En undersökning av brukskvaliteten för perifera gränssnitt i VR

EXAMENSARBETE INOM TEKNIK, GRUNDNIVÅ, 15 HP STOCKHOLM, SVERIGE 2018

En undersökning av brukskvaliteten för perifera gränssnitt i VR

MIKAEL DAHLGREN CARL ROSENGREN

KTH

SKOLAN FÖR ELEKTROTEKNIK OCH DATAVETENSKAP

En undersökning av brukskvaliteten för perifera gränssnitt i VR

Mikael Dahlgren

Kungliga Tekniska Högskolan Stockholm, Sverige

mdahlgre@kth.se

Carl Rosengren

Kungliga Tekniska Högskolan Stockholm, Sverige

croseng@kth.se

ABSTRACT

This study attempts to build a foundation for future research about a particular direction in user interface design for VR. More specifically, this paper first investigates different approaches to text input interfaces in VR and further examines a circular peripheral text input interface in order to investigate peripheral user interfaces in VR.

Current research indicates that interfaces should be designed with different levels of attention taken into account, so that a user may shift attention between the interface and the result it produces fluidly whilst interacting with it. In this paper, a way to achieve this in VR is proposed, by placing interactive elements of a user interface in the users peripheral vision. Through the implementation of text-input with a peripheral based interface design, the study finds that peripheral user interfaces have potential as a foundation for designing intuitive VR user interfaces and further suggests ways of improving the research in future studies.

SAMMANDRAG

Denna studie ämnar ligga till grund för framtida studier om utformandet av gränssnitt i VR med särskilda egenskaper. Mer specifikt undersöker studien olika gränssnittslösningar för textinmatning i VR, för att sedan undersöka ett cirkulärt gränssnitt med element i användarens periferi. Ändamålet är att undersöka brukskvaliteten för gränssnitt i VR med interaktionselement placerade i användarens periferi.

Rådande studier tyder på att gränssnitt bör utformas med olika nivåer av användarens uppmärksamhet i åtanke: användaren skall flytande kunna skifta sin uppmärksamhet mellan gränssnittet och resultatet som det producerar under interaktion. I denna studie föreslås ett sätt att uppnå detta genom att placera interaktiva element av ett gränssnitt i användarens perifera synfält. Genom implementeringen av ett gränssnitt för textinmatning med perifera interaktionslement finner studien att perifera gränssnitt har potential som en princip för utformandet av gränssnitt i VR. Studien föreslår slutligen framtida åtaganden för framtida forskning.

Nyckelord

Virtual reality, virtuellt tangentbord, textinmatning, periferi, interaktion, gränssnitt

1. INTRODUKTION

VR-glasögonen Oculus Rift nådde först allmänheten via crowdsourcing-portalen Kickstarter år 2012 och på under 24 timmar hade de nått uppsatt crowdsourcing-mål [11]. Under 2016 lanserade Oculus sin första kommersiella produkt, tillsammans med ett flertal större aktörer som gjorde satsningar inom området.

De produkter som har störst marknadsandel idag är Oculus Rift, HTC Vive samt Sony Playstation VR. Samtliga av dessa produkter använder så kallade rörelsekontroller som interaktionsverktyg.

Kombinationen VR-glasögon och rörelsekontroller ger möjlighet till naturlig interaktion i simulerade miljöer. Utvecklare av VR- applikationer ställs därför inför utmaningen att utforma intuitiva gränssnitt som lämpar sig för interaktion i 3D-miljö med rörelsekontroller. Många konventioner från 2D-gränssnitt är fortfarande tillämpbara, men det finns ännu få studier i hur möjligheten till liknande interaktion i 3D bäst ska tillämpas. Ovan nämnda VR-glasögon kan presentera information i mellan 100- 110° av användarens synfält. Människan kan avläsa information i den yttre periferin, vilken ligger från 60° och utåt från centralt fokus [7]. Till skillnad från konventionella skrivbordsskärmar möjliggör dessa VR-glasögon därför placering av objekt i användarens yttre perifera synfält, och rörelsekontroller möjliggör interaktion med dessa utan att tvinga användaren att skifta fokus utåt. För att undersöka kvaliteter hos gränssnitt som tillåter interaktion med objekt i periferin utvecklades ett gränssnitt för textinput i VR (figur 1), vilken användes som underlag för studien med 22 försökspersoner.

Figur 1. Gränssnittet som togs fram för studien. Här ses en tunnel bestående av rektanglar vilka motsvarar bokstäver i alfabetisk ordning, medurs. ”Kameran”, det vill säga användaren, är placerad i tunnelns mitt. Den vita rektangeln är textytan.

Figur 2. Ett virtuellt qwerty-tangentbord projicerat framför användaren i spelet ”VR chat”.

1.1 Syfte och problemformulering

Ett gränssnitt har i regel som syfte att kommunicera en eller flera funktioner till en användare. Således kan ett gränssnitt endast utvärderas om det är bundet till någon specifik funktion. För den här studien valdes gränssnittsfunktionaliteten textinmatning.

