软件X 17（2022）100945原始软件出版物PlatformCommander -一款开源软件，用于在研究实验室放大图片作者：Matthias Ertla，Daniel C.放大图片创作者：Richard A.桅杆aa心理学系，伯尔尼大学，Fabrikstrasse 8，3012 Bern，SwitzerlandbTechnologieplattform Forschung，Faculty of Human Sciences，University of Bern，Fabrikstrasse 8，3012 Bern，Switzerlandar t i cl e i nf o文章历史记录：2021年9月20日收到2021年12月6日收到修订版2021年12月13日接受关键词：运动平台Hexapod心理物理学感知研究a b st ra ct运动平台用于研究被动运动过程中的人类行为和大脑功能。用于控制运动平台的软件通常由相应的实验室开发。这种定制的封闭源解决方案使研究或多中心合作的复制变得困难。因此，我们开发了PlatformCommander，一个开源软件包，用于接口两个常用的运动平台模型（6DOF2000E.，MB-E-6D0F）。该软件包括实现与运动平台和附加设备的交互的服务器，以及连接到服务器并控制实验的客户端应用程序。PlatformCommander是理想的同步数据从不同的来源与高时间精度。版权所有2021作者。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本0.9此代码版本所用代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-21-00176法律代码许可证GNU通用公共许可证3代码版本控制系统使用git软件代码语言使用C、Ruby、Julia编译要求，操作环境依赖性https://gitlab.com/KWM-PSY/platform-commander如果可用，链接到开发人员文档/手册https：//gitlab。com/KWM-PSY/emulator/-/blob/master/PlatformComander_0. 9/docs/protocol_man乌湖pdf问题支持电子邮件matthias. unibe.ch软件元数据当前软件版本0.9该版本可执行文件的永久链接https://gitlab.com/KWM-PSY/platform-commander法律软件许可证GNU通用公共许可证3计算平台/操作系统Linux，针对Devuan安装要求依赖关系https://gitlab.com/KWM-PSY/platform-commander如果有用户手册的链接-如果正式出版，请包括a https：//gitlab。com/KWM-PSY/emulator/-/blob/master/PlatformComander_0. 9/docs/protocol_man参考文献列表中的出版物参考文献。pdf或https://zenodo.org/record/5743201问题支持电子邮件matthias. unibe.ch*通讯作者。电子邮件地址：matthias. unibe.ch（Matthias Ertl），carlo. unibe.ch（Carlo Prelz），daniel. unibe.ch（Daniel C.Fitze），gerda. unibe.ch（GerdaWyssen），fred. unibe.ch（Fred W.桅杆）。https://doi.org/10.1016/j.softx.2021.1009451. 介绍自我运动的感知对于与环境的有效交互至关重要。这在前庭器官提供关于头部运动的错误信息的情况下（例如，在前庭神经炎期间）变得明显，从而使患者无法掌握他们的日常生活。六足/运动2352-7110/©2021作者。 由Elsevier B.V.出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY许可证（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softx放大图片作者：Daniel C.Fitze等人软件X 17（2022）1009452Fig. 1. 硬件设置。硬件与服务器交互的原理设计示意图。服务器通过UDP连接到hexapod，还允许控制屏幕，音频输出和GVS设备。服务器还能够接收各种输入信号，例如按钮按压。 客户端通过UDP连接到服务器。实验由向服务器发送请求的客户端应用程序控制。服务器还将整个通信写入日志文件，该日志文件可以为了分析或调试目的而访问平台是允许以高时间和空间精度被动地移动参与者的设备。这使得六足动物在临床和基础前庭和运动研究中成为一种有价值的工具 。 