoerd naar de validiteit van bepaalde simulatietechnieken; de meeste
onderzoekers volstaan bij de presentatie van de resultaten hooguit met
de opmerking dat de gebruikte techniek "goed voldeed". Vaak is zo'n opmerking het gevolg van een fysische overeenkomst ("face validity"); hoofdstuk 5.1 liet echter zien dat dit nog geen garantie inhoudt voor een goede.
gedragsovereenkomst.
- 33 -
Statische simulatietechnieken en dynamische technieken zonder terugkoppeling (hoofdstuk 3.2.1 en 3.2.2) zijn voorzover bekend niet systematisch gevalideerd of onderling vergeleken. Bij deze technieken wordt meestal gebruik gemaakt van (ervaren) bestuurders die een oordeel moeten geven
over de presentatie; in feite wordt daarbij het "interne model" van deze
mensen (zoals opgebouwd bij de dagelijkse rijpraktijk) als toets gebruikt
om uitspraken te verkrijgen over alternatieve wegontwerpen. In een iets
andere toepassing is echter gebleken dat mensen die verkeerssituaties
op een film moesten beoordelen (dynamisch; zonder terugkoppeling) een
anticiperend gedrag vertonen dat niet afhankelijk is van de graad van
ervaring met het autorijden, terwijl een dergelijk verschil in de werkelijkheid wel wordt aangenomen. 0p grond van deze resultaten moest worden
gekonkludeerd dat de toegepaste simulatietechniek geen valide representatie vormt van het autorijden (Veling et al., 1978).
Voor de groep van dynamische simulatietechnieken die wel een terugkoppeling vanuit de bestuurder mogelijk maken (hoofdstuk 3.2.3 en 4),
zijn een aantal validiteitsonderzoekingen bekend. Deze laten zich verdelen in enerzijds onderzoek gericht op de validiteitsbijdrage van de
diverse informatiekanalen (visueel, kinesthetisch, stuurkracht, auditief)
zoals deze in een simulator aan de bestuurder gepresenteerd kunnen worden,
en anderzijds in verkeerskundig onderzoek (wegontwerp, "handling", waarnemen van ander verkeer, enz.). Van deze laatste groep is in het kader
van dit rapport alleen het onderzoek ten behoeve van het wegontwerp relevant.
6.]
De diverse informatiekanalen vormen de terugkoppeling naar de bestuurder. Van alle mogelijke kanalen is de visuele informatie verreweg het belangrijkste (Forbes, 1972). Visuele informatie biedt, naast een terugkoppeling over de momentane situatie, ook toekomstige informatie (over het
wegverloop, bewegingen van andere auto's, enz.) waardoor de bestuurder
kan anticiperen.
- 34 -
6.1.1 Visuele informatie
Afgezien van het belang van de visuele informatie voor de waarneming
van ander verkeer, verkeersborden, enz. dient de visuele informatie primair voor de waarneming van het (toekomstige) verloop van de weg en van
de eigen momentane voertuigbeweging ten opzichte van de weg.
In de literatuur zijn nauwelijks gegevens aangetroffen over de waarneming van het (toekomstige) wegverloop in simulatoren als funktie van
verschillende visuele systemen. Beperkte literatuur is voorhanden over
verschillende zichtsystemen bij het waarnemen van de eigen voertuigbewegingen tijdens het rijden op een rechte weg bij het kompenseren van (kunstmatige) zijwind. McRuer en Klein (1976) vergeleken een simulator met een
computergegenereerd beeld (STI simulator; systeem 7 in Bijlage 1), met
een simulator met een TV-maquettesysteem (UCLA simulator; systeem 9 in
Bijlage 1). Het computergegenereerd beeld bestond hierbij slechts uit
twee kantstrepen (in perspektief) waarbij de intensiteit van de strepen
afnam als funktie van de afstand voor de auto. Het onderzoek betrof
echter een achteraf-vergelijking van de twee systemen zoals deze bij aparte
onderzoeken in het verleden waren gebruikt; alhoewel er dus geen sprake
kon zijn van een onderzoek met dezelfde proefpersonen, konden op grond
van afgeleide cybernetische modellen voor het bestuurdersgedrag bij die
deeltaak toch uitspraken worden gedaan. Als resultaat vertoonden de bestuurdersmodellen voor beide simulatoren vergelijkbare maten voor de zgn. crossoverfrekwentie, fasemarge en effektieve svsteemvertraging (zie evt. Blaauw,
1979). McRuer en Klein konkludeerden: "a visual field which has only two
high-contrast lane markings presented to the driver with appropriate motion
perspective is a sufficient visual scene from which to develop the requisite guidance and control information. .Texture, other objects in the
surround, etc., may provide useful but redundant information which is
not essential to the driver's steering operations in the regulation task."
Deze resultaten zijn echter alleen gericht op de systeemprestatie; er
bestaat geen inzicht in de taakbelasting van de bestuurder als funktie
van het visuele systeem.
Een soortgelijk resultaat kwam naar voren bij de vergelijking van
een TV-maquettesysteem en een computergegenereerd beeld bij het uitvoeren
van een nadering en een landing met een vluchtsimulator (Chese, 1967).
In deze studie bleken geen verschillen op te treden tussen beide systemen
in de daalsnelheid en landingspraats (touch down point); de daaisnelhoid
- 35 -
is in de simulator in het algemeen echter hoger (soms tot een faktor twee)
in vergelijking tot de werkelijkheid. In een vervoigstudie onderzocht
Chase (1970) bij een vluchtsimulator met een TV-maquettesysteem drie andere variabelen: kleuren versus zwart-wit; TV-projektor versus monitor
(met een collimatorlens) en beperking van resolutie (5 versus 8 bgmin).
Ervaren piloten moesten met een fixed-base simulator (dus zonder kinesthetische bewegingsinformatie) een nadering en landing uitvoeren; presta tiematen en oordelen van de piloten werden verzameld. Als resultaat bleken
de prestatiematen redelijk overeen te komen met de meningen van de piloten.
Met kleuren was de daalsnelheid iets lager dan met zwart-wit; piloten oordeelden kleuren als gunstiger in verband met inspanning, vermoeidheid,
beeldkwaliteit en afstandswaarneming (dit laatste punt speciaal bij de
monitor). Een beperking van de resolutie op de monitor leidde tot een
ongunstiger oordeel over de afstand- en hoogtewaarneming; bovendien traden extra vermoeidheid en inspanning op ten opzichte van de TV-projektor.
Als samenvattend resultaat konkludeert de auteur dat de monitor (met collimator lens) de voorkeur verdient boven de projektor.
Palmer en Petitt (1977) onderzochten de afstandswaarneming bij
een computergegenereerd beeld van een landingsbaan (bij nacht) door
proefpersonen de grootte van een voorwerp te laten schatten in (afstands)
verhouding tot eenzelfde voorwerp dichterbij in beeld. Ten opzichte van
de prestatie in de werkelijkheid werden drie visuele systemen onderzocht:
1) landingsbaan op een scope zonder coilimatorlens; 2) landingsbaan met
collimatorlens en 3) landingsbaan met collimatorlens met aanvullende beeldinformatie bestaande uit 10 m hoge palen op een onderlinge afstand van
100 m, aan beide zijden van de landingsbaan. Op grond van de resultaten
konden de systemen numeriek worden gewaardeerd. Bij een waarde van 100
voor de situatie in de werkelijkheid waren de waarderingen als volgt:
collimatorlens mt paaltjes = 34; collimatorlens zonder paaltjes = 32
en geen collimatorlens = 15. Als konklusie volgt hieruit dat een collimatorlens bijdraagt aan de validiteit van de gepresenteerde visuele informatie, alhoewel er nog steeds een groot verschil ten opzichte van de
werkelijkheid blijft bestaan.
Drfel (1975) rapporteerde de eerste resultaten van een onderzoek bij
het uitvoeren van een gesimuleerde nadeningsvlucht naar het (statisch)
schatten van hoogte en afstand t.o.v. de landingsbaan in relatie tot de
styleringsgraad van een computergegenereerd beeld. Het blijkt dat voor
ervaren piloten de toename in de schattingsfouten bij een gestyleerd beeld
minder dan 5% bedraagt ten opzichte van de fouten bij een niet-gestyleerd
beeld.
- 36 -
6. 1 .2 Kinesthetische bewegingsinforrnatie
Het presenteren van alle kinestbetische bewegingsinformatie, als
maat voor de voertuigbewegingen, is in een simulator vrijwel onmogelijk.
Rotatieversnellingen kunnen nog wel redelijk eenvoudig worden gegenereerd,
maar lineaire versnellingen vereisen over het algemeen grote af te leggen
afstanden en zijn daarom niet praktisch te simuleren. Vaak worden de lineaire versnellingen benaderd door gebruik te maken van een komponent
van de zwaartekracht en de autokabine scheef te stellen. Soms zijn simulatoren zonder enige kinesthetische bewegingsinformatie uitgerust
(fixed-base versus moving-base simulatoren). Naar het effekt van deze
informatie op de validiteit van een simulator is bij voertuigsimulatoren betrekkelijk weinig onderzoek verricht; meer informatie is beschikbaar bij de vluchtsimulatoren die in hun dynamische gedrag immers goed
vergelijkbaar zijn met voertuigsimulatoren.
