Forschung

Die Forschungsgruppe bei Sphery zielt darauf ab, Exergame-Trainingskonzepte und -szenarien zu entwerfen, zu untersuchen und nachzuweisen, um ein attraktives, effektives und benutzerzentriertes ExerCube-Erlebnis für EveryBody zu gewährleisten. 

Wir arbeiten mit Partnern aus verschiedenen Disziplinen (Mensch-Computer Interaktion, Spielentwicklung & -forschung, Industrie Design sowie Bewegungs-, Sport- und Kognitive-wissenschaften) in nationalen und internationalen R&D-Projekten zusammen und verfolgen dabei eine ganzheitliche Perspektive des Exergaming. In unseren Forschungs-projekten experimentieren wir mit innovativen Game-Balancing-Ansätzen, Spielmechaniken, Soft- & Hardware-Designs und Trainingskonzepten, die es den Spielern ermöglichen, sowohl ein attraktives und motivierendes als auch ein effektives und ganz-heitliches Körper- und Gehirntraining zu erleben.

Darüber hinaus untersuchen wir verschiedene Varianten des ExerCubes für unterschiedliche Anwendungsbereiche und Zielgruppen wie Fitness, Prävention, Rehabilitation, Schule, zu Hause und (physischen) eSports. Um diese tiefen, umfangreichen und individuellen Einblicke zu erhalten, nutzen wir den Ansatz der gemischten Methode (quantitative und qualitative Daten). Die gewonnenen Erkenntnisse aus unseren Forschungsprojekten fliessen regelmässig in unsere ExerCube Trainingskonzepte und -szenarien ein und werden in Fachzeitschriften veröffentlicht.  

Forschungspartner

Wichtigste Ergebnisse

Optimale nutzerzentrierte Anwendung und Trainingserfahrung

Verbesserung der kognitiven Funktionen (z. B. Flexibilität, Konzentration und geteilte Aufmerksamkeit)

Stärkung der kognitiv-motorischen Prozesse

Vorteilhaft für Herz-Kreislauf Parameter

Erzeugung idealer (hoher) Trainingsintensitäten

Human-Computer Interactions (CHI) Play (2019)

In Richtung sozial immersiven Fitness-Spielen: Eine explorative Bewertung durch verkörperte Darstellung

Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene soziale Spiel-mechanismen des ExerCubes untersucht. Auf der Grundlage der Studienergebnisse wurde das ExerCube-Multiplayer-Szenario weiterentwickelt. Darüber hinaus könnten diese Ergebnisse andere Entwickler in diesem Bereich inspirieren und die Entwicklung eines reichhaltigen Gestaltungs-raums für kooperative Exergames unterstützen.

Kooperationen:

Human-Computer Interactions (CHI) (2019)

ExerCube vs. Personal Trainer: Evaluierung eines ganzheitlichen, immersiven und adaptiven Fitness-Spielkonzepts

In dieser Vergleichsstudie wurde die subjektiv empfundene Effektivität und Attraktivität eines Trainings im ExerCube (in zwei Teilbedingungen: adaptiv und nicht-adaptiv) und mit einem Personal Trainer bewertet. Aus den Ergebnissen wurden konkrete Trainingsgestaltungsempfehlungen für die weitere Arbeit abgeleitet. 

Kooperationen:

Frontiers in Computer Science (2020)

"HIIT" der ExerCube: Vergleich der Effektivität von funktionellem hochintensivem Intervalltraining bei konventionellem vs. Exergame-basiertem Training

In dieser Studie wurde ein adaptives funktionelles HIIT-Protokoll für den ExerCube entwickelt, um ein funktionelles Exergame auf HIIT-Niveau zu schaffen. Wir haben dieses neue ExerCube-Trainingsprotokoll mit einem herkömmlichen funktionellen HIIT (fHIIT) verglichen, indem wir objektive (physiologische) und subjektive Messungen der Trainingsintensität bei gesunden jungen Erwachsenen vorgenommen haben. Darüber hinaus haben wir das subjektive Erleben der Teilnehmer in Bezug auf Motivation, Flow und Spass während beider Trainingsarten untersucht.

Kooperationen:

Laufende Projekte

Projektpartner:

Dauer:

September 2020 – September 2022

Innosuisse Projekt - ExerCube @Home

Ziel ist es, einen ExerCube für den häuslichen Gebrauch  zu entwickeln, um inaktive Menschen zu körperlicher Aktivität zu bewegen und Hindernisse wie Zeitmangel, fehlende Motivation und fehlenden Zugang zu überwinden. Gemeinsam mit den Endnutzern und Bewegungswissenschaftlern (Fokusgruppen) haben Industriedesigner ein System entwickelt, das die haptische und immersive Erfahrung des ExerCube in ein körperbasiertes Feedbacksystem umsetzt. Vibrationsmotoren (haptisch), LEDs (visuell) und Soundsysteme (auditiv) wurden in die vorhandenen Handtracker integriert, welche den Spielern in Echtzeit Feedback zu den Übungen geben. Eine erste Studie zeigte eine gute Benutzerfreundlichkeit und positive Trainingserfahrungen, wie hohe Motivation, Spass und Flow. In einer zweiten Studie werden körperliche und kognitive Funktionen nach einer Trainingsintervention mit dem ExerCube @Home System bewertet.

