Virtuelle Realität

Interaktion: Navigation

Dr. Thies Pfeiffer

AG Wissensbasierte Systeme, Technische Fakultät, Universität Bielefeld

Termin: Freitags, 10:15 Uhr

Raum: T2-205

Überblick

Inhalte der letzten Veranstaltung: Interaktion/InstantIO

  • Basisinteraktionen
    • Navigation
    • Selektion
    • Manipulation
  • Interaktionsfähigkeit bewerten
  • Anbinden von Geräten
  • InstantIO: Anbindung von Geräten in X3D

Überblick

Inhalte dieser Veranstaltung

  • Navigationsverfahren für die Virtuelle Realität

Interaktion: Navigation

Navigation

Typische Navigationsaufgaben

  • Exploration
    • freies, ungerichtetes Erkunden
    • wechselnde Aufmerksamkeit
    • ausgeglichenes Interesse
  • Suche
    • zielgerichtetes Interesse
    • selektive Aufmerksamkeit
  • Manövrieren
    • lokale Positions- und Perspektivenänderungen

Navigation: Parameter

Parameter der Navigation

  • Distanzen (z.B. zum Ziel)
  • Geschwindigkeit
  • Genauigkeit
  • benötigte Freiheitsgrade (DoF)
  • Sichtbarkeit des Ziels
  • aktive oder passive Bewegung
  • physische oder virtuelle Bewegung
  • Ego- oder exozentrische Perspektive

Navigation: Psychologische Faktoren

Psychologische Faktoren

  • Landmarken-Wissen
    • charakteristische visuelle Merkmale der Umwelt
  • Prozedurales Wissen
    • Abläufe von Aktionen (erst Kreuzung links, dann zweimal rechts, ...)
  • Überblickswissen
    • topologisches Wissen (z.B. Karte)

Navigation: Laufen/Walking

Walking-Verfahren

  • isomorphe Bewegung (reale Bewegung $\to$ virtuelle Bewegung)
  • begrenzt durch physikalischen Raum
  • begrenzt durch Technikreichweite (Kabel)

Walking: Auf der Stelle/In-Place

Auf der Stelle Laufen

  • Informationen
    • Laufbewegungen auf der Stelle
  • Vorteile
    • kaum Lauffläche notwendig
    • gut geeignet für HMDs
  • Nachteile
    • nur begrenzte Geschwindigkeit
    • In der CAVE: Unterscheidung zwischen Laufen auf der Stelle zur Bewegung des Viewpoints und dem Laufen in der CAVE zur Inspektion der näheren Umgebung notwendig.
Walking in Place (2:14), hier durch Wii-Balance Board von Nintendo gelöst. Damit lokale Lauffläche für die Verschiebung des Viewpoints. Die restliche Lauffläche ist für die lokale Inspektion frei.

Walking: Laufband/Linear Treadmill

Laufband/Linear Treadmill

  • Informationen
    • Laufen auf einem Laufband
    • Laufband wird automatisch geführt
    • entwickelt im CyberWalk Projekt
  • Vorteile
    • unendliche Lauffläche in einer Dimension
  • Nachteile
    • nur Laufen in einer Dimension möglich
  • Der Koordinator vom CyberWalk Projekt, Prof. Dr. Marc Ernst, ist mittlerweile in Bielefeld!
Lineares Laufband aus dem CyberWalk Projekt

Walking: CyberCarpet

CyberCarpet

  • Informationen
  • Vorteile
    • unendliche Lauffläche
  • Nachteile
    • nur begrenzte Geschwindigkeit
    • kleine Schritte
CyberCarpet aus dem CyberWalk Projekt

Walking: Omni-Directional Treadmill: CyberWalk

Omni-Directional Treadmill: CyberWalk

  • Informationen
    • Laufbänder auf einem ebenfalls beweglichen Torus
    • Nachfolger des CyberCarpets aus dem CyberWalk Projekt
    • entwickelt im CyberWalk Projekt
  • Vorteile
    • unendliche Lauffläche
  • Nachteile
    • nur begrenzte Geschwindigkeit
    • kleine Schritte
CyberWalk in Tübingen aus dem CyberWalk Projekt

Walking: Redirected Walking

Redirected Walking

  • Information
    • Technik um die Grenzen des verfügbaren physikalischen Raumes besser auszunutzen
    • Durch unterschwellige Richtungsänderungen wird die physikalische Laufrichtung von der wahrgenommenen Laufrichtung entkoppelt
Razzaque, S.; Kohn, Z. & Whitton, M. C. (2001). Redirected Walking. In Proceedings of EUROGRAPHICS, pp. 289-294
Play Video
Redirected Walking in einer CAVE, Arbeiten von Razzaque et al.

Walking: VirtuSphere

VirtuSphere

  • Informationen
    • Laufen auf der Innenfläche einer Kugel
    • Einstieg durch Luke
  • Vorteile
    • unendliche Lauffläche
  • Nachteile
    • nur begrenzte Geschwindigkeit
    • kabellose Interaktionsgeräte notwendig
  • VirtuSphere in Deutschland: Cognitive NeuroInformatics in Bremen
VirtuSphere von VirtuSphere, Inc.