Over het algemeen wordt (natuurlijk) gesteld dat het ontbreken van
kinesthetische bewegingsinformatie leidt tot een slechtere validiteit,
waarbij geldt dat "actual benefits of simulated motion depend on the
degree and kind of response to motion cues demanded by the task" (Kinkadc
en Wheaton, 1972). En ook: "in any case there is some evidence that pilots
perform better in simulators when physical motion is inciuded than wheii
it is not" (Brown, 1975). In kombinatie met een visuele presentatie van
beweging dient de kinesthetische informatie echter zeer nauwkeurig en
zeer synchroom te worden gesimuleerd om tegenstrijdigheden te voorkomen.
De amplitude van de bewegingen kan echter worden gereduceerd ten opzichte
van de werkelijkheid. Tiesler (1973) stelt dat, bij een gelijktijdige
presentatie van visuele en kinesthetische bewegingen, een amplitudereduktie in de kinesthetische beweging tot maximaal 25% van de oorspronkelijke waarden toelaatbaar is; de beweging geeft dan voldoende ondersteuning aan de visueel waargenomen beweging.
Het ontbreken van kinesthetische informatie kan resulteren in meer
abrupte korrektiesignalen van de bestuurders; bovendien kan de incompatibiliteit tussen visuele en kinesthetische bewegingsinformatie aanleiding
geven tot bewegingsziekte (Wojcik en Weir, 1970; Brown, 1975). In dit
opzicht is een studie van Barrett et al. (1968) illustratief waarbij 11
van de 25 bestuurders te misselijk werden om. het rijden in de simulator
te vervolgen (systeem 4 in Bijlage 1).
- 37 -
Young (1967) toonde aan dat bij een eendimensionale voigtaak met
een moving-base simulator een betere overeenkomst met het werkelijke
vliegen werd verkregen dan met een fixed-base simulator. Voor de meeste
toepassingen bleek de sirnulatie van bewegingsrotaties belangrijker dan
de simulatie van bewegingstranslaties. Met behulp van cybernetische bestuurdersmodellen kan bij eenvoudige eendimensionale regeltaken vanuit
een fixed-base simulator het overeenkomstige gedrag worden voorspeld
wanneer de bestuurders de bewegingsrotatie ook kinesthetisch zouden kunnen waarnemen (McRuer en Krendel, 1974; McRuer en Klein, 1976; McRuer
et al., 1977). De verandering in gedrag blijkt te bestaan uit een kleinere
effektieve tijdvertraging (verandering: 0.1 tot 0.2 sec) en een verschuiving van de amplitudekarakteristiek naar een hogere crosscverfrekwentie
(toename van 0.5 tot 1.5 rad/sec). Als gevolg hiervan reageert de bestuurder sneller op veranderingen waardoor betere prestaties (kleinere afwijkingen in laterale positie en gierhoeksnelheid) kunnen worden bereikt.
Blaauw et al. (1978) vonden in een validiteitsonderzoek van een voertuigsimulator (systeem 20 in Bijlage 1) inderdaad grotere afwijkingen in deze
maten én een laagfrekwenter stuurgedrag in vergelijking tot het gedrag
in een genstrumenteerde auto op de weg (het is mogelijk dat hierbij ook
een verschil in dynamische eigenschappen een rol heeft gespeeld).
Stapleford (1968) inventariseerde een. groot aantal onderzoeken met
fixed--base en moving-base simulatoren (hoofdzakelijk op het gebied van
de lucht- en ruimtevaart) en kwam o.a. tot de volgende konklusies:
bij het kompensatorisch volgen van een onvoorspelbaar ingangssignaal
("command input") kan de kinesthetische bewegingsinformatie niet
worden gebruikt en zal deze worden genegeerd. Deze situatie doet
zich bijvoorbeeld voor bij het volgen van een volledig onbekende
weg of bij een situatie zonder preview (zeer dichte mist).
bij elke andere situatie (bijv. een voorspelbaar ingangssignaal,
of een (on)voorspelbaar stoorsignaal in de vorm van zijwind : "disturbance input") kan kinesthetische bewegingsinformatie van nut zijn.
Deze situatie doet zich in de praktijk voor bij het rijden op een
bekende weg.
de toevoeging van deze informatie leidt tot betere prestaties, zoals reeds boven werd vermeld.
bij hogere frekwenties domineert de kinesthetische bewegingsinfor-
- 38 -
matje; bij lagere frekwenties de visuele bewegingsinformatie en
in het gebied van 0.3 - 0.6 Hz zijn beide van vergelijkbare invloed.
McLane en Wierwille (1975) onderzochten verschillende rijtaken (rechtrijden, bochten, inhalen, rijden met zijwind) in een autosimulator (systeem
13 in Bijlage 1), in relatie tot het al dan niet aanwezig zijn van kinesthetische bewegingsinformatie (resp. gierrotatie, rolrotatie, laterale translatie en hun kombinaties). Een signifikante reduktie in de spreiding van
o.a. de gierhoek en laterale positie kon worden vastgesteld indien minstens
twee van de drie bewegingen voelbaar waren. Zonder enige beweging was de
spreiding in de laterale positie 32 cm, terwijl met twee en drie bewegingen
een vrijwel identieke spreiding van 23 cm werd gemeten. McLane en Wierwille
kwamen dan ook tot de konklusie dat in een simulator tenminste twee bewegingen voelbaar moeten zijn; het maakt daarbij niet uit welke twee van de
onderzochte drie bewegingen worden geselekteerd.
De overeenkomst tussen het rijden in een fixed-base simulator en in
de werkelijke situatie kan mogelijk ook worden verbeterd met een presentatie van (vertikale) trillingen. Brown (1975) konstateerde bij de simulatie van het vliegen met helikopters dat "the addition of physical vibration that was absolutely uncorrelated with vibrations observable in the
visual display was quite acceptable and was judged very much more realistic
than the same situation without the physical vibration".
Wojcik en Weir (1970) onderzochten bestuurders in een voertuigsirnulator waarbij de auto op een rollenbank staat en de achterwielen normaal
door de motor aangedreven worden (systeem 9 in Bijlage 1). Snelheidsafhankelijke trillingen worden dus ook aan de bestuurder aarLgeboden. Met
deze simulator zijn een aantal valideringsexperimenten (inhalen, rijden
over een bochtige weg, koershouden met zijwind, volgen van een voorligger)
uitgevoerd en de auteurs konkluderen: "in suulmary, the field and simulator data are in good agreement for comparable tasks. The same relative
changes occur in field and simulator as the tasks change". Er is dus
sprake van een relatieve validiteit. Maar ook: "furthermore, for comparable vehicle dynamics and the same driver subject, both the absolute
levels of driver/vehicle response in a given task and the magnitudes of
the change between situations are quite sitnular in field and simulator.
These rèsults confirm the validity of the sirnulator task with respect
to evoked response and performance". In dit laatste geval is er dus sprake
van een absolute validiteit. Kennelijk kan de ontbrekende bewegingsinfor
- 39 -
matje voor een belangrijk gedeelte worden gemaskeerd door de presentatie
van trillingen. In de overige genventariseerde voertuigsimulatoren komt
de uitsluitende presentatie van vertikale trillingen verder niet voor;
wl worden in sommige systemen (13 en 19 in Bijlage 1) vertikale trillingen
in kombinatie met andere kinesthetische informaties aan de bestuurder gepresenteerd.
Een ander alternatief voor de presentatie van kinesthetische bewegingsinformatie bestaat uit een stoel met luchtgevulde kompartimenten,
waarbij de luchtdruk per kompartiment geregeld kan worden afhankelijk
van de gewenste stand en beweging van de auto; een dergelijke stoel staat
bekend onder de naam DYNASEAT (Barrett et al., 1969) of G-SEAT.
Het gehele terrein van de presentatie van kinesthetische informatie
blijft echter tamelijk ondoorzichtig. Bij de voertuigsimulatoren moge
dit al blijken uit de grote variteit in -de toegepaste technieken. Gundry
(1977) stelt na een overzicht van deze problematiek bij vluchtsimulatoren:
"the previous brief review of the evidence concerning the effectiveness
of motion cues in flight trainers must leave us with one conciusion.
Despite two decades of research and a literature of at least 80 reports,
we really know very little. We have very little data on training value,
we cannot rely upon appeals to realism, and most of the evaluations are
suspect. It is therefore stiJl an open question as to whether motion cues
are required in flight trainers". Stapleford (1978) komt tot ongeveer
eenzelfde konklusie: tthaving worked in this area for several years, T
think it is fair to describe it as more of an organised art than a science.
