Virtuelle Realität

Interaktion, Evaluation und InstantIO

Dr. Thies Pfeiffer

AG Wissensbasierte Systeme, Technische Fakultät, Universität Bielefeld

Termin: Freitags, 10:15 Uhr

Raum: S2-121

Überblick

Überblick

Interaktion: Anforderungen

Interaktionen in der Virtuellen Realität sollen

• die Dreidimensionalität voll unterstützen,
• die Immersion bewahren oder gar fördern (auf jeden Fall nicht zerstören),
• intuitiv zu bedienen sein,
• funktional sein
• und am besten nicht als Interaktionstechnik erkannt werden!

Interaktion: Freiheitsgrade

Freiheitsgrade

• Freiheitsgrad: Parameter eines Systems
  • Menge der Freiheitsgrade beschreibt das System eindeutig
  • Freiheitsgrade sind unabhängig voneinander
  • Menge der Freiheitsgrade minimal
    • mit weniger kann das System nicht beschrieben werden
• kann technisch als Koordinate verstanden werden
• Beispiele
  • Massepunkt besitzt drei translatorische Freiheitsgrade (X/Y/Z)
  • Körper besitzt zusätzlich drei rotatorische Freiheitsgrade (R/P/Y)
  • Datenhandschuhe messen 18 bis 22 Freiheitsgrade (?)
    • Datenhandschuhe messen 18 bis 22 Gelenkstellungen
    • aber: nicht alle Gelenkstellungen unabhängig
    • daher: weniger tatsächliche Freiheitsgrade

Interaktion: Navigation

Navigation

• Ziel: Position (und damit Perspektive) in der virtuellen Welt ändern
• auch: Travelling, Orientierung und Fortbewegung
• Fragen
  • Erfolgt Navigation physisch oder rein virtuell?
    • Bewegt sich der Körper mit, oder nicht?
  • Wie wird eine Bewegung ausgelöst?
  • Wie wird die Bewegung der Interaktion auf die Bewegung in der virtuellen Welt abgebildet?

Interaktion: Selektion

Selektion

• Ziel: Objekt als Ziel der Interaktion dem System bekannt machen
• auch: Auswahl oder Picking
• Fragen
  • Wie wird gezielt? (Aiming)
  • Wie wird Selektion ausgelöst? (Trigger)

Interaktion: Manipulation

Manipulation

• Ziele:
  • Auslösen von Aktionen/Reaktionen in der Welt
  • Greifen von Objekten
  • Verschieben/Drehen von Objekten
  • Kombinieren von Objekten
• Fragen
  • Wie wird die Manipulation ausgewählt?
  • Welche Modifikationen an der virtuellen Realität sollen vorgenommen werden können? (Rotation, Translation, komplexe Änderungen, ...)
  • Wie werden die Freiheitsgrade der Interaktion auf die Modifikationen abgebildet?

Evaluation

Warum Evaluieren?

• Anforderungen der Benutzer aus der Interaktion heraus identifizieren
• Benutzerprobleme identifizieren
• Probleme quantifizieren ($\to$ gezielte Anpassung)
• Design Richtlinien entwerfen
• Performanz-Modelle entwickeln um Voraussagen über Leistung/Nutzen treffen zu können

Evaluation: Methoden

Methoden

• Aufgabenanalyse (User Task Analysis)
• Szenarien entwickeln (Komposition von Aufgaben)
• Personas entwickeln (Nutzer mit best. Anforderungen und Hintergrund)
• Taxonomie entwickeln
• Prototypen testen

Evaluation: Typen

Evaluationstypen

• Expertenreview (Heuristic Evaluation)
• Fragebögen
• Interviews
• Cognitive Walkthrough
• Benutzertests (Formative Evaluation)
• Vergleichsstudien (Vorher/Nachher, A-B Test)

Evaluation: Interaktion messen

Messen/Bewerten der Interaktion

• Eigenschaften des Systems (Wiederholrate, Latenz, techn. Schwierigkeiten, Last, Wärmeentwicklung, Geräuschentwicklung, ...)
• Aufgabenbezogene Eigenschaften (Bearbeitungszeit, Durchführbarkeit, Fehlerrate, Genauigkeit, ...)
• User Experience (Einfachheit der Bedienung, Transparenz der Schnittstelle, Affordanz, Erlernbarkeit, Zufriedenheit, Präsenz, Simulationskrankheit, ...)