AAL Projekt - ExerGetic

Ziel ist es, das bestehende ExerCube-System für den Einsatz bei älteren Menschen zu erweitern, um wichtige motorische und kognitive Funktionen für die Durchführung von Aktivitäten des täglichen Lebens zu trainieren. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Anpassung der Hard- und Software für eine nutzerzentrierte Lösung. Industriedesigner erweitern das ExerCube-Gerüst um ein Gurtsystem, das während des Trainings als Sturzsicherung dienen kann. Auf der Grundlage eines Trainingskonzepts (entworfen von Therapeuten und Bewegungswissenschaftlern) entwickeln Spieldesigner ein Spielszenario in der Natur. Spezifische und alltägliche Aktivitäten können flexibel aneinandergereiht (Minispiele) und je nach Trainingsschwerpunkt und Schwierigkeitsgrad in Echtzeit individuell angepasst werden. In einer ersten Studie wird die Benutzerfreundlichkeit und Trainingserfahrung bei älteren Erwachsenen untersucht. 

Projektpartner:

Dauer:

Mai 2021 – Oktober 2023

Projektpartner:

Dauer:

September 2021 – August 2023

DIZH Projekt - ExerUP

Ziel ist die Entwicklung und Evaluierung eines ExerCube-Trainingsszenarios für eine effektive und attraktive Sportrehabilitation, insbesondere bei Knieverletzungen. Der Fokus liegt dabei auf der Phase 3 des Rehabilitationsprozesses. In dieser Phase ist es wichtig, dass die Patienten lernen, ihre wiedergewonnenen körperlichen Funktionen mit kognitiven Reizen zu verknüpfen und ihren Fokus in einer motivierenden und unterhaltsamen Umgebung zu verlagern. Auf der Grundlage von Fokusgruppen entwickeln die Spieldesigner gemeinsam mit Reha-Experten spezifische Spielszenarien, die wichtige Prozesse für diese Rehabilitationsphase auslösen.

Studien

2022

Die Integration regelmässiger Exergaming-Sitzungen im ExerCube in ein schulisches Umfeld erhöht die körperliche Fitness von Grundschulkindern: Eine randomisierte, kontrollierte Studie.

Ketelhut, S., Röglin, L., Martin-Niedecken, A. L., Nigg, C. R., & Ketelhut, K.

Journal of Clinical Medicine, 11(6) (p. 1570).

Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen einer schulbasierten Exergame-Intervention auf anthropometrische Parameter und körperliche Fitness zu untersuchen. Achtundfünfzig Schüler (10,4 ± 0,8 Jahre; 48 % Mädchen) wurden nach dem Zufallsprinzip in eine Interventionsgruppe (IG) und eine Kontrollgruppe (CG) eingeteilt. Beide Gruppen nahmen während des dreimonatigen Interventionszeitraums am regulären Sportunterricht teil. Die IG-Gruppe erhielt zusätzlich zweimal pro Woche eine 20-minütige Exergame-Intervention. Zu Beginn und nach dem Interventionszeitraum wurden der Body-Mass-Index (BMI) und das Verhältnis von Taille zu Körpergrösse (WHtR) ermittelt. Darüber hinaus wurden ein Sprinttest (ST), ein Countermovement Jump Test (CMJ) und ein Shuttle Run Test (SRT) durchgeführt. Aufgrund der vorgeschriebenen Quarantänemassnahmen wurden nur 34 Studenten (18 IG; 16 CG) in die endgültige Analyse einbezogen. Bei der CMJ-Leistung wurde eine signifikante Gruppe-Zeit-Interaktion festgestellt (p < 0,001; η2 = 0,403), mit einer signifikanten Zunahme (+2,6 ± 2,4 cm; p < 0,001; η2 = 0,315) bei den IG und einer signifikanten Abnahme (-2,0 ± 3,1 cm; p = 0,009; η2 = 0,190) bei den CG. Darüber hinaus verbesserte sich die ST-Leistung signifikant in der IG (-0,03 ± 0,08 s; p = 0,012; η2 = 0,180), nicht aber in der CG (0,13 ± 0,16 s; p = 0,460; η2 = 0,017), wobei signifikante Interaktionseffekte (p = 0,02; η2 = 0,157) festgestellt wurden. Eine signifikante Gruppe-Zeit-Interaktion wurde für die SRT (p = 0,046; η2 = 0,122) beobachtet, mit einer signifikanten Zunahme (+87,8 ± 98,9 m; p = 0,028; η2 = 0,147) in der IG und keinen Veränderungen (-29,4 ± 219,7 m; p = 0,485; η2 = 0,016) in der CG. Bezüglich BMI (p = 0,157; η2 = 0,063) und WHtR (p = 0,063; η2 = 0,114) wurden keine signifikanten Interaktionseffekte festgestellt. Schulisches Exergaming ist ein geeignetes Instrument, um die körperliche Fitness von Schülern positiv zu beeinflussen.