Our knowiedge on many aspects of the problem is really quite limited...
Anv answers will geierally be educated guesses which can seldom be supporte.d by hard facts' t .
Tiessier (1973) tenslotte stelt eveneens na een uitgebreide literatuurstudie dat het voor voertuigsimulatoren niet mogelijk is om een algemeen advies op te stellen over de gewenste bewegingskonfiguratie.
6. 1.3 Stuurkrachtinformatie
Over de bijdrage van stuurkrachtinformatie aan de simulatorvaliditeit in bepaalde taken zijn vrijwel geen gegevens bekend. Als opvallend
gegeven kwam bij de inventarisatie van ontwikkelde voertuigsimulatoren
(hoofdstuk 4.1 en Bijlage 1) naar voren dat de amerikaanse simulatoren
- 40 -
vrijwel gn en de europese sitnulatoren vrijwel allemaal dynamische stuurkrachtsimulatiesystemen bezitten; vanzelfsprekend lijkt dit verband te
houden met de overeenkomstige marktaandelen van stuurbekrachtigde autoTs
in beide kontinenten. Godthelp (1978) suggereerde echter dat bij het werkelijke autorijden de stuurkrachtinformatie bij bepaalde taken wel degelijk
van invloed kan zijn.
Alleen in de reeds eerder aangehaalde studie van McRuer en Klein
(1976) naar de verschillen tussen visuele systemen (hoofdstuk 6.1.1) hadden de twee onderzochte simulatoren verschillende stuursystemen (bekrachtiging resp. veren). Het effekt is echter niet aan te geven, omdat de
resultaten grotendeels worden bepaald door overige verschillen tussen
beide simulatoren; i.e. beide visuele systemen.
6.1.4 Auditieve informatie
Alleen McLane en Wierwille (1975) onderzochten de invloed van snelheidsafhankelijke geluidsinformatie op de validiteit van een simulatorsysteem (systeem 13 in Bijlage 1). Alhoewel geen signifikante effekten
konden worden vastgesteld blijkt de aanwezigheid van snelheidsafhankelijke
geluidsinformatie, vergeleken bij een situatie zonder geluid, te resulteren in een iets kleinere spreiding in de snelheid; geen effekten waren
aantoonbaar op het koershouden.
Overigens wordt geluid vaak niet zozeer vanwege de wezenlijke informatieinhoud gepresenteerd, maar meer om hinderlijke bij geluiden uit de
omgeving van de simulator (bijv. ten gevolge van de aandrijvingen van
het bewegingssysteem) te maskeren (Stapleford, 1978).
6.2 Beoordelingen van wegontwerpen
Voor een toepassing van simulatoren bij het beoordelen van wegontwerpen kan gebruik worden gemaakt van simulatorstudies naar het koersgedrag en het snelheidsgedrag van bestuurders bij het rijden op rechte en
gebogen wegen. Doel hierbij is vrijwel uitsluitend om een model op te
bouwen voor het bestuurdersgedrag; systematisch simulatoronderzoek naar
de rol van de weggeometrie op dit gedrag is echter nauwelijks uitgevoerd.
Kupke (1978) vormt een uitzondering met een eerste onderzoek waarbij is getracht een uitspraak te verkrijgen over de validiteit van een
voertuigsimulator voor het beoordelen van verschillende wegverlopen. Met
- 43 -
de voertuigsimulator van Volkswagen (computergegenereerd beeld; kinesthetische bewegingsinformatie rondom drie assen; systeem 19 in Bijlage 1)
vergeleek Kupke horizontale bogen met kromtestralen van 60, 160, 350 en
600 m en met een totale koersverandering van 10, 20, 30, 45, 60 en 90 graden.
In de simulator werden de bestuurders extra gemotiveerd met de opdracht om
de totale rijtijd 6n het aantal rijfouten (gedefinieerd door het overschrijden van de rij strookmarkeringen) te miüimaliseren; rij fouten werden met
extra seconden afgestraft. De prestaties in de simulator werden vergeleken
met het rijden op de werkelijke weg. Om zoveel mogelijk vergelijkbare kondities te verkrijgen werd zonder overig verkeer en 's nachts gereden; het
vooruitzicht 's nachts komt volgens de auteur dan redelijk overeen met
het computergegenereerde simulatorbeeld.
Als prestatiemaat voor de onderlinge vergelijking werden het leerproces bij het meermalen berijden van een trajekt en het snelheidsverloop
als funktie van de weggeometrie beoordeeld (gemiddelde snelheid, snelheidsveranderingen, minimale snelheid). Het computergegenereerde beeld werd getoetst met de vraag of de diverse bogen in de simulator in een verschillend
snelheidsgedrag zouden resulteren. Inderdaad tonen de snelheidsresultaten
effekten aan als funktie van de kromtestraal en de totale koersverandering,
en blijken de diverse bochten te leiden tot een verschillend bestuurdersgedrag. Bij het rijden op de werkelijke weg treden volgens de auteur
dezelfde resultaten op. Dit valt echter iiet te kontroleren aangezien
geen vergelijkende data worden gepresenteerd; er wordt volstaan met de
opmerking: "die Ergebnisse stimmen im iibrigen mit ahnlichen Untersuchungen
aus echten Feidversuchen iberein".
De verschillende weggedeelten in simulator en werkelijkheid resulteren daarnaast in vrijwel identiek verlopende snelheidsrelaties; deze
gelijkenis wordt aan de hand van een enkele rit geïllustreerd, maar een
(numeriek) inzicht in de gelijkenis voor alle kondities wordt niet gegeven.
Als laatste toets voor de validiteit onderzocht Kupke de relatie
tussen de lokaties van de rijfouten in de sin2ulator en de lokaties van
verkeersongevallen op de werkelijke weg; hij vond daarbij korrelatiekoefficientan van 0.8 en 0.9 voor twee onderzochte weggedeelten. Tenslotte
demonstreert de auteur het gebruik van de simulator hij de keuze tussen
twee wegalternatieven. Op grond van een aantal ritten met bestuurders
in de simulator werden gegevens verzameld over de gemiddelde, minimale
en maximale snelheid, de spreiding in de snelheid en het aantal rij fouten
- 42 -
en kon op grond van deze data een advies over het gunstigste wegontwerp
worden opgesteld.
Algemeen is de auteur niet alleen optimistisch over het gebruik van
voertuigsimulatoren bij het beoordelen van wegontwerpen, maar ook bij
het onderzoeken van gevaarlijke ongevalsplaatsen op reeds bestaande wegen.
Als technische beperking ervaart Kupke het visuele systeem van de simulator: "die grte Einschrnkung besteht in der Darstellung der Sichtsimulation whrend eine Verbesserung der Beschleunigungssimulation nicht unbedingt als notwendig erachtet wird". Het drieassige bewegingssysteem
presenteerde kennelijk voldoende realistische kinesthetische bewegingsinformatie.
Eveneens met een simulator met een computergegenereerd beeld, maar
zonder bewegingssysteem (systeem 7 in Bijlage 1) hebben Allen et al. (1977)
een uitgebreide studie verricht naar het effekt van het type wegbelijning
(zichtbaarheidsafstand, kontrast met het wegdek, afmetingen, spatiring)
op het rijgedrag. In de simulator werden de verschillende patronen gegenereerd en aan bestuurders gepresenteerd. Voor het resulterende rijgedrag
kon een model worden opgesteld op grond van de kenmerkende variabelen
van de belijning. Vervolgens werden soortgelijke experimenten uitgevoerd
met een geïnstrumenteerde auto bij nacht op de werkelijke weg. De behaalde resultaten werden vergeleken met voorspellingen van het model zoals
dat bij de simulatorstudie was opgesteld en gekonkludeerd kan worden dat
metingen in de praktijk en modelvoorspellingen een goede overeenkomst
hebben. Kennelijk biedt de simulator dus valide mogelijkheden voor dit
type onderzoek.
7. Diskussie
-
In dit rapport is aan de orde gekomen in hoeverre simulatietechnieken behulpzaam kunnen zijn bij het voorspellen van het rijgedrag van
bestuurders op een nog niet gerealiseerd weggedeelte. Daartoe werd ingegaan op algemene vragen ten aanzien van simulatie en validiteit van een
simulatietechniek; daarnaast werd een overzicht gegeven van gangbare
technieken.
Het gebruik van een simulatietechniek betekent, per definitie, dat
een kunstmatige en beperktere omgeving wordt gecreerd als afgeleide van
de werkelijke situatie. Volledige en perfekte simulaties zijn praktisch
- 43 -
niet mogelijk (tenzij daarvoor de werkelijke situatie zou worden gebruikt)
en én van de belangrijkste vragen bij het toepassen van een bepaalde
simulatietechniek richt zich dan ook op de validiteit van de techniek
voor een bepaalde toepassing. Daarbij is belangrijk te kunnen aangeven
welke (deel)aspekten gesimuleerd moeten worden (en tot welke graad van
perfektie) en welke aspekten in de techniek mogen ontbreken. Overigens
zal elke simulatietechniek toch al gauw een verbetering inhouden ten opzichte van de situatie waarin geen enkele methode beschikbaar is om een
wegontwerp op zijn kortsekwenties te beoordelen.