Textinmatning ställer krav både på gränssnittet och användaren vilket gör det till en lämplig funktion att testa ett gränssnitts olika kvaliteter med. Ett vanligt förekommande gränssnitt för textinmatning i VR består i ett virtuellt projicerat qwerty- tangentbord. Detta pekar man sedan mot med rörelsekontrollerna.

För att skriva pekar man på en bokstav och trycker på en knapp på rörelsekontrollern. (se figur 2). Problematiken som uppstår med denna lösning är att, till skillnad från ett fysiskt tangentbord, får användaren ingen haptisk feedback eller möjlighet att skriva parallellt med olika fingrar. Detta medför att användaren behöver koncentrera sig på det virtuella tangentbordet för att få feedback om vilken bokstav som väljs. I denna studie presenteras ett gränssnitt som visar att det finns en möjlighet för alternativa lösningar med interaktion i periferin istället. Syftet med att studera detta gränssnitt är således att undersöka brukskvalitet för gränssnitt där interaktiva element är placerade i användarens yttre periferi i VR.

1.2 Begreppsdefinitioner

VR är en datateknik som skapar artificiella audiovisuella sensoriska upplevelser. Dagens VR-teknik består i glasögon (se figur 3) vilka försätter användaren i simulerade miljöer genom att på en skärm visa en bild för vardera öga genom två linser. Dagens VR-glasögon tillåter spårning av användarens huvudrörelse med hjälp av bland annat gyroskop och accelerometer, vilka översätts till kamerarörelser i den simulerade miljön. Med hjälp av externa kameror spåras även användarens position i rummet genom triangulering av infraröda lysdioder placerade bakom plasthöljet på VR-glasögonen.

Figur 3. VR-glasögon. Oculus Rift, HTC Vive, samt Playstation VR.

Det finns även VR-glasögon för mobiltelefoner vilka saknar möjlighet för spårning av användarens position. Dessa har heller inte möjlighet att fungera tillsammans med rörelsekontroller, då positionsspårning krävs för dessa. Denna studie behandlar endast VR-glasögon som kan användas ihop med rörelsekontroller.

1.2.2 Rörelsekontroller

Rörelsekontroller är ett samlingsnamn för den typ av handkontroll som används till att interagera med VR-miljöer. De spårar position, rotation och knapp/joystick-input. Dessa är utformade för att användas parvis, en i vardera hand.

Figur 4. Rörelsekontroller för Oculus Rift, HTC Vive, samt Playstation VR.

1.2.3 Virtuellt tangentbord

Detta begrepp används i studien för att sammanfatta virtuellt projicerade ytor som tillåter textinmatning.

1.2.4 Perifert synfält

Perifert synfält är det synfält som ligger utanför ögonens fokusområde.

1.2.5 Sekundär uppmärksamhet

Bakker, S. och Niemantsverdriet, definierar i en studie olika nivåer av uppmärksamhet (attention) [2]. Den rakaste översättningen för dessa olika nivåer är central fokus, perifer fokus och avgränsat fokus (se fig.6). De nivåer av fokus som är av intresse i denna studie är skiftet mellan centralt fokus och perifert fokus. Dock så behandlar denna studie även perifer syn, så för att undvika tvetydighet kommer denna studie benämna perifert fokus som sekundär uppmärksamhet. Sekundär uppmärksamhet är den avsiktliga men lågprioriterade kognition som krävs för att utföra en handling. Inlärda interaktionsmönster ligger ofta i sekundär uppmärksamhet. Det tydligaste exemplet för denna studie är då någon som är van med att skriva på tangentbord har sin uppmärksamhet på skärmen, då befinner sig fingerrörelserna i sekundär uppmärksamhet, och först när det uppstår en osäkerhet om vart en specifik tangent ligger måste uppmärksamheten skiftas till tangentbordet. Någon som är mycket ovan att skriva på ett tangentbord skiftar sekundär uppmärksamhet fram och tillbaks mellan text och tangentbord ofta.

1.2.6 Qwerty

Avser det vanligaste arrangemanget av bokstäver på ett tangentbord.

1.2.7 Haptisk feedback

Avser känslan av att nudda något. Fysiska knappar ger motstånd när de trycks, vilket är en form av haptisk feedback.

1.3 Avgränsningar

Att jämföra olika gränssnitt med särskilda egenskaper hade givit mer data och bredare applicerbara resultat. Detta ansågs dock inte genomförbart, istället utformades ett enda gränssnitt som grund för studien. Deltagare till studiens test samlades via ett formulär som skickades till studenter på KTH. Detta formulär innehöll frågor som var menade att avgöra vilka som var lämpade att delta i testet.

Gränsen för att få delta sattes till att ha någon erfarenhet i VR. För att säkerställa tillräckligt många deltagare kunde inte någor krav för stor vana i VR sättas. Datan och resultatet återspeglar därmed en grupp som är bekant men inte väl erfarna i VR. Av 22 deltagare hade 19 upplevt mindre än 3 timmar i VR totalt. Få av dessa hade använt rörelsekontroller i VR tidigare. Antalet vänsterhänta

gentemot högerhänta var för liten för att kunna dra några slutsatser kring skillnaden i brukskvalitet mellan dessa grupper. Det skall även tilläggas att en studie för hur gränssnittet upplevs över en längre tids användning inte var möjlig.

