Effects of hyperlinks on navigation in virtual environments

Hyperlinks introduce discontinuities of movement to 3-D virtual environments (VEs). Nine independent attributes of hyperlinks are defined and their likely effects on navigation in VEs are discussed. Four experiments are described in which participants repeatedly navigated VEs that were either conventional (i.e. obeyed the laws of Euclidean space), or contained hyperlinks. Participants learned spatial knowledge slowly in both types of environment, echoing the findings of previous studies that used conventional VEs. The detrimental effects on participants' spatial knowledge of using hyperlinks for movement were reduced when a time-delay was introduced, but participants still developed less accurate knowledge than they did in the conventional VEs. Visual continuity had a greater influence on participants' rate of learning than continuity of movement, and participants were able to exploit hyperlinks that connected together disparate regions of a VE to reduce travel time

Navigation: am I really lost or virtually there?

Data is presented from virtual environment (VE) navigation studies that used building- and chessboard-type layouts. Participants learned by repeated navigation, spending several hours in each environment. While some participants quickly learned to navigate efficiently, others remained almost totally disoriented. In the virtual buildings this disorientation was illustrated by mean direction estimate errors of approximately 90°, and in the chessboard VEs disorientation was highlighted by the large number of rooms that some participants visited. Part of the cause of disorientation, and generally slow spatial learning, lies in the difficulty participants had learning the paths they had followed through the VEs

Using teleporting, awareness and multiple views to improve teamwork in collaborative virtual environments

Mobile Group Dynamics (MGDs) are a suite of techniques that help people work together in large-scale collaborative virtual environments (CVEs). The present paper describes the implementation and evaluation of three additional MGDs techniques (teleporting, awareness and multiple views) which, when combined, produced a 4 times increase in the amount that participants communicated in a CVE and also significantly increased the extent to which participants communicated over extended distances in the CVE. The MGDs were evaluated using an urban planning scenario using groups of either seven (teleporting + awareness) or eight (teleporting + awareness + multiple views) participants. The study has implications for CVE designers, because it provides quantitative and qualitative data about how teleporting, awareness and multiple views improve groupwork in CVEs. Categories and Subject Descriptors (according to ACM CCS): C.2.4 [Computer-Communication Networks]: Distributed Systems – Distributed applications; H.1.2 [Models and Principles]: User/Machine Systems – Human factors; Software psychology; H.5.1 [Information Interfaces and Presentation]: Multimedia Information Systems – Artificial, augmented and virtual realities; H.5.3 [Information Interfaces and Presentation]: Group and Organization Interfaces – Collaborative computing; Computer-supported cooperative work; Synchronous interaction; I.3.7[Computer Graphics]: Three Dimensional Graphics and Realism – Virtual Realit

Maps, agents and dialogue for exploring a virtual world

In previous years we have been involved in several projects in which users (or visitors) had to find their way in information-rich virtual environments. 'Information-rich' means that the users do not know beforehand what is available in the environment, where to go in the environment to find the information and, moreover, users or visitors do not necessarily know exactly what they are looking for. Information-rich means also that the information may change during time. A second visit to the same environment will require different behavior of the visitor in order for him or her to obtain similar information than was available during a previous visit. In this paper we report about two projects and discuss our attempts to generalize from the different approaches and application domains to obtain a library of methods and tools to design and implement intelligent agents that inhabit virtual environments and where the agents support the navigation of the user/visitor

Cognition and the Web

Empirical research related to the Web has typically focused on its impact to social relationships and wider society; however, the cognitive impact of the Web is also an increasing focus of scientific interest and research attention. In this paper, I attempt to provide an overview of what I see as the important issues in the debate regarding the relationship between human cognition and the Web. I argue that the Web is potentially poised to transform our cognitive and epistemic profiles, but that in order to understand the nature of this influence we need to countenance a position that factors in the available scientific evidence, the changing nature of our interaction with the Web, and the possibility that many of our everyday cognitive achievements rely on complex webs of social and technological scaffolding. I review the literature relating to the cognitive effects of current Web technology, and I attempt to anticipate the cognitive impact of next-generation technologies, such as Web-based augmented reality systems and the transition to data-centric modes of information representation. I suggest that additional work is required to more fully understand the cognitive impact of both current and future Web technologies, and I identify some of the issues for future scientific work in this area. Given that recent scientific effort around the Web has coalesced into a new scientific discipline, namely that of Web Science, I suggest that many of the issues related to cognition and the Web could form part of the emerging Web Science research agenda