Akute Auswirkungen von herzfrequenzgesteuertem Exergaming auf die Gefässfunktion bei jungen Erwachsenen.

Kircher, E., Ketelhut, S., Ketelhut, K., Röglin, L., Martin-Niedecken, A. L., Hottenrott, K., & Ketelhut, R. G.

Games for Health Journal (pp. 58-66).

Es ist bekannt, dass akutes und regelmässiges Ausdauertraining mittlerer Intensität (MIEE) die Gefässfunktion positiv beeinflusst. In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob eine Trainingseinheit in einem innovativen Exergame namens ExerCube ähnliche Gefässreaktionen hervorrufen kann wie eine MIEE-Sitzung. Achtundzwanzig gesunde, freizeitaktive Teilnehmer (13 Frauen und 15 Männer; im Alter von 24,8 ± 3,9 Jahren; mit einem Body-Mass-Index von 23,2 ± 2,3 kg/m2) absolvierten in randomisierter Reihenfolge eine Exergaming-Sitzung (EGS) im ExerCube (25 Minuten) und eine MIEE-Sitzung auf einem Laufband (35 Minuten, 65 %-70 % der maximalen Herzfrequenz [HR]). Sowohl vor als auch während der 45 Minuten nach den Trainingseinheiten wurden die Pulswellengeschwindigkeit (PWV), der gesamte periphere Widerstand (TPR), das Schlagvolumen (SV) und die Herzfrequenz aufgezeichnet. Die Studie wurde von der Forschungsethikkommission der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg genehmigt (Medizinische Fakultät der Martin-Luther-Universität 2019-177). Es gab unterschiedliche hämodynamische Reaktionen auf beide Arten von Übungen. Das PWV war 45 Minuten nach der EGS signifikant verringert (p < 0,001). Nach der MIEE wurden keine signifikanten Veränderungen festgestellt (p = 0,109). Die TPR war nach beiden Trainingseinheiten signifikant niedriger (p < 0,01). Nur die EGS führte zu einer signifikanten Abnahme der SV 15 Minuten nach dem Training (p < 0,001). Die HR war nach beiden Trainingseinheiten signifikant (p < 0,05) erhöht. Nach der EGS war der Anstieg der HR 45 Minuten nach der Sitzung immer noch signifikant höher (p = 0,011). Die Interaktionseffekte ergaben signifikante Unterschiede in der PWV (15 Minuten, p = 0,035; 30 Minuten, p = 0,004; und 45 Minuten, p < 0,001), was für das EGS spricht. Das EGS scheint einen relevanten Trainingsreiz zu setzen, der die Gefässfunktion modulieren kann. Daher könnte dieses Exergame ein wirksames Instrument zur Prävention von Herz-Kreislauf-Erkrankungen darstellen.

Spielen statt trainieren? Exergaming induziert einen hochintensiven Trainingsreiz und reduziert die kardiovaskuläre Reaktivität auf einen kalten Drucktest.

Ketelhut, S., Ketelhut, R. G., Kircher, E., Röglin, L., Hottenrott, K., Martin-Niedecken, A. L., & Ketelhut, K.

Frontiers in Cardiovascular Medicine, 55.

In der vorliegenden Studie wurde untersucht, ob eine Trainingseinheit in einem innovativen Exergame die hämodynamische Reaktivität auf einen Kaltdrucktest (CPT) in ähnlichem Masse modulieren kann wie ein typisches moderates Ausdauertraining (ET). Ausserdem wurden die kardiorespiratorischen und affektiven Reaktionen einer Exergame-Sitzung mit denen eines ET verglichen. Siebenundzwanzig gesunde Teilnehmer im Alter von 25 ± 4 Jahren (48 % weiblich; BMI 23,0 ± 2,1 kg/m2) nahmen an dieser Querschnittsstudie teil. Alle Teilnehmer absolvierten sowohl eine ET auf einem Laufband als auch ein Training auf dem ExerCube (ECT). Die Herzfrequenz und der Sauerstoffverbrauch wurden während beider Trainingseinheiten aufgezeichnet. Vor und nach beiden Trainingseinheiten wurde die hämodynamische Reaktivität auf ein CPT bestimmt. Während des ECT waren die Herzfrequenz, der Sauerstoffverbrauch, der Energieverbrauch und das metabolische Äquivalent der Aufgabe signifikant höher als bei der ET (p < 0,001). Bei der CPT zeigten die Teilnehmer nach der EKT im Vergleich zur ET signifikant niedrigere Reaktionen beim peripheren systolischen (p = 0,004) und diastolischen Blutdruck (p = 0,009) sowie beim zentralen systolischen (p = 0,002) und diastolischen Blutdruck (p = 0,01). Dasselbe galt für die Pulswellengeschwindigkeit (p = 0,039). Die EKT löste im Vergleich zur ET einen signifikant höheren Belastungsreiz aus. Gleichzeitig verringerte sie die hämodynamische Stressreaktivität. Die EKT stellt einen relevanten Trainingsreiz dar, der die kardiovaskuläre Reaktivität auf Stress moduliert, was sich als Prädiktor für die Entwicklung von Bluthochdruck erwiesen hat.