2. RELATERADE STUDIER

En svårighet med att undersöka en relativt modern teknik är att det i dagsläget finns få studier med till ämnet angränsande frågeställningar. Av denna anledning har relevant underlag samlats från litteratur som behandlar separata områden; perifer syn, gränssnittsutformning, virtuell textinmatning, samt undersökningar om sekundär uppmärksamhet.

Strasburger, Rentschler och Jüttner sammanställer i sin studie Peripheral vision and pattern recognition: A review olika studiers resultat från olika studier kring perifert seende och anknyter dessa till teorier om perception [7]. Förmågan att avläsa objekt i periferin skiljer sig beroende på objektets egenskaper. Avläsning av ljuspunkter skiljer sig mycket litet i förhållande till centralt fokus, medan gränserna för teckenavläsning är mycket mindre (se figur 5). En perceptionsteori som bekräftas av den sammanställda datan är crowding; att tecken blir svårare att avläsa om de omges av andra tecken eller kontrastområden.

Figur 5. En försökspersons synfält för avläsning av ett tecken (CH). Avläsningsfälten (de tjocka markeringarna) har approximerad form av ovaler, där varje oval visar gränsen för avläsning av ett tecken vid varierande konstantvärden. Även markerat med streckad markering är gränserna för punktljus- avläsning för samma försöksperson. (Figur hämtad ur [7])

Det redogörs även för att det går att förbättra förmågan att avläsa objekt i periferin genom övning. Denna förbättring sker som snabbast i början av övandet, och följs av en gradvis men signifikant förbättring därefter. Detta tyder på att de element i ett gränssnitt som befinner sig i synfältets periferi inte bör innehålla tecken eller text, utan ljusskillnader för att förmedla interaktion.

Däremot kan avläsning av objekt i periferin övas upp, vilket gör det teoretiskt möjligt att införa symboler och tecken i periferin om användaren övar på att avläsa dem.

Topal, Burak & Akinlar [10] utförde en studie kring effektivitet av olika virtuella tangentbord där de mätte hur lång tid det tog att skriva fraser. De tog fram en prototyp som ämnade att minimera sökning av bokstäver genom att sätta dem i en cirkelform. Detta gav bättre resultat än de metoder de jämförde mot. De underströk dock att de på grund av valet att sätta de vanligaste bokstäverna nära varandra var tvungna att frångå qwerty eller alfabetisk sortering i sitt gränssnitt, vilket medförde att försökspersonerna initialt fann att utformningen av gränssnittet inte var intuitiv.

Bowman et. al. [4] identifierar följande fyra huvudsakliga typer av textinmatning: tal, förminskade tangentbord med klassisk tangentbordslayout, s.k. “chord keyboards” - enhandsanpassade tangentbord, samt s.k. “soft keyboards” - att kunna skriva med ett pennformat pekdon på en ritplatta. Resultatet av studien visar på att ingen av lösningarna som identifierats lyckas med att vara högpresterande, användarvänlig och dessutom ha en hög uppmätt nivå med användartillfredsställelse. Värt att notera är att talstyrd textinmatning upplevdes som frustrerande att använda även om den var den mest effektiva. Detta kan tyda på att ett gränssnitts brukskvalitet inte nödvändigtvis är starkt kopplat med dess effektivitet.

Bakker och Neimantsverdiet presenterar i sin studie en teori om olika grader av uppmärksamhet (attention), som är sammanfattad i en figur (figur 6). I studien utfördes fallstudier där försökspersoner skulle kontrollera rumsbelysningen i ett rum med hjälp av fyra enkla gränssnitt. De observerade sedan vilka olika grader av uppmärksamhet som krävdes vid både inlärning och användning av objekten [3]. Det noterades att så länge reglerna för interaktion är enkla nog var det möjligt för deltagarna att lära sig dem i sekundär uppmärksamhet. Studien argumenterar för utveckling utav gränssnitt med de olika graderna av uppmärksamhet i åtanke. Det vill säga, en användare ska kunna välja att gå från primär uppmärksamhet till sekundär uppmärksamhet efter behov. En annan studie inom samma område utav Bakker, Hoven & Eggen utformade olika gränssnitt där användaren ska kunna skifta uppmärksamhet mellan primärt och sekundärt [2]. Skiftet mellan primär och sekundär uppmärksamhet sker frekvent under användning av ett system, och gränssnitt bör därför utformas med detta i åtanke [2, 3]. Interaktion i sekundär uppmärksamhet kräver både inlärning och avvänjning. I processen att vänja sig vid en ny typ av interaktion måste man även avvänjas från befintliga vanor kring liknande interaktioner. Något att uppmärksamma är att kontext och rutin med ett interaktivt system påverkar hur användaren interagerar med det, och att en kontrollerad testmiljö därför kan ge missvisande data i jämförelse med att låta gränssnitten testas i vardagsmiljö över en längre tid [2].

