L'ergonomia negli spazi ristretti è un tema centrale nella progettazione, poiché i volumi ridotti, le posture variabili e la libertà di movimento limitata influiscono sul comfort, sulla sicurezza e sulla qualità dell'esperienza. Analizzare il rapporto tra utente e ambiente significa considerare dimensioni, funzioni, percezione, orientamento e capacità motorie. Nel contesto degli yacht, caratterizzati da vincoli dimensionali e interazioni complesse con superfici e arredi, diventa necessario verificare se e in che misura la realtà virtuale possa rivelare in modo affidabile criticità ergonomiche, limitazioni posturali e interferenze tra corpo e spazio. La letteratura evidenzia tre principali carenze: frammentazione degli strumenti, scarsa integrazione tra modelli antropometrici e VR e affidabilità limitata del corpo virtuale nella lettura percettiva e sensomotoria. Lo stato dell'arte conferma l'assenza di metodi integrati che combinino una rappresentazione realistica del corpo, simulazioni motorie e analisi volumetriche. Gli studi sulle distorsioni percettive, il motion capture, i dispositivi indossabili e i flussi DHM-tracking-VR mostrano la necessità di soluzioni più complete e coerenti. Sulla base del lavoro di Helin et al. [16], è stato sviluppato ErgoSpace, un sistema in Unreal Engine per la valutazione ergonomica in VR all'interno degli yacht. Integra la personalizzazione antropometrica, la simulazione di tutto il corpo, il feedback di collisione e le animazioni cinematiche basate sul motion capture e sull'IK. Il modello dello yacht è stato ottimizzato e associato a un avatar parametrico che può essere modificato tramite morph target e controllato da sistemi cinematici adattivi per garantire la coerenza dimensionale. Il sistema fornisce due condizioni di analisi: • Osservazionale, con animazioni predefinite per l'analisi posturale e volumetrica da un punto di vista esterno. • Incarnata, con esplorazione in prima persona, per verificare direttamente la compatibilità tra postura, dimensioni e spazio. Il progetto è stato guidato da due domande di ricerca: RQ1: La modalità osservativa supporta meglio l'analisi ergonomica rispetto alla modalità immersiva? RQ2: Il profilo parametrico dell'avatar influisce sulla percezione ergonomica e sulle prestazioni delle attività 35 partecipanti hanno testato entrambe le condizioni VR, con metriche registrate e questionari standardizzati (NASA-TLX e questionario sulla percezione ergonomica). I risultati indicano che la VR riproduce con buona accuratezza le relazioni ergonomiche, i volumi, le posture e i punti di contatto. La modalità immersiva offre un'analisi più sensibile delle questioni critiche, ma con un carico cognitivo maggiore, mentre la modalità osservativa è più stabile e utile per l'analisi tecnica. La personalizzazione antropometrica aumenta la coerenza tra il corpo reale e quello virtuale, e il feedback di collisione si conferma decisivo nell'identificazione delle interferenze. Nel complesso, l'evidenza dimostra che ErgoSpace può espandere le capacità diagnostiche della progettazione, offrendo un ambiente dinamico e navigabile in grado di riprodurre fenomeni motori e percettivi difficili da catturare con i metodi tradizionali.
Ergonomics in confined spaces is a central theme in design, as reduced volumes, variable postures, and limited freedom of movement affect comfort, safety, and quality of experience. Analyzing the relationship between user and environment means considering dimensions, functions, perception, orientation, and motor skills. In the context of yachts, characterized by dimensional constraints and complex interactions with surfaces and furnishings, it becomes necessary to verify whether and how reliably virtual reality can reveal ergonomic criticalities, postural limitations, and interference between body and space. The literature highlights three main shortcomings: fragmentation of tools, poor integration between anthropometric models and VR, and limited reliability of the virtual body in perceptual and sensorimotor reading. The state of the art confirms the absence of integrated methods that combine realistic body representation, motor simulations, and volumetric analysis. Studies on perceptual distortions, motion capture, wearables, and DHM–tracking–VR flows show the need for more comprehensive and consistent solutions. Based on the work of Helin et al. [16], ErgoSpace was developed, a system in Unreal Engine for ergonomic evaluation in VR inside yachts. It integrates anthropometric customization, full-body simulation, collision feedback, and kinematic animations based on motion capture and IK. The yacht model has been optimized and associated with a parametric avatar that can be modified via morph targets and controlled by adaptive kinematic systems to ensure dimensional consistency. The system provides two conditions of analysis: • Observational, with predefined animations for postural and volumetric analysis from an external point of view. • Embodied, with first-person exploration, to directly verify compatibility between posture, dimensions, and space. The design was guided by two research questions: RQ1: Does the observational mode better support ergonomic analysis than the immersive mode? RQ2: Avatar parametric profile impacts ergonomic perception and task performance 35 participants tested both VR conditions, with recorded metrics and standardized questionnaires (NASA-TLX and ergonomic perception questionnaire). The results indicate that VR reproduces ergonomic relationships, volumes, postures, and contact points with good accuracy. The immersive mode offers a more sensitive analysis of critical issues, but with a greater cognitive load, while the observational mode is more stable and useful for technical analysis. Anthropometric customization increases the consistency between the real body and the virtual body, and collision feedback is confirmed as decisive in identifying interference. Overall, the evidence shows that ErgoSpace can expand the diagnostic capabilities of design, offering a dynamic and navigable environment capable of reproducing motor and perceptual phenomena that are difficult to capture with traditional methods.
