Mapping of realism in rendering onto perception of presence in augmented reality

Abstract

Augmented Reality (AR) integriert virtuelle computergenerierte Objekte in die reale Umgebung. Im Idealfall fügen sich virtuelle Objekte in die reale Welt so ein, dass der Benutzer die virtuellen Objekte so wahrnimmt als wäre es Teil der realen Umgebung. Dass sich ein virtuelles Objekt in die reale Umgebung einfügt ist auch unter dem Konzept der Präsenz bekannt. Ein hohes Maß an Präsenz (oder auch Anwesenheit) ist besonders wichtig, wenn eine AR-Anwendung virtuelle Personen verwendet, um mit dem Benutzer zu interagieren. In dieser Arbeit wird untersucht ob eine visuelle realistische Darstellung (im weiteren Realismus) in AR-Anwendungen wichtig ist um ein hohes Maß an Präsenz zu erzielen. Zwei Hypothesen wurden erstellt um den Einfluss von Realismus auf die Wahrnehmung der Präsenz und auf den Benutzerkomfort bzw. Benutzererfahrung innerhalb von AR-Anwendungen zu untersuchen. H1: "Die Erhöhung des Realismus erhöht das Gefühl von Präsenz und Benutzerkomfort / Benutzererfahrung.". H2: "Der Uncanny Valley Effekt kann innerhalb des Experiments beobachtet werden.". Um die aufgestellten Hypothesen zu untersuchen wurde eine Benutzerstudie durchgeführt, in der die Teilnehmer eine virtuelle Person mit unterschiedlichen Realitätsniveaus beobachteten. Jedes Realitätsniveau unterschied sich in Geometrie, Textur und Lichtquellen. Die entwickelte AR-Anwendung beinhaltete ein Rendering-System, mit dem das Realitätsniveau der virtuellen Personen eingestellt werden konnte. Die Ergebnisse unterstützten teilweise die erste Hypothese (H1) und zeigen, dass visueller Realismus ein wichtiger Faktor ist, um ein höheres Gefühl der Präsenz in einer AR-Anwendung zu erreichen. Die zweite Hypothese (H2) wurde nicht unterstützt. Wahrscheinlich aufgrund von technischen Einschränkungen, die eine realistische virtuelle Darstellung einer virtuellen Person nicht zuließen, so dass der Teilnehmer glauben würde, dass es tatsächlich eine reale Person sein könnte. Das wichtigste Novum dieser Arbeit ist die Fokussierung auf das Präsenzgefühl gegenüber virtuellen Personen in AR-Anwendungen. Anders als Studien im Bereich VR weißen aktuelle Studien im Bereich AR darauf hin, dass der Einfluss von visuellen Realismus auf die Wahrnehmung der Präsenz unterschiedlich ist. Zukünftige Entwicklungen von AR-Anwendung mit dem Ziel hoher Präsenz zu erreichen können die Ergebnisse dieser Arbeit als Basis verwenden. Vor allem, wenn virtuelle Menschen verwendet werden, um mit Benutzern zu interagieren.

Augmented Reality (AR) is about seamless integration of virtual computer-generated objects into the real-world view. Ideally, virtual objects should blend into the real world so that the user feels like the virtual objects are "here". The sense of something being ''here'' is also known as the concept of presence. Presence is especially important if an AR application is using virtual humans to interact with the user. This thesis examines if the visual realism is essential to achieve the highest possible presence in an AR application. Two hypotheses were posed to examine the effect of realism on the perception of presence and the convenience of users within AR applications. H1: ''Increasing the level of realism increases the sense of presence and convenience of users.''. H2: ''The Uncanny Valley effect can be observed within the experiment.''. The approach of this thesis to examine these hypotheses was to conduct a user study in which the participants experienced a virtual human with a specific visual realism levels. Each visual realism level differs in geometry, texture and lights. The developed AR application included a rendering system which allows the levels of realism of the virtual human to be set. The results partially supported the first hypothesis (H1) and indicated that visual realism is an important factor to achieve a higher sense of presence within an AR application. The second hypothesis (H2) was not supported, most probably due to technical limitations which did not allow such a realistic virtual representation of a human so that the participant would believe it could be a real person. The main novelty of this thesis is its focus on the presence of virtual humans within AR. Recent studies showed that the influence of visual realism on the sense of presence if different in the field of AR than in VR. Future presence demanding AR application can take the results of this thesis of basis to achieve a higher sense of presence. Especially, if virtual humans are used to interact with users.