Bij de toegepaste technieken kan onderscheid worden gemaakt naar de
wij ze waarop de ontwerpgegevens beschikbaar zijn en naar de wij ze waarop de gegevens aan de beoordelaar worden gepresenteerd.
Ten aanzien van de wijze waarop de ontwerpgegevens.beschikbaar zijn,
bleek uit de literatuurstudie dat twee technieken worden toegepast: driedimensionale schaalmodellen (maquettes) en computergegenereerde beelden.
Iedere techniek heeft specifieke voor- en nadelen, waarbij voor maquettes
als belangrijkste voordelen de grote natuurgetrouwheid en rijkdom aan
details naar voren kwamen en voor computergegenereerde beelden de flexibele wijze om andere ontwerpen te genereren; als belangrijk nadeel voor
deze laatste groep geldt evenwel dat het beeld sterk is gestyleerd. Op
voorhand, er los van de wijze van presentatie, is echter nog geen voorkeur voor een van beide mogelijkheden uit te spreken.
Bij de presentatie van de ontwerpgegevens kan, volgens de indeling
van dit rapport, een principieel onderscheid worden gemaakt tussen statische en dynamische technieken, waarbij de dynamische techni.eken al
dan niet een terugkoppeling vanuit de beoordelaar toelaten. Mt terugkoppeling bepaalt de beoordelaar zelf de koers en snelheid door het ontwerp en is er sprake van een volledige simulatie van het autorijden. Via
het invoeren van bepaalde beperkingen kunnen beide andere technieken
eveneens worden gerealiseerd als afgeleide van zo'n komplete simulatie,
maar daarbij wordt afbreuk gedaan aan de validiteit van de methode die
imners een voorspelling van het uiteindelijke (dynamische) rijgedrag zou
moeten opleveren. Mede om die reden hebben deze meer volledige sirnulatietechnieken in dit rapport verder centraal gestaan en is een inventarisatie uitgevoerd van de ontwikkelde voertuigsimulatoren (Bijlage 1). Als
opvallend feit kwam daarbij naar voren dat vrijwel alle researchinstitutert zelfatandig hun siiiulatorsysteem hebben opgebouwd en dat de systemen
- 44 -
onderling in hun technische opbouw vrij grote verschillen vertonen, ook
al zijn de systemen bestemd voor een bestudering van dezelfde taakaspekten. Alhoewel er in het algemeen niet over d6 validiteit van een simulator gesproken kan worden, zou bij dezelfde te bestuderen taakaspekten
wl sprake moeten zijn van d6 validiteit van een simulator voor die taakaspekten en zouden de sirnulatoren een vergelijkbare opbouw moeten vertonen. Het feit echter, dat zich in de technische opbouw vrij grote verschillen voordoen kan als indikatie worden opgevat dat er kennelijk geen
overeenkomst bestaat welke (deel)aspekten bij een taak gesimuleerd
moeten worden en hoe een simulator moet worden opgebouwd voor een valide
bestudering van die deeltaken. Ten aanzien van het voor dit rapport relevante onderzoeksgebied van het beoordelen van wegontwerpen bleken onderzoekingen naar het koers- en snelheidsgedrag op rechte en gebogen wegen
te worden uitgevoerd met simulatoren die verschillen in wijze van informatieopslag (maquettes versus computergeneratie), visuele informatiepre
sentatie (monitor versus projektor; beperking in horizontale beeldhoek)
en additionele informatiepresentatie (al dan niet kinesthetische bewegingsinformatie, varierend in aantal en soort van de vrijheidsgraden;
verschillen in stuurkrachtsimulatie). Dit gesignaleerde tekort aan inzicht in de validiteitsbijdrage van de diverse uitvoeringsvormen van een
simulatorsysteem is het gevolg van twee faktoren. In de eerste plaats is
onvoldoende bekend van het belang van de diverse informaties bij het
werkelijke rijden en hoe bestuurders zouden kunnen kompenseren voor het
ontbreken van bepaalde informaties (dit laatste is zelfs niet altijd nodig
omdat in de rij taak veel redundante informatie aanwezig is en in feite
een Vrij grote speelruimte in taakuitvoering toelaat). In de tweede plaats
is de gehele validiteitsproblematiek steriç achtergebleven bij de technische ontwikkelingen van de simulatorsystemen en zijn er nauwelijks syste-matische validiteitsonderzoekingen uitgevoerd. Op sommige terreinen, met
name bij het onderzoek naar het belang van de kinesthetische bewegingsinformatie, is daarentegen wel veel research uitgevoerd, maar is het nog
niet mogelijk gebleken om eenduidige voorwaarden op te stellen voor de
bijdrage aan de validiteit van een simulatorsysteem. Beide faktoreri maken
dat de ontwerpers van simulatoren in feite de vrije hand hebben en zich
alleen laten leiden door een streven naar een (in hun ogen) goede fysische
overeenkomst; dit is echter nog geen waarborg voor een goede gedragsovereenkoms t.
- 45 -
De diverse validiteitsonderzoekingen naar de bijdrage van de verschillende informatiekanalen (en hun uitvoeringsvormen) laten een verschillend beeld zien. Sommige studies geven aan dat er verschillen bestaan tussen simulator en werkelijkheid (geen absolute validiteit); andere daarentegen suggereren dat er geen verschillen (in prestatie) aanwezig zijn. Bij deze laatste studies moet echter worden bedcht dat de
rijtaak een Vrij grote speelruimte toelaat zonder dat verschillen in
prestatie merkbaar hoeven te wrden, maar dat niet zeker is of bijv. de
taakbelasting van de bestuurders in simulator en werkelijke situatie vergelijkbaar is. In dit verband wordt vaak wel aangegeven dat het rijden
in een simulator meer moeite kost en meer inspanning vraagt (als gevolg
van de beperktheid in gepresenteerde informatie waarop dan een zwaarder
beroep moet worden gedaan).
Ten aanzien van de diverse uitvoeringsvormen van de simulatorsystemen suggereren de schaars beschikbare gegevens bijv. dat er geen verschillen aanwezig zijn tussen TV-maquettesystemen en computergegenereerde beelden; bij de presentatie wordt soms geadviseerd om een TV-monitor met collimatorlens te verkiezen boven het gebruik van een TV-projektor. Over het
ijv.
algemeen betreft het hierbij de beoordeling van simpele wegontwerpen (b
t.a.v. kromtestralen) en kunnen de gegevens niet worden gegeneraliseerd
naar meer komplexe ontwerpen.
0p grond van de bekende validiteitsonderzoekingen moet worden gekonkludeerd dat onvoldoende kennis beschikbaar is over de voorwaarden die
aan een simulatiesysteem gesteld moeten worden om een goede gedragsovareenkomst met de werkelijkheid te garanderen. Zo er al sprake kan zijn
van een perfekte technische uitvoeringsvorm van de simulator en er voldaan kan worden aan een simulatie van de aktuele kriteria, blijft er niogelijk nog verschil bestaan in de operationele kriteria (motivatie, verveling, vermoeidheid, enz.). Waarschijnlijk is het om die reden reel
om bij de toetsing van de simulatorvaliditeit niet te streven naar een
absolute validiteit. Zo'n validiteit lijkt voor bepaalde te onderzoeken
deelaspekten niet op voorhand steeds te garanderen; evenmin is de literatuur in staat om eenduidige adviezen te geven over de technische opbouw
van een simulatorsysteem om een absolute validiteit te benaderen.
Een minder strenge, en meer realistische, voorwaarde voor de beoordeling van de validiteit van simulatorsystemen kan worden gevonden in
het kriterium van de relatieve validiteit. Hierbij wordt er a priori van
- 46 -
uitgegaan dat tussen simulator en werkelijke situatie verschillen bestaan,
maar dat deze verschillen niet van invloed zijn op verschillen tussen
meerdere experimentele kondities zoals deze in de simulator en werkelijkheid zouden optreden. Juist voor het beoordelen van alternatieve wegontwerpen lijkt een benadering volgens het kriterium van de relatieve validiteit in eerste instantie zinvol; omdat dan immers een onderlinege vergelijking van de diverse ontwerpen mogelijk is in de simulator waarbij
de gegevens over de onderlinge volgorde ook voor de werkelijke situatie
van kracht zullen zijn.
