Supporting a Closely Coupled Task between a Distributed Team: Using Immersive Virtual Reality Technology

Collaboration and teamwork is important in many areas of our lives. People come together to share and discuss ideas, split and distribute work or help and support each other. The sharing of information and artefacts is a central part of collaboration. This often involves the manipulation of shared objects, both sequentially as well as concurrently. For coordinating an efficient collaboration, communication between the team members is necessary. This can happen verbally in form of speech or text and non-verbally through gesturing, pointing, gaze or facial expressions and the referencing and manipulation of shared objects. Collaborative Virtual Environments (CVE) allow remote users to come together and interact with each other and virtual objects within a computer simulated environment. Immersive display interfaces, such as a walk-in display (e.g. CAVE), that place a human physically into the synthetic environment, lend themselves well to support a natural manipulation of objects as well a set of natural non-verbal human communication, as they can both capture and display human movement. Communication of tracking data, however, can saturate the network and result in delay or loss of messages vital to the manipulation of shared objects. This paper investigates the reality of shared object manipulation between remote users collaborating through linked walk-in displays and extends our research in [27]. Various forms of shared interaction are examined through a set of structured sub tasks within a representative construction task. We report on extensive user-trials between three walk-in displays in the UK and Austria linked over the Internet using a CVE, and demonstrate such effects on a naive implementation of a benchmark application, the Gazebo building task. We then present and evaluate application-level workarounds and conclude by suggesting solutions that may be implemented within next-generation CVE infrastructures

Human factors in instructional augmented reality for intravehicular spaceflight activities and How gravity influences the setup of interfaces operated by direct object selection

In human spaceflight, advanced user interfaces are becoming an interesting mean to facilitate human-machine interaction, enhancing and guaranteeing the sequences of intravehicular space operations. The efforts made to ease such operations have shown strong interests in novel human-computer interaction like Augmented Reality (AR). The work presented in this thesis is directed towards a user-driven design for AR-assisted space operations, iteratively solving issues arisen from the problem space, which also includes the consideration of the effect of altered gravity on handling such interfaces.Auch in der bemannten Raumfahrt steigt das Interesse an neuartigen Benutzerschnittstellen, um nicht nur die Mensch-Maschine-Interaktion effektiver zu gestalten, sondern auch um einen korrekten Arbeitsablauf sicherzustellen. In der Vergangenheit wurden wiederholt Anstrengungen unternommen, Innenbordarbeiten mit Hilfe von Augmented Reality (AR) zu erleichtern. Diese Arbeit konzentriert sich auf einen nutzerorientierten AR-Ansatz, welcher zum Ziel hat, die Probleme schrittweise in einem iterativen Designprozess zu lösen. Dies erfordert auch die Berücksichtigung veränderter Schwerkraftbedingungen