En annan typ av tänkbara gränssnitt för textinmatning i virtuell miljö är gränssnitt som efterliknar de gränssnitt som återfinns i mobiltelefoner, exempelvis T9, vars färre interaktiva element potentiellt skulle kunna minska krav på primär fokus på gränssnittet. Studier visar dock att brukskvaliteten för ett sådant virtuellt gränssnitt skiljer sig från användningen av likadant utformat fysiskt gränssnitt, dels på grund av brist på precision, och dels för att systemet inte ger någon haptisk feedback [6, 8].

Figur 6. ‘Interaction-Attention Continuum’ presenteras ovan med tre grader av uppmärksamhet. Figur hämtad ur [3]

Sammanfattningsvis visar studier om perifert seende att det går att förmedla visuell feedback i den yttre periferin i form av ljus och rörelse, men inte symboler och tecken [7]. Andra förslag på virtuella gränssnitt för textinmatning har prövats. Till exempel har det fastslagits att tal-till-text upplevs obekvämt att använda, samt att qwerty-lösningar är intuitiva men svåra att implementera väl i virtuell miljö då samma interaktionmöjligheter som med ett fysiskt tangentbord inte kan återskapas [1, 4, 6]. Ett cirkelformat gränssnitt som den föreslagen av Topal, Burak & Akinlar [10] är lätt att anpassa till att placeras i periferin. En önskad egenskap med ett gränssnitt är att användaren skall kunna lägga primär uppmärksamhet på uppgiften som utförs och lägga interaktionen med gränssnittet i sekundär uppmärksamhet, men kunna skifta sin uppmärksamhet emellan då så krävs [2, 3].

Då VR idag tillåter presentation av data i 100-110¤ av synfältet är det möjligt att undersöka ett gränssnitt med element placerade i den visuella periferin. Detta skulle kunna möjliggöra för användaren att skifta koncentrationen mellan primär- och sekundär uppmärksamhet.

Frågeställningen för studien lyder:

• Hur upplevs brukskvaliteten av ett gränssnitt med element placerade i den visuella periferin i VR?

• Ger gränssnitt med element placerade i periferin god möjlighet till att placera uppgiften i sekundär uppmärksamhet?

3. METOD OCH

DATAINSAMLINGSMETODER

För att undersöka brukskvaliteten för ett gränssnitt med element placerade i periferin i VR utvecklades ett sådant. Det ska understrykas att det resulterade gränssnittet endast är en föreslagen utformning utav många möjliga. För att testa brukskvaliteten skapades ett skrivtest som använde gränssnittet som verktyg.

Deltagarna fick svara på frågor kring gränssnittet, data om deltagarnas skrivhastighet samlades, och empirisk data samlades in under testets gång.

3.1 Utveckling av gränssnitt

Gränssnittet utvecklades i spelmotorn Unity eftersom den har inbyggt stöd för VR och tillåter en snabb iterativ arbetsprocess där många funktioner kommer förprogrammerade. Skisser på gränssnittet hade tagits fram efter diskussion och research (se figur 8). Den första skissen lät bokstäver synas i periferin, men då tidigare studier visar att tecken är svåra att tolka i periferin avböjdes

den idén [7]. Istället placerades de element som interageras med för att välja bokstav i en cirkel runt om användaren. Den bokstav som markeras presenteras i användarens centralt fokus (se figur 9). För att markera en bokstav rör användaren en av rörelsekontrollerna till att peka mot motsvarande interaktionsyta. Feedback för att en bokstav är markerad ges även av att motsvarande interaktionsyta lyser upp. Detta ger information om vart användaren pekar och hur mycket handen behöver vridas för att markera intilliggande bokstäver. För att skriva en bokstav trycker man på en av knapparna på rörelsekontrollern. Två andra knappfunktioner lades till:

mellanslag och backsteg. (se figur 7).

Figur 7. Knappfunktionerna för Oculus rörelsekontroller i gränssnittet.

Figur 8. Tidig skiss på gränssnittet. Här illustreras konceptet av bokstäver i periferin. Den streckade linjen representerar riktningen i vilken användaren pekar. I mitten syns en textyta där motsvarande bokstav har skrivits.

Figur 9. Skärmbild från gränssnittet under användning. Här pekar användaren med rörelsekontroller mot interaktionsytan Y samt E. Feedback ges på textytan.

För att ackommodera båda rörelsekontrollerna utvecklades möjligheten att markera två bokstäver samtidigt, en med vardera hand. Detta medförde dock en del oförutsedda svårigheter: då bokstäverna skulle visas mitt framför användaren var det viktigt att skilja på vilken hand som motsvarade markerad bokstav. Lösningen blev att den interaktionsyta som pekas mot lyser i upp en färg som motsvarar den av bokstaven som visas (se figur 9).

3.2 Utveckling och utforming av testet

Efter att gränssnittet utformats utformades ett test för studien.

Testet var utformat så att en bokstav eller fras presenterades över textytan. Försökspersonerna hade till uppgift att skriva av bokstäverna och fraserna som presenterades som deluppgifter.

