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Understanding, Modeling and Simulating Unintended Positional Drift during Repetitive Steering Navigation Tasks in Virtual Reality

Authors :
Ferran Argelaguet
Maud Marchal
Anne-Hélène Olivier
Hugo Brument
Gerd Bruder
3D interaction with virtual environments using body and mind (Hybrid)
Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-MEDIA ET INTERACTIONS (IRISA-D6)
Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-CentraleSupélec-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Bretagne Sud (UBS)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires (IRISA)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)
University of Central Florida [Orlando] (UCF)
Sensor-based and interactive robotics (RAINBOW)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-SIGNAUX ET IMAGES NUMÉRIQUES, ROBOTIQUE (IRISA-D5)
Analysis-Synthesis Approach for Virtual Human Simulation (MIMETIC)
Université de Rennes 2 (UR2)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Bretagne Sud (UBS)-École normale supérieure - Rennes (ENS Rennes)-CentraleSupélec-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique (IMT Atlantique)
Université de Rennes 2 (UR2)-Inria Rennes – Bretagne Atlantique
Source :
IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021, 27 (11), pp.4300-4310. ⟨10.1109/TVCG.2021.3106504⟩, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2021, 27 (11), pp.4300-4310. ⟨10.1109/TVCG.2021.3106504⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

International audience; Virtual steering techniques enable users to navigate in larger Virtual Environments (VEs) than the physical workspace available. Even though these techniques do not require physical movement of the users (e.g. using a joystick and the head orientation to steer towards a virtual direction), recent work observed that users might unintentionally move in the physical workspace while navigating, resulting in Unintended Positional Drift (UPD). This phenomenon can be a safety issue since users may unintentionally reach the physical boundaries of the workspace while using a steering technique. In this context, as a necessary first step to improve the design of navigation techniques minimizing the UPD, this paper aims at analyzing and modeling the UPD during a virtual navigation task. In particular, we characterize and analyze the UPD for a dataset containing the positions and orientations of eighteen users performing a virtual slalom task using virtual steering techniques. Participants wore a head-mounted display and had to follow three different sinusoidal-like trajectories (with low, medium and high curvature) using a torso-steering navigation technique. We analyzed the performed motions and proposed two UPD models: the first based on a linear regression analysis and the second based on a Gaussian Mixture Model (GMM) analysis. Then, we assessed both models through a simulation-based evaluation where we reproduced the same navigation task using virtual agents. Our results indicate the feasibility of using simulation-based evaluations to study UPD. The paper concludes with a discussion of potential applications of the results in order to gain a better understanding of UPD during steering and therefore improve the design of navigation techniques by compensating for UPD.

Details

Language :
English
ISSN :
10772626
Database :
OpenAIRE
Journal :
IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Institute of Electrical and Electronics Engineers, 2021, 27 (11), pp.4300-4310. ⟨10.1109/TVCG.2021.3106504⟩, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, 2021, 27 (11), pp.4300-4310. ⟨10.1109/TVCG.2021.3106504⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....d01ce3168fd772a5ab78fc05f558407a