Evaluation: Herausforderungen

Spezielle Herausforderungen

• Interaktion in nicht-natürlicher Umgebung kann zu extremen Reaktionen führen, da unter Umständen wenig vertraut. Besondere Sorgfaltspflicht gegenüber den Testpersonen
• Inhalte können auf Grund der Perspektive unter Umständen nicht von Testperson und Untersuchungsleiter gleichzeitig wahrgenommen werden
• Komplexe Interaktionen generell schwer zu beurteilen, da viele Pfade zum Ziel existieren
• Vermittlung von Präsenz steht im Gegensatz zum Untersuchungscharakter (beobachtet fühlen, Interventionen)
• Forschungs-Hardware wird eingesetzt und keine Konsumer-Hardware, d.h. die Geräte sind noch nicht sehr robust
• Andersartigkeit der Virtuellen Realität kann Effekt des Gesamtkonzepts überschatten, Staunen über die Möglichkeiten

Merkmale von Geräten

• verfolgt oder nicht-verfolgt ("getrackt")
  • d.h. solche mit eigener Position/Orientierung im Raum und solche ohne
  • man spricht auch von Tracking-Technologie
• einhändig, beidhändig oder anderweitig bedienbar
• Anzahl der unterstützen Freiheitsgrade
• Eignung für Einsatzgebiete, z.B. Desktop, HMD oder CAVE

Geräte: Maus

Mouse

Geräte: Joystick

Joystick

Geräte: Space Mouse

SpaceNavigator

Geräte: Stylus

Stylus

Geräte: 3D Ball

3D Ball

Geräte: Fakespace Wanda

Fakespace Wanda

Geräte: WiiMod

WiiMod

Geräte: Datenhandschuhe

CyberGloves

Geräte: Datenhandschuhe mit taktilem Feedback

AR-Tracking GmbH: Fingertracking mit taktilem Feedback

Geräte: Blickbewegungsmessung

Eyetracker von Arrington Research, erweitert um optisches Tracking der AR-Tracking GmbH, inkl. polarisierten Filtern für die stereoskopische 3D Projektion

InstantIO: Anbindung von Geräten in X3D

X3D und Geräte

• X3D als Standard für interaktive 3D Grafik im WWW gedacht
• Fokus der Interaktion auf Maus/Tastatur
• Daher keine explizite Repräsentation der Geräte

InstantReality/InstantIO

• InstantReality ist ein X3D Browser für Virtual und Augmented Reality
• Essentiell ist dabei die Erweiterung des X3D Standards um die Unterstützung von Geräten
• Eigenes Framework zum leichtgewichtigen Anbinden von Geräten: InstantIO

InstantIO: Basics

Anbindung von InstantIO an den X3D Browser

InstantIO: Basics

Anbindung von InstantIO an den X3D Browser

InstantIO: Spezifikation der Geräte in X3D

InstantIO - Spezifikation der Geräte in X3D

	
<IOSensor DEF="mySensor" type="SomeSensor" />

  <field accessType="outputOnly" name="A" type="SFBool" />

  <field accessType="inputOnly" name="B" type="SFBool" />

</IOSensor>

<ROUTE fromField="A" fromNode="mySensor" toField="Ain" toNode="someNode"/>

				

InstantIO: Felder und Namensräume

InstantIO - Felder und Namensräume

InstantIO: Netzwerktransparenz

InstantIO - Netzwerktransparenz

InstantIO: Netzwerkgeräte in X3D importieren

InstantIO - Netzwerkgeräte in X3D importieren

	
<IOSensor DEF="net" type="Network">
  <field accessType="outputOnly" name="Server/A" type="SFBool"/>
</IOSensor>
<ROUTE fromNode="net" fromField="Server/A" toNode="someNode" toField="Ain" />

				

InstantIO: Beispiele

InstantIO - Beispiele

Zusammenfassung

Ausblick