Bokstaven eller frasen som skulle skrivas byttes automatiskt ut mot nästa efter avklarade i en förbestämd serie. För att garantera att alla bokstäver används samt lätt kunna samla data kring utveckling i precision och effektivitet valdes följande bokstäver och fraser:

E, A, R, I, Q, B, F, W, Z, LOREM IPSUM, DOLOR SIT AMET, VR TRULY IS, AN EXCITING CONCEPT, ADJACENT CHARACTERS, ARE EASIER, THAN SEPARATED, HAHA, THE QUICK BROWN FOX, JUMPS OVER THE LAZY DOG, E, A, R, I, Q, B, F, W, Z, LOREM IPSUM

Varje deluppgift presenteras här avskild med kommatecken. De enskilda bokstäverna är de tre mest förekommande bokstäverna i fraserna: E, A, R, (15, 14, 12 förekommanden respektive), I (8 förekommanden), samt ett urval av de bokstäver som enbart förekommer en gång i fraserna: Q, B, F, W, och Z. Fraserna valdes i syfte att testa olika kombinationer av bokstäver i relation till varandra. Alla bokstäver i det engelska alfabetet testas minst en gång.

Alla deltagares hastighet under momenten mättes i millisekunder digitalt via gränssnittet. (För översiktligt resultat av deltagarnas hastighet se 7.2 samt 4.6). Genom att återupprepa bokstäver och fraser samlades kvantitativ data in som ger en uppfattning om till vilken grad det gick att lära sig skriva mer effektivt med gränssnittet. Detta möjliggjorde även för försökspersonerna att enklare reflektera över förändring i deras egna prestationer över tid.

Under testet samlades empirisk data om deltagarnas prestationer.

Efter testet hölls en intervju om inmatningsmetoden för att samla kvalitativ data kring gränssnittets olika egenskaper. Ett manus följdes vid intervjuerna, dock ställdes följdfrågor vid ansett behov.

Manuset för intervjuerna återfinns i 7.1.

4. RESULTAT

Resultatet från testet kan delas upp i två huvudsakliga kategorier:

testandet av gränssnittet, samt implikationerna för perifera gränssnitt i VR-miljöer. I den första kategorin finner vi pilotstudiens resultat, urvalet av försökspersoner, de faktiska deltagarna, och i den senare finner vi resultaten från de större studierna, det vill säga prestationstestet och intervjun. Pilotstudien resulterade i mindre förändringar av den större studien.

4.1 Pilotstudie

Syftet med pilotstudien var att verifiera instruktionernas tydlighet samt ge en indikation på vilken typ av resultat som kunde förväntas av den mer omfattande studien. Valet blev därför att låta försökspersonerna verbalisera sina tankar medan de utförde testet, samt komma med synpunkter på testets utformning i efterhand.

I de flesta fall uttrycktes att instruktionerna var enkla att förstå. I vissa fall fanns en inlärningströskel i att hantera rörelsekontroller, vilket ledde till att låta försökspersoner få en liten stund att bli bekväma med VR-systemet innan de påbörjade uppgiften i den större studien. Under pilotstudien uttrycktes en idé om att färgindikationerna i gränssnittet, som från början var rött och grönt, borde byta det röda mot något annat, då röd-grön är en vanlig kombination av färgblindhet, samt att rött kan misstolkas som en indikation på att något är fel. Dessa förslag blev sedan en del av det huvudsakliga testet i linje med resultaten från pilotstudien.

4.2 Urval av försökspersoner

Studien utfördes på 22 studenter med någon form av erfarenhet av interaktion i VR-miljö. Ett hundratal studenter besvarade en enkät och av dessa valdes de 22 studenter som sedan deltog i studien ut.

De som svarat positivt på frågor gällande tidigare erfarenhet av att använda VR-teknik var de som tog del av denna studie.

Anledningen till denna avdelning är ett försök till att utesluta inlärningsprocessen som sker hos förstagångsanvändare av VR- system som en faktor i resultaten. Försökspersonerna gjorde undersökningen som en del av en kurs för programstuderande vid civilingenjörsprogrammet i medieteknik på KTH.

4.3 Studiens deltagare

Totalt deltog 22 personer i studien. En deltagare presterade avsevärt sämre än alla andra på grund av störningar i spårningen samt en oförutsedd bugg i programvaran. De kvantitativa resultaten från den här deltagaren ses som särfall och har uteslutits från studien.

Den deltagare vars kvantitativa resultat har uteslutits är deltagare 4.

Deltagargruppen i sin helhet bestod av 13 män och 9 kvinnor. Utav alla 22 deltagare var två vänsterhänta, en deltagare skrev med vänster hand men använde höger hand för allt annat, 19 var högerhänta. Ingen deltagare uppgav sig vara ambidextriös. Tre deltagare ansåg sig ha stor vana med VR och liknande kontroller.

Resterande deltagare uppskattade alla att de hade mindre än tre timmar total VR-upplevelse.

