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Designing passenger experiences for in-car Mixed Reality
Designing passenger experiences for in-car Mixed Reality
In day-to-day life, people spend a considerable amount of their time on the road. People seek to invest travel time for work and well-being through interaction with mobile and multimedia applications on personal devices such as smartphones and tablets. However, for new computing paradigms, such as mobile mixed reality (MR), their usefulness in this everyday transport context, in-car MR remains challenging. When future passengers immerse in three-dimensional virtual environments, they become increasingly disconnected from the cabin space, vehicle motion, and other people around them. This degraded awareness of the real environment endangers the passenger experience on the road, which initially motivates this thesis to question: can immersive technology become useful in the everyday transport context, such as for in-car scenarios? If so, how should we design in-car MR technology to foster passenger access and connectedness to both physical and virtual worlds, ensuring ride safety, comfort, and joy? To this aim, this thesis contributes via three aspects: 1) Understanding passenger use of in-car MR —first, I present a model for in-car MR interaction through user research. As interviews with daily commuters reveal, passengers are concerned with their physical integrity when facing spatial conflicts between borderless virtual environments and the confined cabin space. From this, the model aims to help researchers spatially organize information and how user interfaces vary in the proximity of the user. Additionally, a field experiment reveals contextual feedback about motion sickness when using immersive technology on the road. This helps refine the model and instruct the following experiments. 2) Mixing realities in car rides —second, this thesis explores a series of prototypes and experiments to examine how in-car MR technology can enable passengers to feel present in virtual environments while maintaining awareness of the real environment. The results demonstrate technical solutions for physical integrity and situational awareness by incorporating essential elements of the RE into virtual reality. Empirical evidence provides a set of dimensions into the in-car MR model, guiding the design decisions of mixing realities. 3) Transcending the transport context —third, I extend the model to other everyday contexts beyond transport that share spatial and social constraints, such as the confined and shared living space at home. A literature review consolidates leveraging daily physical objects as haptic feedback for MR interaction across spatial scales. A laboratory experiment discovers how context-aware MR systems that consider physical configurations can support social interaction with copresent others in close shared spaces. These results substantiate the scalability of the in-car MR model to other contexts. Finally, I conclude with a holistic model for mobile MR interaction across everyday contexts, from home to on the road. With my user research, prototypes, empirical evaluation, and model, this thesis paves the way for understanding the future passenger use of immersive technology, addressing today’s technical limitations of MR in mobile interaction, and ultimately fostering mobile users’ ubiquitous access and close connectedness to MR anytime and anywhere in their daily lives., Im modernen Leben verbringen die Menschen einen beträchtlichen Teil ihrer Zeit mit dem täglichen Pendeln. Die Menschen versuchen, die Reisezeit für ihre Arbeit und ihr Wohlbefinden durch die Interaktion mit mobilen und multimedialen Anwendungen auf persönlichen Geräten wie Smartphones und Tablets zu nutzen. Doch für neue Computing-Paradigmen, wie der mobilen Mixed Reality (MR), bleibt ihre Nützlichkeit in diesem alltäglichen Verkehrskontext, der MR im Auto, eine Herausforderung. Wenn künftige Passagiere in dreidimensionale virtuelle Umgebungen eintauchen, werden sie zunehmend von der Kabine, der Fahrzeugbewegung und den Menschen in ihrer Umgebung abgekoppelt. Diese verminderte Wahrnehmung der realen Umgebung gefährdet das Fahrverhalten der Passagiere im Straßenverkehr, was diese Arbeit zunächst zu der Frage motiviert: Können immersive Systeme im alltäglichen Verkehrskontext, z.B. in Fahrzeugszenarien, nützlich werden? Wenn ja, wie sollten wir die MR-Technologie im Auto gestalten, um den Zugang und die Verbindung der Passagiere mit der physischen und der virtuellen Welt zu fördern und dabei Sicherheit, Komfort und Freude an der Fahrt zu gewährleisten? Zu diesem Zweck trägt diese Arbeit zu drei Aspekten bei: 1) Verständnis der Nutzung von MR im Auto durch die Passagiere - Zunächst wird ein Modell für die MR-Interaktion im Auto durch user research vorgestellt. Wie aus Interviews mit täglichen Pendlern hervorgeht, sind die Passagiere um ihre körperliche Unversehrtheit besorgt, wenn sie mit räumlichen Konflikten zwischen grenzenlosen virtuellen Umgebungen und dem begrenzten Kabinenraum konfrontiert werden. Das Modell soll Forschern dabei helfen, Informationen und Benutzerschnittstellen räumlich zu organisieren, die in der Nähe des Benutzers variieren. Darüber hinaus zeigt ein Feldexperiment kontextbezogenes Feedback zur Reisekrankheit bei der Nutzung immersiver Technologien auf der Straße. Dies hilft, das Modell zu verfeinern und die folgenden Experimente zu instruieren. 