VR Bridges: Simulation von unebenen Flächen in VR

Abstract

Virtuelle Realität (VR) verspricht ein grenzenloses Erfahrungspotential. Durch technische Einschränkungen sind jedoch derzeitige VR-Erfahrungen oft in vielerlei Hinsicht begrenzt. Begehbare gewölbt-unebene Oberflächen sind in der Realität allgegenwärtig, in VR aber kaum verwirklicht. Gleichzeitig ermöglicht VR aber die Veränderung und Manipulation von Wahrnehmung, und bietet dadurch Mittel zur Neuformung der Erfahrung. In dieser Diplomarbeit untersuchen wir die Möglichkeit, begehbare gewölbte Oberflächen in VR durch multi-sensorische Sinnesreize zu simulieren. Wir erkunden die menschliche Wahrnehmung von Höhe und Neigung, und entwerfen einen multi-modalen Ansatz, in dem visuelle Manipulationen, haptische und vibro-taktile Reize kombiniert werden. Unser Ansatz wird durch die Konstruktion von physischen Brückenrequisiten und die Entwicklung einer komplexen Softwareapplikation verwirklicht, die den Zufuhr der verschiedenen Sinnesreize an den Benutzer ermöglichen. In zwei Benutzerstudien evaluieren wir die Brauchbarkeit eines flachen und eines gewölbten Brückenrequisits für die Simulation von verschiedenen virtuellen Oberflächenhöhen. Die Daten, die im Laufe der Studien gesammelt werden, werden einer quantitativen und qualitativen Analyse unterzogen. Unsere Ergebnisse lassen darauf schließen, dass eine tatsächlich gewölbte Oberfläche die überzeugende Simulation von deutlich höheren virtuellen Oberflächen ermöglicht, als die physische Höhe der echten Oberfläche. Das haptische Feedback und die propriozeptiven Signale der gewölbte Oberfläche führen zu Benutzerschätzungen, die näher an den Werten sind, die von den visuellen Reizen suggeriert werden. Die flache physische Oberfläche wird weniger realistisch empfunden und führt trotz simulierter visuellen Höhen- und Neigungssignalen zu Unterschätzungen. Für die Simulation von kleineren Unebenheiten kann sie jedoch verwendet werden.

Virtual reality (VR) promises boundless potential for experiences. Yet, due to technical restrictions, current VR experiences are often limited in many ways and incomparable to their real-world counterparts. Walkable smooth uneven surfaces are inherent to reality but lacking in VR. At the same time, VR enables the alteration and manipulation of perception, offering tools for reshaping the experience. In this thesis, we explore the possibility of simulating walkable smooth uneven surfaces in VR via a multi-sensory stimulation approach. We examine human height and slant perception and incorporate our findings into a multi-modal approach by combining visual manipulations, haptic and vibrotactile stimuli. Our approach is realized by constructing physical bridge props and creating a complex software application to introduce multi-sensory stimuli to the user. The simulation is evaluated in two user studies, each focusing on one of two differently shaped physical bridge props. In the studies, we evaluate the feasibility of a flat and an upward curved prop for the simulation of different virtual surface heights. The data collected during the studies is subjected to a qualitative and quantitative analysis. Our results suggest that the use of a curved prop enables the convincing simulation of significantly higher uneven surfaces than the actual height of the prop. The haptic feedback of the curved surface and the proprioceptive cues of actual vertical traversal facilitate user provided height and slant estimations to be closer to the values suggested by the visual cues. The use of a flat prop is less realistic and leads to height and slant underestimations, despite the simulated visual height and slant cues.However, a flat surface might be still used to simulate indentations and protrusions with smaller height differences.