Toward a Semiotic Framework for Using Technology in Mathematics Education: The Case of Learning 3D Geometry

This paper proposes and examines a semiotic framework to inform the use of technology in mathematics education. Semiotics asserts that all cognition is irreducibly triadic, of the nature of a sign, fallible, and thoroughly immersed in a continuing process of interpretation (Halton, 1992). Mathematical meaning-making or meaningful knowledge construction is a continuing process of interpretation within multiple semiotic resources including typological, topological, and social-actional resources. Based on this semiotic framework, an application named VRMath has been developed to facilitate the learning of 3D geometry. VRMath utilises innovative virtual reality (VR) technology and integrates many semiotic resources to form a virtual reality learning environment (VRLE) as well as a mathematical microworld (Edwards, 1995) for learning 3D geometry. The semiotic framework and VRMath are both now being evaluated and will be re-examined continuously

Three levels of metric for evaluating wayfinding

Three levels of virtual environment (VE) metric are proposed, based on: (1) users’ task performance (time taken, distance traveled and number of errors made), (2) physical behavior (locomotion, looking around, and time and error classification), and (3) decision making (i.e., cognitive) rationale (think aloud, interview and questionnaire). Examples of the use of these metrics are drawn from a detailed review of research into VE wayfinding. A case study from research into the fidelity that is required for efficient VE wayfinding is presented, showing the unsuitability in some circumstances of common metrics of task performance such as time and distance, and the benefits to be gained by making fine-grained analyses of users’ behavior. Taken as a whole, the article highlights the range of techniques that have been successfully used to evaluate wayfinding and explains in detail how some of these techniques may be applied

