VR Lab: User Interaction in Virtual Environments using Space and Time Morphing

Abstract

Virtual Reality (VR) allows exploring changes in space and time that would otherwise be difficult to simulate in the real world. It becomes possible to transform the virtual world by increasing or diminishing distances or playing with time delays. Analysing the adaptability of users to different space-time conditions allows studying human perception and finding the right combination of interaction paradigms. Different methods have been proposed in the literature to offer users intuitive techniques for navigating wide virtual spaces, even if restricted to small physical play areas. Other studies investigate latency tolerance, suggesting humans’ inability to detect slight discrepancies between visual and proprioceptive sensory information. These studies contribute valuable insights for designing immersive virtual experiences and interaction techniques suitable for each task. This dissertation presents the design, implementation, and evaluation of a tangible VR Lab where spatiotemporal morphing scenarios can be studied. As a case study, we restricted the scope of the research to three spatial morphing scenarios and one temporal morphing scenario. The spatial morphing scenarios compared Euclidean and hyperbolic geometries, studied size discordance between physical and virtual objects, and the representation of hands in VR. The temporal morphing scenario investigated from what visual delay the task performance is affected. The users’ adaptability to the different spatiotemporal conditions was assessed based on task completion time, questionnaires, and observed behaviours. The results revealed significant differences between Euclidean and hyperbolic spaces. They also showed a preference for handling virtual and physical objects with concordant sizes, without any virtual representation of the hands. Although task performance was affected from 200 ms onwards, participants considered the ease of the task to be affected only from 500 ms visual delay onwards.

A Realidade Virtual (RV) permite explorar mudanças no espaço e no tempo que de outra forma seriam difíceis de simular no mundo real. Torna-se possível transformar o mundo virtual aumentando ou diminuindo as distâncias ou manipulando os atrasos no tempo. A análise da adaptabilidade dos utilizadores a diferentes condições espaço-temporais permite estudar a perceção humana e encontrar a combinação certa de paradigmas de interação. Diferentes métodos têm sido propostos na literatura para oferecer aos utilizadores técnicas intuitivas de navegação em espaços virtuais amplos, mesmo que restritos a pequenas áreas físicas de jogo. Outros estudos investigam a tolerância à latência, sugerindo a incapacidade do ser humano de detetar ligeiras discrepâncias entre a informação sensorial visual e propriocetiva. Estes estudos contribuem com valiosas informações para conceber experiências virtuais imersivas e técnicas de interação adequadas a cada tarefa. Esta dissertação apresenta o desenho, implementação e avaliação de um Laboratório de RV tangível onde podem ser estudados cenários de distorção espaço-temporal. Como estudo de caso, restringimos o âmbito da investigação a três cenários de distorção espacial e um cenário de distorção temporal. Os cenários de distorção espacial compararam geometrias Euclidianas e hiperbólicas, estudaram a discordância de tamanho entre objetos físicos e virtuais, e a representação das mãos em RV. O cenário de distorção temporal investigou a partir de que atraso visual o desempenho da tarefa é afetado. A adaptabilidade dos utilizadores às diferentes condições espaço-temporais foi avaliada com base no tempo de conclusão da tarefa, questionários, e comportamentos observados. Os resultados revelaram diferenças significativas entre os espaços Euclidiano e hiperbólico. Também mostraram a preferência pelo manuseamento de objetos virtuais e físicos com tamanhos concordantes, sem qualquer representação virtual das mãos. Embora o desempenho da tarefa tenha sido afetado a partir dos 200 ms, os participantes consideraram que a facilidade da tarefa só foi afetada a partir dos 500 ms de atraso visual.