Twee validiteitsonderzoekingen naar het gebruik van simulatortechnieken bij het beoordelen van wegontwerpen (hoofdstuk 6.2) geven veelbelovende resultaten bij het beoordelen van simpele wegsituaties. De gegevens zijn echter te summier om te kunnen generaliseren naar meer komplexe
wegontwerpen. Ten aanzien van de toegepaste technieken is typerend dat
beide onderzoekingen zijn uitgevoerd op systemen die essentieel verschillen in de wijze van additionele informatiepresentatie (kinesthetisch,
stuurkracht), maar dat beide systemen gebruik maakten van computergegenereerde beelden, die echter wel op verschillende manieren werden gepresenteerd (TV-monitor, TV-projektor). Over het algemeen kan worden gesteld
dat eenvoudige wegontwerpen (zoals verschillen in belijning, verschillen
in kromtestralen) met computergegenereerde wegbeelden onderzocht kunnen
worden; het gestyleerde wegbeeld is dan waarschijnlijk nauwelijks een
bezwaar en de computergeneraties laten een flexibel gebruik toe. Ook TVmaquettesystemen zouden in die situaties goed voldoen, alhoewel de flexibiliteit veel minder is. Naarmate de ontwerpen gekompliceerder worden
kan globaal worden aangegeven dat op dit moment TV-maquettesystemen in
het voordeel zijn ten opzichte van de computergegenereerde beelden (dankzij de beeldinhoud en grotere te realiseren beeldhoeken). De ontwikkelingen bij de beeldgeneraties bij vluchtsimulatoren laten echter zien
dat de computergegenereerde beelden steeds meer informatie kunnen bevatten en minder gestyleerd zijn opgebouwd. Veacht mag dan ook worden dat
binnen een aantal jaren het computergegenereerde beeld ook bij meer komplexe wegontwerpen zal toegroeien naar het beeld van TV-maquettesystemen.
De grotere flexibiliteit (essentieel bij het ontwerpen van weggedeelten)
zal dan, een beslissende faktor kunnen zijn bij het kiezen van de meest
wenselijke vorm voor de opslag van de ontwerpgegevens. Op dit moment
ontbreken echter de hardere gegevens om per type wegontwerp, een keuze
- 47 -
te rechtvaardigen vanuit het oogpunt van de validiteit van de simulatietechniek voor de voorspelling van het bestuurdersgedrag. De keuze van
een techniek wordt dan meer bepaald, op dit moment, door de eventuele
beschikbaarheid van bepaalde methoden. In dit verband kan worden gesteld
dat in Nederland uitsluitend onderzoek met een TV-maquettesysteem mogelijk is. Indien toekomstig validiteitsonderzoek zou aantonen dat andere
ontwikkelingen noodzakelijk zijn (bijv. een computergegenereerd beeld
vanwege de grotere flexibiliteit te verkiezen boven TV-maquettesystemen;
al dan niet in kombinatie met een of andere vorm van kinesthetische bewegingsinformatie) moeten de simulatorvoorzieningen in Nederland overeenkomstig worden uitgebreid.
S. Konklusies en aanbevelingen
In de literatuur zijn verschillende simulatietechnieken aangegeven
die kunnen worden gebruikt bij het beoordelen van wegontwerpen, aan de
hand van een voorspelling van het rijgedrag van bestuurders in het uiteindelijke ontwerp.
Een essentieel onderscheid kan worden gemaakt tussen statische en
dynamische technieken, waarbij de dynamische technieken al dan niet een
terugkoppeling vanuit de beoordelaar/ontwerper toelaten. Alleen bij een
dynamische techniek met een real-time terugkoppeliiig vanuit de beoordelaar/ontwerper is er sprake van een daadwerkelijke simulatie van het autorijden; in dit geval is de beoordelaar/ontwerper bestuurder geworden en
is er sprake van een voertuigsimulator.
De gegevens van het wegontwerp kunnen worden afgeleid van een driedimensionaal schaalmodel (maquette) of van een computergegenereerd beeld.
Maquettes hebben als groot voordeel dat een zeer rele representatie
(veel, details) wordt gegeven; dit in tegenstelling tot de gestyleerde
beelden bij een ccrnputergeneratie. Daar staat tegenover dat computergegenereerde beelden meer flexibel zijn bij het aanbrengen van wijzigingen
in het ontwerp.
De presentatie van de visuele informatie kan op verschillende manieren gebeuren: TV-monitor versus TV-projektor; kleuren versus zwartwit; al dan niet beperking in beeldhoek; idem in resolutie, enz.
De inventarisatie van de ontwikkelde voertuigsimulatoren staat niet
toe dat een eenduidig advies kan worden gegeven over de meest wenselijke
vorm van informatie-opslag (maquette of compûtergegenereerd beeld) of
van informatiepresentatie. Evenmin is er een algemene opvatting over de
noodzaak van de presentatie van additionele informatiekanalen (kinesthetisch, stuurkracht, auditief)
Over het algemeen wordt betrekkelijk weinig aandacht geschonken aan
de validiteit van bepaalde simulatietechnieken en kan niet hard worden
aangegeven in welke mate bepaalde informatiekanalen bijdragen tot de validiteit van de simulatietechniek voor een bepaalde toepassing.
Overigens kan er geen sprake zijn van d6 validiteit van een simulatietechniek, maar moet de vraag naar de validiteit per deeltaak of per
toepassing worden gesteld.
Bij het onderzoek naar de validiteit van simulatoren voor het beoordelen van wegontwerpen kan de aandacht in eerste instantie worden gericht
op het kriteriurn van de relatieve validiteit; het kriterium van de absolutee, vali.diteit is waarschijnlijk voorlopig nog te streng.
In algemene zin kan worden gestel-d dat voertuigsimulatoren goede
mogelijkheden in zich hebben voor het beoordelen van wegontwerpen; dit
wordt bevestigd door twee reeds uitgevoerde onderzoekingen.
Voor sterk vereenvoudigde wegontwerpen zijn TV-maquettesystemen en
systemen met computergegenereerde beelden waarschijnlijk gelijkwaardig.
Meer komplexe ontwerpen zijn met compilitergegenereerde beelden nog niet
voldoende uitgebreid real-time te genereren, hierbij zijn TV-maquettesystemen op dit moment in het voordeel. Doordat de ontwikkeling bij de
computerbeeldgeneratie erg snel gaat (vooral bij de vluchtsimulatoren)
mag verwacht worden dat binnen een aantal jaren het computergegenereerde beeld t.a.v. de validiteit voor een bepaalde toepassing zal toegroeien naar het beeld van TV-maquettesystemen. De flexibiliteit bij het aanbrengen van wijzigingen zal dan de doorslag kunnen geven ten gunste van
computergegenereerde beeldsystemen.
- 49 -
Op korte termijn zal de aandacht gericht moeten zijn op de validiteitsproblematiek van de huidig beschikbare simulatorsystemen. Als konsekwentie zullen een aantal experimenten met verschillende simulatorsystemen uitgevoerd dienen te worden voor een aantal, in komplexiteit
oplopende, wegontwerpen.
- 50 -
9. Literatuur
Allen, R.W., Hogge, J.R. en Schwartz, S.H. (1976). A simulator for research
in driver, vehicle and environment interaction. Paper No. 184, Systems
Technology Inc., Hawthorne, California.
Allen, R.W., O'Hanlon, J.F., McRuer, D.T. en anderen (1977). Driver's
visibility requirements for roadway delineation. Volume 1: Effects
of contrast and configuration on driver performance and behavior.
Report No. FHWA-RD-77--165
Baron, N.L. en Williges, R.C. (1975). Transfer effectiveness of a driving
simulator. Human Factors, 17 (1), 71-80.
Barrett, G.V., Kobayashi, N. en Fox, B.H. (1968). Feasibility of studying
driver reaction to sudden pedestrian emergencies in an automobile
simulator. Human Factors, 10 (1), 19-26.
Barrett, G.V., Cabe, P.A., Thornton, C.L. en Kerber, H.E. (1969). Evaluation of a motion simulator not requiring cockpit motion. Human_Factors
Ii (3), 239-244.
Baxter, J. en Harrison, J.Y. (1979). A nonlinear model describing driver
behavior on straight roads. Human Factors, 21 (1), 87-97.
Beilfuss, C.W. (1973). Interactive graphics in highway engineering.
Highway Research Record No. 455, 1-10.
Berrill, J.B. en Feeser, L.J. (1973). Photo-computer plot montages for
highway design. Highway Research Record No. 437, 1-8.
Biehl, B. (1976). Sjmulatoren - ein Fortschritt fiir die Erforschung des
Verkehrsverhaltens? Zeitschrift fûr Verkehrssicherheit 22, 1, 3-6,
Blaauw, G.J. en Riemersma J.B.J. (1975). Interpretation of roadway designs
by an analysis of drivers' visual scanning and driving behavior on
straight and curved roadway sections. Instituut voor Zintuigfysiologie TNO, Soesterberg, Rapport IZF 1975-05.
Blaauw, G.J., v.d. Horst, A.R.A. en Godthelp, J. (1978). De voertuigsimulator van IZF-TNO: een valideringsonderzoek bij het rijden op een
rechte autosneheg, Voortgangsrapport I. Instituut voor Zintuigfy-siologie TNO, Soesterberg, Rapport IZF 1978-16.