Sensing and awareness of 360º immersive videos on the move

Tese de mestrado em Engenharia Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Ao apelar a vários sentidos e transmitir um conjunto muito rico de informação, o vídeo tem o potencial para causar um forte impacto emocional nos espectadores, assim como para a criação de uma forte sensação de presença e ligação com o vídeo. Estas potencialidades podem ser estendidas através de percepção multimídia, e da flexibilidade da mobilidade. Com a popularidade dos dispositivos móveis e a crescente variedade de sensores e actuadores que estes incluem, existe cada vez mais potencial para a captura e visualização de vídeo em 360º enriquecido com informação extra (metadados), criando assim as condições para proporcionar experiências de visualização de vídeo mais imersivas ao utilizador. Este trabalho explora o potencial imersivo do vídeo em 360º. O problema é abordado num contexto de ambientes móveis, assim como num contexto da interação com ecrãs de maiores dimensões, tirando partido de second screens para interagir com o vídeo. De realçar que, em ambos os casos, o vídeo a ser reproduzido é aumentado com vários tipos de informação. Foram assim concebidas várias funcionalidades para a captura, pesquisa, visualização e navegação de vídeo em 360º. Os resultados confirmaram a existência de vantagens no uso de abordagens multisensoriais como forma de melhorar as características imersivas de um ambiente de vídeo. Foram também identificadas determinadas propriedades e parâmetros que obtêm melhores resultados em determinadas situações. O vídeo permite capturar e apresentar eventos e cenários com grande autenticidade, realismo e impacto emocional. Para além disso, tem-se vindo a tornar cada vez mais pervasivo no quotidiano, sendo os dispositivos pessoais de captura e reprodução, a Internet, as redes sociais, ou a iTV exemplos de meios através dos quais o vídeo chega até aos utilizadores (Neng & Chambel, 2010; Noronha et al, 2012). Desta forma, a imersão em vídeo tem o potencial para causar um forte impacto emocional nos espectadores, assim como para a criação de uma forte sensação de presença e ligação com o vídeo (Douglas & Hargadon, 2000; Visch et al, 2010). Contudo, no vídeo tradicional a experiência dos espectadores é limitada ao ângulo para o qual a câmara apontava durante a captura do vídeo. A introdução de vídeo em 360º veio ultrapassar essa restrição. Na busca de melhorar ainda mais as capacidades imersivas do vídeo podem ser considerados tópicos como a percepção multimídia e a mobilidade. Os dispositivos móveis têm vindo a tornar-se cada vez mais omnipresentes na sociedade moderna, e, dada a grande variedade de sensores e actuadores que incluem, oferecem um largo espectro de oportunidades de captura e reprodução de vídeo em 360º enriquecido com informação extra (metadados), tendo portanto o potencial para melhorar o paradigma de interação e providenciar suporte a experiências de visualização de vídeo mais ponderosas e imersivas. Contudo, existem desafios relacionados com o design de ambientes eficazes que tirem partido deste potencial de imersão. Ecrãs panorâmicos e CAVEs são exemplos de ambientes que caminham na direção da imersão total e providenciam condições privilegiadas no que toca à reprodução de vídeo imersivo. Porém, não são muito convenientes e, especialmente no caso das CAVEs, não são facilmente acessíveis. Por outro lado, a flexibilidade associada aos dispositivos móveis poderia permitir que os utilizadores tirassem partido dos mesmos usando-os, por exemplo, como uma janela (móvel) para o vídeo no qual estariam imersos. Mais do que isso, seguindo esta abordagem os utilizadores poderiam levar estas experiências de visualização consigo para qualquer lugar. Como second screens, os dispositivos móveis podem ser usados como auxiliares de navegação relativamente aos conteúdos apresentados no ecrã principal (seja este um ecrã panorâmico ou uma CAVE), representando também uma oportunidade para fazer chegar informação adicional ao utilizador, eliminando do ecrã principal informação alheia ao conteúdo base, o que proporciona uma melhor sensação de imersão e flexibilidade. Este trabalho explora o potencial imersivo do vídeo em 360º em ambientes móveis aumentado com vários tipos de informação. Nesse sentido, e estendendo um trabalho anterior (Neng, 2010; Noronha, 2012; Álvares, 2012) que incidiu maioritariamente na dimensão participativa de imersão, a presente abordagem centrou-se na dimensão perceptual de imersão. Neste âmbito, foram concebidas, desenvolvidas e testadas várias funcionalidades, agrupadas numa aplicação de visualização de vídeo em 360º – Windy Sight Surfers. Considerando a crescente popularidade dos dispositivos móveis na sociedade e as características que os tornam numa oportunidade para melhorar a interação homem-máquina e, mais especificamente, suportar experiências