Ein spielbasierter Ansatz zur Senkung des Blutdrucks? Vergleich der akuten hämodynamischen Reaktionen auf Ausdauertraining und Exergaming: Eine randomisierte Crossover-Studie.

Kircher, E., Ketelhut, S., Ketelhut, K., Röglin, L., Hottenrott, K., Martin-Niedecken, A. L., & Ketelhut, R. G.

International Journal of Environmental Research and Public Health, 19(3) (p. 1349).

In der vorliegenden randomisierten Crossover-Studie sollte ermittelt werden, ob eine Exergaming-Sitzung in einem innovativen, funktionellen Fitnessspiel ein effektiver Trainingsansatz sein könnte, der günstige Blutdruckreaktionen hervorruft, wie ein typisches moderates Ausdauertraining (ET). Daher wurden die akuten hämodynamischen Reaktionen nach einer Trainingseinheit im ExerCube und einer ET auf einem Laufband untersucht und verglichen. Achtundzwanzig gesunde, freizeitaktive Teilnehmer (13 Frauen; im Alter von 24,8 ± 3,9 Jahren) absolvierten eine Exergaming-Sitzung (EX) und eine ET in randomisierter und ausbalancierter Reihenfolge. Vor und während der 45 Minuten nach dem Training wurde der periphere und zentrale Blutdruck gemessen. Nach der ET kam es zu einer moderaten Abnahme sowohl des peripheren systolischen (-1,8 mmHg; p = 0,14) und diastolischen (-0,8 mmHg; p = 0,003) als auch des zentralen diastolischen Drucks (-1,5 mmHg; p = 0,006) im Vergleich zum Ruhewert vor der Übung. Nach der EX gab es eine signifikante Abnahme des peripheren systolischen (-6,3 mmHg; p < 0,001) und diastolischen (-4,8 mmHg; p < 0,001) sowie des zentralen systolischen (-5,8 mmHg; p < 0,001) und diastolischen (-5,3 mmHg; p < 0,001) Drucks im Vergleich zum Ausgangswert. Die Interaktionseffekte zeigten signifikante Unterschiede im peripheren und zentralen systolischen Blutdruck sowie im peripheren diastolischen Blutdruck (p = 0,05). Der EX scheint ein effektiver Trainingsansatz zu sein, der relevante periphere und zentrale Blutdruckreaktionen auslöst, die ausgeprägter sind als nach einer typischen ET. Daher kann der ExerCube ein zeiteffizientes Trainingsinstrument zur Verbesserung der kardiovaskulären Gesundheit sein.

Die neue Art zu trainieren? Evaluierung eines innovativen herzfrequenzgesteuerten Exergames.

Ketelhut, S., Röglin, L., Kircher, E., Martin-Niedecken, A. L., Ketelhut, R., Hottenrott, K., & Ketelhut, K.

International Journal of Sports Medicine, 43(01) (pp. 77-82).

Exergames können neue Möglichkeiten zur Steigerung der körperlichen Aktivität bieten. Die meisten Spiele führen jedoch nur zu Aktivitäten mit geringer bis mittlerer Intensität, die zu gering sind, um relevante körperliche Anpassungen zu ermöglichen. In der vorliegenden Studie wurde die Trainingsintensität eines neuen, herzfrequenzgesteuerten, funktionellen Fitnessspiels untersucht. 28 Probanden (Alter 24,8±3,8 Jahre; 46% weiblich; BMI 23,2±2,3 kg/m2) wurden in diese Studie aufgenommen. Die VO2max und die maximale Herzfrequenz (HRmax) wurden während eines maximal abgestuften Belastungstests auf dem Laufband ermittelt und mit dem Sauerstoffverbrauch (VO2) und der Herzfrequenz (HR) während eines Spiels im ExerCube verglichen. Im ExerCube erreichten die Probanden eine Spitzen-HR von 187,43±9,22 bpm, was 96,57±3,64 % ihrer HRmax entspricht. Die durchschnittliche Herzfrequenz während des Spiels betrug 167,11±10,94 Schläge pro Minute, was 86,07±4,33 % der HRmax entspricht. Die VO2-Spitze erreichte während des Spiels im ExerCube 41,57±5,09 ml/kg/min, was 84,75±7,52% der VO2max entspricht. Der mittlere VO2-Verbrauch während des Spiels erreichte 32,39±4,04 ml/kg/min, was 66,01±5,09% der VO2max entspricht. Der ExerCube bietet eine Form von intensiver körperlicher Betätigung. Aufgrund seines spielerischen, immersiven und motivierenden Charakters scheint der ExerCube ein vielversprechendes Instrument zur Förderung körperlicher Aktivität zu sein.

