Virtual humanoids and presence in virtual environments

  • Virtuelle Humanoide und Präsenz in Virtuellen Umgebungen

Valvoda, Jakob T.; Bischof, Christian (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2007)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Kurzfassung

Das Kernthema dieser Arbeit behandelt die Simulation von virtuellen Humanoiden und die Evaluierung ihrer Nutzung als Avatare in virtuellen Umgebungen. Die Arbeit befasst sich unter anderem mit Simulationsmethoden, die den Einsatz von virtuellen Humanoiden in virtuellen Umgebungen ermöglichen. Den Hauptbestandteil allerdings bilden die experimentellen Untersuchungen der Zusammenhänge zwischen Benutzern und ihren Avataren. Die sich daraus ergebende Schlussfolgerung besagt, dass virtuelle Humanoide vorteilhaft in einer Vielzahl von typischen Interaktionsszenarien eingesetzt werden können. Notwendige Technologien zur interaktiven Simulation von virtuellen Humanoiden in virtuellen Umgebungen werden in dieser Arbeit detailliert behandelt. Das hierfür entwickelte VRZula-System wird in seiner Gesamtheit beschrieben und die einzelnen Hauptmerkmale werden ausführlich behandelt. Insbesondere werden die Aspekte der mehrschichtigen, aus funktionaler Anatomie abgeleiteten Datenstruktur, die Kapselung der abstrakten Daten vor den Simulationsalgorithmen und die gezielte Steuerung und Regelung der Modifikation der Basisdaten beschrieben. Dieser strukturierte und grundlegende Ansatz führt zu einem System für virtuelle Humanoide, welches erweiterbar und flexibel in seiner Nutzung ist. So ist das System in der Lage, umfangreich modellierte virtuelle Humanoide in verteilten virtuellen Umgebungen zu simulieren. VRZula integriert nicht nur eine Vielzahl von Ansätzen zur Darstellung von virtuellen Humanoiden, sondern auch Strategien zur Simulation der Kinematik und der Physiologie. Grundlegende Verbesserungen werden in den Bereichen der Deformation der Muskulatur, der Synchronisation multimodaler Repräsentationsdaten, dem Aufbau von Bewegungsgraphen und dem Ganzkörper-Tracking präsentiert. Das VRZula-System wird im Rahmen dieser Arbeit für die experimentelle Überprüfung von mehreren Hypothesen verwendet, welche den Einsatz von virtuellen Humanoiden in virtuellen Umgebungen hinterfragen. Es werden zwei zielgerichtete Studien vorgestellt, welche den Einfluss von virtuellen Humanoiden auf das Empfinden der Präsenz näher untersuchen. Die Studien haben gezeigt, dass mit synchroner Kinematik ausgestattete Avatare in der Lage sind, die Benutzerkinematik dermaßen zu beeinflussen, dass optimale Bewegungen im Virtuellen entstehen. Auch wenn die zusätzlichen, durch die Verwendung von exozentrischen Avataren induzierten mentalen Aufmerksamkeitsprozesse zu einer Verringerung des Präsenz-Empfindens in kopfferenen virtuellen Umgebungen führen, konnte die starke Identifikation der Benutzer mit ihren Avataren gezeigt werden. Darüber hinaus wurden Korrelationen zwischen Präsenz-Metriken und physiologischen Reaktionen ermittelt. Die beiden vorgestellten Studien bilden die Grundlage für eine ausführliche Diskussion der Verwendung virtueller Humanoide als Avatare in typischen Interaktionsszenarien. Navigationsaufgaben und insbesondere Manipulationsaufgaben werden in diesem Zusammenhang als vorteilhafte Nutzungsszenarien identifiziert. Eine Empfehlung zur Verwendung von Avataren mit synchroner Kinematik wird aufgrund der erarbeiteten Erkenntnisse ausgesprochen. Das entwickelte VRZula-System und die vorgestellten Experimente bereichern den derzeitigen Kenntnisstand bezüglich virtueller Humanoide und unterstützen ausdrücklich ihre Anwendung in virtuellen Umgebungen. Die zentrale Rolle von virtuellen Humanoiden als die grundlegende Technologie für zukünftige Interaktionsmethoden in fortschrittlichen virtuellen Umgebungen wird durch diese Arbeit verdeutlicht.

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