与 其 他 刺 激 技 术 （ 如 热 量 前 庭 刺 激 或 电 流 前 庭 刺 激（GVS））相比，六足动物允许更自然的刺激和选择性刺激外周前庭器官的所有五个子组件[1]。六足动物已被世界各地的各种研究小组用于研究前庭阈值[2-大多数实验室[2，14，16然而，还没有出现关于用于连接平台和控制其运动的软件包的标准，并且大多数实验室已经开发了它们自己的代码，用于连接它们的六足并使其运动与其他输入或输出设备同步。这些定制的封闭源解决方案与当前的开放科学研究实践形成鲜明对比，因为它们阻碍了实验 室 间 的 合 作 ， 比 较 ， 复 制 或 共 同 努 力 实 现 新 功 能 。PlatformCom-mander 是 在 GNU 通 用 公 共 许 可 证 3（https://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0.html）下发布的一个新的开源软件接口该软件为MOOG-hexapod提供了一个经过测试的，安全的，简单灵活的界面，并允许将运动与视觉（虚拟现实）和听觉刺激以及GVS的呈现同步。PlatformCommander允许实现不同的实验范式，从单模态心理物理学到复杂的基于VR的任务。它针对跨系统同步和高时间精度进行了优化，因此也适用于收集响应时间。灵活的架构允许记录大量的行为数据，包括按钮按压、通过加速度传感器的头部位置和加速度，或者将平台运动同步到EEG或fNIRS设备。此外，行为参数可以实时地影响平台运动。由于客户端/服务器架构，PlatformCommander可以很容易地定制，并可以实现广泛的范例。其他实验室可以在GPL v3的条款下使用、复制或修改代码。2. 软件框架2.1. 一般设置PlatformCommander至少需要三个组件进行交互（图1）。①的人 。 第 一 个 组 件 是 执 行 实 验 所 需 运 动 的 六 足 机 器 人 （ MOOG6DOF2000E）。六足机器人由服务器控制，该服务器根据接口手册（MOOG 6 DOF 2000 E;型号170 E122，170 E131; Nov12，1999）。第二个平台模型（MB-E-6DOF/12/1800 KG; 2020年12月15日）的UDP通信已完成，并将在下一版本中进行测试和发布。此外，服务器打开一个UDP套接字，允许客户端应用程序连接.用Julia编写的示例客户端是PlatformCommander的一部分，它包含在存储库中。在实验过程中，客户端使用一组简单灵活的命令ID和参数向服务器发送请求消息。2.2. 硬件要求对于第一次测试，服务器可以安装在硬件上，如Raspberry Pi4（https://www.raspberrypi.org/）。我们建议使用gitlab存储库中 提 到 的 硬 件 组 件 ， 其 他 硬 件 组 件 可 能 会 或 可 能 不 会 与PlatformCommander一起正常工作。2.3. 服务器本解决方案的核心组件是一个用C 和Ruby编写的服务器（https://www.ruby-lang.org）。服务器放大图片作者：Daniel C.Fitze等人软件X 17（2022）1009453图二. 图形用户界面。模拟会话期间GUI的屏幕截图。模拟六足动物的前视图。B：模拟六足动物的俯视图。窗口A和B仅在模拟会话期间存在。C：绿色区域包含有关正在运行的会话的信息（会话类型，连接的客户端的IP，开始日期和时间）。D：这个区域提供了服务器（SRV）、hexapod（Moog）以及预期和返回的数据模式的状态信息。E：用于暂停或中止正在运行的会话的虚拟F：由六足机器人报告的致动器的可视化。由于模式被设置为DOF，横向、升沉、纵荡、偏航、俯仰和横摇。G：通过模拟计算的每个致动器长度（以米为单位）的可视化。H：此区域提供反馈，通过I/O卡记录按钮按压。I：面板显示当前运行的音频文件的名称。J：面板显示当前在（VR-）屏幕上显示的图像的名称。K：面板显示当前执行的GVS配置文件的文件名。L：显示（J）中指定（>26‘000行C代码和>14‘000行Ruby代码）处理与六足和连接的输入输出设备的整个通信。服务器应用程序是为GNU/Linux开发的，并针对Devuan进行了优化和测试（https：//devuan. org/）。在GitLab页面上可以找到设置服务器的安装手册服务器提供了一个图形用户界面（GUI），用于显示服务器、六足机器人以及连接的输入和输出设备的当前状态信息（图1）。2）的情况。GUI显示有关服务器和hexapod的状态、运行会话的信息，并可视化六个根据会话类型，可能会显示有关已连接输出设备（例如刺激器或屏幕）状态的附加在仿真模式下，平台的运动在GUI中可视化。2.4. 客户与Plat- formCommander的服务器组件接口的客户端应用程序可以用任何允许网络通信的语言编写。为了连接到服务器，客户端需要打开一个UDP套接字连接到服务器的端口1860。一旦连接建立，客户端请求服务器采取某些操作。