Virtuelle RealitätVirtual Reality

Immersion und PräsenzImmersion and Presence

Dr. Thies Pfeiffer

Cognitive Interaction Technology Center of Excellence,
Technische Fakultät, Universität Bielefeld

Termin:Freitags, 10:15 Uhr

Raum: CITEC Auditorium

Schedule:Fridays, 10:15 a.m.

Room: CITEC Auditorium

ÜberblickOverview

Inhalte der letzten Veranstaltung: Erweiterte Realität / Augmented Reality Topic of the last lecture: Augmented Reality

  • Typischer Aufbau von AR Anwendungen Typical structure of AR applications
  • Marker TrackingMarker Tracking
  • AR Anwendungen mit HTML5 + JavaScript Creating AR applications with HTML5 and JavaScript

ÜberblickOverview

Inhalte dieser VeranstaltungContent of this lecture

  • Was sind eigentlich Immersion und Präsenz?What do we understand by Immersion and Presence?
  • Wie kann man beide messen?How can we measure them?

Immersion und Präsenz - BegriffsbestimmungImmersion and Presence - Definitions

ÜberlegungSome Thoughts

Der menschliche FaktorThe human factor

"[Diese] sind überhaupt eine der glücklichsten Erfindungen unserer Zeit. [...] Was vor Jahren Hunderte von Pfund gekostet hätte, ist jetzt für ein paar Schilling zu haben […]. Ein vollkommener Eindruck und das ohne endlose Formalitäten, Ungeziefer, schlechtes Wetter und eine 1200-Meilen-Reise. [An diesen läßt sich ohnehin] gründlicher Lernen als im Original …" " These are in any case one of the luckiest inventions of our time. [...] What has been worth one hundred pounds or more only a view years ago, is now available for some Shillings [...]. A complete impression and that without endless formalities, vermins, bad weather and a 1200 miles journey. [On this you may anyway] learn more thoroughly than on the original ... "

[1824, Blackwood's Edinburgh Magazine]

Robert Barker, 1792

TheorieTheory

DiskussionDiscussion

  • Was versteht Ihr unter dem Begriff Präsenz? What do you understand by Presence?
  • Wie würdet Ihr den Grad der Präsenz bestimmen, den eine Anwendung herzustellen vermag? How would you determine the degree of presence that an application achieves?
  • Diskutiert in Gruppen von 2-3 über die Fragen Please discuss in groups of 2-3 about these questions
  • überlegt Euch bitte gemeinsam eine Definition (1-3 Zeilen) und schreibt diese auf Come up together with a definition of presence (1-3 rows) and write it down
  • Im Anschluss sollt Ihr Eure Definition dann vorstellen Afterwards you will be asked to present your definition
  • Die Definitionen sammle ich dann einI will collect the definitions afterwards
  • Ihr habt sechs Minuten ZeitYou have 6 minutes for this task

DefinitionenDefinitions

Definition von der Seite der International Society for Presence Research (ISPR, Stand Januar 2012) Some definitions taken from the website of the International Society for Presense Research (ISPR, from January 2012)

Telepresence, often shortened to presence, is commonly referred to as a sense of ‘being there’ in a virtual environment and more broadly defined as an illusion of nonmediation in which users of any technology overlook or misconstrue the technology’s role in their experience.

DefinitionenDefinitions - ISPR

Definition von der Seite der International Society for Presence Research (ISPR, Stand Januar 2012) Some definitions taken from the website of the International Society for Presense Research (ISPR, from January 2012)

Ein ausführlicherer Versuch einer Definition findet sich auf der Webseite der ISPR. Hier einige wesentliche Aspekte in eigenen Worten: A verbose attempt at a definition can be found on the website of the ISPR. Here are some relevant aspects in my own words:

  • Präsenz ist die Abkürzung von TelePräsenzPresence is the abbreviation for tele-presence
  • Präsenz ist ein psychologischer Zustand oder eine persönliche Wahrnehmung, bei der die Rolle von menschengemachter Technologie nicht oder nur teilweise erkannt wird, obwohl die aktuelle Erfahrung des Individuums gerade durch Technik teilweise vermittelt wird. Presence is a psychological state or a personal perception, in which the role of human-made technology is not or only party recognized although the current experience of the individuum is mediated at least partly by technology.
  • Präsenz ist es, wenn eine Vermittelte Erfahrung zweiter Ordnung (durch eigene Sinne und menschliche Technik) als Vermittelte Erfahrung erster Ordnung (durch eigene Sinne) empfunden wird. It is presence, if a mediated experience of second order (through one's own senses and human-made technology) is taken as a mediated experience of first order (through one's own senses).
  • Präsenz ist die Eigenschaft eines Individuums und variiert über Personen und Zeit. Es ist nicht die Eigenschaft einer Technologie. Presence is the property of an individuum and varies with persons and time. It is not the property of a technology.
  • Präsenz ist ein KontinuumPresence is a continuum

DefinitionenDefinitions - ISPR

Definition derDefinitions of the ISPR

  • Präsenz ist mehrdimensionalPresence is multi-dimensional:
    • "Social Presence", "Spatial Presence", "Physical Presence", "Sense of Physical Space", "Perceptual Immersion", "Transportation", "A Sense of Being There"
    • "Sensory Presence", "Perceptual Realism", "Naturalness", "Ecological Validity", "Tactile Engagement"
    • "Social Realism"
    • "Engagement", "Involvement", "Psychological Immersion"
    • "Social Presence"

DefinitionenDefinitions - ISPR

Definition derDefinitions of the ISPR

  • Faktoren, die Präsenz beeinflussen:Factors that may influence presence
    • FormForm: Zahl und Konsistenz der sensorischen Reize, Bildgröße und -qualität, Abstand, Verwendung von Bewegung und Farben, Lautstärke und -dynamik, visuelle und akustische Vielschichtigkeit, Subjektive Filmtechniken wie direkte Ansprache, Auffälligkeit der Technologie, Größe und Form der Technologie und eine Vielzahl an Variablen in Verbindung mit der InteraktionsfähigkeitNumber and consistency of sensory stimuli, image size and quality, distance, usage of movement and colors, loudness and dynamics, visual and accoustic multifacetedness, subjective move techniques, such as direct addressing, conspicuity of technology, size and shape of technology and a plurality of variables in connection with interactivity
    • InhaltContent: Sozialer Realismus (Glaubwürdigkeit), Qualität des Geschriebenen, Schauspielerische Leistung, Physikalische Erscheinung der Schauspieler bzw. Personen, Bekanntheitsgrad von Schauspielern, Einhaltung von Medienkonventionen, Natur der Aufgabe bzw. AktivitätSocial realism (believability), quality of the story, performance of the actors, physical appearance of the actors, publicity of the actors, adherence to media conventions, natur of the task
    • BenutzerUser: der Wille das Zweifeln auszusetzen, Wissen über und Erfahrung mit der Technologie, Alter, GeschlechtThe willingness to suspend disbelief, knowledge about and experience with the technology, age, gender

DefinitionenDefinitions - ISPR

Definition derDefinitions of the ISPR

  • Faktoren, die durch Präsenz beeinflusst werden:Factors that may be influenced by presence:
    • Veränderung der physiologischen Erregung, Gefühl von Eigenbewegung, Bewegungskrankheit, Freude, Empathie, Lernen, verbesserte Leistungen in den Aufgaben, besseres Training, Psychologische Desensibilisierung, Verbundenheit mit anderen Personen, Parasoziale Beziehungen, eine Vielzahl unterschiedlicher emotionaler Reaktionen, Überzeugung, gestörte Erinnerung und soziale Urteilskraft. Changes in physiological arrousal, seeling of proper motion, motion sickness, joy, empathy, learning, increased performance in tasks, better training, psychological desensitization, closeness with other people, parasocial relationships, a plurality of emotional reactions, persuasion, disturbed memory or social judgement

Abrenzung von Immersion und PräsenzDifferentiation between Immersion and Presence

Abrenzung von Immersion und PräsenzDifferentiation between Immersion and Presence

Immersion ist ein Begriff, der erst mit der Entwicklung der VR-Technologie geprägt wurde. Immersion ist eng verknüpft mit Präsenz, betrachtet aber den Aspekt mehr aus technologischer Sicht und stellt stärker den Prozesscharakter des Eintauchens in eine Virtuelle Welt in den Vordergrund. Präsenz beschreibt dagegen einen Zustand. The term immersion has been coined with the development of virtual reality technology. Immersion is tightly coupled with presence, but takes a more technical perspective and focusses more on the process of getting into the virtual world. Presence, on the other hand, described a state.