de visualização de vídeo mais imersivas, a aplicação Windy Sight Surfers está fortemente relacionada com ambientes móveis. Considerando as possibilidades de interação que o uso de second screens introduz, foi concebida uma componente do Windy Sight Surfers relacionada com a interação com ecrãs de maiores dimensões. Os vídeos utilizados no Windy Sight Surfers são vídeos em 360º, aumentados com uma série de informações registadas a partir do Windy Sight Surfers durante a sua captura. Isto é, enquanto a câmara captura os vídeos, a aplicação regista informação adicional – metadados – obtida a partir de vários sensores do dispositivo, que complementa e enriquece os vídeos. Nomeadamente, são capturadas as coordenadas geográficas e a velocidade de deslocamento a partir do GPS, a orientação do utilizador a partir da bússola digital, os valores relativos às forças-G associadas ao dispositivo através do acelerómetro, e são recolhidas as condições atmosféricas relativas ao estado do tempo através de um serviço web. Quando capturados, os vídeos, assim como os seus metadados, podem ser submetidos para o sistema. Uma vez capturados e submetidos, os vídeos podem ser pesquisados através do mais tradicional conjunto de palavras chave, de filtros relacionados com a natureza da aplicação (ex. velocidade, período do dia, condições atmosféricas), ou através de um mapa, o que introduz uma componente geográfica ao processo de pesquisa. Os resultados podem ser apresentados numa convencional lista, no formato de uma cover-flow, ou através do mapa. No que respeita à visualização dos vídeos, estes são mapeados em torno de um cilindro, que permite representar a vista dos 360º e transmitir a sensação de estar parcialmente rodeado pelo vídeo. Uma vez que a visualização de vídeos decorre em dispositivos móveis, os utilizadores podem deslocar continuamente o ângulo de visão do vídeo 360º para a esquerda ou direita ao mover o dispositivo em seu redor, como se o dispositivo se tratasse de uma janela para o vídeo em 360º. Adicionalmente, os utilizadores podem alterar o ângulo de visualização arrastando o dedo pelo vídeo, uma vez que todo o ecrã consiste numa interface deslizante durante a visualização de vídeos em 360º. Foram ainda incorporadas na aplicação várias funcionalidades que pretendem dar um maior realismo à visualização de vídeos. Nomeadamente, foi desenvolvido um acessório de vento na plataforma Arduino que leva em conta os metadados de cada vídeo para produzir vento e assim dar uma sensação mais realista do vento e da velocidade do deslocamento durante a visualização dos vídeos. De referir que o algoritmo implementado leva em conta não só a velocidade de deslocamento, como também o estado do tempo em termos de vento (força e orientação) aquando da captura do vídeo, e a orientação do utilizador de acordo com o ângulo do vídeo a ser visualizado durante a reprodução do vídeo. Considerando a componente áudio dos vídeos, neste sistema, o áudio de cada vídeo é mapeado num espaço sonoro tridimensional, que pode ser reproduzido num par de auscultadores estéreo. Neste espaço sonoro, a posição das fontes sonoras está associada ao ângulo frontal do vídeo e, como tal, muda de acordo com o ângulo do vídeo a ser visualizado. Isto é, se o utilizador estiver a visualizar o ângulo frontal do vídeo, as fontes sonoras estarão localizadas diante da cabeça do utilizador; se o utilizador estiver a visualizar o ângulo traseiro do vídeo, as fontes sonoras estarão localizadas por de trás da cabeça do utilizador. Uma vez que os vídeos têm 360º, a posição das fontes sonoras varia em torno de uma circunferência à volta da cabeça do utilizador, sendo o intuito o de dar uma orientação adicional no vídeo que está a ser visualizado. Para aumentar a sensação de movimento através do áudio, foi explorado o Efeito de Doppler. Este efeito pode ser descrito como a alteração na frequência observada de uma onda, ocorrendo quando a fonte ou o observador se encontram em movimento entre si. Devido ao facto deste efeito ser associado à noção de movimento, foi conduzida uma experiência com o intuito de analisar se o uso controlado do Efeito de Doppler tem o potencial de aumentar a sensação de movimento durante a visualização dos vídeos. Para isso, foi adicionada uma segunda camada sonora cuja função é reproduzir o Efeito de Doppler ciclicamente e de forma controlada. Esta reprodução foi relacionada com a velocidade de deslocamento do vídeo de acordo seguinte proporção: quanto maior a velocidade, maior será a frequência com que este efeito é reproduzido. Estas funcionalidades são relativas à procura de melhorar as capacidades imersivas do sistema através da estimulação sensorial dos utilizadores. Adicionalmente, o Windy Sight Surfers inclui um conjunto de funcionalidades cujo objectivo se centra em melhorar as capacidades imersivas do sistema ao providenciar ao utilizador informações que