Blaauw, G.J. (1979). Het autorijden als cybernetische taak. Instituut
voor Zintuigfysiologie TNO, Soesterberg, Rapport 1979-6.
Brown, J.L. (1975). Visual elements in flight simulation. Report of
Working group 34, Committee on Vision, Assembly of Behavioral and
- 51 -
Social Sciences, National Research Council, National Academy of
Sciences, Washington.
Brummelaar, T. Ten (1975). Where are the kinks in the alignment?
Transportation Research Record No. 556, 35-50.
Bubb, H. (1975). Konzept einer Sichtsimulationsanlage fir die Untersuchung des Kraftfahrerverhaltens. Nationale Tagung, Deutsche Gesellschaft fiir Ortung und Navigation e.V., Vortrag 1.5, Bremen, 15-17
April.
Chase, W.D. (1967). Piloted simulator display system evaluation - Effective resolution and pilot performance in the landing approach. Ames
Research Center, NASA, Sp. 144.
Chase, W.D. (1970). Evaluation of several TV-display system confgurations
for visual simulation of the landing approach. IBEE Transactions on
Man-Machine Systems, Vol. '1S-11, No. 3, 140-149.
Chenchanna, P. (1971). Beitrag zur Optimierung der Fahrzeuparareter im
System Fahrer-Fahrzeug-Umwelt. Institut fir Landverkehrsniittel,
Technische Universitt, Berlin.
Digital tank driving simulation (1974). Beschrijving van het simulatorsysteem van de Link-Niles Division of the Singer Company. Overdruk
uit Defence November, 1974.
Dobbeck, R. en Lincke, W. (1974). Der VW-Fahrsimulator. Automobiltechnische Zeitschrift 76, 2, 37-41.
Donges, E. (1978). Der Fahrsimulator des Forschungsinstitut fiir Anthropotechnik. Forschungsinstitut fir Anthropotechnik, Meckenheim, Bericht
No. 41.
Drfel, G. (1975). Der Einflu des Stilisierungsgrades in der Flug-Sichtsirnulation auf die H3hen- und Entfernungswahrnehmung durch Piloten,
Nationale Tagung, Deutsche Gesellschaft fr Ortung und Navigation e.V.,
Vortrag 1.4, Bremen, 15-17 April.
Feeser, L.J. en Ewald, R.H. (1975). Computer graphics and public hearings.
Transportation Research Record No. 553, 22-29.
Fenton, R.E., Ott, J.H. en Rule, R.G. (1970). On simulated and full-scale
car following. Proceedings of the sixth annual conference on manual
control, Wright-Patterson Air Force Base, Ohio, 7-9 April 1970,
457-479.
Forbes, T.H. (1972). Human factors in highwav traffic safety research,
New 'York: Wilcy-Interscience.
- 52 -
Fraser, T.H. (1966). Philosohy of simulation in a man-machine space
mission system. NASA Special Publication 102.
Geissier, E.H. en Aziz, A. (1969). Evaluation of complex interchange
designs by three-dimensional models. Highway Research Record No. 270,
36-4 8.
George, T.A. (1976). The forest service's computer-aided road design
system. Transportation Research Board, Special Report No. 160,
75-81.
Godthelp, J., Blaauw, G.J. en v.d. Horst, A.R.A. (1975). Een simulator
voor onderzoek van scheepvaart en wegverkeer. TNO -Prolekt No. 9,
337-345.
Godthelp, J. (1978). Besturing en handeling I. Literatuurevaluatie en
onderzoekpian. Instituut voor Zintuigfysiologie TNO, Soesterberg,
Rapport IZF 1978-3.
Godthelp, J., Blaauw, G.J. en v.d. Horst, A.R.A. (1979). Bepaling van
de voertuigdynamische eigenschappen van de genstrumenteerde auto
ICARUS en een vergelijking daarvan met de IZF-voertuigsimulator.
Instituut voor Zintuigfysiologie TNO, Soesterberg, rapport in voorbereiding.
Godin, P., Deligny, J.L., Antoniotti, P., Day, J.A. en Bernede, J.F. (1968).
Visual quality studies in highway design. Highway Research Record
No. 232, 46-57.
Gonin, M.P. en Moffett, T.J. (1976). Artes, an interactive highway design
program. Computer Graphics Proceedings, 268-274.
Grigg, A.0. en Huddart, L. (1978). Three surveys of the visual intrusion
of roads in rural landscapes. Transport and Road Research Laboratory,
Crowthorne, Report LR-861.
Gundry, J. (1977). The effectiveness and sophistication of motion cues
provided in flight simulators. In: Human Operators and Simulation,
Proceedings of a symposium at Loughborough University of Technology,
The Institute of Measurement and Control, 35-41.
Hanmerton, M. (1963). Transfer of training from a simulated to a real
control situation. Journal of Experimental Psychology, Vol. 66,
No. 5, 450-453.
Hammerton, M. (1967). Measures for the efficiency of simulators as training
devices Ergonomics, 10, 63-65.
- 53 -
Hauimerton, M. (1977). Transfer and simulation. In: Human Operators and
Simulation. Proceedings of a symposium at Loughborough University
of Technology, The Institute of Measurement and Control, 1-6.
O'Hanlon, J.F. (1977). Directory of research laboratories operating driving
simulators and research vehicles in North America. Prepared for:
Transportation Research Baard, Conmiittee A3B06 on Simulation and
Measurement of Driving.
Harrnan, H.H. (1961). Simulation: a survey. System Development Corporation,
Santa Monica, California, Report SP-260.
Hoskovec, J. en Biehi, B.M. (1969). Driving simulators: their description
and usage. Prepared for use to members of the Driver Behavior Research
Group at the OECD and to members of the Advanced Study Institute,
Verkehrspsychologisches Institut, Wenen.
Huddart, L. (1976). Visual intrusion of roads and traffic: a case study
in the Lake District. Transport and Road Research Lahoratory, Crowthorne,
Report SR 186 UC.
Huddart, L. (1977). An evaluation of the vi.sual impact of rural roads and
traffic. Transport and Road Research Laboratory, Crowthorne, Report
SR 355 UC.
Hulbert, S. en Wojcik, C.K. (1972). Driving task simulation. In: Forbes, T..W.:
Human factors in highwav traffic safety research. New York, WileyInterscience, 44-74.
Kinkade, R.G. en Wheaton, G.R. (1972). Training device design. In: Van Cott,
H.P. en Kinkade, R.G.: Human engineering guide to equipment design,
Washington, Government Printing Office, 667-699.
Kupke, P. (1978). Fahrsimulatoren - Hilfsmittel zum Bau sicherer Stragen?
Stra8e und Autobahn, Heft 6, 223-230.
Leonard, J.J. en Wierwille, W.W. (1975). Human performance validation of
simulators; theory and experimental verification. Proceedings of the
Human Factors Society, 19th Annual Meeting, Dallas.
Le Materiel Telephonique (1971). Tank driver simulators. Beschrijving van
het simulatorsysteem van LMT, Boulogne-Billancourt.
Machover, C., Neighors, M. en Stuart, C. (1977). Graphics displays. IEEE
Speccrum, August, 24-32.
McCormick, E.J. (1970). Human Factors Engineering, hoofdstuk 18. New York,
McGraï Hill.
- 54 -
McCoy, W.K. (1963). Problems of validity of measures used in investigating
man-machine systems. Human Factors, 5 (Aug.), 373-377.
McLane, R.C. en Wierwille, W.W. (1975). The influence of motion and audio
cues on driver performance in an automobile simulator. Human Factors,
17 (5), 448-501.
McRuer, D.T. en Krendel, E.S. (1974). Mathematical models of human pilot
behavior. NATO, AGARD-AG-188.
McRuer, D.T. en Klein, R.H. (1976). Comparison of human driver dynamics
in an automobile on the road with those in simulators having compiex
and simple visual displays. Paper 173A presented at the 55th Annual
Meeting of the Transportation Research Board, Washington.
McRuer, D.T., Allen, R.W., Weir, D.H. en Klein, R.H. (1977). New results
in driver steering control models. Human Factors, 19 (4), 381-397,
Melhorn, W.N. en Keller, E.A. (1973). Landscape aesthetics numerically
determined: applications to highway corridor selection. Highway
Research Record No. 452, 1-9.
Merchnt, M. (1976). Computer graphics offer a short, sharp look along
future roads. Surveyor 30, April, 24-26.
Moffett, T.J. (1974). Building highway systems with computer graphic
simulations. Proceedings of the IEEE, Vol. 62, No. 4, April, 429-436.
Moskowitz, H. (1974). Validity of driving simulator studies for predicting drug effects in real driving situations. Proceedings of the sixth
international conference on alcohol, drugs and traffic safety, Toronto.