2) Vermischung von Realitäten bei Autofahrten - Zweitens wird in dieser Arbeit anhand einer Reihe von Prototypen und Experimenten untersucht, wie die MR-Technologie im Auto es den Passagieren ermöglichen kann, sich in virtuellen Umgebungen präsent zu fühlen und gleichzeitig das Bewusstsein für die reale Umgebung zu behalten. Die Ergebnisse zeigen technische Lösungen für räumliche Beschränkungen und Situationsbewusstsein, indem wesentliche Elemente der realen Umgebung in VR integriert werden. Die empirischen Erkenntnisse bringen eine Reihe von Dimensionen in das Modell der MR im Auto ein, die die Designentscheidungen für gemischte Realitäten leiten. 3) Über den Verkehrskontext hinaus - Drittens erweitere ich das Modell auf andere Alltagskontexte jenseits des Verkehrs, in denen räumliche und soziale Zwänge herrschen, wie z.B. in einem begrenzten und gemeinsam genutzten Wohnbereich zu Hause. Eine Literaturrecherche konsolidiert die Nutzung von Alltagsgegenständen als haptisches Feedback für MR-Interaktion über räumliche Skalen hinweg. Ein Laborexperiment zeigt, wie kontextbewusste MR-Systeme, die physische Konfigurationen berücksichtigen, soziale Interaktion mit anderen Personen in engen gemeinsamen Räumen ermöglichen. Diese Ergebnisse belegen die Übertragbarkeit des MR-Modells im Auto auf andere Kontexte. Schließlich schließe ich mit einem ganzheitlichen Modell für mobile MR-Interaktion in alltäglichen Kontexten, von zu Hause bis unterwegs. Mit meiner user research, meinen Prototypen und Evaluierungsexperimenten sowie meinem Modell ebnet diese Dissertation den Weg für das Verständnis der zukünftigen Nutzung immersiver Technologien durch Passagiere, für die Überwindung der heutigen technischen Beschränkungen von MR in der mobilen Interaktion und schließlich für die Förderung des allgegenwärtigen Zugangs und der engen Verbindung der mobilen Nutzer zu MR jederzeit und überall in ihrem täglichen Leben.
Human-Computer Interaction, Future Mobility, In-Car Mixed Reality
Li, Jingyi
2023
English
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Li, Jingyi (2023): Designing passenger experiences for in-car Mixed Reality. Dissertation, LMU München: Faculty of Mathematics, Computer Science and Statistics
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Abstract

In day-to-day life, people spend a considerable amount of their time on the road. People seek to invest travel time for work and well-being through interaction with mobile and multimedia applications on personal devices such as smartphones and tablets. However, for new computing paradigms, such as mobile mixed reality (MR), their usefulness in this everyday transport context, in-car MR remains challenging. When future passengers immerse in three-dimensional virtual environments, they become increasingly disconnected from the cabin space, vehicle motion, and other people around them. This degraded awareness of the real environment endangers the passenger experience on the road, which initially motivates this thesis to question: can immersive technology become useful in the everyday transport context, such as for in-car scenarios? If so, how should we design in-car MR technology to foster passenger access and connectedness to both physical and virtual worlds, ensuring ride safety, comfort, and joy? To this aim, this thesis contributes via three aspects: 1) Understanding passenger use of in-car MR —first, I present a model for in-car MR interaction through user research. As interviews with daily commuters reveal, passengers are concerned with their physical integrity when facing spatial conflicts between borderless virtual environments and the confined cabin space. From this, the model aims to help researchers spatially organize information and how user interfaces vary in the proximity of the user. Additionally, a field experiment reveals contextual feedback about motion sickness when using immersive technology on the road. This helps refine the model and instruct the following experiments. 2) Mixing realities in car rides —second, this thesis explores a series of prototypes and experiments to examine how in-car MR technology can enable passengers to feel present in virtual environments while maintaining awareness of the real environment. The results demonstrate technical solutions for physical integrity and situational awareness by incorporating essential elements of the RE into virtual reality. Empirical evidence provides a set of dimensions into the in-car MR model, guiding the design decisions of mixing realities. 3) Transcending the transport context —third, I extend the model to other everyday contexts beyond transport that share spatial and social constraints, such as the confined and shared living space at home. A literature review consolidates leveraging daily physical objects as haptic feedback for MR interaction across spatial scales. A laboratory experiment discovers how context-aware MR systems that consider physical configurations can support social interaction with copresent others in close shared spaces. These results substantiate the scalability of the in-car MR model to other contexts. Finally, I conclude with a holistic model for mobile MR interaction across everyday contexts, from home to on the road. With my user research, prototypes, empirical evaluation, and model, this thesis paves the way for understanding the future passenger use of immersive technology, addressing today’s technical limitations of MR in mobile interaction, and ultimately fostering mobile users’ ubiquitous access and close connectedness to MR anytime and anywhere in their daily lives.

