MetaSpace II: Object and full-body tracking for interaction and navigation in social VR

MetaSpace II (MS2) is a social Virtual Reality (VR) system where multiple users can not only see and hear but also interact with each other, grasp and manipulate objects, walk around in space, and get tactile feedback. MS2 allows walking in physical space by tracking each user's skeleton in real-time and allows users to feel by employing passive haptics i.e., when users touch or manipulate an object in the virtual world, they simultaneously also touch or manipulate a corresponding object in the physical world. To enable these elements in VR, MS2 creates a correspondence in spatial layout and object placement by building the virtual world on top of a 3D scan of the real world. Through the association between the real and virtual world, users are able to walk freely while wearing a head-mounted device, avoid obstacles like walls and furniture, and interact with people and objects. Most current virtual reality (VR) environments are designed for a single user experience where interactions with virtual objects are mediated by hand-held input devices or hand gestures. Additionally, users are only shown a representation of their hands in VR floating in front of the camera as seen from a first person perspective. We believe, representing each user as a full-body avatar that is controlled by natural movements of the person in the real world (see Figure 1d), can greatly enhance believability and a user's sense immersion in VR.Comment: 10 pages, 9 figures. Video: http://living.media.mit.edu/projects/metaspace-ii

The virtual environment display system

Virtual environment technology is a display and control technology that can surround a person in an interactive computer generated or computer mediated virtual environment. It has evolved at NASA-Ames since 1984 to serve NASA's missions and goals. The exciting potential of this technology, sometimes called Virtual Reality, Artificial Reality, or Cyberspace, has been recognized recently by the popular media, industry, academia, and government organizations. Much research and development will be necessary to bring it to fruition

Using CNNs For Users Segmentation In Video See-Through Augmented Virtuality

In this paper, we present preliminary results on the use of deep learning techniques to integrate the users self-body and other participants into a head-mounted video see-through augmented virtuality scenario. It has been previously shown that seeing users bodies in such simulations may improve the feeling of both self and social presence in the virtual environment, as well as user performance. We propose to use a convolutional neural network for real time semantic segmentation of users bodies in the stereoscopic RGB video streams acquired from the perspective of the user. We describe design issues as well as implementation details of the system and demonstrate the feasibility of using such neural networks for merging users bodies in an augmented virtuality simulation.Comment: 6 pages, 6 figures. Published in the 2nd International Conference on Artificial Intelligence & Virtual Reality (IEEE AIVR 2019

TeleOperator/telePresence System (TOPS) Concept Verification Model (CVM) development

The development of an anthropomorphic, undersea manipulator system, the TeleOperator/telePresence System (TOPS) Concept Verification Model (CVM) is described. The TOPS system's design philosophy, which results from NRaD's experience in undersea vehicles and manipulator systems development and operations, is presented. The TOPS design approach, task teams, manipulator, and vision system development and results, conclusions, and recommendations are presented