Navigation: Flying

Flying

  • Vorteile
    • gut geeignet für Umgebungen ohne Boden
    • häufig gewählte, bekannte Interaktionsmetapher
  • Nachteile
    • schwer zu kontrollieren
    • bei völlig freier Bewegung Gefahr von zunehmenden Orientierungsproblemen (wie z.B. beim Tauchen)
Ausschnitt aus dem Spiel Descent 2 von Parallax Software

Navigation: Teleportation

Teleportation

  • Vorteile
    • sehr schnell
    • leicht zu erlernen
  • Nachteile
    • unnatürlich
    • erzeugt schnell Orientierungsprobleme
World-in-Miniature (3:18)

Navigation: Steuern/Steering

Steering-Verfahren

  • Vorteile
    • keine physikalische Begrenzung
  • Nachteile
    • nicht-isomorphe Bewegung
Einfache Steuerkonsole eingebracht als Interaktionsgerät in eine CAVE.
FarmRacing - Projekt an der NHTV IGAD MediaLab Group

Steering: Gaze-directed Steering

Gaze-directed Steering

  • Informationen
    • Translation immer nur in der Blickrichtung oder entgegengesetzt
    • Typische Implementierung bei Ego-Shootern
  • Vorteile
    • einfach zu Implementieren
    • immer größtmöglicher Blickwinkel nach links und rechts beim Bewegen
  • Nachteile
    • Umschauen während der Bewegung beeinflusst diese immer

Steering: Torso-directed Steering

Torso-directed Steering

  • Informationen
    • Blickrichtung und Laufrichtung entkoppelt
    • bekannt z.B. durch Panzersimulationen
  • Vorteile
    • Umschauen möglich
  • Nachteile
    • getrennte Steuerung notwendig
Torso-/Body-directed Steering: PenguFly von der Virtual-Reality Group der RWTH Aachen.
Anette von Kapri, Tobias Rick, Steven Feiner, "Comparing Steering-Based Travel Techniques for Search Tasks in a CAVE", IEEE Virtual Reality Conference 2011.
Lean-based Velocity (5:43)

Steering: Pointing-directed Steering

Pointing-directed Steering

  • Informationen
    • Laufen in Zeigerichtung
  • Vorteile
    • Umschauen möglich
    • wenig anstrengend, auch im Sitzen nutzbar
  • Nachteile
    • getrennte Steuerung notwendig

Halbautomatisches Steuern/Semi-automatic Steering

Halbautomatisches Steuern

  • Hauptbewegungsrichtung wird vom System vorgegeben
    • Nutzer vollzieht lokale Ausweichbewegungen
  • Hauptbewegungsrichtung wird vom Nutzer vorgegeben
    • System vollzieht lokale Ausweichbewegungen bzw. verzeiht lokale Ungenauigkeiten
Vorgegebene Steuerung im Klassiker Rebel Assault von LucasArts.

Navigation: Navigation durch Planen

Navigation durch Planen

Planen: Zielbestimmung

Zielbestimmung

  • Anwender wählt Ziel aus
  • System ermittelt Weg zum Ziel und bewegt den Anwender dorthin

Planen: Pfad zeichnen

Pfad zeichnen

  • Anwender zeichnet den zurückzulegenden Pfad vor
  • ... auf einem Requisit (z.B. Karte)
  • ... direkt in der Welt
Path Drawing (Anfang)

Planen: Wegpunkte festlegen

Wegpunkte festlegen

  • Anwender wählt einzelne Punkte
  • System ergänzt zu kompletten Pfaden
Wegpunkte definieren in Unity3D

Navigation: Navigation durch Manipulation

Navigation durch Manipulation

Navigation durch Manipulation: Fixed-Object Manipulation

Fixed-Object Manipulation

  • Informationen
    • Anwender wählt ein Objekt
    • Objekt wird zum Anker
    • Anwender kann sich am Objekt durch die Welt "ziehen"
    • manchmal: Oberfläche der Welt als Objekt, z.B. im Spiel Black-and-White
Navigation über die Manipulation der Welt im Klassiker Black&White von den Lionhead Studios/Electronic Arts.

Navigation durch Manipulation: Grabbing-in-the-Air

Grabbing-in-the-Air

  • Informationen
    • Anwender greift in den "luftleeren" Raum
    • Im Gegensatz zur letzten Variante ist die Navigation dadurch flexibler
    • Beim Einsatz von beidhändiger Interaktion oder über andere Auswahlmechanismen ist auch eine gleichzeitige Skalierung möglich (siehe nächste Folie)
Grabbing in the Air (6:51)

Navigation durch Manipulation: Skalieren

Skalieren

  • Informationen
    • Anwender kann die Welt kleiner oder größer skalieren
    • Wird die Welt kleiner skaliert, werden Wege verkürzt und Strecken schneller, aber evtl. ungenauer zurückgelegt
    • Wird die Welt größer skaliert, werden Wege verlängert und dafür eine präzisere Navigation möglich
Grabbing in the Air mit Skalieren (7:05)

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Inhalte dieser Veranstaltung

  • Navigationsverfahren für die Virtuelle Realität

Ausblick

Termin 08 - Interaktion: Selektion

  • Verfahren zur Selektion in der virtuellen Welt