ERGOSPACE: VIRTUAL REALITY ERGONOMIC PERCEPTION IN COMPLEX PRODUCT DESIGN
FANIZZI, PIERANGELO
2024/2025
Abstract
L'ergonomia negli spazi ristretti è un tema centrale nella progettazione, poiché i volumi ridotti, le posture variabili e la libertà di movimento limitata influiscono sul comfort, sulla sicurezza e sulla qualità dell'esperienza. Analizzare il rapporto tra utente e ambiente significa considerare dimensioni, funzioni, percezione, orientamento e capacità motorie. Nel contesto degli yacht, caratterizzati da vincoli dimensionali e interazioni complesse con superfici e arredi, diventa necessario verificare se e in che misura la realtà virtuale possa rivelare in modo affidabile criticità ergonomiche, limitazioni posturali e interferenze tra corpo e spazio. La letteratura evidenzia tre principali carenze: frammentazione degli strumenti, scarsa integrazione tra modelli antropometrici e VR e affidabilità limitata del corpo virtuale nella lettura percettiva e sensomotoria. Lo stato dell'arte conferma l'assenza di metodi integrati che combinino una rappresentazione realistica del corpo, simulazioni motorie e analisi volumetriche. Gli studi sulle distorsioni percettive, il motion capture, i dispositivi indossabili e i flussi DHM-tracking-VR mostrano la necessità di soluzioni più complete e coerenti. Sulla base del lavoro di Helin et al. [16], è stato sviluppato ErgoSpace, un sistema in Unreal Engine per la valutazione ergonomica in VR all'interno degli yacht. Integra la personalizzazione antropometrica, la simulazione di tutto il corpo, il feedback di collisione e le animazioni cinematiche basate sul motion capture e sull'IK. Il modello dello yacht è stato ottimizzato e associato a un avatar parametrico che può essere modificato tramite morph target e controllato da sistemi cinematici adattivi per garantire la coerenza dimensionale. Il sistema fornisce due condizioni di analisi: • Osservazionale, con animazioni predefinite per l'analisi posturale e volumetrica da un punto di vista esterno. • Incarnata, con esplorazione in prima persona, per verificare direttamente la compatibilità tra postura, dimensioni e spazio. Il progetto è stato guidato da due domande di ricerca: RQ1: La modalità osservativa supporta meglio l'analisi ergonomica rispetto alla modalità immersiva? RQ2: Il profilo parametrico dell'avatar influisce sulla percezione ergonomica e sulle prestazioni delle attività 35 partecipanti hanno testato entrambe le condizioni VR, con metriche registrate e questionari standardizzati (NASA-TLX e questionario sulla percezione ergonomica). I risultati indicano che la VR riproduce con buona accuratezza le relazioni ergonomiche, i volumi, le posture e i punti di contatto. La modalità immersiva offre un'analisi più sensibile delle questioni critiche, ma con un carico cognitivo maggiore, mentre la modalità osservativa è più stabile e utile per l'analisi tecnica. La personalizzazione antropometrica aumenta la coerenza tra il corpo reale e quello virtuale, e il feedback di collisione si conferma decisivo nell'identificazione delle interferenze. Nel complesso, l'evidenza dimostra che ErgoSpace può espandere le capacità diagnostiche della progettazione, offrendo un ambiente dinamico e navigabile in grado di riprodurre fenomeni motori e percettivi difficili da catturare con i metodi tradizionali.I documenti in UNITESI sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/20.500.14253/109163