Evaluation of the Effectiveness of Cloning Techniques for Architectural Virtual Environments

We made the first attempt towards building effective domain-specific interaction techniques for a cloning task. Five interaction techniques were designed and evaluated considering different aspects of domain requirements and human limitations. We demonstrated their effectiveness of designed techniques in two usability studies. The results suggested that no single technique is best for all task conditions. Techniques designed for cloning improved the domain task performance profoundly. The work suggests a further direction: passing domain knowledge to the design process to increase the usefulness of VEs

The design-by-adaptation approach to universal access: learning from videogame technology

This paper proposes an alternative approach to the design of universally accessible interfaces to that provided by formal design frameworks applied ab initio to the development of new software. This approach, design-byadaptation, involves the transfer of interface technology and/or design principles from one application domain to another, in situations where the recipient domain is similar to the host domain in terms of modelled systems, tasks and users. Using the example of interaction in 3D virtual environments, the paper explores how principles underlying the design of videogame interfaces may be applied to a broad family of visualization and analysis software which handles geographical data (virtual geographic environments, or VGEs). One of the motivations behind the current study is that VGE technology lags some way behind videogame technology in the modelling of 3D environments, and has a less-developed track record in providing the variety of interaction methods needed to undertake varied tasks in 3D virtual worlds by users with varied levels of experience. The current analysis extracted a set of interaction principles from videogames which were used to devise a set of 3D task interfaces that have been implemented in a prototype VGE for formal evaluation

