Social wayfinding strategies to explore immersive virtual environments

Bönsch, Andrea; Olivier, Anne-Hélène; Kuhlen, Torsten

doi:HT030809085

Social wayfinding strategies to explore immersive virtual environments = Social-Wayfinding-Strategien zur Exploration immersiver virtueller Umgebungen

Bönsch, Andrea^RWTH*

2024

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Andrea Bönsch, M.Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2024

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Kuhlen, Torsten (Thesis advisor)^RWTH* ; Olivier, Anne-Hélène (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-06-26

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-07063
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/989980/files/989980.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Virtual Agents (frei) ; Virtual Reality (frei) ; Wayfinding (frei) ; pedestrian flows (frei) ; personal space (frei) ; scene exploration (frei) ; social activity (frei) ; virtual guides (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Für eine Realisierung glaubwürdiger urbaner Umgebungen in der Virtuellen Realität (VR) werden neben architektonischen Rekonstruktionen auch virtuelle Agenten (VAs) zur realistischen Belebung der Szene benötigt. Diese computergesteuerten, anthropomorphen Charaktere können dabei entweder als direkte Interaktionspartner eingebettet werden oder die Szene, beispielsweise als Fußgänger, passiv beleben. Unabhängig von der Rolle der VAs liegt der Fokus für VR-Nutzer aber zuerst auf der Exploration einer zunächst unbekannten Szene, die später dann eine zielgerichtete Navigation und Interaktion ermöglicht. Der damit verbundene Wayfinding-Prozess umfasst das Verständnis der Umgebung, die Routenplanung sowie die Entscheidungsfindung. Zudem ist dieser Prozess sozial kontextualisiert, da die Anwesenheit und das Verhalten Anderer, in unserem Fall der eingebetteten VAs, den Nutzer beeinflussen. In dieser Dissertation untersuchen und verbessern wir das Verständnis von Wayfinding-Prozessen als soziale Interaktion in VR-Anwendungen. Hierzu optimieren wir in einem dreiteiligen Ansatz die Explorationsunterstützung mittels einer strategischen Integration von VAs als inhärente Komponenten von urbanen Umgebungen. Erstens entwickeln wir als theoretischen Ansatz eine nutzerzentrierte Taxonomie, die verschiedene VR-Wayfinding-Strategien kategorisiert. Wir führen VAs dabei explizit als Wayfinding-Unterstützung ein, wobei wir zwischen starkem (direkte Führung durch VAs) und schwachem Social Wayfinding (subtiler VA-Einfluss auf Navigationsentscheidungen) differenzieren. Dieser konzeptionelle Rahmen ermöglicht ein tieferes Verständnis der Nutzerinteraktion. Zweitens optimieren wir das räumliche Verhalten von VAs während der gemeinsamen Navigation. Über systematische Studien identifizieren wir nuancierte Präferenzen der Nutzer in Bezug auf zwischenmenschliche Distanzen, das VA-Verhalten in interaktionsfreien Zeiten, und sinnvolle VA-Reaktionen auf Nutzerabsichten. Aus den Resultaten leiten wir Richtlinien für ein sozialverträgliches, reaktionsfreudiges VA-Verhalten zur Förderung einer positiven Nutzererfahrung ab. Drittens ermöglichen wir die effiziente Nutzung von VAs als Social-Wayfinding-Unterstützung. Durch VR-basierte Nutzerstudien verfeinern wir das Verhalten virtueller Guides, indem wir die Führung durch den VA und die autonome Exploration des Nutzers effektiv ausbalancieren und so eine optimale Nutzer-Agenten-Interaktion bei starkem Social Wayfinding fördern. Zusätzlich schlagen wir ein empirisch validiertes VA-Design für ein schwaches Social Wayfinding vor, dass Nutzer durch Fußgängerströme auf subtile Weise lenkt. Eine vergleichende Analyse beider Ansätze hinsichtlich Nutzererfahrung und Wissensgewinn vertieft zudem unser Verständnis einer effektiven VA-Nutzung. Zusammenfassend trägt unsere Forschung zur Weiterentwicklung von VAs als fortschrittliche Mensch-Computer-Schnittstellen bei, welche die Benutzerakzeptanz und -freundlichkeit sowie die wahrgenommene soziale Präsenz in VR-Umgebungen fördern.

To create Immersive Virtual Environments (IVEs) representing believable and appealing urban spaces, high-quality architectural reconstructions alone are insufficient. Instead, these reconstructions need to be complemented by embedding Virtual Agents (VAs). These computer-controlled, anthropomorphic characters breathe life into the scene, either by actively functioning as direct interaction partners or by passively enlivening the IVEs, e.g., as virtual pedestrians. Regardless of the VAs' roles, user engagement in unfamiliar IVEs primarily revolves around scene exploration to facilitate successful navigation and interaction within the scene. The involved wayfinding procedure - encompassing users' understanding of their surroundings, route planning, and informed decision-making - is profoundly grounded in a social context where the presence and behavior of others, in our case, the embedded VAs, influence the user.The core contribution of this thesis is, thus, to enhance our understanding of wayfinding as a social activity in Virtual Reality (VR) applications. We achieved this through the optimization of user support during scene exploration by strategically integrating VAs as inherent components within IVEs. Thereby, we undertake a three-fold approach: Firstly, by adopting a theoretical approach we develop a user-centered wayfinding taxonomy categorizing diverse wayfinding strategies in VR. Within this taxonomy, we introduce VAs as novel wayfinding support, distinguishing between strong social wayfinding (direct guidance by VAs) and weak social wayfinding (subtle VA influence on navigation decisions). This conceptual framework facilitates a deeper understanding of how users interact within IVEs. Secondly, we enhance the spatial behavior of VAs for improved user experience during collaborative navigation. Through ecologically valid VR-based user studies, we uncover nuanced user preferences regarding VA proximity management, behavior during non-interaction periods, and responses to inferred user intents. These findings inform the enhancement of VAs' interactive capabilities displaying responsive and socially compliant behavior for an improved user experience. Lastly, we enable the efficient utilization of VAs as social wayfinding support. Through VR-based user studies, we refine the behavioral design of virtual guides by effectively balancing guidance and the user's autonomous exploration, fostering optimal user-agent interaction during strong social wayfinding. Additionally, we propose a VA design as weak social wayfinding that subtly influences user navigation within IVEs by shaping pedestrian flows, substantiated through empirical validation. Comparative analysis of both approaches in terms of user experience and scene knowledge gain elevates our comprehension of effective VA utilization in immersive environments. In summation, this research contributes to the advancement of VAs as advanced human interfaces, fostering enhanced user acceptance, usability, and perceived social presence within VR environments.

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