Jotaro Shigeyama

• Virtual Reality (VR) leads to the highest level of immersion if presented using a 1:1 mapping of virtual space to physical space—also known as real walking. The advent of inexpensive consumer virtual reality (VR) headsets, all capable of running inside-out position tracking, has brought VR to the home. However, many VR applications do not feature full real walking, but instead, feature a less immersive space-saving technique known as instant teleportation. Given that only 0.3% of home users run their VR experiences in spaces more than 4m2, the most likely explanation is the lack of the physical space required for meaningful use of real walking. In this thesis, we investigate how to overcome this hurdle. We demonstrate how to run 1:1-mapped VR experiences in small physical spaces and we explore the trade-off between space and immersion. (1) We start with a space limit of 15cm. We present DualPanto, a device that allows (blind) VR users to experience the virtual world from a 1:1 mapped bird’s eye perspective—by leveraging haptics. (2)Virtual Reality (VR) leads to the highest level of immersion if presented using a 1:1 mapping of virtual space to physical space—also known as real walking. The advent of inexpensive consumer virtual reality (VR) headsets, all capable of running inside-out position tracking, has brought VR to the home. However, many VR applications do not feature full real walking, but instead, feature a less immersive space-saving technique known as instant teleportation. Given that only 0.3% of home users run their VR experiences in spaces more than 4m2, the most likely explanation is the lack of the physical space required for meaningful use of real walking. In this thesis, we investigate how to overcome this hurdle. We demonstrate how to run 1:1-mapped VR experiences in small physical spaces and we explore the trade-off between space and immersion. (1) We start with a space limit of 15cm. We present DualPanto, a device that allows (blind) VR users to experience the virtual world from a 1:1 mapped bird’s eye perspective—by leveraging haptics. (2) We then relax our space constraints to 50cm, which is what seated users (e.g., on an airplane or train ride) have at their disposal. We leverage the space to represent a standing user in 1:1 mapping, while only compressing the user’s arm movement. We demonstrate our 4 prototype VirtualArms at the example of VR experiences limited to arm movement, such as boxing. (3) Finally, we relax our space constraints further to 3m2 of walkable space, which is what 75% of home users have access to. As well- established in the literature, we implement real walking with the help of portals, also known as “impossible spaces”. While impossible spaces on such dramatic space constraints tend to degenerate into incomprehensible mazes (as demonstrated, for example, by “TraVRsal”), we propose plausibleSpaces: presenting meaningful virtual worlds by adapting various visual elements to impossible spaces. Our techniques push the boundary of spatially meaningful VR interaction in various small spaces. We see further future challenges for new design approaches to immersive VR experiences for the smallest physical spaces in our daily life.…
• Virtuelle Realität (VR) erzeugt die größte Immersion, wenn sie mit einer 1:1-Abbildung des virtuellen Raums auf den physischen Raum verwendet wird – dem sogenannten Real Walking. Das Aufkommen preiswerter VR-Headsets, die alle zu Inside-Out Positionstracking fähig sind, hat VR in die Haushalte von Heimanwendern gebracht. Viele VR-Anwendungen ermöglichen jedoch kein Real Walking, sondern bieten stattdessen eine weniger immersive, raumsparende Technik an, die als Instant Teleportation bekannt ist. In Anbetracht der Tatsache, dass nur 0,3% der Nutzer ihre VR-Anwendungen in Räumen von mehr als 4m² verwenden, ist die wahrscheinlichste Erklärung dafür der Mangel an physischem Raum, der für eine sinnvolle Nutzung des Real Walking erforderlich wäre. In dieser Arbeit untersuchen wir, wie diese Hürde überwunden werden kann. Wir zeigen, wie man 1:1 skalierte VR-Interaktionen in kleinen Räumen durchführen kann, und wir erforschen den Kompromiss zwischen der verfügbaren Menge an Raum und der Immersion. (1) Wir beginnen mit einer RaumbegrenzungVirtuelle Realität (VR) erzeugt die größte Immersion, wenn sie mit einer 1:1-Abbildung des virtuellen Raums auf den physischen Raum verwendet wird – dem sogenannten Real Walking. Das Aufkommen preiswerter VR-Headsets, die alle zu Inside-Out Positionstracking fähig sind, hat VR in die Haushalte von Heimanwendern gebracht. Viele VR-Anwendungen ermöglichen jedoch kein Real Walking, sondern bieten stattdessen eine weniger immersive, raumsparende Technik an, die als Instant Teleportation bekannt ist. In Anbetracht der Tatsache, dass nur 0,3% der Nutzer ihre VR-Anwendungen in Räumen von mehr als 4m² verwenden, ist die wahrscheinlichste Erklärung dafür der Mangel an physischem Raum, der für eine sinnvolle Nutzung des Real Walking erforderlich wäre. In dieser Arbeit untersuchen wir, wie diese Hürde überwunden werden kann. Wir zeigen, wie man 1:1 skalierte VR-Interaktionen in kleinen Räumen durchführen kann, und wir erforschen den Kompromiss zwischen der verfügbaren Menge an Raum und der Immersion. (1) Wir beginnen mit einer Raumbegrenzung von 15cm. Wir stellen DualPanto vor, ein Gerät, welches (blinden) VR-Benutzern ermöglicht, die virtuelle Welt aus einer 1:1 skalierten Vogelperspektive zu erleben indem es Haptik verwendet. (2) Dann lockern wir unsere räumliche Beschränkung auf 50 cm, ein Raum der sitzenden Benutzern (z.B. in einem Flugzeug oder Zug) zur Verfügung steht. Wir nutzen diesen Raum, um einen stehenden Benutzer in einer 1:1-Abbildung darzustellen, während wir nur die Armbewegung des Benutzers erfassen. Wir demonstrieren unseren Prototyp VirtualArms am Beispiel von VR-Erfahrungen, die auf Armbewegungen beschränkt sind, wie z.B. einem Boxkampf. (3) Schließlich lockern wir unsere räumlichen Beschränkungen weiter auf 3m² begehbare Fläche, welche 75% der Heimanwender zur Verfügung steht. Wie bereits in der Literatur etabliert, implementieren wir Real Walking mit Hilfe von Portalen, auch bekannt als Impossible Spaces. Während Impossible Spaces bei solch dramatisch begrenzten Platzverhältnissen dazu neigen, zu unverständlichen Labyrinthen zu werden (wie z.B. bei TraVRsal), schlagen wir plausibleSpaces vor: die Präsentation räumlich bedeutsamer virtueller Welten durch die Anpassung verschiedener visueller Elemente an Impossible Spaces. Unsere Techniken verschieben die Grenzen der räumlich bedeutsamen VR-Interaktion in verschiedenen kleinen Räumen. Als zukünftige Herausforderung sehen wir die Entwicklung neuer Designansätze für immersive VR-Erfahrungen für die kleinsten physischen Räume in unserem Alltag.…