Abstract

Im modernen Leben verbringen die Menschen einen beträchtlichen Teil ihrer Zeit mit dem täglichen Pendeln. Die Menschen versuchen, die Reisezeit für ihre Arbeit und ihr Wohlbefinden durch die Interaktion mit mobilen und multimedialen Anwendungen auf persönlichen Geräten wie Smartphones und Tablets zu nutzen. Doch für neue Computing-Paradigmen, wie der mobilen Mixed Reality (MR), bleibt ihre Nützlichkeit in diesem alltäglichen Verkehrskontext, der MR im Auto, eine Herausforderung. Wenn künftige Passagiere in dreidimensionale virtuelle Umgebungen eintauchen, werden sie zunehmend von der Kabine, der Fahrzeugbewegung und den Menschen in ihrer Umgebung abgekoppelt. Diese verminderte Wahrnehmung der realen Umgebung gefährdet das Fahrverhalten der Passagiere im Straßenverkehr, was diese Arbeit zunächst zu der Frage motiviert: Können immersive Systeme im alltäglichen Verkehrskontext, z.B. in Fahrzeugszenarien, nützlich werden? Wenn ja, wie sollten wir die MR-Technologie im Auto gestalten, um den Zugang und die Verbindung der Passagiere mit der physischen und der virtuellen Welt zu fördern und dabei Sicherheit, Komfort und Freude an der Fahrt zu gewährleisten? Zu diesem Zweck trägt diese Arbeit zu drei Aspekten bei: 1) Verständnis der Nutzung von MR im Auto durch die Passagiere - Zunächst wird ein Modell für die MR-Interaktion im Auto durch user research vorgestellt. Wie aus Interviews mit täglichen Pendlern hervorgeht, sind die Passagiere um ihre körperliche Unversehrtheit besorgt, wenn sie mit räumlichen Konflikten zwischen grenzenlosen virtuellen Umgebungen und dem begrenzten Kabinenraum konfrontiert werden. Das Modell soll Forschern dabei helfen, Informationen und Benutzerschnittstellen räumlich zu organisieren, die in der Nähe des Benutzers variieren. Darüber hinaus zeigt ein Feldexperiment kontextbezogenes Feedback zur Reisekrankheit bei der Nutzung immersiver Technologien auf der Straße. Dies hilft, das Modell zu verfeinern und die folgenden Experimente zu instruieren. 2) Vermischung von Realitäten bei Autofahrten - Zweitens wird in dieser Arbeit anhand einer Reihe von Prototypen und Experimenten untersucht, wie die MR-Technologie im Auto es den Passagieren ermöglichen kann, sich in virtuellen Umgebungen präsent zu fühlen und gleichzeitig das Bewusstsein für die reale Umgebung zu behalten. Die Ergebnisse zeigen technische Lösungen für räumliche Beschränkungen und Situationsbewusstsein, indem wesentliche Elemente der realen Umgebung in VR integriert werden. Die empirischen Erkenntnisse bringen eine Reihe von Dimensionen in das Modell der MR im Auto ein, die die Designentscheidungen für gemischte Realitäten leiten. 3) Über den Verkehrskontext hinaus - Drittens erweitere ich das Modell auf andere Alltagskontexte jenseits des Verkehrs, in denen räumliche und soziale Zwänge herrschen, wie z.B. in einem begrenzten und gemeinsam genutzten Wohnbereich zu Hause. Eine Literaturrecherche konsolidiert die Nutzung von Alltagsgegenständen als haptisches Feedback für MR-Interaktion über räumliche Skalen hinweg. Ein Laborexperiment zeigt, wie kontextbewusste MR-Systeme, die physische Konfigurationen berücksichtigen, soziale Interaktion mit anderen Personen in engen gemeinsamen Räumen ermöglichen. Diese Ergebnisse belegen die Übertragbarkeit des MR-Modells im Auto auf andere Kontexte. Schließlich schließe ich mit einem ganzheitlichen Modell für mobile MR-Interaktion in alltäglichen Kontexten, von zu Hause bis unterwegs. Mit meiner user research, meinen Prototypen und Evaluierungsexperimenten sowie meinem Modell ebnet diese Dissertation den Weg für das Verständnis der zukünftigen Nutzung immersiver Technologien durch Passagiere, für die Überwindung der heutigen technischen Beschränkungen von MR in der mobilen Interaktion und schließlich für die Förderung des allgegenwärtigen Zugangs und der engen Verbindung der mobilen Nutzer zu MR jederzeit und überall in ihrem täglichen Leben.