Präsenz kann in der VR als Ergebnis der Immersion gesehen werden (Schubert, Friedmann & Regenbrecht 2001). Immersion ist objektiv quantifizierbar, Präsenz subjektiv.In virtual reality, presence can be taken as the result of immersion (Schubert, Friedmann & Regenbrecht 2001). Immersion can be quantified objectively, presence is subjective.

Messen von Präsenz und ImmersionMeasuring Presence and Immersion

VRuse Questionnaire

  • Spezieller Fragebogen für die Evaluation der Usability von Virtuellen UmgebungenA dedicated questionnaire
  • Umfasst 10 Usability-Bereiche, von Funktionalität über Benutzereingaben zu Immersion/Präsenz und genereller Usability des SystemsCovers 10 areas of usability, from functionality over user input to immersion and presence, as well as the general usability of the system
  • Verwendet einheitlich eine Likert Skala (5..1)Uses for all questions a Likert scale (5..1)
  • Insgesamt werden 100 Fragen aufgestelltContains 100 questions in total
  • Kalawsky, R.S. (1999). VRUSE – a computerised diagnostic tool: for usability evaluation of virtual/synthetic environment systems. Applied Ergonomics, 30, 11-25. (PDF)

VRuse Questionnaire - Part 9 - Immersion/PräsenzImmersion/Presence

  • 80. I felt a sense of being immersed in the virtual environment
  • 81. I did not need to feel immersed in the virtual environment to complete my task
  • 82. I got a sense of presence (i.e. being there)
  • 83. The quality of the image reduced my feeling of presence
  • 84. I thought that the field of view enhanced my sense of presence
  • 85. The display resolution reduced my sense of immersion
  • 86. I felt isolated and not part of the virtual environment
  • 87. I had a good sense of scale in the virtual environment
  • 88. I often did not know where I was in the virtual environment

PQ-Presence Questionnaire

  • Speziell auf Präsenz ausgerichter FragebogenQuestionnaire which specifically addresses presence
  • Wurde zusammen mit dem ITQ - Immersive Tendency Questionnaire entwickelt, um generelle individuelle Unterschiede bzgl. der gefühlten/zugelassenen Präsenz zu ermittelnWas designed together with the ITQ - Immersive Tendency Questionnaire, to assess general differences regarding the felt/permittet presence
  • Antworten auf einer 7-Punke Likert SkalaAnswers on a 7-point Likert scale
  • 32 Fragen beim PQquestions in the PQ, 29 beim ITQ Fragebogenin the ITQ questionnaire
  • Witmer, B. G. & Singer, M. J. (1998). Measuring presence in virtual environments: A presence questionnaire, Presence, MIT Press, 7, 225-240 (PDF)

PQ-Presence Questionnaire - BeispieleExamples

  • 1. How much were you able to control events?
  • 2. How responsive was the environment to actions that you initiated (or performed)?
  • 3. How natural did your interactions with the environment seem?
  • 4. How completely were all of your senses engaged?
  • 5. How much did the visual aspects of the environment involve you?
  • 6. How much did the auditory aspects of the environment involve you?
  • 7. How natural was the mechanism which controlled movement through the environment?
  • 8. How aware were you of events occurring in the real world around you?
  • 9. How aware were you of your display and control devices?
  • 10. How compelling was your sense of objects moving through space?