2021

Adaptives hochintensives Exergaming: Die unterhaltsamere Alternative zu konventionellen Trainingsansätzen trotz härterer Arbeit.

Röglin, L., Ketelhut, S., Ketelhut, K., Kircher, E., Ketelhut, R. G., Martin-Niedecken, A. L., … & Stoll, O.

Games for Health Journal, 10(6) (pp. 400-407).

Ziel dieser Studie war es, die psychologischen und physiologischen Reaktionen auf eine Exergaming-Sitzung im ExerCube (EX) zu bewerten und sie mit den Reaktionen auf einen moderaten Ausdauerlauf (ER) zu vergleichen. Achtundzwanzig gesunde Erwachsene (13 Frauen) im Alter von 24,8 ± 3,8 Jahren nahmen an dieser Studie teil. Am ersten Testtag führten die Teilnehmer einen abgestuften Belastungstest auf einem Laufband durch, um die maximale Herzfrequenz (HR) und den Laktatspiegel zu bestimmen. An den darauffolgenden Testtagen 2 und 3 absolvierten die Teilnehmer eine EX-Sitzung und eine ER auf dem Laufband in randomisierter, ausgeglichener Reihenfolge. Die Herzfrequenz, der Grad der wahrgenommenen Anstrengung (RPE) und die Laktatwerte wurden während beider Sitzungen gemessen. Nach den Sitzungen füllten die Teilnehmer die „Physical Activity Enjoyment Scale“ und die „Flow Short Scale“ aus. Die Varianzanalyse ergab, dass die Freude (p = 0,036), der Flow (p = 0,042), der RPE (p = 0,005) sowie die mittlere und die Spitzen-HR (p < 0,001) während der EX-Sitzung im Vergleich zur ER-Sitzung signifikant höher waren. Das Geschlecht hatte keinen Einfluss auf die Unterschiede zwischen den beiden Bedingungen für die mittlere HF (p = 0,61), die maximale HF (p = 0,122), den RPE (p = 0,862), den Flow (p = 0,376) und den Genuss (p = 0,867). Während der EX-Sitzung überschritten die Laktatwerte aller Teilnehmer die individuelle Laktatschwelle (LT). Während der ER blieben die Laktatwerte unter dem LT. Der ExerCube bietet sowohl einen physiologisch relevanten Trainingsreiz als auch ein unterhaltsames Spielerlebnis. Trotz der höheren Trainingsintensität, die während der EX-Sitzung erreicht wurde, war der Spielspass im Vergleich zur ER-Sitzung deutlich höher. Daher kann der ExerCube ein vielversprechendes und ansprechendes Instrument sein, um körperliche Aktivität zu fördern.

Untersuchung des Designraums von immersiven sozialen Fitnessspielen: Das ImSoFit-Spiele-Modell.

Márquez Segura, E., Rogers, K., Martin-Niedecken, A. L., Niedecken, S., & Vidal, L. T.

Proceedings of the 2021 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-14).

Trotz der vielen Vorteile, die das gemeinsame Spielen und Trainieren mit sich bringt, ist der Gestaltungsspielraum für soziale Exergames nach wie vor gering. Um diesen Gestaltungsraum zu öffnen, verfolgten wir einen Research through Design (RtD)-Ansatz, der sich auf Exergames konzentrierte, die unterhaltsame und immersive soziale Trainingserfahrungen sein können. Durch verkörperte Skizzenaktivitäten mit Designern und 10 Spielerpaaren haben wir zukünftige Spiele für den ExerCube, eine immersive Exergame-Plattform, erforscht. Unsere Arbeit trägt mit Formen von Wissen auf mittlerem Niveau bei: ein Designraummodell (das Immersive Social Fitness-ImSoFit-Games-Modell) und ein neuartiges Designvokabular, das neue körperliche Orientierungen in der körperlichen Interaktion an einem Ort beinhaltet. Wir veranschaulichen ihren Nutzen und Wert, indem wir drei unserer Spiele unter die Lupe nehmen und drei analytische Linsen anwenden, um 1) zu verstehen, wie sich Designentscheidungen auf die Art und Weise auswirken, wie sich die Spieler gemeinsam bewegen; 2) die Erwartungen an das Design zu evaluieren und das Verhalten der Spieler in Bezug auf die Designentscheidungen zu analysieren; und 3) den Designraum immersiver sozialer Fitnessspiele an verschiedenen Orten zu erweitern.

Sounddesign für Exergames: ein Pilotprojekt der Designforschung.

Hug, D., Papetti, S., Martin-Niedecken, A. L., Graf, E., & Rogers, K.

Frontiers in Psychology, 12.

