Lo Spazio Peripersonale in Realtà Virtuale: L’impatto dell’Ambiente Virtuale sulla Risposta Fisiologica degli Utenti

The development of immersive technologies has, in recent years, introduced new areas of research that extend beyond purely computational environments. These technologies are becoming increasingly interdisciplinary tools, finding fertile ground in a wide range of sectors such as gaming, cognitive therapy, rehabilitation, or, as in this case, multidisciplinary research. Virtual reality (VR) has played a significant role in revolutionizing these fields by offering immersive digital experiences aimed at improving interactions, learning, and therapy. It enables experiments that otherwise would not be possible in a real-world context, such as dangerous or dystopian environments. This thesis focuses on the study of peripersonal space (PPS) and the dynamics associated with it within virtual environments. Virtual reality (VR) is an ideal platform for this type of research, allowing the integration of technologies that monitor various physiological indicators. Based on these indicators, it is possible to easily assess human reactions to stimuli, such as pupil dilation, heart rate, or skin conductance. In multidisciplinary studies, pupil analysis serves as a useful indicator of physiological arousal, helping to measure cognitive load or the arousal state, which can affect alertness and attention levels in different contexts. This study examines the correlation between ocular activity and the peripersonal space between a virtual avatar and the user within an immersive environment. The goal is to understand whether and how the virtual environment can modulate the user's physiological response to the invasion of their peripersonal space. This goal is achieved through experiments where virtual avatars progressively invade the user's peripersonal space in various virtual environments. To analyze the effect of the space invasion on the user, eye-tracking is used to measure pupil dynamics and analyze its variations. The experiment was designed with a specific experimental setup and a VR application developed to simulate various scenarios, allowing the collection of all necessary data. Several stages are followed to achieve accurate calibration of the eye-tracker, both within eye-tracking software and through integrations developed for virtual environments. Finally, the emerging challenges are illustrated, with a focus on the advantages that this methodology brings to research.

Lo sviluppo delle tecnologie immersive ha introdotto, negli ultimi anni, rami di ricerca che non si limitano più agli ambienti squisitamente informatici ma sono ormai strumenti sempre più trasversali e che trovano terreno fertile in una vasta gamma di settori come il gaming, la terapia cognitiva, la riabilitazione o, come in questo caso, l'ambito di ricerca multidisciplinare. La realtà virtuale ha difatti giocato un ruolo importante nel rivoluzionare tali ambiti offrendo esperienze immersive digitali finalizzate al miglioramento delle interazioni, dell'apprendimento e della terapia rendendo possibili sperimentazioni che altrimenti non potrebbero essere realizzate in un contesto reale, come ambienti pericolosi o distopici. Il presente lavoro di tesi riguarda lo studio dello spazio peripersonale e le dinamiche associate ad esso all'interno di ambienti virtuali. La virtual reality (VR) si combina perfettamente per questo tipo di lavoro di ricerca permettendo l'integrazione di tecnologie utili per monitorare differenti indicatori fisiologici in quanto, in base ad essi, si può ottenere facilmente una valutazione, in base agli stimoli, delle reazioni umane come la dilatazione pupillare, la frequenza cardiaca o la sudorazione cutanea. All'interno di studi multidisciplinari, l'analisi della pupilla ad esempio risulta essere un indicatore di attivazione fisiologica utile per misurare il carico cognitivo o lo stato di arousal ovvero il grado di attivazione nervosa che si può riflettere sul livello di vigilanza o attenzione in diversi contesti. Questo studio esamina la correlazione tra l'attività oculare e lo spazio peripersonale che intercorre tra avatar virtuale e l'utente all'interno di un ambiente immersivo. L'obiettivo è comprendere se e come l'ambiente virtuale possa modulare la risposta fisiologica dell'utente all'invasione del suo spazio peripersonale. Tale scopo è raggiungibile attraverso esperimenti in cui avatar virtuali invadono progressivamente lo spazio peripersonale dell'utente all'interno di diversi ambienti virtuali. Per analizzare l'effetto che ha l'invasione dello spazio sull'utente, l'eye-tracking viene impiegato per misurare l'andamento pupillare analizzandone le variazioni. L'esperimento è stato creato ideando sia un design sperimentale specifico sia un'applicazione di VR progettata per simulare diversi scenari, dando la possibilità di raccogliere tutti i dati necessari. Diverse fasi seguono per ottenere una calibrazione accurata dell'eye-tracker sia all'interno dei software di tracciamento oculare sia tramite integrazioni sviluppate per ambienti virtuali. Per ultimo, si illustrano le problematiche emerse, evidenziando soprattutto i vantaggi che questa metodologia apporta alla ricerca.