4.4 Prestationstest

Deltagarna fick först justera VR-glasögonen och bekanta sig med rörelsekontrollerna. De sattes i en demomiljö identisk med miljön i testet, men utan någon uppgift. Detta gjordes för att minimera att ovana med VR samt rörelsekontrollerna skulle påverka testresultaten. Ingen av deltagarna spenderade mer än tre minuter i denna introduktionsdel av experimentet. Alla deltagare fick prova på att mata in några bokstäver, radera samt göra mellanslag för att bekanta sig med rörelsekontrollerna. Först efter detta förklarades reglerna för testet och samtliga instruerades att skriva fraserna så snabbt som de kände sig bekväma med, och att fokusera på att skriva rätt.

Deluppgifterna (se 3.1) presenterades var och en, och deltagarna fick inte se någon av deluppgifterna innan de skulle utföras. När samtliga deluppgifter sedan var avklarade intervjuades deltagarna.

4.5 Intervju

För att undvika en situation där försökspersonerna av artighet var milda i sin kritik mot gränssnittet fick de förklarat att gränssnittet ej var framtaget av de som höll i intervjun, och att syftet var att få utlåtanden om olika typer av textinmatningsmetoder. Vidare fick alla studiens deltagare besvara frågorna från avsnitt 7.1.

4.5.1 Intuitiva aspekter hos gränssnittet

15 av 22 fann gränssnittet intuitivt, och ytterligare 5 tyckte att gränssnittet hade intuitiva element men upplevde en eller flera aspekter som ej intuitiva. En deltagare ansåg att cirkeln i sig inte kändes som en bra representation av alfabetet eftersom den ofta läses som en linje, men att man eftersom lärde sig hur gränssnittet fungerade.

Ingen deltagare upplevde att de aktivt behövde koncentrera sig på gränssnittets interaktionsytor, utan samtliga upplevde att fokus istället lades på textytan.

En klar majoritet av deltagarna upplevde att bokstäverna i mitten av alfabetet var svåra att lokalisera, och av de mittersta bokstäverna uppgavs framförallt O och Q. Dessa ligger båda i nedre vänstra kvadranten i cirkeln som representerar alfabetet. Det visade sig att samtliga deltagare blev bättre på att lokalisera bokstäver i alfabetet med användning, något som också majoriteten av deltagarna själva uppgav under intervjun, mer detaljer återfinns om de kvantitativa resultaten i 4.6.

Två deltagare uttryckte kritik mot att vinkeln mellan bokstäver var för snäv i gränssnittet, vilket gjorde att de trots bättre uppfattning om bokstävernas placering hade svårt att markera dessa obehindrat.

På frågan om någon riktning kändes mer utmanande att interagera med i jämförelse med andra svarade 7 att det kändes mindre naturligt att interagera med bokstäverna som låg nedåt. Av de som uttryckte detta tyckte två att även uppåt var obekvämt och kändes onaturligt. En deltagare tyckte att bokstäverna överst i gränssnittet var de minst naturligt positionerade. 6 deltagare berättade under intervjun att sidorna upplevdes lättare att interagera med än andra riktningar, personer som inte själva uppmärksammade detta frågades inte om de upplevt samma fenomen, så det kan inte uteslutas att vissa av de andra upplevde samma sak.

4.5.2 Brister i alfabetet som gränssnitt

15 deltagare upplevde att den nedre vänstra kvadranten var svårmanövrerad och att det var svårt att lokalisera bokstäver i den delen av gränssnittet, men konsensus var att detta var på grund av bristande utantillkunskap om alfabetet och bokstävernas ordning efter mitten, det vill säga M, och N. Ytterligare två upplevde samma fenomen i nedre högra kvadranten, kring I. Bokstäverna R, I, och Q visar också en något sämre förbättring, trots bättre resultat, jämfört med resterande enskilda bokstäver i låddiagrammen i 7.2.

Figur 10. Tid i sekunder för försökspersonerna att skriva bokstäverna R, I och Q, första samt andra gången. Följande outliers har exkluderats från diagrammen för läsbarhet: I1:

29,67.

4.5.3 Användning av gränssnittet

Flera deltagare experimenterade på olika sätt med hur de bäst skulle kunna använda rörelsekontrollerna, eftersom det inte förklarades hur de skulle använda mer än kontrollerna för att skriva och sudda lämnades deltagarna själva med att testa sig fram till en användningsteknik de kände sig bekväma med. En del deltagare testade flera olika metoder och andra nöjde sig med den första de testade. De vanligast förekommande metoderna som användes kan kategoriseras som följer:

• Höger och vänster sida av alfabetet sköts med vardera hand, höger hand på höger sida, vänster hand på vänster sida. Bokstäver som ska skrivas identifieras en efter en och söks sedan upp av korresponderande hand. I vissa fall började deltagarna även tänka medvetet på att positionera handen som inte sökte bokstav på en bra

plats för att snabbt och effektivt kunna hitta nästa bokstav.

• Höger eller vänster hand används ensam, och den andra handen vilar. Enbart två personer använde den här tekniken.

• Höger och vänster läggs i kors men används i övrigt som i första kategorin. Endast en person använde denna teknik för att utföra testerna.

Figur 11. Uppmätt skrivtid i sekunder för försökspersonerna att skriva frasen ”Lorem Ipsum”, första samt andra gången.

