Zugl.: Kassel, Univ., Diss., 2007

Zugl.: Kassel, Universiẗat, Diss., 2007. / Download lizenzpflichtig.

Mixed, augmented, and virtual reality, collectively known as extended reality (XR), allows users to immerse themselves in virtual environments and engage in experiences surpassing reality's boundaries. Virtual humans are ubiquitous in such virtual environments and can be utilized for myriad purposes, offering the potential to greatly impact daily life. Through the embodiment of virtual humans, XR offers the opportunity to influence how we see ourselves and others. In this function, virtual humans serve as a predefined stimulus whose perception is elementary for researchers, application designers, and developers to understand. This dissertation aims to investigate the influence of individual-, system-, and application-related factors on the perception of virtual humans in virtual environments, focusing on their potential use as stimuli in the domain of body perception. Individual-related factors encompass influences based on the user's characteristics, such as appearance, attitudes, and concerns. System-related factors relate to the technical properties of the system that implements the virtual environment, such as the level of immersion. Application-related factors refer to design choices and specific implementations of virtual humans within virtual environments, such as their rendering or animation style. This dissertation provides a contextual framework and reviews the relevant literature on factors influencing the perception of virtual humans. To address identified research gaps, it reports on five empirical studies analyzing quantitative and qualitative data from a total of 165 participants. The studies utilized a custom-developed XR system, enabling users to embody rapidly generated, photorealistically personalized virtual humans that can be realistically altered in body weight and observed using different immersive XR displays. The dissertation's findings showed, for example, that embodiment and personalization of virtual humans serve as self-related cues and moderate the perception of their body weight based on the user's body weight. They also revealed a display bias that significantly influences the perception of virtual humans, with disparities in body weight perception of up to nine percent between different immersive XR displays. Based on all findings, implications for application design were derived, including recommendations regarding reconstruction, animation, body weight modification, and body weight estimation methods for virtual humans, but also for the general user experience. By revealing influences on the perception of virtual humans, this dissertation contributes to understanding the intricate relationship between users and virtual humans. The findings and implications presented have the potential to enhance the design and development of virtual humans, leading to improved user experiences and broader applications beyond the domain of body perception. / Mixed-, Augmented- und Virtual Reality, welche im allgemeinen auch als Extended Reality (XR) bezeichent werden, ermöglichen es Nutzern, sich in virtuelle Umgebungen zu begeben und Erlebnisse jenseits der Grenzen der Realität zu erfahren. Virtuelle Menschen sind in solchen virtuellen Umgebungen allgegenwärtig, können für zahlreiche Zwecke genutzt werden und haben das Potenzial das tägliche Leben erheblich zu beeinflussen. Durch die Verkörperung virtueller Menschen bietet XR die Möglichkeit, die Sichtweise auf uns selbst und andere zu beeinflussen. In dieser Funktion dienen virtuelle Menschen als ein Stimulus, dessen Wahrnehmung für Forscher, Anwendungsdesigner und Entwickler grundlegend ist. Diese Dissertation untersucht den Einfluss individueller, systembezogener und anwendungsbezogener Faktoren auf die Wahrnehmung virtueller Menschen in virtuellen Umgebungen, wobei der Fokus auf der potenziellen Nutzung als Stimuli im Bereich der Körperwahrnehmung liegt. Individiuelle Faktoren umfassen Einflüsse, die auf Merkmalen des Nutzers basieren, wie dessen Erscheinungsbild, Einstellungen und Bedenken zum eigenen Körper. Systembezogene Faktoren beziehen sich auf die technischen Eigenschaften des Systems, das die virtuelle Umgebung implementiert, wie beispielsweise den Grad der Immersion. Anwendungsbezogene Faktoren beziehen sich auf Designentscheidungen und spezifische Implementierungen virtueller Menschen innerhalb virtueller Umgebungen, wie deren Darstellungs- oder Animationsstil. Diese Dissertation präsentiert einen kontextuellen Rahmen und einen Überblick über die relevante Literatur zu den genannten Faktoren. Um bestehende Forschungslücken zu adressieren, beinhaltet sie fünf empirische Studien, die quantitative und qualitative Daten von insgesamt 165 Teilnehmern analysieren. Die Studien nutzten ein eigens entwickeltes XR-System, das es Nutzern ermöglicht, schnell generierte, fotorealistisch personalisierte virtuelle Menschen zu verkörpern, deren Körpergewicht realistisch verändert und mit verschiedenen immersiven XR-Displays beobachtet werden kann. Die Ergebnisse der Dissertation zeigten, unter anderem, dass die Verkörperung und Personalisierung virtueller Menschen als selbstbezogene Faktoren dienen, welche die Wahrnehmung des Körpergewichts virtueller Menschen je nach Körpergewicht des Nutzers moderieren. Sie zeigten auch ein Display-Bias, welches die Wahrnehmung virtueller Menschen erheblich beeinflusst. Beispielsweise lagen die Unterschiede in der Körpergewichtswahrnehmung zwischen den verschiedenen XR-Displays bei bis zu neun Prozent. Basierend auf den Ergebnissen der Arbeiten wurden Implikationen für das Anwendungsdesign abgeleitet, welche Empfehlungen zur Rekonstruktion, Animation, Körpergewichtsanpassung und Methoden zur Schätzung des Körpergewichts virtueller Menschen enthalten, aber auch die allgemeine Benutzererfahrung adressieren. Durch die Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Wahrnehmung virtueller Menschen trägt diese Dissertation zum Verständnis der komplexen Beziehung zwischen Nutzern und virtuellen Menschen bei. Die präsentierten Ergebnisse und Implikationen haben das Potenzial, das Design und die Entwicklung virtueller Menschen zu verbessern und skalieren ebenfalls auf Anwendungen jenseits des Bereichs der Körperwahrnehmung.