Mudd, S. (1968). Assessment of the fidelity of dynamic flight simulators.
Human Factors, 10 (4), 351-358.
NATO (1978). Piloted aircraft environment simulation techniques. AGARDCP-249, Papers presented at the Flight Mechanics Panel Specialists'
Meeting in Brussels, 24-27 April 1978.
OECD (1973). Optimisation of road alignment by the use of computers.
Report prepared by an OECD road research group,
Palmer, E. en Petitt, J. (1977). A measure of psychological realism on
a visual simulator. Journal Aircraft, 14 (5), 421-422.
Porter, R.G. (1969). Models for highway design: some construction and
photographic techniques. Highway Research Record No. 270, 25-35.
Raike, R.R. (1976). Compu-scene-modular approach to day-night computer
image simulation. Proceedings of the AIAA Visual and Motion Simulation Conference, Dayton, Ohio, 26-28 April, 101-119.
- 55 -
Robinson, R. (1976). Automatic generation of the highway vertical aligninent: program VENUS. Tranport and Road Research Laboratory,
Crowthorne, Report LR 700.
Rolfe, J.M., Hamrnerton-Frase, A.M., Poulter, R.F. en Smith, E.M.B. (1970).
Pilot response in flight and simulated Elight. Ergonomics, 13 (6),
76 1-768.
Rumar, K. (1979). From pedestrian reflectorization to use of traffic
rules, from tyre testing to crash tracks and driving simulators.
Zeitschrift fUrVerkehrssicherheït, 25 (1), 3-6.
Sheridan, T.B. en Roland, R.D. (1966). Normative model for control of
vehicle trajectory in an emergency maneuver. 45th Annual Meeting
of the Transportation Research Board, Committee on Driving Simuladon, 83-97.
Smith, B.L. en Holmes, R.C. (1973). Highway design models: scales and
uses. Highway Research Record No. 437, 23-31.
Smith, B.L. en Yotter, E.E. (1969). Computer graphics and visual highway
design. Highway Research Record No. 270, 49-64.
Smith, B.L., Yotter, E.E. en Murphy, J.S. (1971). Alignment coordination
in highway design. Highway Research Record No. 371, 47-53.
Stapleford, R.L. (1968). Multimodality pilot models for visual and motion
cues. Proceedings of the fourth Annual NASA-University Conference on
Manual Control, University of Michigan, Ann Arbor, 47-57.
Stapleford, R.L. (1978). Piloted aircraft sirnulation-advantages, disadvantages and practical problems. Systems Technology Inc., Paper
No. 215, for presentation at the SAE Air Transportation Meeting,
May 1-4.
Stott, J.P. (1973). The optimisation of road layout by computer methods.
Proceedings of the Institute of Civil Engineers, 55, 67-85.
Tiesler, G. (1973). Bewegungswahrnehming in Fahrzeugsimulatoren. Forschungsinstitut fir Anthropotechnik, Meckenheim, Bericht No. 12.
Truijens, C.L. en Schuffel, H. (1978). Ergonomisch onderzoek "Open Rartelkanaal", Deel III - Validering van de simulatie van duwvaart in het
Hartelgebied. Instituut voor Zintuigfysiologie TNO, Soesterberg,
Rapport IZF 1978-C6.
Veling, I.H., Biaauw, G.J. en Moraal, J. (1978). Anticiperen en autorijden.
Instituut voor Zintuigfysiologie TNO, Soesterberg, Rapport IZF 1978-CI.
VTI (1976-1977). Sttens vg- och trafikinstitut. Fack, Linkping, Zweden,
Utveckling av krsimu1ator, deelrapporten No. 4, 11, 12, 45.
Weir, D.H. en Wojcik, C.K. (]97)). Siniulator studies of the driver's
- 56 -
dynamic response in steering control tasks. Highway Research Record
No. 364, 1-14.
Witt, H. en Hoyos, C.G. (1976). Advance information on the road: a simulator
study of the effect of road markings. Human Factors, 18 (6), 521-532.
Wojcik, C.K. en Weir, D.H. (1970). Studies of the driver as a control
element - phase 2. Report No. 70-73, Institute of Transportation
and Traffic Engineering, University of California, Los Angeles.
Young, L.R. (1967). Some effects of motion cues on manual tracking.
Journal of Spacecraft and Rockets, 1300-1303.
Bijlage I. Overzicht van de ontwikkelde voertuigsimulatoren (zomer 1979).
ALGEMEEN
TECHNISCHE SPECIFIKATIES
VISUEEL OP1E RKINGEN
ADDITIONEEl
USA
Calspan Corp, Buffalo,Computergegenereerd beeld (hybride) kinesthetisch *):gieren (+ 45)koershouden
rollen (± 10 )
New York (vh. Corneil Aero- rechte weg (max. 150 m preview) nautical Lab. , Inc.) Schmidt projektor; collimatorlens stuurkracht: bekrachtiging
auditief: neen
J.R. Knightbeeldhoek: 50 0 x 40 0
R.C. Sugerman zwart-wit
vrijheidsgraden: 7
eigen ontwikkeling
+ 1969 - ?
kinesthetisch: neen noodmanoeuvres
Driving Research Labo- TV-kamera in maquette ratory, Providence, Rhode rechte weg; "acht" patroon stuurkracht: 7
auditief: eenkanaals
schaal 1:87 Iland
R.K. McKelvey TV-monitor; collimatorlens
beeldhoek: 70 0 x 350
eigen ontwikkeling?zwart-wit
± 1969 General Motors Research
Laboratories, Warren,
Michigan
B. Repa
eigen ontwikkeling
+ 1974 - heden
computergegenereerd beeld (hybride)
bochtige weg
TV-monitor; coll.imatorlens
beeldhoek < 40 0
zwar t-wit
vrijheidsgraden: langs, dwars,
gieren, rollen, dompen
kinesthetisch: neenvoertuigdynamika;
stuurkracht: veer handling
auditief: meerkanaals
- BI -
ALGEMEEN
4) Goodyear Aerospace
Corporation
G.V. Barrett
eigen ontwikkeling?
± 1965 - ?
5) Massachusetts Institute
of Technology, Cambridge,
Mass.
T.B. Sheridan
eigen ontwikkeling
+ 1966 - -
TECHNISCHE SPECIFIKATIES
OPMERKINGEN
VISUEEL
ADDITIONEEL
TV-kamera in maquette
rechte weg
schaal 1:87
TV-projektor: 500 lijnen
beeldhoek: 50 0
zwart-wit
vrijheidsgraden: ?
kinesthetisch: neennoodreakties bij
stuurkracht: ? oversteken voetauditief: ? gangers
44% ppn werd
wagen ziek
Barrett et al.
(1968)
TV-kamera in modelauto
door een maquette
bochtige weg; obstakels
schaal 1:12 tot 1:20
TV-moni tor
beeldhoek: 30 0
zwart-wit
vrijheidsgraden: stuurhoek;
voorvaartse snelheid
kinesthetisch: neen
stuurkracht: ?
auditief: ?
6) Ohio State University TV-kamera in maquette (lopende band) kinesthetisch*): rollen
Columbus, Ohiobochtige weg (max. 75 m preview) dompen
R.E. Fentonschaal 1:87 stuurkracht: joystick
voorligger auditief: meerkanaals
eigen ontwikkeling TV-monitor (800 lijnen)
968 - + 1976 beeldhoek: 40 0
zwar t-wit
vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
.verrnijden botsingen met vaste
en bewegende voorwerpen
Sheridan en Roland
(1966)
volgen van voorligger; automatische volgsystemen;
s tuursys temen
Fenton et al.
(1970)
- B2 -
ALGEMEEN
Systems Technology, Inc.
Hawthorne, California
R.W. Allen, R. Klein
eigen ontwikkeling
+ 1974 - heden
University of California,
Berkeley, California
E. Crossman
eigen ontwikkeling
1969 -
TECHNISCHE SPECIFIKATIES
OPMERKINGEN
VISUEEL ADDITIONEEL
computergegenereerd beeld (hybride)
bochtige weg (max. 150 m preview)
gestyleerde voor- en tegenliggers
obstakels; mist en duisternis
diaprojektor voor verkeersborden
TV-projektor: 525 lijnen
beeldhoek: 67 0 x 450
zwar t-wi t
vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
kinesthetisch: neen
stuurkracht: bekrachtiging
auditief: meerkanaals
computergegenereerd beeld (hybride)
bochtige weg (max. 300 m preview)
scope (?)
beeidhoek: 450
zwart-wit
vrijheidsgraden: ?
kinesthetisch: neen
stuurkracht: veer
auditief: neen
9) University of California
TV-kamera in maquette
at Los Angeles (UCLA)
rechte weg (lopende band) met
Huibert, Wojcik, Weir overig verkeer
bochtige weg (max. 400 m preview)
eigen ontwikkeling, tezamen schaal 1:72
met STI
TV-projektor: 525 lijnen
1957 - + 1973 beeldhoek: 40 0
zwart-wit
vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
voertuigdynamika
koershouden; zijwind; alkohol;
drugs; wegontwerp
(belijning); verkeersborden
Allen et al.
