Loading...
Publication
Fitness applications for healthy older adults using large projection displays: methodology, design, assessment, and field validation
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 5.52 MB | Adobe PDF |
Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
Due to low birth rates and rising life expectancy, the population of developed countries is aging. Concurrently,
physical inactivity is an identified major health risk and significantly more prevalent in older adults, who
experience the consequences related to inactivity more frequently. Exergames for the elderly are an
affordable option to prevent sedentarism and complement traditional exercise training, which can otherwise
suffer from low adherence and personalization. They facilitate moderate-intensity physical activity levels and
positively impact fitness, health, balance, postural control, mobility, and motivation. However, due to the lack
of knowledge of seniors’ game preferences and technology literacy, there are challenges in designing
exergames that match the users’ needs and motivators with game elements. While there is an extensive body
of research in this field, there are critical gaps: most of the research is done in laboratory environments, is
focused on balance and ignore other motor performance domains, use commercial games which are not
designed for older adults, and fail to explore the longitudinal effects of exergames.
In this thesis, there are three sequential contributions:
1) Develop a technology to facilitate exergaming in the elderly population by integrating easy-to-use full body interaction with large projection displays. Resulting in software for low-cost virtual reality surround screen projection systems, validated through user studies and compared with the conventional
alternatives.
2) Leverage the technology and design customized exergames to promote fitness in older adults by:
a) Evaluate the capability to automate fitness assessment using gesture detectors by testing their
performance in the field with 22 elderly end-users and compare it to traditional methods administered
by an expert. Resulting in a high accuracy system, consistent with the traditional fitness assessment
method.
b) Study older adults’ interaction preferences with floor projection displays by developing and testing
two natural user interfaces with 19 elderly participants. The participants’ preference for a feet controlled interface was identified when usability, perceived workload, and performance indicators
were assessed.
c) Apply human-centered design methodologies in the gamification of fitness training routines by
focusing on insights from inquiries to improve game elements and game iterations based on
playtesting sessions to produce exergames. Resulting in a set of four exergames created to train the
critical functional fitness areas of older adults.
3) Measure the benefits in older adults’ motor performance, quality of life, and physical activity levels during
a longitudinal multidimensional training combining custom-made exergames and traditional exercise in a
complementary fashion. Achieved through a 12-week long randomized controlled trial of bi-weekly
exercise sessions with 31 elderly participants. Outcome measures on fitness, balance, and health-related
quality of life were measured at the start, during, and after the intervention, and physical activity levels
were measured at each session. This resulted in exergame players having a significant increase in strength
compared to control, and both conditions improving balance and the mental component of health-related
quality of life, with improvements in the latter being greater for exergame players. Additionally, during
exergames’ sessions, participants spent less energy but maintained the recommended physical activity
levels for more extended periods.
Our results show that integrating personalized exergames designed for multidimensional fitness training in
traditional settings can effectively enhance older adults’ motor performance and mental well-being. This
technology is a viable low-cost option to be deployed in the context of elderly fitness programs.
Devido às baixas taxas de natalidade e ao aumento da esperança média de vida a população dos países desenvolvidos está a tornar-se envelhecida. Ao mesmo tempo, a falta de atividade física está identificada como um importante fator de risco para a saúde, com grande prevalência em idosos, que também experienciam as suas consequências com maior frequência. Os exergames para idosos são uma opção económica para a prevenção de sedentarismo e complemento do treino físico tradicional, que pode sofrer de baixa aderência e personalização. Estes jogos promovem níveis moderados de intensidade da atividade física e benefícios ao nível do fitness, saúde, equilíbrio, postura, mobilidade e motivação. No entanto, devido ao desconhecimento sobre as preferências de jogos e literacia tecnológica dos idosos, há desafios no desenho de exergames que se adequem às suas necessidades e motivações. Apesar de haver extensa investigação nesta área, existem lacunas críticas: a maior parte da investigação é feita em ambiente laboratorial, foca-se no equilíbrio e ignora os outros domínios motores, usa jogos comerciais que não foram desenhados para esta população e não explora os efeitos longitudinais dos exergames. Nesta tese, fazemos três contribuições, apresentadas de forma sequencial: 1) Desenvolvimento de tecnologia para a prática de exergaming pela população idosa, integrando interação corporal fácil de usar com projeções de grandes dimensões. Resultando num software para uso em sistemas de realidade virtual através de projeção de baixo custo, validado através de estudos com utilizadores e comparado com alternativas convencionais. 2) Uso da tecnologia e design de exergames feitos à medida para a promoção do fitness em idosos: a) Apreciação da capacidade de automação da avaliação do fitness através do uso de detetores de gestos, testando o seu desempenho no terreno com 22 utilizadores idosos. Resultando num sistema de elevada exatidão, consistente com os métodos tradicionais. b) Estudo das preferências de idosos na interação com projeções no solo, através do desenvolvimento e teste de dois interfaces naturais com 19 participantes idosos. Identificada uma preferência pelo interface controlado pelos pés através da avaliação de usabilidade, carga de trabalho sentida e indicadores de desempenho. c) Aplicação de metodologias de desenho centrado em humanos à gamificação de rotinas de treino físico através do foco na compreensão de inquéritos, baseados em sessões de jogo, aplicados para a melhoria e iteração dos mesmos. Resultando num conjunto de quatro exergames criados para treinar áreas críticas de fitness funcional em idosos. 3) Medição do desempenho motor, qualidade de vida e intensidade da atividade física de idosos durante treino longitudinal multidimensional combinando exergames feitos à medida com exercício tradicional de forma complementar. Alcançada através de um estudo randomizado controlado de 12 semanas, com sessões de exercício físico bissemanais por parte de 31 participantes idosos. Com medições de fitness, equilíbrio e qualidade de vida relacionada com a saúde medidas no início, durante e após a intervenção, e níveis de atividade física medidos em todas as sessões. Resultando num aumento significativo de força nos jogadores de exergames relativamente ao controlo e numa melhoria em ambos os grupos no equilíbrio e na componente mental da qualidade de vida, com uma melhoria maior por parte dos jogadores nesta última. Adicionalmente, registado um menor dispêndio energético, mas uma manutenção mais prolongada da intensidade da atividade física recomendada nas sessões de exergames. Os nossos resultados mostram que a integração de exergames personalizados, desenhados para o treino multidimensional de fitness, em ambientes tradicionais de treino podem efetivamente melhorar os ganhos de desempenho motor e bem-estar mental. Assim, esta tecnologia é uma opção económica viável para ser usada no contexto de programas de fitness para idosos.