Manifestations of aggressive driving, such as tailgating, speeding, or swearing, are not trivial offenses but are serious problems with hazardous consequences—for the offender as well as the target of aggression. Aggression on the road erases the joy of driving, affects heart health, causes traffic jams, and increases the risk of traffic accidents. This work is aimed at developing a technology-driven solution to mitigate aggressive driving according to the principles of Persuasive Technology. Persuasive Technology is a scientific field dealing with computerized software or information systems that are designed to reinforce, change, or shape attitudes, behaviors, or both without using coercion or deception. Against this background, the Driving Feedback Avatar (DFA) was developed through this work. The system is a visual in-car interface that provides the driver with feedback on aggressive driving. The main element is an abstract avatar displayed in the vehicle. The feedback is transmitted through the emotional state of this avatar, i.e., if the driver behaves aggressively, the avatar becomes increasingly angry (negative feedback). If no aggressive action occurs, the avatar is more relaxed (positive feedback). In addition, directly after an aggressive action is recognized by the system, the display is flashing briefly to give the driver an instant feedback on his action. Five empirical studies were carried out as part of the human-centered design process of the DFA. They were aimed at understanding the user and the use context of the future system, ideating system ideas, and evaluating a system prototype. The initial research question was about the triggers of aggressive driving. In a driver study on a public road, 34 participants reported their emotions and their triggers while they were driving (study 1). The second research question asked for interventions to cope with aggression in everyday life. For this purpose, 15 experts dealing with the treatment of aggressive individuals were interviewed (study 2). In total, 75 triggers of aggressive driving and 34 anti-aggression interventions were identified. Inspired by these findings, 108 participants generated more than 100 ideas of how to mitigate aggressive driving using technology in a series of ideation workshops (study 3). Based on these ideas, the concept of the DFA was elaborated on. In an online survey, the concept was evaluated by 1,047 German respondents to get a first assessment of its perception (study 4). Later on, the DFA was implemented into a prototype and evaluated in an experimental driving study with 32 participants, focusing on the system’s effectiveness (study 5). The DFA had only weak and, in part, unexpected effects on aggressive driving that require a deeper discussion. With the DFA, this work has shown that there is room to change aggressive driving through Persuasive Technology. However, this is a very sensitive issue with special requirements regarding the design of avatar-based feedback systems in the context of aggressive driving. Moreover, this work makes a significant contribution through the number of empirical insights gained on the problem of aggressive driving and wants to encourage future research and design activities in this regard. / Aggressives Fahren, egal ob Drängeln, Rasen oder Fluchen, ist kein Kavaliersdelikt, sondern ein ernstzunehmendes Problem mit schwerwiegenden Folgen—sowohl für den Täter als auch für das