Bewertungsverfahren für die Leistung von Stereopsis

Stereopsis is one mechanism of visual depth perception, which gains 3D information from the displaced images of both eyes. Depth is encoded by disparity, the offset between the corresponding projections of one point in both retinas. Players in ball sports, who are adapted to highly competitive environments, can be assumed to develop improved performances in stereopsis, as they are required and thus trained constantly to rapidly and accurately estimate the distance of the ball. However, literature provides controversial results on the impact of stereopsis on sports such as baseball or soccer. The standard method to quantify stereopsis is to evaluate near static stereo acuity only, which denotes a subject’s minimum perceivable disparity from a near distance with stationary visual targets. These standard methods fail to reveal potential contributions of further components of stereopsis such as recognition speed, distance stereo acuity, and dynamic stereopsis, which were identified by literature to be important to describe the performance of stereopsis in sports. Therefore, this thesis contributes to the literature by introducing the Stereo Vision Performance (StereoViPer) test, which combines distance stereo acuity and response time analyses for static and dynamic stereopsis by using 3D stereo displays. The first purpose was to provide a proof of concept for the static test. Experiments analyzed the response time measurements, compared the test with traditional methods and evaluated the ability of the test to discriminate between clear and known differences in stereopsis performance, i.e. normal and defective stereopsis. The second purpose was to provide investigations of stereopsis in highly competitive ball sports. Therefore, the test was extended by a dynamic part and a gesture driven input interface to support the connection between visual perception and motor reaction. The method was used to evaluate stereopsis in soccer by comparing professional, amateur, and inexperienced subjects. This thesis contributes to the evaluation of stereopsis in soccer by speed measurements and dynamic stimuli. The third purpose was to evaluate the influence of the used 3D stereo displays on the conducted stereopsis measurements. As 3D displays provide unnatural viewing conditions, a zone of comfortable viewing has been introduced in literature that should avoid discomfort during the consumption of simulated 3D content. This thesis contributes by investigating whether the zone is sufficient to obtain natural stereopsis performance results and which further limitations due to artificial 3D content might apply. As the method could successfully discriminate between normal and defective stereopsis and produced results, which were in agreement with the literature, the proof of concept could be shown. However, soccer players did not show superior stereopsis performance compared to inexperienced subjects, although they demonstrated significantly (p <= 0.01) lower monocular choice reaction times. The zone of comfortable viewing did not preserve natural stereopsis performance. Therefore, disparities need to be selected as low as possible for stereopsis performance measurements. In conclusion, the StereoViPer test produced results that are in agreement with the literature and extended the evaluation of stereopsis by static and dynamic stereo acuity measurements in combination with response time analyses. The test provides a finer discrimination of stereopsis performance than traditional methods. This thesis contributed to the investigation of stereopsis in competitive sports by introducing an extensive testing battery, which meets the requirements of suggestions in literature.Stereopsis ist eine Art der visuelle Tiefenwahrnehmung, die 3D Information aus der Bildverschiebung der beiden Augen gewinnt. Tiefe wird dabei durch Disparität kodiert, dem Versatz der Projektionen eines Punktes auf beide Retinas. Es kann angenommen werden, dass Hochleistungssportler in Ballsportarten über eine erhöhte Leistung von Stereopsis verfügen, da sie gezwungen und gewohnt sind, andauernd schnell und genau die Entfernung zum Ball zu schätzen. Trotzdem beinhaltet die Literatur kontroverse Ergebnisse zum Einfluss von Stereopsis auf Sportarten wie Baseball oder Fußball. Standardmäßig wird Stereopsis durch statische Nah-Stereo- Acuity quantifiziert, der minimalen wahrnehmbaren Disparität bei stationären Objekten in naher Entfernung. Diese Standardmethoden schaffen es nicht, mögliche Beiträge zusätzlicher Komponenten aufzudecken, wie Wahrnehmungsgeschwindigkeit, Distanz-Stereo-Acuity und dynamische Stereopsis, die in der Literatur als wichtig für die Leistung von Stereopsis im Sportumfeld erachtet werden. Darum erweitert diese Arbeit die Literatur um den Stereo Vision Performance (StereoViPer) Test, der Distanz-Stereo-Acuity- und Geschwindigkeitsmessungen für statische und dynamische Stereopsis auf einem 3D-Bildschirm kombiniert. Der erste Zweck dieser Arbeit ist der Nachweis der grundlegenden Funktionsfähigkeit des statischen Tests. Die Geschwindigkeitsmessungen wurden analysiert, der Test mit traditionellen Methoden verglichen und die Fähigkeit des Tests untersucht, deutliche Leistungsunterschiede von Stereopsis zu erkennen, wie sie bei gesunder und fehlerhafter Stereopsis angenommen werden können. Der zweite Zweck war die Untersuchung von Stereopsis im Hochleistungsballsport. Darum wurde der Test um einen dynamischen Teil erweitert sowie einer Gestensteuerung, die die Verbindung zwischen visueller Wahrnehmung und der Motorik bei Hochleistungssportlern begünstigen sollte. Stereopsis von Amateur- und Profi-Fußballspieler wurde mit der von unerfahrenen Probanden verglichen, wodurch die Evaluierung von Stereopsis im Fußball um Messungen von Geschwindigkeit und dynamischer Stereopsis erweitert wurde. Der dritte Zweck war die Untersuchung des Einflusses von 3D-Bildschirmen auf die Stereopsis-Messungen, der als unnatürlich anzunehmen ist. Die Literatur empfiehlt eine Zone, in deren Grenzen keine unangenehmen Wahrnehmungen auftreten sollen. Diese Arbeit untersucht, ob diese Zone für die Messung von natürlicher Stereopsis ausreicht und welche weiteren Einschränkungen sich ergeben könnten. Da die Methode erfolgreich normales von fehlerhaftem Stereosehen trennen konnte und die Ergebnisse im Einklang mit der Literatur sind, konnte die Methode grundlegend validiert werden. Es konnte zwar kein verbessertes Stereosehen von Fußballspielern beobachtet werden. Dafür zeigen diese signifikant (p <= 0.01) schnellere Reaktionszeiten für monokulare Entscheidungen. Die untersuchte Zone für künstliche 3D-Inhalten konnte nicht als ausreichend für natürliche Stereosehleistungen bestätigt werden. Deshalb sollten Disparitäten immer so klein wie möglich gewählt werden. Zusammenfassend produziert der StereoViPer Test Ergebnisse, die im Einklang mit der Literatur stehen und die Untersuchung von Stereosehen um statische als auch dynamische Messungen von Stereo Acuity und Wahrnehmungsgeschwindigkeit erweitern. Er ergänzt die Untersuchung von Stereosehleistung im Hochleistungssport um eine umfangreiche Testbatterie und ermöglicht eine feinere Messung als traditionelle Methoden