Study of the interaction with a virtual 3D environment displayed on a smartphone

Les environnements virtuels à 3D (EV 3D) sont de plus en plus utilisés dans différentes applications telles que la CAO, les jeux ou la téléopération. L'évolution des performances matérielles des Smartphones a conduit à l'introduction des applications 3D sur les appareils mobiles. En outre, les Smartphones offrent de nouvelles capacités bien au-delà de la communication vocale traditionnelle qui sont consentis par l'intégrité d'une grande variété de capteurs et par la connectivité via Internet. En conséquence, plusieurs intéressantes applications 3D peuvent être conçues en permettant aux capacités de l'appareil d'interagir dans un EV 3D. Sachant que les Smartphones ont de petits et aplatis écrans et que EV 3D est large, dense et contenant un grand nombre de cibles de tailles différentes, les appareils mobiles présentent certaines contraintes d'interaction dans l'EV 3D comme : la densité de l'environnement, la profondeur de cibles et l'occlusion. La tâche de sélection fait face à ces trois problèmes pour sélectionner une cible. De plus, la tâche de sélection peut être décomposée en trois sous-tâches : la Navigation, le Pointage et la Validation. En conséquence, les chercheurs dans un environnement virtuel 3D ont développé de nouvelles techniques et métaphores pour l'interaction en 3D afin d'améliorer l'utilisation des applications 3D sur les appareils mobiles, de maintenir la tâche de sélection et de faire face aux problèmes ou facteurs affectant la performance de sélection. En tenant compte de ces considérations, cette thèse expose un état de l'art des techniques de sélection existantes dans un EV 3D et des techniques de sélection sur Smartphone. Il expose les techniques de sélection dans un EV 3D structurées autour des trois sous-tâches de sélection: navigation, pointage et validation. En outre, il décrit les techniques de désambiguïsation permettant de sélectionner une cible parmi un ensemble d'objets présélectionnés. Ultérieurement, il expose certaines techniques d'interaction décrites dans la littérature et conçues pour être implémenter sur un Smartphone. Ces techniques sont divisées en deux groupes : techniques effectuant des tâches de sélection bidimensionnelle sur un Smartphone et techniques exécutant des tâches de sélection tridimensionnelle sur un Smartphone. Enfin, nous exposons les techniques qui utilisaient le Smartphone comme un périphérique de saisie. Ensuite, nous discuterons la problématique de sélection dans un EV 3D affichée sur un Smartphone. Il expose les trois problèmes identifiés de sélection : la densité de l'environnement, la profondeur des cibles et l'occlusion. Ensuite, il établit l'amélioration offerte par chaque technique existante pour la résolution des problèmes de sélection. Il analyse les atouts proposés par les différentes techniques, la manière dont ils éliminent les problèmes, leurs avantages et leurs inconvénients. En outre, il illustre la classification des techniques de sélection pour un EV 3D en fonction des trois problèmes discutés (densité, profondeur et occlusion) affectant les performances de sélection dans un environnement dense à 3D. Hormis pour les jeux vidéo, l'utilisation d'environnement virtuel 3D sur Smartphone n'est pas encore démocratisée. Ceci est dû au manque de techniques d'interaction proposées pour interagir avec un dense EV 3D composé de nombreux objets proches les uns des autres et affichés sur un petit écran aplati et les problèmes de sélection pour afficher l' EV 3D sur un petit écran plutôt sur un grand écran. En conséquence, cette thèse se concentre sur la proposition et la description du fruit de cette étude : la technique d'interaction DichotoZoom. Elle compare et évalue la technique proposée à la technique de circulation suggérée par la littérature. L'analyse comparative montre l'efficacité de la technique DichotoZoom par rapport à sa contrepartie. Ensuite, DichotoZoom a été évalué selon les différentes modalités d'interaction disponibles sur les Smartphones. Cette évaluation montre la performance de la technique de sélection proposée basée sur les quatre modalités d'interaction suivantes : utilisation de boutons physiques ou sous forme de composants graphiques, utilisation d'interactions gestuelles via l'écran tactile ou le déplacement de l'appareil lui-même. Enfin, cette thèse énumère nos contributions dans le domaine des techniques d'interaction 3D utilisées dans un environnement virtuel 3D dense affiché sur de petits écrans et propose des travaux futurs.3D Virtual Environments (3D VE) are more and more used in different applications such as CAD, games, or teleoperation. Due to the improvement of smartphones hardware performance, 3D applications were also introduced to mobile devices. In addition, smartphones provide new computing capabilities far beyond the traditional voice communication. They are permitted by the variety of built-in sensors and the internet connectivity. In consequence, interesting 3D applications can be designed by enabling the device capabilities to interact in a 3D VE. Due to the fact that smartphones have small and flat screens and that a 3D VE is wide and dense with a large number of targets of various sizes, mobile devices present some constraints in interacting on the 3D VE like: the environment density, the depth of targets and the occlusion. The selection task faces these three problems to select a target. In addition, the selection task can be decomposed into three subtasks: Navigation, Pointing and Validation. In consequence, researchers in 3D virtual environment have developed new techniques and metaphors for 3D interaction to improve 3D application usability on mobile devices, to support the selection task and to face the problems or factors affecting selection performance. In light of these considerations, this thesis exposes a state of the art of the existing selection techniques in 3D VE and the selection techniques on smartphones. It exposes the selection techniques in 3D VE structured around the selection subtasks: navigation, pointing and validation. Moreover, it describes disambiguation techniques providing the selection of a target from a set of pre-selected objects. Afterward, it exposes some interaction techniques described in literature and designed for implementation on Smartphone. These techniques are divided into two groups: techniques performing two-dimensional selection tasks on smartphones, and techniques performing three-dimensional selection tasks on smartphones. Finally, we expose techniques that used the smartphone as an input device. Then, we will discuss the problematic of selecting in 3D VE displayed on a Smartphone. It exposes the three identified selection problems: the environment density, the depth of targets and the occlusion. Afterward, it establishes the enhancement offered by each existing technique in solving the selection problems. It analysis the assets proposed by different techniques, the way they eliminates the problems, their advantages and their inconvenient. Furthermore, it illustrates the classification of the selection techniques for 3D VE according to the three discussed problems (density, depth and occlusion) affecting the selection performance in a dense 3D VE. Except for video games, the use of 3D virtual environment (3D VE) on Smartphone has not yet been popularized. This is due to the lack of interaction techniques to interact with a dense 3D VE composed of many objects close to each other and displayed on a small and flat screen and the selection problems to display the 3D VE on a small screen rather on a large screen. Accordingly, this thesis focuses on defining and describing the fruit of this study: DichotoZoom interaction technique. It compares and evaluates the proposed technique to the Circulation technique, suggested by the literature. The comparative analysis shows the effectiveness of DichotoZoom technique compared to its counterpart. Then, DichotoZoom was evaluated in different modalities of interaction available on Smartphones. It reports on the performance of the proposed selection technique based on the following four interaction modalities: using physical buttons, using graphical buttons, using gestural interactions via touchscreen or moving the device itself. Finally, this thesis lists our contributions to the field of 3D interaction techniques used in a dense 3D virtual environment displayed on small screens and proposes some future works

Integrating 2D Mouse Emulation with 3D Manipulation for Visualizations on a Multi-Touch Table

We present the Rizzo, a multi-touch virtual mouse that has been designed to provide the fine grained interaction for information visualization on a multi-touch table. Our solution enables touch interaction for existing mouse-based visualizations. Previously, this transition to a multi-touch environment was difficult because the mouse emulation of touch surfaces is often insufficient to provide full information visualization functionality. We present a unified design, combining many Rizzos that have been designed not only to provide mouse capabilities but also to act as zoomable lenses that make precise information access feasible. The Rizzos and the information visualizations all exist within a touch-enabled 3D window management system. Our approach permits touch interaction with both the 3D windowing environment as well as with the contents of the individual windows contained therein. We describe an implementation of our technique that augments the VisLink 3D visualization environment to demonstrate how to enable multi-touch capabilities on all visualizations written with the popular prefuse visualization toolkit.