Opfer. Es nimmt die Freude am Fahren, beeinträchtigt die Herzgesundheit, verursacht Stau und erhöht das Unfallrisiko. Ziel dieser Arbeit war es daher nach den Prinzipien persuasiver Technologie (engl. Persuasive Technology) eine technische Lösung zu entwickeln, die aggressives Fahren verringert. Als persuasiv werden Systeme bezeichnet, die ein bestimmtes Verhalten oder eine bestimmte Einstellung ihres Nutzers verstärken, verändern oder formen, ohne dabei Zwang auf ihn auszuüben oder ihn zu täuschen. Vor diesem Hintergrund wurde im Rahmen dieser Arbeit der sogenannte Driving Feedback Avatar (DFA) entwickelt. Das System ist eine visuelle Benutzerschnittstelle im Fahrzeug, die dem Fahrer Rückmeldung zu bestimmten aggressiven Verhaltensweisen gibt. Hauptelement ist ein abstrakter Avatar, der in einem Display angezeigt wird. Das Feedback selbst wird durch den emotionalen Zustand dieses Avatars vermittelt. Verhält sich der Fahrer aggressiv, wird er zunehmend wütender (negatives Feedback). Legt der Fahrer hingegen keine aggressiven Verhaltensweisen an den Tag, zeigt sich der Avatar nach und nach entspannter (positives Feedback). Darüber hinaus erhält der Fahrer ein sofortiges Feedback, indem das Display kurz aufblinkt, direkt nachdem eine aggressive Handlung vom System erkannt wurde. Zur Entwicklung des Systems wurden, unter Einsatz menschenzentrierter Forschungsmethoden, insgesamt fünf empirische Studien durchgeführt. Diese dienten dazu, den Nutzer und den Nutzungskontext des zukünftigen Systems zu verstehen, Ideen für mögliche Systeme zu entwickeln und die finale Lösung anhand eines Prototypens zu evaluieren. Zunächst stand dabei die Forschungsfrage im Raum, welche Auslöser für aggressives Fahren es heute gibt. In einer Fahrerstudie auf öffentlicher Straße berichteten dazu 34 Teilnehmer während der Fahrt von ihren Emotionen und deren Auslösern (Studie 1). Die zweite Forschungsfrage ergründete Maßnahmen zur Bewältigung von Aggression im Alltag. Hierzu wurden 15 Experten, die sich beruflich mit der Behandlung von aggressiven Personen befassen, interviewt (Studie 2). Insgesamt konnten so 75 Auslöser aggressiven Fahrens und 34 Maßnahmen zur Regulierung von Aggression im Allgemeinen abgeleitet werden. Inspiriert von diesen Erkenntnissen, entwickelten 108 Teilnehmer in einer Reihe von Workshops mehr als 100 Ideen, wie Aggression beim Fahren, unter Einsatz von Technologie, verringert werden könnte (Studie 3). Basierend auf diesen Ideen, entstand das Konzept des DFA. In einer Onlineumfrage mit 1.047 deutschen Teilnehmern wurde das Konzept evaluiert, um eine erste Bewertung der Wahrnehmung des Systems zu erhalten (Studie 4). Später wurde der DFA prototypisch umgesetzt und dessen Effektivität in einer Fahrerstudie unter experimentellen Bedingungen untersucht (Studie 5). Es zeigte sich, dass das System nur schwache und in Teilen auch unerwartete Effekte hat, die eine eingehende Diskussion verlangen. Diese Arbeit hat gezeigt, dass es möglich ist, aggressives Fahren mit Hilfe persuasiver Technologie zu beeinflussen. Jedoch ist dies ein sehr sensibles Vorhaben, das besondere Anforderungen an das Design Avatar-basierter Feedbacksysteme im Kontext aggressiven Fahrens stellt. Darüber hinaus leistet diese Arbeit vor allem aufgrund der gewonnenen empirischen Erkenntnisse rund um das Problem aggressiven Fahrens einen wichtigen Beitrag für Wissenschaft und Praxis und will zu weiteren Forschungs- und Designaktivitäten anregen.