2.5. client–server客户端和服务器通过简单的ASCII字符串消息进行通信。客户端发送给服务器的所有消息都至少包含一个消息ID。消息ID可以由不同数量的参数补充，这些参数由逗号分隔（参见表1）。服务器发送的所有消息都至少包含两个字段，一个是提供会话初始化后的时间的时间戳，另一个是消息ID。根据确切的消息，会附加不同数量的逗号分隔格式的参数。所有会话类型、命令和参数的详细描述可参见软件手册[22]。由于标准UDP接口用于与服务器通信，因此可以用任何编程语言编写客户端应用程序，因此 可 以 将 PlatformCommander 与 流 行 的 工 具 （ 如 PsychoPy（https://www.psychopy.org/）或Psychtoolbox（http://psychtoolbox.org/））集成。2.6. 输出设备除了六足通信之外，服务器还能够控制各种可选的输出设备。对于某些输出，仅支持某些产品/型号，而对于音频和屏幕输出，所有标准硬件组件都应正常工作。服务器配备了一个额外的媒体服务器，它正在侦听端口22110。该服务器允许上传音频，图像，视频，3D模型和GVS配置文件，可在实验期间使用。2.6.1. 视觉刺激子系统对于视觉刺激的呈现，PlatformCommander配备了一个功能强大的子系统。VSS提供了对OpenGL（https://www.opengl.org/）引擎的轻松访问，该引擎允许在屏幕或VR耳机上显示视觉刺激复杂的3D场景，包括通用3D对象（球体、圆柱体、圆环体、圆锥体、四面体）或任意对象的定位，都可以使用广泛使用的多边形文件格式进行定义。自由软件放大图片作者：Daniel C.Fitze等人软件X 17（2022）1009454表1短序列模式下一个会话期间的服务器/客户端通信示例。更多示例和所有参数的完整描述可参见手册。方向消息描述c→ s0，2，47476，D，−0.2使用端口47476以短序列模式启动会话该平台将在自由度模式（D）下控制，起始位置/高度为-0.2米s→ c1016，1，200801.121500服务器在1016 ms确认会话成功打开（msgID：1），服务器时间戳为YYMMDD。HHMMSSs→ c1020、100、0、1、0、0、0.0、.. . -0.0，-0.0，0.0这是服务器发送给客户端的第一条STATE消息（msgID：100）。这是在会话打开之后1020 ms发送，并且指示空闲（0）的主状态、空闲（1）的服务器状态和加电（0）的Moog状态c→ s3客户端发送ENGAGE（msgID：3）请求s→ c2000年，第四次服务器确认在会话发起后2000 ms成功发送参与请求。此时，六足机器人将开始向上移动s→ c15225，305在第一条信息中指定（−0.2 m）在15.2秒时，服务器发送SHORT SEQ AT HEIGHT（msgID：305）通知，指示已达到有效高度s→ c15225，6服务器通过发送ENGAGE DONE消息（msgID：6）s→ c15235，100，2，3，3，0.0，.. . 0.0、−0.2、0.0、−0.0、−0.0此状态消息（msgID：100）确认主机状态为“0”（2），服务器状态为“0”（3），Moog状态为“0”（3）。此时，服务器准备执行短序列协议指定的任意运动c→ s300，0.05，−1.5.0.3.0客户端宣布它想要定义运动序列（msgID：300）。附加参数指定最大值。允许的致动器速度和旋转轴的位置（升沉、纵荡、横向）c→ s301，−0.0，−0.0，−0.15，0.0，0.0，0.0，5.0，S客户端在短序列模式（msgID：301）下定义正弦（S）运动，持续时间为5 s，到达最终位置：滚转=0.0 rad，俯仰=0.0 rad，起伏=−0.15 m，浪涌=0.0 m，偏航=0.0 rad，横向=0.0 m。可以定义c→ s302应该连续执行的多个动作，没有中断。委托人要求执行动议。s→ c15319，303，0，7服务器模拟所请求的运动序列。如果动议有效（例如，不违反平台的最大加速度或任何执行机构），则它确认序列（msgID：303）并返回序列s→ c21048，306，0，7标识符（0）和步数（7）。现在动作完成了一旦平台到达最终位置，服务器确认运动的成功执行（msgID：306）。c→ s7客户端请求停放平台。s→ c38581，8服务器确认驻留请求。s→ c46581，10服务器报告停车过程已完成。c→ s一万一千客户端请求关闭会话并设置日志文件的时间分辨率到100 ms。s→ c51208，12服务器确认会话的关闭c=客户端; s=服务器。Like Blender（https://www.blender.org/）使得能够创建任意复杂的模型。光源可以放置在3D场景中的任何位置，并且可以控制其强度，颜色和照明距离。此外，VSS允许定位和更新虚拟摄像机。通过媒体服务器上传并在服务器上可用的图像和视频可以在虚拟屏幕上播放VSS支持用户定义尺寸的平面和球形屏幕，可以在3D场景中自由定位和定向。