PQ-Presence Questionnaire - Kritik von Mel SlaterCriticism by Mel Slater

  • Mel Slater äußerte kurz nach der Veröffentlichung des PQ heftige KritikMel Slater criticised the PQ shortly after publication
  • Sein Hauptargument gegen die Verwendung des PQ ist, dass nur subjektive Beurteilungen im Vordergrund stehen und damit keine Trennung zwischen systemischer Immersion und persönlichem Gefühl von Präsenz ermittelt werden kann.His main argument against using the PQ is, that only subjective assessment is in the focus and thus no distinction between systemic immersion and personal fealings of presence are made.
  • Neben diesem Argument gibt es auch noch weitere methodische Probleme.Besides this argument there are also some methodological problems.
  • Slater würde den ITQ jedoch verwenden, da es dort um persönliche Unterschiede geht.Slater, however, would use the ITQ, as it addresses personal differences.
  • Allerdings würde Slater am liebsten auf Fragebögen verzichten und andere Methoden bevorzugen.If he could, Slater would love to relinquish questionnaires and use an alternative method.
  • Slater, M. (1999). Measuring presence: A response to the Witmer and Singer presence questionnaire. Presence, MIT Press, 8, 560-565

SUS Questionnaire

SUS

  • SUS = Slater, Usoh, Steed - Fragebogen wurde in einem Paper der drei Autoren vorgestelltThis questionnaire was made public in one of the papers of the three authors
    • 1. Please rate your sense of being in the virtual environment, on a scale of 1 to 7, where 7 represents your normal experience of being in a place.
    • 2. To what extent were there times during the experience when the virtual environment was the reality for you?
    • 3. When you think back to the experience, do you think of the virtual environment more as images that you saw or more as somewhere that you visited?
    • 4. During the time of the experience, which was the strongest on the whole, your sense of being in the virtual environment or of being elsewhere?
    • 5. Consider your memory of being in the virtual environment. How similar in terms of the structure of the memory is this to the structure of the memory of other places you have been today? By ‘structure of the memory’ consider things like the extent to which you have a visual memory of the virtual environment, whether that memory is in colour, the extent to which the memory seems vivid or realistic, its size, location in your imagination, the extent to which it is panoramic in your imagination, and other such structural elements.
    • 6. During the time of your experience, did you often think to yourself that you were actually in the virtual environment?
Slater, M.; Usoh, M. & Steed, A. (1994). Depth of presence in virtual environments. Presence - Teleoperators and Virtual Environments, Cambridge, MA: MIT Press, 3, 130-144

Weitere FragebögenMore Questionnaires

  • VR-Questionnaire - VRQ
  • Telepresence in Videoconference Scale
  • Igroup Presence Questionnaire
  • Children's Presence Questionnaire
  • TC-Sense of Presence Inventory (ITC-SOPI)

Anwendungsbezogene FragebögenApplication Specific Questionnaires

Idee: wenn bei anwendungsbezogenen Fragebögen in der virtuellen Simulation vergleichbare Ergebnisse zu denen in der Realität erzielt werden, hat man eine für den Anwendungszweck geeignete/ausreichende Präsenz erzeugt. Die Vergleichbarkeit ist insbesondere wichtig für Therapie und Training. General idea: if in an application specific questionnaire people provide similar answers regardless whether they conducted the task in virtual reality or in real life, than the virtual reality has achieved a sufficient degree of presence. This comparability between virtual reality and real life is of uttermost importance for training and therapy.

  • Fear of Flying Inventory (FFI)
  • Questionnaire on Attitude Towards Flying (QAF)

Fragebögen in Frage gestelltQuestionnaires Challenged

Können Fragebögen zwischen Realität und Virtueller Realität unterscheidenCan questionnaires tell real life from virtual reality?