consciencializem o utilizador do contexto do vídeo, permitindo assim que este se aperceba melhor do que se está a passar no vídeo. Mais especificamente, estas funcionalidades estão dispostas numa camada por cima do vídeo e disponibilizam informações como a velocidade atual, a orientação do ângulo do vídeo a ser observado, ou a força-G instantânea. A acrescentar que as diferentes funcionalidades se dividem numa categoria relativa a informação que é disponibilizada permanentemente durante a reprodução de vídeos, e numa segunda categoria (complementar da primeira) relativa a informação que é disponibilizada momentaneamente, sendo portanto relativa a determinadas porções do vídeo. Procurando conceber uma experiência mais envolvente para o utilizador, foi incorporado um reconhecedor emocional baseado em reconhecimento de expressões faciais no Windy Sight Surfers. Desta forma, as expressões faciais dos utilizadores são analisadas durante a reprodução de vídeos, sendo os resultados desta análise usados em diferentes funcionalidades da aplicação. Presentemente, a informação emocional tem três aplicações no ambiente desenvolvido, sendo usada em: funcionalidades de catalogação e pesquisa de vídeos; funcionalidades que influenciam o controlo de fluxo da aplicação; e na avaliação do próprio sistema. Considerando o contexto do projeto de investigação ImTV (url-ImTV), e com o intuito de tornar a aplicação o mais flexível possível, o Windy Sight Surfers tem uma componente second screen, permitindo a interação com ecrãs mais amplos, como por exemplo televisões. Desta forma, é possível utilizar os dois dipositivos em conjunto por forma a retirar o melhor proveito de cada um com o objectivo de aumentar as capacidades imersivas do sistema. Neste contexto, os vídeos passam a ser reproduzidos no ecrã conectado, ao passo que a aplicação móvel assume as funcionalidades de controlar o conteúdo apresentado no ecrã conectado e disponibilizar um conjunto de informações adicionais, tais como um minimapa, onde apresenta uma projeção planar dos 360º do vídeo, e um mapa da zona geográfica associada ao vídeo onde se representa o percurso em visualização em tempo real e percursos adicionais que sejam respeitantes a vídeos associados à mesma zona geográfica do vídeo a ser visualizado no momento. Foi efectuada uma avaliação de usabilidade com utilizadores, tendo como base o questionário USE e o Self-Assessment Manikin (SAM) acoplado de dois parâmetros adicionais relativos a presença e realismo. Com base na observação durante a realização de tarefas por parte dos utilizadores, foram realizadas entrevistas onde se procurou obter comentários, sugestões ou preocupações sobre as funcionalidades testadas. Adicionalmente, a ferramenta de avaliação emocional desenvolvida foi utilizada de forma a registar quais as emoções mais prevalentes durante a utilização da aplicação. Por fim, as potencialidades imersivas globais do Windy Sight Surfers foram avaliadas através da aplicação do Immersive Tendencies Questionnaire (ITQ) e de uma versão adaptada do Presence Questionnaire (PQ). Os resultados confirmaram a existência de vantagens no uso de abordagens multisensoriais como forma de melhorar as características imersivas de um ambiente de vídeo. Para além disso, foram identificadas determinadas propriedades e parâmetros que obtêm melhores resultados e são mais satisfatórios em determinadas condições, podendo assim estes resultados servir como diretrizes para futuros ambientes relacionados com vídeo imersivo.By appealing to several senses and conveying very rich information, video has the potential for a strong emotional impact on viewers, greatly influencing their sense of presence and engagement. This potential may be extended even further with multimedia sensing and the flexibility of mobility. Mobile devices are commonly used and increasingly incorporating a wide range of sensors and actuators with the potential to capture and display 360º video and metadata, thus supporting more powerful and immersive video user experiences. This work was carried out in the context of the ImTV research project (url-ImTV), and explores the immersion potential of 360º video. The matter is approached in a mobile environment context, and in a context of interaction with wider screens, using second screens in order to interact with video. It must be emphasized that, in both situations, the videos are augmented with several types of information. Therefore, several functionalities were designed regarding the capture, search, visualization and navigation of 360º video. Results confirmed advantages in using a multisensory approach as a means to increase immersion in a video environment. Furthermore, specific properties and parameters that worked better in different conditions have been identified, thus enabling these results to serve as guidelines for future environments related to immersive video