Multimodal metaphors for generic interaction tasks in virtual environments

Virtual Reality (VR) Systeme bieten zusätzliche Ein- und Ausgabekanäle für die Interaktion zwischen Mensch und Computer in virtuellen Umgebungen. Solche VR Technologien ermöglichen den Anwendern bessere Einblicke in hochkomplexe Datenmengen, stellen allerdings auch hohe Anforderungen an den Benutzer bezüglich der Fähigkeiten mit virtuellen Objekten zu interagieren. In dieser Arbeit werden sowohl die Entwicklung und Evaluierung neuer multimodaler Interaktionsmetaphern für generische Interaktionsaufgaben in virtuellen Umgebungen vorgestellt und diskutiert. Anhand eines VR Systems wird der Einsatz dieser Konzepte an zwei Fallbeispielen aus den Domänen der 3D-Stadtvisualisierung und seismischen Volumendarstellung aufgezeigt

Online avatar based interactions

The gridWorld project attempts to utilize 3D to develop an online multi-user visual chat system. GridWorld address ideas of how conversations in a virtual environment can be facilitated and enhanced by an abstract visual interface design. The visual interface was developed from research and examination of existing ideas, methodologies and application for development of user-embodiment, chat/virtual space, and interface useability towards the visualization of communication

Real-Time Markerless Tracking the Human Hands for 3D Interaction

This thesis presents methods for enabling suitable human computer interaction using only movements of the bare human hands in free space. This kind of interaction is natural and intuitive, particularly because actions familiar to our everyday life can be reflected. Furthermore, the input is contact-free which is of great advantage e.g. in medical applications due to hygiene factors. For enabling the translation of hand movements to control signals an automatic method for tracking the pose and/or posture of the hand is needed. In this context the simultaneous recognition of both hands is desirable to allow for more natural input. The first contribution of this thesis is a novel video-based method for real-time detection of the positions and orientations of both bare human hands in four different predefined postures, respectively. Based on such a system novel interaction interfaces can be developed. However, the design of such interfaces is a non-trivial task. Additionally, the development of novel interaction techniques is often mandatory in order to enable the design of efficient and easily operable interfaces. To this end, several novel interaction techniques are presented and investigated in this thesis, which solve existing problems and substantially improve the applicability of such a new device. These techniques are not restricted to this input instrument and can also be employed to improve the handling of other interaction devices. Finally, several new interaction interfaces are described and analyzed to demonstrate possible applications in specific interaction scenarios.Markerlose Verfolgung der menschlichen Hände in Echtzeit für 3D Interaktion In der vorliegenden Arbeit werden Verfahren dargestellt, die sinnvolle Mensch- Maschine-Interaktionen nur durch Bewegungen der bloßen Hände in freiem Raum ermöglichen. Solche "natürlichen" Interaktionen haben den besonderen Vorteil, dass alltägliche und vertraute Handlungen in die virtuelle Umgebung übertragen werden können. Außerdem werden auf diese Art berührungslose Eingaben ermöglicht, nützlich z.B. wegen hygienischer Aspekte im medizinischen Bereich. Um Handbewegungen in Steuersignale umsetzen zu können, ist zunächst ein automatisches Verfahren zur Erkennung der Lage und/oder der Art der mit der Hand gebildeten Geste notwendig. Dabei ist die gleichzeitige Erfassung beider Hände wünschenswert, um die Eingaben möglichst natürlich gestalten zu können. Der erste Beitrag dieser Arbeit besteht aus einer neuen videobasierten Methode zur unmittelbaren Erkennung der Positionen und Orientierungen beider Hände in jeweils vier verschiedenen, vordefinierten Gesten. Basierend auf einem solchen Verfahren können neuartige Interaktionsschnittstellen entwickelt werden. Allerdings ist die Ausgestaltung solcher Schnittstellen keinesfalls trivial. Im Gegenteil ist bei einer neuen Art der Interaktion meist sogar die Entwicklung neuer Interaktionstechniken erforderlich, damit überhaupt effiziente und gut bedienbare Schnittstellen konzipiert werden können. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit einige neue Interaktionstechniken entwickelt und untersucht, die vorhandene Probleme beheben und die Anwendbarkeit eines solchen Eingabeinstruments für bestimmte Arten der Interaktion verbessern oder überhaupt erst ermöglichen. Diese Techniken sind nicht auf dieses Eingabeinstrument beschränkt und können durchaus auch die Handhabung anderer Eingabegeräte verbessern. Des Weiteren werden mehrere neue Interaktionsschnittstellen präsentiert, die den möglichen Einsatz bloßhändiger Interaktion in verschiedenen, typischen Anwendungsgebieten veranschaulichen