Exergames profitieren von körpereigenen Aktionsgeräuschen. Wie können diese Aktionsgeräusche gestaltet werden, um Flow, Motivation und Selbstkompetenz in heterogenen Spielergruppen zu fördern? Der Mainstream-Sound von Filmen und Spielen prägt unsere Hörerwartungen und -interpretationen und bietet eine grosse Sammlung von Sounddesign-„Erfolgsfällen“. Wie können erfolgreiche Mainstream-Sounddesign-Muster als Grundlage für adaptives Action-Feedback-Sounddesign genutzt werden? Um diese Fragen zu beantworten, kombinieren wir qualitative Interpretation, Signalanalyse und Sounddesign-Expertise in einer „Forschung durch Design“-Mischmethodik

Körperliche Inaktivität bleibt eine der grössten gesellschaftlichen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Jahrhunderts. Die Spieleindustrie und der Fitnesssektor haben auf diese alarmierende Tatsache mit spielbasierten oder gamifizierten Trainingsszenarien reagiert und damit den vielversprechenden Trend des Exergamings begründet. Exergames – Spiele, die mit dem (ganzen) Körper als physischem Input gespielt werden – wurden als potenziell attraktive und effektive Trainingswerkzeuge angepriesen. Gleichzeitig erforschen Forscher und Designer immer noch neue Ansätze, um das volle Potenzial dieser innovativen und unterhaltsamen Trainingsmethode auszuschöpfen. Eine Möglichkeit, die Attraktivität und Effektivität eines Exergames zu steigern, besteht darin, es durch Spielanpassungen zu individualisieren. Ein physiologischer Parameter, der häufig verwendet wird, um die körperliche Herausforderung und Intensität von Exergames auf die Fitnessfähigkeiten des Spielers abzustimmen, ist die Herzfrequenz (HR). Daher stützen sich Forscher und Entwickler häufig auf altersbasierte Formeln für die maximale Herzfrequenz (HRmax), die aus der Leistungsdiagnostik stammen. In Kombination mit der in Echtzeit ermittelten Herzfrequenz des Spielers während einer Exergame-Sitzung wird die vorher festgelegte HRmax verwendet, um die Herausforderung des Spiels so anzupassen, dass eine vorher festgelegte Herzfrequenz bzw. ein vorher festgelegtes körperliches Intensitätsniveau erreicht wird (In-Exergame-Anpassungen). Obwohl die Validität und Zuverlässigkeit dieser altersbasierten HRmax-Formeln in heterogenen Zielpopulationen nachgewiesen wurde, wird ihre Verwendung immer noch häufig kritisiert, da die HR ein individueller Parameter ist, der von verschiedenen internen und externen Faktoren beeinflusst wird. Bislang wurde in keiner Studie untersucht, ob die formelbasierte, vorberechnete HFmax im Vergleich zu einer standardisierten, individuell vorerfassten HFmax unterschiedliche Trainingsintensitäten, Trainingserlebnisse und Flow-Gefühle in einem Exergame hervorruft. Daher haben wir beide Varianten zur In-Exergame-Anpassung mit dem ExerCube – einem funktionellen hochintensiven Intervalltrainingsexergame – bei gesunden jungen Erwachsenen verglichen. Beim Vergleich der Ergebnisse der beiden Bedingungen wurden weder signifikante Unterschiede bei den Herzfrequenzparametern und der wahrgenommenen körperlichen und kognitiven Anstrengung noch beim allgemeinen Flow-Gefühl und der Freude an der körperlichen Aktivität festgestellt. Somit war der formelbasierte Ansatz der In-Ex-Game-Anpassung für die vorgestellte Studienpopulation geeignet, und der ExerCube bot eine ebenso zuverlässige In-Ex-Game-Anpassung und vergleichbare Ex-Game-Spielerfahrungen. Wir diskutieren unsere Ergebnisse im Kontext verwandter Arbeiten zu Ansätzen der Exergame-Adaption und zeigen einige Implikationen für zukünftiges adaptives Exergame-Design und Forschungsthemen auf.

2020

“HIIT“ der ExerCube: Vergleich der Wirksamkeit von funktionellem hochintensivem Intervalltraining bei konventionellem vs. exergiebasiertem Training

Martin-Niedecken, A. L., Mahrer, A., Rogers, K., de Bruin, E. D., & Schättin, A.  

Frontiers in Computer Science, 33.

