Design, development and evaluation of first-/third-person hybrid locomotion techniques in virtual reality

Abstract

Many novel virtual reality locomotion techniques have been developed to maximize the usage of limited VR tracking space while avoiding potential motion sickness. Modern academic research concerning these techniques seemingly focuses itself mostly on techniques that require the user to stand, and often move their legs. This work argues for a need for locomotion techniques that can be used entirely seated, and that the most commonly used VR locomotion technique teleportation is lacking in key factors, such as immediate lateral movement and the ability to jump. Thus, two novel locomotion techniques featuring a third person perspective and a remote controlled avatar were developed. The hypothesis here is that these new techniques will allow users to quickly and intuitively react to any given challenges, and allow for a more enjoyable and immersive experience than teleportation, all without causing simulator sick-ness. The first control scheme developed in this work is called static camera, as it uses pre-placed camera locations in a scene, from which a user can see their avatar. By entering predesigned volumes, the perspective is automatically switched to a new location, to allow for a more advantageous view of the scene. Furthermore, the user can switch to a first person perspective at any time upon pressing a button. The second control scheme developed is called dynamic camera. Here, the virtual scene is shrunk down when viewed from a third person perspective. When moving, the view smoothly moves with the avatar, while only a small cutout around it is visible. Behind the visible part of the scene a checkered box is shown to ground the user in their perspective, thus preventing motion sickness. The user can also switch to first person whenever de-sired. Multiple trials were conducted testing static camera, dynamic camera and teleportation. Performance was measured and preferences of the users were recorded. Furthermore every test subject had to fill out a Presence Questionnaire and a Simulator Sickness Questionnaire. Trials showed that while there was no control scheme that can be seen as universally superior to the others, dynamic camera seems to be preferred for navigation, while teleportation leads to higher immersion. Both third person techniques caused high levels of enjoyment when jumping was encouraged. No statistical difference levels in simulator sickness or presence compared to teleportation could be shown.

Viele neue Virtual-Reality-Fortbewegungstechniken wurden entwickelt, um den begrenzten VR-Tracking-Raum optimal zu nutzen und VR bedingte Übelkeit zu reduzieren. Die akademische Forschung konzentriert sich scheinbar hauptsächlich auf Techniken, bei denen User stehen und ihre Beine häufig bewegen müssen. Diese Arbeit betont den Bedarf an sitzenden Fortbewegungstechniken, die auch wichtige Eigenschaften wie sofortige seitliche Bewegung und die Fähigkeit zum Springen aufweisen, die bei der häufig verwendeten VR-Fortbewegungstechnik „Teleportation" fehlen. Zwei neuartige Third-Person-Perspektive Fortbewegungstechniken wurden entwickelt. Die Hypothese hier ist, dass diese neuen Techniken es Usern ermöglichen, schnell und intuitiv auf jede gegebene Herausforderung zu reagieren und ein angenehmeres und immersiveres Erlebnis als Teleportation zu ermöglichen, ohne VR bedingte Übelkeit zu verursachen. Das erste Steuerungsschema, „static camera“, verwendet vorab platzierte Kamerapositionen in einer Szene, von denen aus User ihren Avatar sehen können. Durch das betreten von vorplatzierten Volumes wechselt die Perspektive automatisch zu einem neuen Stand-ort für eine bessere Sicht. User können jederzeit in die Ego-Perspektive wechseln. Das zweite Steuerungsschema, „dynamic camera", verkleinert die virtuelle Szene aus einer Vogelperspektive. Beim Bewegen bewegt sich die Ansicht fließend mit dem Avatar, während nur ein kleiner Ausschnitt um ihn herum sichtbar ist. Hinter dem sichtbaren Teil der Szene wird ein karierter Hintergrund gezeigt, um die User in ihrer Perspektive zu verankern und so VR bedingte Übelkeit vorzubeugen. User können jederzeit auch in die Ego-Perspektive wechseln. Eine User Study wurde ausgeführt, bei denen die Fähigkeiten der static camera, der dynamic camera und von Teleportation getestet wurden. Die Leistung wurde gemessen und die Präferenzen der Teilnehmer erfasst. Darüber hinaus mussten alle Teilnehmer einen Presence Questionnaire und einen Simulator Sickness Questionnaire ausfüllen. Die User Study zeigte, dass es zwar kein Steuerungsschema gab, das den anderen allgemein als überlegen angesehen werden kann, dynamic camera jedoch für die Navigation bevorzugt wird, während Teleportation zu einer stärkeren Immersion führt. Beide Third-Person-Techniken sorgten für großen Spaß, wobei die Fähigkeit zu Springen besonders beliebt war. Es konnten keine statistischen Unterschiede in der Übelkeit oder Präsenz im Vergleich zur Teleportation festgestellt werden.