  • Slater und Kollegen sind dieser Frage nachgegangenSlater and colleagues followed this question.
  • Vergleich mittels SUS und PQ von Aufgaben, die einmal im Realen und einer virtuellen Kopie durchgeführt wurdenComparison of SUS and PQ on tasks, which were done in real life as well as in a virtual simulation
  • Ergebnis: PQ zeigt keinen Unterschied, SUS ermittelt nur marginal größere Präsenz in der RealitätResult: the PQ did not find any difference and the SUS determined only a slightly larger presence in real life.
  • Fragebögen können also eher verwendet werden, um persönliche Unterschiede festzuhalten und weniger, um verschiedene Systeme zu vergleichenThey follow that questionnaires are thus better suited to capture individual differences than to compare different systems
  • Wichtige Einsicht: Wenn ein Wissenschaftler einen Laien sehr spezielle Fragen, wie die nach dem "Gefühl dort zu sein", stellt, so muss der Laie die Fragen zwangsläufig auf Grund seines Wissens interpretieren und wird z.B. dann nicht zwingend eine 7 verteilen - auch wenn der Experte es an seiner Stelle getan hätte.Important insight: If a scientist asks a laymen a specific question, such as about the fealing of being there, the laymen cannot help but interpret this question according to his personal experience. The laymen might not be aware of the full range of the scale and thus the rating might be differnt then that of the expert.
Usoh, M.; Catena, E.; Arman, S. & Slater, M. (2000). Using presence questionnaires in reality. Presence: Teleoperators & Virtual Environments, MIT Press, 9, 497-503

Fragebögen in Frage gestelltQuestionnaires Challenged

Können Fragebögen zwischen Realität und Virtueller Realität unterscheiden?Can questionnaires differentiate between real life and virtual reality?

Reales Büro aus der StudieReal office used in the study
Virtuelles Büro aus der StudieVirtual office used in the study

Physiologische KennzahlenPhysiological Indicators

  • HerzfrequenzHeart frequency
  • HautleitfähigkeitSkin conductance
  • Idee: Bruch von Präsenz lässt sich in Herzfrequenz ablesenIdea: break of presence can be read in changes of the heart frequency
  • Unter anderem gefunden vonInter alia found by Slater et al. (2006)
  • Vision: könnte online genutzt werden, um aktuellen Zustand zu überwachen und unterstützend einzugreifencould be used online to assess the state of the user and intervene if necessary
Slater et al. (2006). Analysis of Physiological Responses to a Social Situation in an Immersive Virtual Environment. Presence: Teleoperators and Virtual Environments 15:5, 553-569
Bio-Sensor zum Messen von Herzfrequenz und Hautleitfähigkeit (PASION Projekt)Bio-sensors for measuring heart frequency and skin conductance (PASION project)

Andere MethodenOther Methods

  • Analyse des SprachgebrauchsAnalyzing Speech Usage
    • ähnlich zu den anwendungsbezogenen Methoden (Vrgl. real vs. virtuell)similar to application specific methods (comparing real life vs. virtual reality)
    • Beispiel: Verwendung von lokaler oder distaler Deixis (hier vs. dort). Ein Nutzer, der sich präsent fühlt, wird eher von "hier" sprechen, während sich ein Nutzer mit geringerer Präsenz eher von "dort" sprechen könnte.Example: usage of local or distal deicis (here vs. there). A user with a high fealing of presence could use "here" whereas a user with a lower fealing of presence could use "there" to refer to a place or an object.
Kramer, A. D. I.; Oh, L. M. & Fussell, S. R. (2006). Using linguistic features to measure presence in computer-mediated communication. Proceedings of the SIGCHI conference on Human Factors in computing systems, ACM, 913-916

LiteraturLiterature

ZusammenfassungSummary

ZusammenfassungSummary

Inhalte dieser VeranstaltungTopic of this lecture

  • Immersion und PräsenzImmersion and Presence
  • BegriffsbestimmungDefinitions
  • Methoden zur MessungMethods for measuring

Fazit: Präsenz und Immersion definieren das Ziel vieler VR Installationen, gleichzeitig ist es jedoch schwierig, die Begriffe genau zu bestimmen.Conclusion: presence and immersion define the goals of many VR installations, at the same time, however, it is difficult to even define the concepts.

Noch fehlen geeignete Methoden, um eine eindeutige Aussage über den Grad von Präsenz oder Immersion treffen zu können. Bisherige Ansätze haben damit noch viele Schwierigkeiten.We are still missing methods which would provide a precise degree of presence or immersion.