4.6 Kvantitativa resultat

I början av testet fick samtliga deltagare skriva bokstaven T, efter detta följde bokstäverna och fraserna som nämns under 3.2.

Bokstaven T har uteslutits ur testet på grund av en bugg i programvaran som gjorde att deltagarnas tider inte registrerades korrekt.

För att räkna ut förbättringen har följande formel använts:

𝐴𝑛𝑑𝑟𝑎 𝑡𝑖𝑑𝑒𝑛 − 𝐹ö𝑟𝑠𝑡𝑎 𝑡𝑖𝑑𝑒𝑛 𝐹ö𝑟𝑠𝑡𝑎 𝑡𝑖𝑑𝑒𝑛

I samtliga fall har negativ procent bytts ut mot ordet “förbättring”

för tydlighetens skull. Förbättringsprocenten beskriver således hur mycket mindre tiden är i jämförelse med den första tiden.

I samtliga upprepade tester skedde en genomsnittlig förbättring, det vill säga, testerna genomfördes snabbare andra gången. Den totala genomsnittliga förbättringen i hastigheten för samtliga repeterade tester var en förkortning av skrivtid på 34,58%.

Genomsnittstiden för att utföra uppgiften var lägre i samtliga fall, (E, A, R, I, Q, B, F, W, Z, LOREM IPSUM), men den genomsnittliga förbättringen var något lägre för bokstäverna B och F, där deltagarna i genomsnitt förbättrade sitt resultat med 21,67% samt 7,76% respektive. En anledning till att den genomsnittliga förbättringen för dessa är något lägre kan vara att den genomsnittliga deltagaren presterade relativt bra på dessa redan första gången (3,12 sekunder samt 2,67 sekunder respektive, alla andra bokstäver ligger på omkring 4 sekunder eller över för första försöket). Bäst förbättring skedde för bokstaven Z, vilken

deltagarna lyckades hitta 56,58% snabbare andra gången (7,16 sekunder till 3,11 sekunder).

Bokstaven E var först ut av bokstäverna som presenterades efter den initiala bokstaven T, och resultatet kan således ha påverkats av eventuell ovana att se testet.

I avsnitt 7.2 återfinns samtliga låddiagram för de upprepade bokstävernas testresultat.

5. DISKUSSION 5.1 Brister i testet

Andujar & Brunet redogör för vissa inneboende brister i forskning kring VR i undersökningen “A critical analysis of human-subject experiments in virtual reality and 3D user interfaces”.[1]. Eftersom försökspersonerna är mänskliga så medföljer också begränsningar i experimentens reproducerbarhet. Andujar & Brunet menar att detta till viss del kan undvikas genom att forskarna inkluderar kod, modeller och data i tillräcklig grad för att andra forskare ska kunna återskapa testerna med liknande förutsättningar för försökspersonerna. Alla tester utfördes i samma lokal på Kungliga Tekniska Högskolan. Alla deltagare stod statiskt på samma position i rummet utan några närliggande möbler eller andra störningsmoment. Endast deltagaren och rapportens författare befann sig i rummet.

Figur 12. En av deltagarna under testet. I bakgrunden ses en av testgivarna.

Den stora mängd VR-konfigurationer som finns på marknaden bidrar till ytterligare en möjlig brist i datainsamlingsmetoden och dess reproducerbarhet. Mycket forskning ligger bakom de olika VR-konfigurationerna, men en premiss för den här undersökningen är att konfigurationen som använts är tillräcklig för ändamålet. Den här undersökningen använde Oculus Rift + Oculus Touch.

5.1.2 Brister i gränssnittet

Utformandet av gränssnittet skedde efter interna tester samt mindre pilottest. På grund av tidsbegränsningar gjordes valet att inte implementera någon funktion att flytta skrivpekare, vilket också visade sig göra gränssnittet något ineffektivt för längre meningar.

Detta uppmärksammades också under intervjuerna, där ett flertal personer föreslog detta som en potentiell förbättring.

Den sent upptäckta buggen i programvaran kan ha påverkat resultaten något, men eftersom den huvudsakligen berörde en person som har uteslutits ur datan är risken liten.

5.2 Potentiella förbättringar i gränssnittet

Interaktionsvinklar som är allt för långt ut åt sidorna bör undvikas för bekvämare användning. Perifera element kan därför vinklas mot användaren. För att användaren ska förstå interaktionsreglerna är det viktigt att elementen är synliga, men det bör undersökas hur det efter en tids användning upplevs att gömma inaktiva element och endast belysa aktiverade element. Förbättringsförslag specifikt för gränssnitt med textinmatningsfunktion i VR är implementerandet av automatisk korrektur av ord. Det cirkulära gränssnitt gör det möjligt att implementera viktade avstånd, där bokstäver kan uteslutas om de ligger på motsatta sidor av cirkeln.

6. SLUTSATS

Studien har visat att det finns ett värde i att utveckla gränssnitt med element i periferin, och att detta till viss mån kan bidra till att låta användaren placera interaktionen med gränssnittet i sekundär uppmärksamhet. Deltagarnas förmåga att skriva effektivt med gränssnittet förbättrades under testets gång, och de flesta upplevde interaktionen som intuitiv. Ingen av deltagarna upplevde att de behövde vrida huvudet för att aktivt fokusera synen på de element som var placerade i periferin. Detta visar på att element av gränssnitt som visas i periferin är lätta att lära sig agera med.