Exploring the potential of physical visualizations

The goal of an external representation of abstract data is to provide insights and convey information about the structure of the underlying data, therefore helping people execute tasks and solve problems more effectively. Apart from the popular and well-studied digital visualization of abstract data there are other scarcely studied perceptual channels to represent data such as taste, sound or haptic. My thesis focuses on the latter and explores in which ways human knowledge and ability to sense and interact with the physical non-digital world can be used to enhance the way in which people analyze and explore abstract data. Emerging technological progress in digital fabrication allow an easy, fast and inexpensive production of physical objects. Machines such as laser cutters and 3D printers enable an accurate fabrication of physical visualizations with different form factors as well as materials. This creates, for the first time, the opportunity to study the potential of physical visualizations in a broad range. The thesis starts with the description of six prototypes of physical visualizations from static examples to digitally augmented variations to interactive artifacts. Based on these explorations, three promising areas of potential for physical visualizations were identified and investigated in more detail: perception & memorability, communication & collaboration, and motivation & self-reflection. The results of two studies in the area of information recall showed that participants who used a physical bar chart retained more information compared to the digital counterpart. Particularly facts about maximum and minimum values were be remembered more efficiently, when they were perceived from a physical visualization. Two explorative studies dealt with the potential of physical visualizations regarding communication and collaboration. The observations revealed the importance on the design and aesthetic of physical visualizations and indicated a great potential for their utilization by audiences with less interest in technology. The results also exposed the current limitations of physical visualizations, especially in contrast to their well-researched digital counterparts. In the area of motivation we present the design and evaluation of the Activity Sculptures project. We conducted a field study, in which we investigated physical visualizations of personal running activity. It was discovered that these sculptures generated curiosity and experimentation regarding the personal running behavior as well as evoked social dynamics such as discussions and competition. Based on the findings of the aforementioned studies this thesis concludes with two theoretical contributions on the design and potential of physical visualizations. On the one hand, it proposes a conceptual framework for material representations of personal data by describing a production and consumption lens. The goal is to encourage artists and designers working in the field of personal informatics to harness the interactive capabilities afforded by digital fabrication and the potential of material representations. On the other hand we give a first classification and performance rating of physical variables including 14 dimensions grouped into four categories. This complements the undertaking of providing researchers and designers with guidance and inspiration to uncover alternative strategies for representing data physically and building effective physical visualizations.Um aus abstrakten Daten konkrete Aussagen, komplexe Zusammenhänge oder überraschende Einsichten gewinnen zu können, müssen diese oftmals in eine, für den Menschen, anschauliche Form gebracht werden. Eine weitverbreitete und gut erforschte Möglichkeiten ist die Darstellung von Daten in visueller Form. Weniger erforschte Varianten sind das Verkörpern von Daten durch Geräusche, Gerüche oder physisch ertastbare Objekte und Formen. Diese Arbeit konzentriert sich auf die letztgenannte Variante und untersucht wie die menschlichen Fähigkeiten mit der physischenWelt zu interagieren dafür genutzt werden können, das Analysieren und Explorieren von Daten zu unterstützen. Der technische Fortschritt in der digitalen Fertigung vereinfacht und beschleunigt die Produktion von physischen Objekten und reduziert dabei deren Kosten. Lasercutter und 3D Drucker ermöglichen beispielsweise eine maßgerechte Fertigung physischer Visualisierungen verschiedenster Ausprägungen hinsichtlich Größe und Material. Dadurch ergibt sich zum ersten Mal die Gelegenheit, das Potenzial von physischen Visualisierungen in größerem Umfang zu erforschen. Der erste Teil der Arbeit skizziert insgesamt sechs Prototypen physischer Visualisierungen, wobei sowohl statische Beispiele beschrieben werden, als auch Exemplare die durch digital Inhalte erweitert werden oder dynamisch auf Interaktionen reagieren können. Basierend auf den Untersuchungen dieser Prototypen wurden drei vielversprechende Bereiche für das Potenzial physischer Visualisierungen ermittelt und genauer untersucht: Wahrnehmung & Einprägsamkeit, Kommunikation & Zusammenarbeit sowie Motivation & Selbstreflexion. Die Ergebnisse zweier Studien zur Wahrnehmung und Einprägsamkeit von Informationen zeigten, dass sich Teilnehmer mit einem physischen Balkendiagramm an deutlich mehr Informationen erinnern konnten, als Teilnehmer, die eine digitale Visualisierung nutzten. Insbesondere Fakten über Maximal- und Minimalwerte konnten besser im Gedächtnis behalten werden, wenn diese mit Hilfe einer physischen Visualisierung wahrgenommen wurden. Zwei explorative Studien untersuchten das Potenzial von physischen Visualisierungen im Bereich der Kommunikation mit Informationen sowie der Zusammenarbeit. Die Ergebnisse legten einerseits offen wie wichtig ein ausgereiftes Design und die Ästhetik von physischen Visualisierungen ist, deuteten anderseits aber auch darauf hin, dass Menschen mit geringem Interesse an neuen Technologien eine interessante Zielgruppe darstellen. Die Studien offenbarten allerdings auch die derzeitigen Grenzen von physischen Visualisierungen, insbesondere im Vergleich zu ihren gut erforschten digitalen Pendants. Im Bereich der Motivation und Selbstreflexion präsentieren wir die Entwicklung und Auswertung des Projekts Activity Sculptures. In einer Feldstudie über drei Wochen erforschten wir physische Visualisierungen, die persönliche Laufdaten repräsentieren. Unsere Beobachtungen und die Aussagen der Teilnehmer ließen darauf schließen, dass die Skulpturen Neugierde weckten und zum Experimentieren mit dem eigenen Laufverhalten einluden. Zudem konnten soziale Dynamiken entdeckt werden, die beispielsweise durch Diskussion aber auch Wettbewerbsgedanken zum Ausdruck kamen. Basierend auf den gewonnen Erkenntnissen durch die erwähnten Studien schließt diese Arbeit mit zwei theoretischen Beiträgen, hinsichtlich des Designs und des Potenzials von physischen Visualisierungen, ab. Zuerst wird ein konzeptionelles Framework vorgestellt, welches die Möglichkeiten und den Nutzen physischer Visualisierungen von persönlichen Daten veranschaulicht. Für Designer und Künstler kann dies zudem als Inspirationsquelle dienen, wie das Potenzial neuer Technologien, wie der digitalen Fabrikation, zur Darstellung persönlicher Daten in physischer Form genutzt werden kann. Des Weiteren wird eine initiale Klassifizierung von physischen Variablen vorgeschlagen mit insgesamt 14 Dimensionen, welche in vier Kategorien gruppiert sind. Damit vervollständigen wir unser Ziel, Forschern und Designern Inspiration und Orientierung zu bieten, um neuartige und effektvolle physische Visualisierungen zu erschaffen

ISMCR 1994: Topical Workshop on Virtual Reality. Proceedings of the Fourth International Symposium on Measurement and Control in Robotics

This symposium on measurement and control in robotics included sessions on: (1) rendering, including tactile perception and applied virtual reality; (2) applications in simulated medical procedures and telerobotics; (3) tracking sensors in a virtual environment; (4) displays for virtual reality applications; (5) sensory feedback including a virtual environment application with partial gravity simulation; and (6) applications in education, entertainment, technical writing, and animation