This thesis examines the relationship between an individual's sense of embodiment towards an avatar and the processing and awareness of internal body signals (body awareness) in virtual reality (VR) in the context of mind-body interventions. To do so, I present a systematic literature review, a user experience evaluation of an avatar embodiment system, and a series of five experiments that systematically assess the effects of discrepancy between the user's corporeal body and their avatar. The systematic literature review gives insights into the current landscape of VR mind-body interventions and combines them with a framework for designing and evaluating VR-based intervention modules. This framework forms the basis for the design of my empirical work. The user experience evaluation study presents the technical basis of my research. It maps the general processes for creating photorealistic personalized avatars. Further, it presents an embodiment system to control and animate these avatars in VR and a general experimental procedure before and within VR, ensuring a positive experience. The first two experiments on the sense of embodiment towards an avatar and body awareness examine the relationship between the two variables and the effect of VR in a close-to-reality scenario on both of them. The other three experiments examine the effects of discrepancy between the user's corporeal body and their avatar. They target non-similar avatar appearance, mid-experience perspective changes, avatar visibility, and virtual out-of-body experiences. The empirical studies of my thesis revealed some key findings: 1. Users experienced a reduced sense of embodiment towards their avatar compared to their corporeal body. 2. Embodying an avatar was accompanied by a reduced body awareness. 3. The sense of embodiment was positively related to body awareness on several dimensions. Some of these served as mediators between the effects of VR and avatar discrepancy on body awareness. 4. However, increasing the discrepancy between the avatar and the user's corporeal body did not necessarily have a negative effect on body awareness. Rather, embodying non-personalized avatars and/or changing into an outside perspective increased body awareness compared to embodying a personalized avatar from a first-person perspective. The presented research provides insight into the interplay of avatar presentation, sense of embodiment, and body awareness in the context of VR mind-body interventions. From the results, I draw conclusions about the application in therapeutic and non-therapeutic settings. I discuss these results in the context of psychological embodiment research and the role of the body in mental health. Finally, I present a set of outlines for future work towards integrating body awareness in virtual mind-body interventions. / Diese Arbeit untersucht die Beziehung zwischen dem Gefühl, einen Avatar zu verkörpern (Gefühl der Verkörperung) und der Verarbeitung und Wahrnehmung von internen Körpersignalen (Körperaufmerksamkeit) in einer virtuellen Realität (VR) im Kontext körperpsychotherapeutischer Interventionen. Hierfür wurde eine systematische Literaturübersicht, eine Studie zur Evaluation der Nutzungserfahrung eines Avatar-Verkörperungssystems, sowie eine Reihe von fünf Experimenten durchgeführt, die systematisch die Effekte von Diskrepanz zwischen dem leiblichen Körper der Benutzer:innen und ihrem jeweiligen Avatar untersuchen. Die systematische Literaturübersicht gibt Einblicke in die aktuelle Landschaft der VR-basierten körperpsychotherapeutischen Interventionen und kombiniert sie mit einem Framework für deren Gestaltung und Bewertung. Dieser Rahmen bildet die Grundlage für das Vorgehen in den empirischen Studien. Die Studie zur Evaluation der Nutzungserfahrung stellt die technische Grundlage meiner Forschung vor. Sie bildet einen Prozess zur Erstellung fotorealistischer, personalisierter Avatare ab, welcher in den späteren Studien wieder aufgegriffen wird. Darüber hinaus wird ein Verkörperungs-System zur Steuerung und Animation dieser Avatare in VR sowie ein allgemeiner Versuchsablauf vor und in VR vorgestellt, der ein positives Nutzungserlebnis gewährleistet. Die ersten beiden Experimente zum Gefühl der Verkörperung und zur Körperaufmerksamkeit untersuchen die Beziehung zwischen diesen und die Auswirkungen von VR in einem realitätsnahen Szenario. Die anderen drei Experimente vergrößern die Diskrepanz zwischen dem Körper der Nutzer:innen und ihren Avataren. Sie befassen sich mit Abweichungen im Aussehen der Avatare, mit Perspektivenwechseln während eines VR-Erlebnisses, der Sichtbarkeit der Avatare und mit virtuellen außerkörperlichen Erfahrungen. Die empirischen Untersuchungen im Rahmen dieser Dissertation lieferten einige Erkenntnisse: 1. Nutzer:innen empfanden ein geringeres Gefühl der Verkörperung gegenüber ihrem Avatar als gegenüber ihrem leiblichen Körper. 2. Die Verkörperung eines Avatars reduzierte die Körperaufmerksamkeit der Nutzer:innen. 3. Das Gefühl der Verkörperung war in mehreren Dimensionen positiv mit der Körperaufmerksamkeit verbunden. Einige davon dienten als Mediatoren für die Auswirkungen von VR und Avatar-Diskrepanz auf die Körperaufmerksamkeit. 4. Eine größere Diskrepanz zwischen dem Avatar und dem leiblichen Körper wirkte sich jedoch nicht unbedingt negativ auf die Körperaufmerksamkeit aus. Die Verkörperung eines nicht-personalisierten Avatars und/oder der Wechsel in eine Außenperspektive steigerte die Körperaufmerksamkeit im Vergleich zur Verkörperung eines personalisierten Avatars aus der Ich-Perspektive. Die vorgestellte Forschung gibt Einblicke in das Zusammenspiel von Avatar-Präsentation, Gefühl der Verkörperung und Körperaufmerksamkeit im Kontext von VR-basierten körperpsychotherapeutischen Interventionen. Aus den Ergebnissen lassen sich Schlussfolgerungen für die Anwendung in therapeutischen und nicht-therapeutischen Szenarien ableiten. Diese Ergebnisse werden im Kontext der psychologischen Verkörperungs-Forschung und der Rolle des Körpers in der psychischen Gesundheit diskutiert. Abschließend werden eine Reihe von Skizzen für zukünftige Arbeiten zur Integration von Körperaufmerksamkeit in virtuelle körperspychotherapeutische Interventionen präsentiert.