Devido às baixas taxas de natalidade e ao aumento da esperança média de vida a população dos países desenvolvidos está a tornar-se envelhecida. Ao mesmo tempo, a falta de atividade física está identificada como um importante fator de risco para a saúde, com grande prevalência em idosos, que também experienciam as suas consequências com maior frequência. Os exergames para idosos são uma opção económica para a prevenção de sedentarismo e complemento do treino físico tradicional, que pode sofrer de baixa aderência e personalização. Estes jogos promovem níveis moderados de intensidade da atividade física e benefícios ao nível do fitness, saúde, equilíbrio, postura, mobilidade e motivação. No entanto, devido ao desconhecimento sobre as preferências de jogos e literacia tecnológica dos idosos, há desafios no desenho de exergames que se adequem às suas necessidades e motivações. Apesar de haver extensa investigação nesta área, existem lacunas críticas: a maior parte da investigação é feita em ambiente laboratorial, foca-se no equilíbrio e ignora os outros domínios motores, usa jogos comerciais que não foram desenhados para esta população e não explora os efeitos longitudinais dos exergames. Nesta tese, fazemos três contribuições, apresentadas de forma sequencial: 1) Desenvolvimento de tecnologia para a prática de exergaming pela população idosa, integrando interação corporal fácil de usar com projeções de grandes dimensões. Resultando num software para uso em sistemas de realidade virtual através de projeção de baixo custo, validado através de estudos com utilizadores e comparado com alternativas convencionais. 2) Uso da tecnologia e design de exergames feitos à medida para a promoção do fitness em idosos: a) Apreciação da capacidade de automação da avaliação do fitness através do uso de detetores de gestos, testando o seu desempenho no terreno com 22 utilizadores idosos. Resultando num sistema de elevada exatidão, consistente com os métodos tradicionais. b) Estudo das preferências de idosos na interação com projeções no solo, através do desenvolvimento e teste de dois interfaces naturais com 19 participantes idosos. Identificada uma preferência pelo interface controlado pelos pés através da avaliação de usabilidade, carga de trabalho sentida e indicadores de desempenho. c) Aplicação de metodologias de desenho centrado em humanos à gamificação de rotinas de treino físico através do foco na compreensão de inquéritos, baseados em sessões de jogo, aplicados para a melhoria e iteração dos mesmos. Resultando num conjunto de quatro exergames criados para treinar áreas críticas de fitness funcional em idosos. 3) Medição do desempenho motor, qualidade de vida e intensidade da atividade física de idosos durante treino longitudinal multidimensional combinando exergames feitos à medida com exercício tradicional de forma complementar. Alcançada através de um estudo randomizado controlado de 12 semanas, com sessões de exercício físico bissemanais por parte de 31 participantes idosos. Com medições de fitness, equilíbrio e qualidade de vida relacionada com a saúde medidas no início, durante e após a intervenção, e níveis de atividade física medidos em todas as sessões. Resultando num aumento significativo de força nos jogadores de exergames relativamente ao controlo e numa melhoria em ambos os grupos no equilíbrio e na componente mental da qualidade de vida, com uma melhoria maior por parte dos jogadores nesta última. Adicionalmente, registado um menor dispêndio energético, mas uma manutenção mais prolongada da intensidade da atividade física recomendada nas sessões de exergames. Os nossos resultados mostram que a integração de exergames personalizados, desenhados para o treino multidimensional de fitness, em ambientes tradicionais de treino podem efetivamente melhorar os ganhos de desempenho motor e bem-estar mental. Assim, esta tecnologia é uma opção económica viável para ser usada no contexto de programas de fitness para idosos.
Description
Keywords
Body tracking Interaction Projection VR Fitness Exergames Fitness applications Informatics Engineering, specialty in Human-Computer Interaction . Faculdade de Ciências Exatas e da Engenharia