Simulating Residential Fire Emergencies: Exploring the Impact of Virtual Reality and Omnidirectional Treadmills on Human Behavior and Stress Responses

Abstract

Teknologiske fremskritt innen virtuell virkelighet (VR) og flerdireksjonelle tredemøller (ODT) gir muligheter for å skape kontrollerte, gjentagbare simulasjoner for å utforske reaksjoner på farlige scenarioer. Imidlertid er forskning på bruken av disse teknologiene fortsatt begrenset, spesielt med hensyn til hvorvidt slike simulasjoner kan gjenskape data fra virkeligheten. Vi fokuserte på boligbranner, ettersom de er grundig forsket på i andre sammenhenger. Vi identifiserte en studie fra 2021 av Arias et al. som undersøkte om menneskelig atferd i VR-simulerte boligbranner stemmer overens med atferd i virkelige situasjoner, et aspekt vi ønsket å validere. Denne sammenligningen involverte å matche handlingssekvenser utført av deltakerne med sekvenser predikert av den etablerte generelle modellen for menneskelig atferd i brann. I tillegg ønsket vi å utvide disse funnene ved å utforske deltakernes oppførsel og emosjonelle responser i forhold til de som er beskrevet i stressmodellen og tilhørende litteratur.

Vi utviklet en simulasjon som involverte et hus hvor deltakerne ble utsatt for et boligbrannscenario, og observerte deres atferd og følelsesmessige reaksjoner. Vi samlet totalt 40 deltakere og delte dem inn i to grupper. Simuleringen var forskjellig mellom gruppene, der den ene gruppen opplevde mer intense og tydeligere tegn på brann enn den andre.

Våre resultater stemte overens med den generelle modellen, konsistent med resultatene til Arias et al., noe som indikerer at de observerte atferdene i VR-simuleringen vår er sammenlignbare med de som forventes i virkelige scenarioer. I tillegg opplevde deltakerne følelser som er beskrevet i stressmodellen, til en mindre grad enn det som kan forventes i en reell nødsituasjon. Det var tydelig at noen deltakere følte og ble påvirket av stress, med tilfeller hvor deres atferd var sammenlignbar med det som er forventet i virkelige situasjoner. Disse observasjonene gir ytterligere støtte for at VR i kombinasjon med en ODT kan fungere som gyldige verktøy for forskning.

Advancements in virtual reality (VR) and omnidirectional treadmill (ODT) technology offer new opportunities to create controlled and repeatable environments for studying responses to dangerous scenarios. Despite the potential, research on their effectiveness in replicating real-life data is still limited. We focused on residential fires, which are extensively studied in other contexts. Notably, a 2021 study by Arias et al. examined whether human behavior in VR-simulated residential fires aligns with real-world behavior—an aspect we aimed to validate. This comparison involved matching the sequences of actions performed by participants with those predicted by the established general model of human behavior in fires. Additionally, we sought to explore participants' behavior and emotional responses as outlined in the stress model and the associated literature.

We developed a simulation set within a house where participants were exposed to a residential fire scenario, observing their behavior and emotional responses. A total of 40 participants were divided into two groups, with one group experiencing more intense and clearer fire cues than the other.

Our results aligned with the general model, consistent with the findings of Arias et al., indicating that behaviors observed in our VR simulation are comparable to those expected in real-life scenarios. Additionally, participants experienced sensations similar to those described in the stress model, albeit to a lesser degree than in an actual emergency. Interestingly, some participants exhibited stress-influenced behaviors that reflected real-life situations. These observations provide further evidence that VR combined with an ODT could serve as valid tools for research.