[논문 리뷰] Augmenting Teleportation in Virtual Reality With Discrete Rotation Angles

Dennis Wolf, Michael Rietzler외 2명|arXiv (Cornell University)|2021. 06. 08.

Virtual Reality Applications and Impacts참고 문헌 41인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 VR 이동에서 물리적 회전을 제거하기 위해 이동 중 회전(InPlace)과 순간이동 중 회전(TeleTurn)이라는 이산적 회전 기법을 평가한다. 이는 시뮬레이터 병리 감소와 사용자 경험 향상에 기여한다. 결과적으로 45° 이격된 InPlace와 이산적 TeleTurn이 연속적 회전보다 뛰어나며, 사용자들은 InPlace를 더 직관적이고 높은 몰입도 평가로 선호한다.

ABSTRACT

Locomotion is one of the most essential interaction tasks in virtual reality (VR) with teleportation being widely accepted as the state-of-the-art locomotion technique at the time of this writing. A major draw-back of teleportation is the accompanying physical rotation that is necessary to adjust the users' orientation either before or after teleportation. This is a limiting factor for tethered head-mounted displays (HMDs) and static body postures and can induce additional simulator sickness for HMDs with three degrees-of-freedom (DOF) due to missing parallax cues. To avoid physical rotation, previous work proposed discrete rotation at fixed intervals (InPlace) as a controller-based technique with low simulator sickness, yet the impact of varying intervals on spatial disorientation, user presence and performance remains to be explored. An unevaluated technique found in commercial VR games is reorientation during the teleportation process (TeleTurn), which prevents physical rotation but potentially increases interaction time due to its continuous orientation selection. In an exploratory user study, where participants were free to apply both techniques, we evaluated the impact of rotation parameters of either technique on user performance and preference. Our results indicate that discrete InPlace rotation introduced no significant spatial disorientation, while user presence scores were increased. Discrete TeleTurn and teleportation without rotation was ranked higher and achieved a higher presence score than continuous TeleTurn, which is the current state-of-the-art found in VR games. Based on observations, that participants avoided TeleTurn rotation when discrete InPlace rotation was available, we distilled guidelines for designing teleportation without physical rotation.

연구 동기 및 목표

• 접선형 HMD 및 이동 능력 제약이 있는 사용자에게서 발생하는 VR 이동의 물리적 회전의 한계를 해결하기 위해.
• 이산적 회전 간격(InPlace 및 TeleTurn)이 공간적 혼란도, 사용자 몰입도, 성능에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 현재 최고 수준의 연속적 TeleTurn 및 물리적 회전과의 비교를 통해 이산적 회전 기법을 평가하기 위해.
• 이동 능력 제약이 있는 사용자에게 적합한 물리적 회전을 제거하면서도 사용성과 사용자 경험을 유지하는 설계 지침을 도출하기 위해.

제안 방법

• 이동 조건를 테스트하기 위해 빈티지한 VR 환경에서 빈번한 회전이 필요한 탐색이 요구되는 탐색자 연구(N=12)를 수행하였다.
• 이산적 회전 기법 두 가지를 구현: InPlace(고정 간격으로 사용자 위치 중심에서의 회전) 및 TeleTurn(순간이동 선택 중 회전).
• 조건 간의 회전 간격을 다양화: InPlace 및 TeleTurn에 대해 각각 30°, 45°, 22.5°를 설정하였으며, 연속적 회전 및 무회전 조건과 비교하였다.
• 수집한 아이템 수로 성능을 측정하고, Igroup Presence Questionnaire(IPQ)로 몰입도를 측정하며, Simulator Sickness Questionnaire(SSQ)로 혼란도를 측정하였다.
• 3DoF(HMD)를 사용하여 회전 효과를 고립시키며, 일반화 가능성은 6DoF 환경에도 성립할 것으로 고려하였다.
• 사용자 선호도, 상호작용 시간, 관찰된 행동을 분석하여 사용 패턴과 사용성의 상충관계를 유추하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 이산적 회전 간격(30°, 45°, 22.5°)이 VR 이동에서 사용자 성능, 몰입도, 혼란도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 이산적 InPlace 회전이 물리적 회전보다 시뮬레이터 병리 감소와 몰입도 향상에 기여하는가?
• RQ3 이산적 TeleTurn이 연속적 TeleTurn과 비교해 사용자 선호도, 상호작용 시간, 인지적 제어감 측면에서 어떻게 다른가?
• RQ4 InPlace와 TeleTurn이 모두 이용 가능한 상황에서 사용자들이 선호하는 이동 전략은 무엇인가?
• RQ5 이산적 회전 기법이 특히 앉아서 사용하거나 접선형 HMD를 사용하는 사용자에게서 물리적 회전의 실질적인 대안이 될 수 있는가?

주요 결과

• 45° 이격된 이산적 InPlace 회전은 물리적 회전보다 사용자 몰입도와 성능이 뛰어나며, 공간적 혼란도는 유의미한 증가 없이 유지되었다.
• 45° InPlace와 무연결 TeleTurn 조합이 사용자 선호도에서 가장 높게 평가되었으며, 전체 점수에서 현재 최고 수준의 성능을 뛰어넘었다.
• 이산적 TeleTurn(22.5°)은 연속적 TeleTurn보다 선호되었으며, 혼란도가 유의미하게 낮아졌지만 상호작용 시간은 증가하였다.
• InPlace가 이용 가능한 경우 참가자들은 TeleTurn을 피하는 경향을 보였으며, 이는 InPlace가 더 직관적이고 효율적이라고 인식되었음을 시사한다.
• TeleTurn 없음 조건(무회전)은 가장 짧은 상호작용 시간과 가장 높은 성능 점수를 기록하여, 방향 선택 최소화가 효율성 향상에 기여함을 시사한다.
• InPlace가 더 높은 선호도를 보였음에도 불구하고, TeleTurn 조건은 사용 시 잘 수용되었으며, 상용 VR 응용 분야에서 연속적 회전 대비 향상 가능성이 있음을 시사한다.