Regelmässige körperliche Aktivität ist entscheidend für einen körperlich und geistig gesunden Lebensstil. Trainingsmethoden wie das hochintensive Intervalltraining (HIIT) erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, da sie in kurzer Zeit erhebliche Trainingseffekte ermöglichen. HIIT umfasst in der Regel wiederkehrende kurze Phasen mit nahezu maximaler Trainingsintensität, die von Erholungsphasen mit niedriger Intensität unterbrochen werden. Ursprünglich wurden hauptsächlich gleichförmige, sich wiederholende Bewegungen praktiziert, neuere Varianten umfassen abwechslungsreiche funktionelle und ganzheitliche Übungen (fHIIT). Während HIIT viele gesundheitliche Vorteile mit sich bringt, gilt fHIIT als vorteilhafter, da es mehr Muskeln aktiviert, mehr Koordination, Kraft und Gleichgewicht erfordert und natürlichere Bewegungen nachahmt, die sich gut auf den Alltag übertragen lassen. Allerdings ist fHIIT ein sehr intensiver Trainingsansatz; er erfordert eine starke Konzentration und intrinsische Motivation, um häufig über die wahrgenommenen körperlichen und geistigen Grenzen hinauszugehen. Dies ist ein häufiges Hindernis für die Ausschöpfung des vollen Potenzials dieser effizienten Trainingsmethode. Exergames können diese Art von Training aufgrund ihrer spielerischen, immersiven und motivierenden Natur erleichtern. Bislang haben jedoch nur wenige Studien HIIT-Exergames untersucht – keine fHIIT-Exergames. Dies liegt möglicherweise daran, dass nur wenige Exergames sowohl (1) ein effektives Trainingskonzept, das mit HIIT vergleichbar ist, als auch (2) ein attraktives und motivierendes Spieldesign aufweisen. Wir glauben, dass dieser Mangel an ganzheitlicher Integration beider Aspekte einer der Gründe dafür ist, dass es derzeit nur wenige Belege für langfristige Motivations- und Trainingseffekte bei exergame-basiertem Training gibt. Unsere Arbeit schliesst diese Lücke durch die Entwicklung eines adaptiven fHIIT-Protokolls für das ExerCube Fitness-Spielsystem, das ein funktionelles Exergame auf HIIT-Niveau darstellt. Wir haben eine Studie mit gesunden jungen Erwachsenen durchgeführt, um die objektive und subjektive Trainingsintensität, die durch den ExerCube induziert wird, mit einer herkömmlichen fHIIT-Sitzung zu vergleichen. Darüber hinaus untersuchten wir das subjektive Erleben der Teilnehmer in Bezug auf Motivation, Flow und Vergnügen während beider Bedingungen. Unsere Ergebnisse liefern empirische Belege dafür, dass Exergames eine Intensität auf HIIT-Niveau hervorrufen können. Während die wahrgenommene körperliche Anstrengung in der ExerCube-Bedingung etwas geringer war, lieferte sie signifikant bessere Ergebnisse für Flow, Spass und Motivation. Ausserdem schien der ExerCube ein Training in zwei Bereichen zu ermöglichen (höhere kognitive Belastung). Wir diskutieren diese Ergebnisse im Kontext des Exergame-Designs für fHIIT und geben praktische Empfehlungen zu Themen wie Sicherheitsvorkehrungen und Ausgleich der körperlich-kognitiven Belastung.

Lasst die Body’n’Brain-Spiele beginnen: zu innovativen Trainingsansätzen bei esports-Athleten.

Martin-Niedecken, A. L., & Schättin, A. 

Frontiers in psychology, 11, 138.

Das Phänomen des eSports ist heute allgegenwärtig. Internationale Meisterschaften und ihre Leistungssportler begeistern Millionen von Zuschauern, die zusehen, wie eSports-Athleten und ihre Teams versuchen, sich zu verbessern und gegenseitig zu übertreffen. Um die nötige kognitive und körperliche Topform zu erreichen und allgemeinen gesundheitlichen Problemen durch stundenlanges Training vor dem PC oder der Konsole entgegenzuwirken, benötigen eSportler ein optimales kognitives, körperliches und mentales Training. Es besteht jedoch eine Lücke im eSports-spezifischen Gesundheitsmanagement, einschliesslich der Prävention von Gesundheitsproblemen und dem Training dieser Funktionen. Um einen Beitrag zu diesem Thema zu leisten, stellen wir in diesem Mini-Review mögliche Wege für ganzheitliche Trainingsansätze für kognitiv, körperlich und mental fittere und leistungsfähigere eSportler auf der Basis interdisziplinärer Erkenntnisse vor. Wir diskutieren Exergames als motivierenden und vielversprechenden ergänzenden Trainingsansatz für eSports-Athleten, der gleichzeitig körperliche und kognitive Stimulationen und Herausforderungen in einer attraktiven Spielumgebung kombiniert. Darüber hinaus schlagen wir Exergames als innovative Ganzkörpertrainingsmethode für eSports-Turniere vor. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Exergames neue Ansätze für den (physischen) eSport bieten, die wiederum neue Themen in der wachsenden eSport-Forschungs- und Entwicklungsgemeinschaft aufwerfen.

2019

In Richtung sozial immersiven Fitness-Spielen: Eine explorative Bewertung durch verkörperte Darstellung. 

Martin-Niedecken, A. L., Márquez Segura, E., Rogers, K., Niedecken, S., & Turmo Vidal, L.

Extended Abstracts of the Annual Symposium on Computer-Human Interaction in Play Companion Extended Abstracts (pp. 525-534).