可以在会话期间更改对象（包括屏幕）的位置或方向，或更改其可见性。投影在屏幕上的电影可以动态地开始、暂停和继续。图中的面板L图2示出了在位于适当距离处的平面屏幕上呈现的图像，其尺寸填充整个视场。对于最大的时间控制，日志文件包含更改请求的时间戳以及在 屏 幕 上 的 实 际 可 视 化 。 这 使 得 Platform- Commander 适 用 于EEG/ERP记录等时间关键型应用。2.6.2. 音频环境声音，特别是平台产生的噪声，可以通过在进行实验时呈现白 噪 声 来 掩 盖 。 为 了 最 大 限 度 地 支 持 这 种 努 力 ，PlatformCommander能够通过连接的扬声器或耳机播放音频文件。服务器能够播放通过媒体服务器上传的任何音频文件。2.6.3. 前庭电刺激（GVS）PlatformCommander能够通过模拟I/O卡控制外部GVS设备。该选项是为与neuroConn DC刺激器PLUS（https：放大图片作者：Daniel C.Fitze等人软件X 17（2022）1009455图三. 旋转轴的定位。所有三个面板都显示了PlatformCommander用于模拟的六足模型的前视图（滚动平面）。每个显示了10.0度的旋转。然而，旋转轴的位置被放置在3D空间中的不同点处，如坐标轴所示（Z指向读者）。在图A中，坐标系的原点定位在平台顶部上方0.5米处，从而产生凹面图。绕z轴旋转的轨迹。在图B中，原点位于平台的高度处。在图C中，原点在该平台比较面板A和B，可以注意到移动轨迹（A和C，白色圆圈段）的不同曲率（凸/凹）。的将坐标原点定位在任意点处的特征允许实现以头部为中心的运动，而不需要用户进行计算。(For对本图图例中所指颜色的解释，读者可参考本文的网络版表2基准测试。运动请求与向六足机器人传输运动命令之间的实测延迟汇总。延迟是由每个移动步骤的计算和验证引起的。基于20个样本计算延迟。运动类型运动持续时间[s]延迟[µs]平均值/SD正弦曲线1 95.65/4.60线性1 91.3/0.47正弦曲线10 871.45/9.05直线型10 816.55/88.63确认（I）在给定平台几何形状的情况下一位置是可到达在即时会话期间，服务器期望客户端以自由度（DOF）格式发送数据（详细信息请参见[22]）。如果请求是有效的，服务器会将其转发给hexapod，而不进行任何进一步的处理。即时模式能够最大限度地响应用户输入，并允许其他//www.neurocaregroup.com/dc-stimulator-plus.html）上提供。平台-Commander能够读取通过媒体服务器上传的配置文件提供的电压跟踪，并设置输出端口的I/O卡。刺激开始和停止可以由客户端应用程序请求，并且因此可以与六足动物运动、视觉和/或听觉刺激同步。2.7. 输入设备在实验中，参与者经常被指示按按钮来传达决定或影响平台运动。PlatformCommander被设置为允许使用响应按钮、鼠标、摇杆或游戏控制器作为输入设备。另外，数据流（例如，来自加速度计或陀螺仪）可以向平台指挥官提供输入信号。所有的输入数据都将被记录下来，并且客户端可以实时访问大部分数据。输入设备可以通过USB或I/O卡连接。3. 会话类型目前实现了四种标准会话类型（即时、短序列、这些类型针对某些用例进行了优化，并且其行为有所不同。会话类型由登录消息中包含的一位数选择。3.1. 即时模式会话类型然而，服务器在这种模式下，服务器期望客户端发送一个或多个运动序列。在用户定义运动轮廓之前，可以定义旋转轴的位置（图1）。3）。提交给服务器的每个运动轮廓由包含指定运动轮廓的八个参数的消息组成（参见表1的示例）。 前六个参数描述了六足机器人的最终位置。第七个参数指定运动的持续时间（以秒为单位）。第八个参数指定运动的轮廓。用户可以选择线性和正弦插值。如果选择线性选项，平台将在指定的起点和终点之间以恒定速度移动，并具有短而陡的加速度在运动的开始和结束。 这种类型的轮廓已被用于对六足动物的EEG 研究 [15 ， 19]。或者，可以请求正弦插值。然后，PlatformCommander将计算必要的步长和幅度，端部位置，同时遵循正弦曲线。正弦曲线是六足动物实验中最常用的刺激[2，4，6，13，16，23一旦请求的运动序列完成，六足机器人将保持在其最终位置，服务器正在等待新的指令。需要记住的一个重要方面是，在此模式下，从当前位置开始计算轮廓。因此，当从不同的起始位置执行时，相同的运动命令将导致非常不同的运动（方向、加速度）。用户必须确保六足机器人在下一次移动时处于正确的起始位置。执行动作之前的有效性检查取决于动作的长度，但根据基准测试（表2），检查时间为毫秒级。正弦302586.2/84.38游戏引擎或飞行模拟器等程序进行交互线性302517.7/15.94与六足动物进行最小的交流SD=标准差。3.2. 