(1976)
kinesthetisch: roilenhank
stuurkracht: veer
auditief: van rollenbank
koershouden
koershouden;
z i jw md
Wojcik en Weir
(1970)
Weir en. Wojcik
(1971)
- B3 -
ALGEtEN TECHNISCHE SPECIFIKATIES VISUEEL
10) University of Illinois, computergegenereerd beeld
Urbana-Champaign, Illinois TV-projektor
R.C. Mort:irnarbeeldhoek: ?
zwart-wit: ?
eigen ontwikkeling vrijheidsgraden: ?
1976 - ?
0PFKINGEN
ADDITIONEEL
kinesthetisch: neenkoershouden;
stuurkracht: ?alkohol
auditief: ja
University of Michigar, TV-kamera in maquette kinesthetisch: neenvolgen van voorIlighway Safety Research rechte weg met voorLigger stuurkracht: ?ligger
Institute, Ann Arbor,TV-:nonïtor
auditief: neen
Michigan beeldhoek: ?
P.L. Olson zwart-wit: ?
vrijheidsgraden: ?
eigen ontwikkeling
1970 - + 1976
University of Wisconsin, computergegenereerd beeld (hybride) kinesthetisch: neen
Madison, Wisconsin TV voor scope stuurkracht: ?
G.H.Robinson beeldhoek: 26 auditief: neen
zwar t-wit
eigen ontwikkeling vrijheidsgraden: ?
+ 1969 - ?
- B4 -
ALGEMEEN Virginia Polytechnic
Institute and State University, Blacksburg, Virginia
W.W. Wierwille
eigen ontwikkeling
1973 - heden
TECHNISCHE SPECIFIKATIES VISUEEL ADDITIONEEL
computergegenereerd beeld (hybride)
bochtige weg
TV-monitor; côllimatorlens
beeldhoek: 48 0 x 39 0
zwart-wit
vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
kinesthetisch: rollen
gieren
dwars
trillen
stuurkracht: ?
auditief: ineerkanaals
OPMERKINGEN
taakbelasting;
voertuigdynamika
McLane en Wierwille
(1975)
AU ST RALIE
University of New South computergegenereerd beeld (hybride)kinesthetisch: neenkoersbouden
stuurkracht: veerBaxter en Harrison
Wales, Australia rechte weg J. Baxter, J.Y. Harrison TV-monitor; collimatorlens auditief: ?(1979)
beeldhoek: ?
eigen ontwikkelingzwart-wit
+ 1978 - ? vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
EUROPA
WE'sT-DUrTsLAND
Forschungsinstitut fir
Anthropotechnik, WachtbergWe r thh oven
E. Donges
K.D. Schulz-Helbach
eigen ontwikkeling
+ 1968 - heden
computergegenereerd beeld (hybride)
bochtige weg; paaltjes; bomen; bergen
TV-proj ektor
0
beeldhoek: 44 °
x 31
zwar t-wi t
vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
k inesthet i sch* ) :ro ll en (+ 7 0 ) koershouden
dompen (+ 2 0 ) Donges (1978)
stuurkracht: torsiemotor
auditief: meerkanaals
- B5 -
TECHNISCHE SPECIFIKATIES
ALGE MEEN
OPMERKINGEN
VIS UEEL
ADDITIONEEL
TV-kamera in maquette
bochtige weg (lopende band); dorp
schaal 1:87
TV-moni tor
beeldhoek: ?
zwar t-w L t
vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
kinesthetisch: neenkoershouden;
stuurkracht: torsiemotor zijwind
auditief: eenkanaals Chenchanna (1971)
kinesthetisch: neensnelheidsregeling
stuurkracht: ?Bubb (1975)
auditief: meerkanaals
eigen ontwikkeling
+ 1975 -
TV-kamera in maquette
hochtige weg (lopende band)
schaal 1:100
TV-proj ektor
beeldhoek: ?
zwart-wit
vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
Technische Universitt,
Minchen. Institut fir Psychologie und Erziehungswissenschaften
H. Witt
C.G. Hovos
computergegenereerd beeld (hybride)
bochtige weg; streeppatronen
TV-pro ektor
beeldhoek: ?
zwar t-wit
vrijheidsgraden: langs, dwars, gieren
kinesthetisch: neen
stuurkracht: ?
auditief: eenkanaals?
Technische Universitt,
Berlin. Institut fir Landverkehrsmittel (vh. Inst.
ftir Kraftfahrzeuge)
Pv Chenchanna
eigen ontwikkeling
+ 1970 -
Technische Universitt,
M.Tinchen. Institut fir
E rgonomi e
H. Bubb
koershouden;
wegontwerp
(helij ning)
Witt en Hoyos
(1976)
eigen ontwikkeling
1975 - ?
- B6 -
ALGEMEEN TECHNISCHE SPECIFIKATIES VISUEEL OPMERKINGEN
ADDITIONEEL
kinesthetisch*): gieren
rollen
domp en
trillen
stuurkracht: torsiemotor
auditief: meerkanaals
voer tuigdynamika;
handling;
wegontwerp
Dobbeck en Lincke
(1974)
TV-kainera's in maquette
rechte weg; soms bochtige wegen
vaste maquettes; lopende band
voor 1 igger
schaal 1:87
TV-projektoren (625 lijnen)
beeldhoek: 120 0 x 30 1
zwar t-wit
vrijheidsgraden:langs, dwars, gieren,
vertikaal
kinesthetisch: neen
stuurkracht: torsiemotor
auditief: meerkanaals
validatie;
voertuigdynamika;
inhalen; wegontwerp
waarneming van
ander verkeer
Godthelp et al.
(1975)
TV-kamera's in maquette
bochtige weg
lopende band
schaal ?
ook: computergegenereerd beeld
TV-proj ektoren
beeldhoek:135
kleuren
vrijheidsgraden:langs, dwars, ?
kinesthetisch*): rollen
dompen
dwars
stuurkracht:?
auditief: meerkanaals
serie publikaties
van VTI
o.a.rapporten
4,. 11,12,45
Rumar (1979)
19) Volkswagen, Wolfsburg computergegenereerd beeld (hybride)
W. Linc.ke bochtige weg (horizontaal; vertikaal);
B. Ri.chter paaltjes; horizon; bomen
max. 150 m preview
eigen ontwikkelingTV-monitor; collimatorlens
+ 1974 - hedenzwart-wit
NEDERLAND
20) Instituut voor Zintuigfysiologie TNO, Soesterberg
G.J. Blaauw
A.R.A. v.d. Horst
J. Godthelp
eigen ontwikkeling
+ 1976 - heden
ZWEDEN
21) National Road and Traffic
Research Institute (VTI),
Link6ping
K.Rumar,
•S.Nordmark e.a.
eigen ontwikkeling
+1980
- B7 -
TECHNISCHE SPECIFIKATIES ALGEMEEN
VISUEEL
OPMERKINGEN
ADDITIONEEL
TANKS 1 MULATOREN BIJ DIVERSE KRIJGSMACHTEN
FA BRIKzIt1JTEN
Singer Company, Ltd,
Liak Miles Division, Sussex,
Engeland
1974 - heden
TV-kamera in maquette
willekeurig landschap; allerlei wegen;
dorpen
schaal 1:300
TV-monitor; collimatorlens
beeldhoek: 40 0
kleuren (625 lijnen?)
vrijheidsgraden: alle zes
kinesthetisch*): gieren
rollen
dompen
stuurkracht: veren?
auditief: meerkanaals
opleiding
chauffeurs
Defence (1974)
Le Materiel. Telephonique TV-kamera in maquette (rollen)opleiding
(LMT) , Boulogne - Billancourt, willekeurig landschap; allerlei wegen; dompenchauffeurs
Frankrijk dorpen stuurkracht: veren? LMT (1971)
1971 - heden schaal 1: 300 auditief: meerkanaals
TV-monitor; collimatorlens
beeldhoek: 40 0
zwart-wit (1029 lijnen)
als optie
vrijheidsgraden: alle zes Bij de simulatie van de rotatieversnellingen kunnen door scheefstand eveneens
de lineaire versnellingen worden nagebootst; deze zijn echter niet als zodanig
in de Tabel aangegeven.
- B8

pilot41day brochure pro

HIPIC - Prodiagnostiek

WHAT I NEED TO SUCCEED

Prof. dr. Rolf Zwaan - Tijdschrift de Psycholoog

download - Neerlands diep

Education in wrist arthroscopy - Nederlandse Vereniging voor

Nieuwsbrief juli 2014 - Kenniscentrum Voorrangsvoertuigen

Download PDF

Leidraad maritieme simulator - Inspectie Leefomgeving en Transport

Bekijk en lees hier onze maquettes en verhalen.