Enhancing interaction in mixed reality

With continuous technological innovation, we observe mixed reality emerging from research labs into the mainstream. The arrival of capable mixed reality devices transforms how we are entertained, consume information, and interact with computing systems, with the most recent being able to present synthesized stimuli to any of the human senses and substantially blur the boundaries between the real and virtual worlds. In order to build expressive and practical mixed reality experiences, designers, developers, and stakeholders need to understand and meet its upcoming challenges. This research contributes a novel taxonomy for categorizing mixed reality experiences and guidelines for designing mixed reality experiences. We present the results of seven studies examining the challenges and opportunities of mixed reality experiences, the impact of modalities and interaction techniques on the user experience, and how to enhance the experiences. We begin with a study determining user attitudes towards mixed reality in domestic and educational environments, followed by six research probes that each investigate an aspect of reality or virtuality. In the first, a levitating steerable projector enables us to investigate how the real world can be enhanced without instrumenting the user. We show that the presentation of in-situ instructions for navigational tasks leads to a significantly higher ability to observe and recall real-world landmarks. With the second probe, we enhance the perception of reality by superimposing information usually not visible to the human eye. In amplifying the human vision, we enable users to perceive thermal radiation visually. Further, we examine the effect of substituting physical components with non-functional tangible proxies or entirely virtual representations. With the third research probe, we explore how to enhance virtuality to enable a user to input text on a physical keyboard while being immersed in the virtual world. Our prototype tracked the user’s hands and keyboard to enable generic text input. Our analysis of text entry performance showed the importance and effect of different hand representations. We then investigate how to touch virtuality by simulating generic haptic feedback for virtual reality and show how tactile feedback through quadcopters can significantly increase the sense of presence. Our final research probe investigates the usability and input space of smartphones within mixed reality environments, pairing the user’s smartphone as an input device with a secondary physical screen. Based on our learnings from these individual research probes, we developed a novel taxonomy for categorizing mixed reality experiences and guidelines for designing mixed reality experiences. The taxonomy is based on the human sensory system and human capabilities of articulation. We showcased its versatility and set our research probes into perspective by organizing them inside the taxonomic space. The design guidelines are divided into user-centered and technology-centered. It is our hope that these will contribute to the bright future of mixed reality systems while emphasizing the new underlining interaction paradigm.Mixed Reality (vermischte Realitäten) gehen aufgrund kontinuierlicher technologischer Innovationen langsam von der reinen Forschung in den Massenmarkt über. Mit der Einführung von leistungsfähigen Mixed-Reality-Geräten verändert sich die Art und Weise, wie wir Unterhaltungsmedien und Informationen konsumieren und wie wir mit Computersystemen interagieren. Verschiedene existierende Geräte sind in der Lage, jeden der menschlichen Sinne mit synthetischen Reizen zu stimulieren. Hierdurch verschwimmt zunehmend die Grenze zwischen der realen und der virtuellen Welt. Um eindrucksstarke und praktische Mixed-Reality-Erfahrungen zu kreieren, müssen Designer und Entwicklerinnen die künftigen Herausforderungen und neuen Möglichkeiten verstehen. In dieser Dissertation präsentieren wir eine neue Taxonomie zur Kategorisierung von Mixed-Reality-Erfahrungen sowie Richtlinien für die Gestaltung von solchen. Wir stellen die Ergebnisse von sieben Studien vor, in denen die Herausforderungen und Chancen von Mixed-Reality-Erfahrungen, die Auswirkungen von Modalitäten und Interaktionstechniken auf die Benutzererfahrung und die Möglichkeiten zur Verbesserung dieser Erfahrungen untersucht werden. Wir beginnen mit einer Studie, in der die Haltung der nutzenden Person gegenüber Mixed Reality in häuslichen und Bildungsumgebungen analysiert wird. In sechs weiteren Fallstudien wird jeweils ein Aspekt der Realität oder Virtualität untersucht. In der ersten Fallstudie wird mithilfe eines schwebenden und steuerbaren Projektors untersucht, wie die Wahrnehmung der realen Welt erweitert werden kann, ohne dabei die Person mit Technologie auszustatten. Wir zeigen, dass die Darstellung von in-situ-Anweisungen für Navigationsaufgaben zu einer deutlich höheren Fähigkeit führt, Sehenswürdigkeiten der realen Welt zu beobachten und wiederzufinden. In der zweiten Fallstudie erweitern wir die Wahrnehmung der Realität durch Überlagerung von Echtzeitinformationen, die für das menschliche Auge normalerweise unsichtbar sind. Durch die Erweiterung des menschlichen Sehvermögens ermöglichen wir den Anwender:innen, Wärmestrahlung visuell wahrzunehmen. Darüber hinaus untersuchen wir, wie sich das Ersetzen von physischen Komponenten durch nicht funktionale, aber greifbare Replikate oder durch die vollständig virtuelle Darstellung auswirkt. In der dritten Fallstudie untersuchen wir, wie virtuelle Realitäten verbessert werden können, damit eine Person, die in der virtuellen Welt verweilt, Text auf einer physischen Tastatur eingeben kann. Unser Versuchsdemonstrator detektiert die Hände und die Tastatur, zeigt diese in der vermischen Realität an und ermöglicht somit die verbesserte Texteingaben. Unsere Analyse der Texteingabequalität zeigte die Wichtigkeit und Wirkung verschiedener Handdarstellungen. Anschließend untersuchen wir, wie man Virtualität berühren kann, indem wir generisches haptisches Feedback für virtuelle Realitäten simulieren. Wir zeigen, wie Quadrokopter taktiles Feedback ermöglichen und dadurch das Präsenzgefühl deutlich steigern können. Unsere letzte Fallstudie untersucht die Benutzerfreundlichkeit und den Eingaberaum von Smartphones in Mixed-Reality-Umgebungen. Hierbei wird das Smartphone der Person als Eingabegerät mit einem sekundären physischen Bildschirm verbunden, um die Ein- und Ausgabemodalitäten zu erweitern. Basierend auf unseren Erkenntnissen aus den einzelnen Fallstudien haben wir eine neuartige Taxonomie zur Kategorisierung von Mixed-Reality-Erfahrungen sowie Richtlinien für die Gestaltung von solchen entwickelt. Die Taxonomie basiert auf dem menschlichen Sinnessystem und den Artikulationsfähigkeiten. Wir stellen die vielseitige Verwendbarkeit vor und setzen unsere Fallstudien in Kontext, indem wir sie innerhalb des taxonomischen Raums einordnen. Die Gestaltungsrichtlinien sind in nutzerzentrierte und technologiezentrierte Richtlinien unterteilt. Es ist unsere Anliegen, dass diese Gestaltungsrichtlinien zu einer erfolgreichen Zukunft von Mixed-Reality-Systemen beitragen und gleichzeitig die neuen Interaktionsparadigmen hervorheben

PrivacEye: Privacy-Preserving Head-Mounted Eye Tracking Using Egocentric Scene Image and Eye Movement Features

Eyewear devices, such as augmented reality displays, increasingly integrate eye tracking but the first-person camera required to map a user's gaze to the visual scene can pose a significant threat to user and bystander privacy. We present PrivacEye, a method to detect privacy-sensitive everyday situations and automatically enable and disable the eye tracker's first-person camera using a mechanical shutter. To close the shutter in privacy-sensitive situations, the method uses a deep representation of the first-person video combined with rich features that encode users' eye movements. To open the shutter without visual input, PrivacEye detects changes in users' eye movements alone to gauge changes in the "privacy level" of the current situation. We evaluate our method on a first-person video dataset recorded in daily life situations of 17 participants, annotated by themselves for privacy sensitivity, and show that our method is effective in preserving privacy in this challenging setting.Comment: 10 pages, 6 figures, supplementary materia