Trotz der vielen Vorteile, die das gemeinsame Spielen und Trainieren in Bezug auf Motivation, Engagement und soziale Beziehungen mit sich bringt, sind viele Exergames für Einzelspieler konzipiert, während andere nur eine Fassade des sozialen Spiels (z. B. Ranglisten) bieten. Die Herausforderung bleibt: Wie können Exergames so gestaltet werden, dass sie Spass, Anstrengung und soziale Beziehungen in Einklang bringen? In dieser Arbeit haben wir eine verkörperte Skizzenaktivität mit Multiplayer-Varianten des Mixed-Reality-Fitnessspiels Sphery Racer durchgeführt, was uns ermöglichte, physische und soziale Spielmechanismen zu testen. Wir diskutieren hier: i) vorläufige Ergebnisse darüber, wie diese Variationen ein reichhaltiges Trainings- und Sozialerlebnis unterstützen; und ii) das Potenzial unserer Methode, interessante Designrichtungen aufzuzeigen. Diese Beiträge können andere Entwickler in diesem Bereich inspirieren und die Entwicklung eines reichhaltigen Gestaltungsraums für Exergames an verschiedenen Orten unterstützen.

ExerCube vs. Personal Trainer: Evaluierung eines ganzheitlichen, immersiven und adaptiven Fitness-Spielsets. 

Martin-Niedecken, A. L., Rogers, K., Turmo Vidal, L., Mekler, E. D. & Márquez Segura, E.

Proceedings of the 2019 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems (pp. 1-15).

Das heutige Spektrum an spielerischen Fitnesslösungen umfasst Systeme, die eindeutig spiel- oder fitnessorientiert konzipiert sind; kaum eines berücksichtigt beide Bereiche ausreichend. Infolgedessen mangelt es bestehenden Anwendungen und Evaluierungen oft an einem Fokus auf Attraktivität und Effektivität, die auf den Ebenen von Körper, Controller und Spielszenario im Sinne eines ganzheitlichen Designansatzes adressiert werden sollten. Als Beitrag zu diesem Thema und als Proof-of-Concept haben wir den ExerCube, ein adaptives Fitnessspiel, entwickelt. Wir bewerteten die multisensorischen und körperlichen Erfahrungen der Teilnehmer mit einer nicht-adaptiven und einer adaptiven ExerCube-Version und verglichen sie mit dem persönlichen Training, um Erkenntnisse für die nächste Iteration des ExerCube zu gewinnen. In Bezug auf Flow, Spass und Motivation ist der ExerCube dem persönlichen Training ebenbürtig. Die Ergebnisse zeigen ausserdem Unterschiede in der Wahrnehmung der Anstrengung, der Art und Qualität der Bewegung, den sozialen Faktoren, dem Feedback und den Audioerfahrungen. Abschliessend leiten wir Überlegungen für künftige Forschungs- und Entwicklungsrichtungen bei ganzheitlichen Fitnessspielkonzepten ab.

2018

Der ExerCube: Mitwirkungsgestaltung einer immersiven Fitness-Spielumgebung. 

Martin-Niedecken, A. L. & Mekler, E. D.

Joint International Conference on Serious Games (pp. 263-275).

Exergames haben sich von einem Trend in der Unterhaltungsindustrie zu ernsthaften Trainingsanwendungen entwickelt. Heutzutage können körperzentrierte Spiele sowohl zu Hause als auch im Fitnessstudio gespielt werden und bieten dem Spieler eine effektive und motivierende Trainingserfahrung. Allerdings mangelt es den bestehenden Lösungen oft an einem symbiotischen und nutzerzentrierten Designansatz, der die drei Ebenen des Exergame-Designs umfasst: den Körper des Spielers (Eingabebewegungen), den Controller (Eingabegerät) und das Spiel (Story, Spielmechanik, Dynamik, Ästhetik). Folglich weisen bestehende Systeme Schwächen wie Motion Sickness oder einen Mangel an audiovisueller und narrativer Gestaltung des physischen und virtuellen Spielraums auf. Dadurch bleiben die Spielerfahrungen des Spielers begrenzt. Unsere Arbeit trägt zur nachhaltigen Etablierung von Fitness-Spielen als effektive und attraktive Trainingswerkzeuge bei. In diesem Beitrag stellen wir den „ExerCube“ und das Design, die Evaluierung und die anschliessende Überarbeitung des Prototyps in einem frühen Stadium vor. Der „ExerCube“ ist ein Fitnessspiel für Erwachsene, das ein immersives Spielerlebnis bei einem spielerischen motorisch-kognitiven und -koordinativen Funktionstraining bietet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass der vorläufige „ExerCube“-Prototyp nutzbar war und von der Zielgruppe gut angenommen wurde. Wir geben Einblicke in die Präferenzen der Zielgruppe und zeigen Wege für die Implementierung einer dualen Flow-basierten Spielmechanik, die Optimierung des Trainingskonzepts und der Hardware sowie für die Weiterentwicklung des Spielszenarios auf.

Team

Prof. Dr. Anna Martin-Niedecken

MSc. Yanick Riederer