短序列模式放大图片作者：Daniel C.Fitze等人软件X 17（2022）1009456见图4。 客户端模块的交互。典型的实验脚本使用Julia模块MoogCom和Exp_helper，它们提供有用的函数、结构和默认值。模块MOOG提供了各种常量，如MoogCom使用的消息ID。模块MOOG提供了一个C库接口，以便通过网络套接字与服务器进行交互网络套接字管理与服务器的UDP通信3.3. 长序列模式在短序列模式下，用户可以选择在运动定义开始时指定旋转轴的位置。在长序列模式下，将任意数量的运动配置文件提交给服务器。指定的运动构成了一个库，可以在启动的会话期间通过请求执行某个运动配置文件来使用该库。每个运动轮廓由开始位置、结束位置、轮廓和运动持续时间定义一旦运动被服务器定义和接受，它就不能再被改变在完成运动轮廓的定义之后，可以按照任意顺序和所需的频率在执行第一个运动之前，将检查所有提交的运动与短序列模式相反，长序列模式中的任何运动轮廓都具有定义的固定起始点。起始点由运动轮廓的第一位置阵列定义。这确保了指定的运动只需要被测试一次有效性，并且可以在运行时（在实验期间）被执行而没有任何计算开销。然而，序列的调用是一个两步的过程。首先，六足机器人计算到起始位置的适当移动，然后执行相应的移动。一旦到达起始位置，移动序列将在客户端请求时立即执行。3.4. 操纵手柄模式操纵杆会话类型需要连接的操纵杆，并将配置服务器，以便其旨在将操纵杆位置与平台相匹配。3.5. 数据记录使用服务器来控制实验的所有相关刺激（例如，运动、图像、音频）提供了获得每个事件的一致时间戳的机会。仅使用一台计算机和一个时钟克服了同步问题，并允许在分析期间轻松重建事件序列。在会话期间，PlatformCommander创建日志文件，其中包含任何给定时间点的会话状态信息。一旦会话关闭，日志文件可以转换为具有等距采样率的标准化. csv文件。生成定制的日志文件可能会很方便，这些日志文件可以在客户端进行计划的分析，而不是使用服务器生成的详尽文件4. 客户端应用程序客户机/服务器设计允许用几乎任何编程语言实现客户机应用程序。这使研究人员能够继续使用他们喜欢的编程语言。作为PlatformCommander的一部分，我们还发布了实验室中使用的客户端是用Julia编程语言（https://julialang.org/）编写的，使用C函数实现快速可靠的网络通信。Julia客户端的实现由多个相互作用的模块组成，其关系如图4所示。应用程序提供默认参数和函数，以确保在向服务器发送消息之前输入的正确性。5. 结论据我们所知，PlatformCommander是第一个用于控制运动平台的开源软件，专注于研究应用。PlatformCommander提供精细的运动控制和与大量最新输入和输出设备的交互。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作致谢我们感谢Andreas Szukics和Noel Strahm对代码的贡献和对软件的测试。引用[1] Ertl M，Boegle R.前庭系统的现代影像学研究--前庭刺激和影像学方法综述。JNeurosciMethods2019;326（7月）。http://dx.doi.org/10.1016/j.jneumeth的网站。2019.108363。[2]Grabherr L，Nicoucar K，Mast FW，Merfeld DM.绕地球垂直轴偏航旋转的前 庭 阈 值 随 频 率 的 变 化 。 Exp Brain Res 2008;186 （ 4 ） ： 677-81.http://dx.doi.org/10.1007/s00221-008-1350-8.[3]Lim K，Merfeld DM.信号检测理论与前庭知觉：II。将感知阈值拟合为频率的函数。ExpBrainRes2012;222（3）：303-20.http://dx.doi.org/10.1007/s00221-012-3217-2网站。[4]Bremova T，Caushaj A，Ertl M，Strobl R，Böttcher N，Strupp M，et al.前庭偏头痛和梅尼埃病中线性运动感知阈值的比较。欧洲耳鼻咽喉科文献2016;273（10）：2931-9。http://dx.doi.org/10.1007/s00405-015-3835-y网站。[5]Karmali F，Chaudhuri SE，Yi Y，Merfeld DM. 使用自适应程序和心理测量拟合确定阈值：使用理论，模拟和人体实验评估效率。Exp Brain Res 2016;234（3）：773-89。http://dx.doi.org/10.1007/s00221-015-4501-8网站。[6]Klaus MP，Schöne CG，Hartmann M，Merfeld DM，Schubert 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