Den typen av gränssnitt som utvecklades i den här studien med interaktiva element i periferin kan vara värt att utforska vidare.

Nedan följer slutsatser som kunnat dras efter undersökningen samt förslag på framtida forskning inom området.

6.1 Förslag på vidare utveckling

Framtida undersökningar i perifera gränssnitt likt det som utvecklades i samband med den här studien kan undersöka möjliga implementationer av liknande gränssnitt men med följande förändringar:

• Mer ergonomiskt formade interaktionsytor. Vinkeln som krävdes för att markera ett tecken upplevdes ibland som för snäv, och önskades kunna vara mer framåtriktad.

• Dela upp gränssnittet i två delar och lämna utrymme upptill och nedtill. Detta skulle potentiellt kunna få interaktionen med gränssnittet att kännas mer bekväm, i linje med de iakttagelser som deltagare uppgav med vissa svårigheter i interaktion nedåt samt uppåt.

• Om interaktion uppåt och nedåt krävs, överväg att låta dessa interaktionselement vara belägna längre in från användarens periferi.

• Automatisk korrektur av inmatad text kan bidra till stor ökning i effektivitet vid användande, men detta måste undersökas noggrannare.

6.2 Förslag på vidare forskning i området

Textinmatning är en krävande interaktion och därför lämplig för att pröva nya koncept. Däremot finns andra gränssnittsfunktionaliteter som inte täcks av textinmatning. Till exempel där olika grader av en variabel ska sättas såsom volym. Till framtida studier kring perifera gränssnitt uppmanas därför att andra funktioner än textinmatning prövas.

7. DATA

7.1 Intervjufrågor

Kändes gränssnittet intuitivt att använda? Varför? Hur?

Kände du att vissa bokstäver var svåra att hitta?

Var det ansträngande fysiskt på något sätt att använda gränssnittet? Till exempel, vinkel på handleden, händerna, axlarna?

Kändes det som att funktionerna var bundna till rätt knappar?

Kändes det som att du under testets gång lärde dig gränssnittet bättre?

Har du tankar om hur gränssnittet skulle kunna förbättras?

Finns det några positiva eller negativa kvaliteter du vill nämna som vi inte berört hittills?

Gränssnittet du testat har till syfte att låta huvudfokus ligga på textytan, och låta gränssnittet vara i periferin både visuellt och mentalt, anser du att detta lyckades?

7.2 Låddiagram

För samtliga par låddiagram korresponderar vänster låda till första försöket, och höger låda till andra försöket. Följande outliers har exkluderats från diagrammen för läsbarhet: I1: 29,67. E1: 23,98.

Z1: 63,86. (Denna höga siffra beror på ett missförstånd i testets form som reddes ut efter denna bokstav)

Figur 12 och 13. Uppmätt skrivtid i sekunder första och andra gången för de tre mest frekventa bokstäverna i testet samt I. I samtliga fall mättes tiden från att bokstaven presenterades.

8. REFERENSER

[1] Andujar, C. and Brunet, P. (2015) ‘A critical analysis of human-subject experiments in virtual reality and 3D user interfaces’, Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 8844, pp. 79–90. DOI=

10.1007/978-3-319-17043-5_5.

[2] Bakker, S., Hoven, E. and Eggen, B. (2015) ‘Peripheral interaction: characteristics and considerations’, Personal and Ubiquitous Computing. London, 19(1), pp. 239–254. DOI=

10.1007/s00779-014-0775-2.

[3] Bakker, S. and Niemantsverdriet, K. (2016) ‘The interaction- attention continuum : considering various levels of human attention in interaction design’, International Journal of Design, 10(2), pp. 1–14.

[4] Bowman, D. A., Rhoton, C. J. and Pinho, M. S. (2002) ‘Text Input Techniques for Immersive Virtual Environments: An Empirical Comparison’, Proceedings of the Human Factors and Ergonomics Society Annual Meeting. SAGE Publications Inc, 46(26), pp. 2154–2158. DOI=

10.1177/154193120204602611.

[5] Heun, V., von Kapri, A. and Maes, P. (2012) ‘Perifoveal display: Combining foveal and peripheral vision in one visualization’.

[6] Min, K. (2011) ‘Text Input Tool for Immersive VR Based on 3 × 3 Screen Cells BT - Convergence and Hybrid

Information Technology’, in Lee, G., Howard, D., and Ślęzak, D. (eds). Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, pp. 778–786.

[7] Strasburger, H., Rentschler, I. and Jüttner, M. (2011)

‘Peripheral vision and pattern recognition: A review’, Journal of Vision, 11(5), p. 13. DOI= 10.1167/11.5.13.

[8] Moberg, W. et al. (2017) ‘Interacting with Hand Gestures in Augmented Reality: A Typing Study’.

[9] Norman, D. A. (2013) The design of everyday things.

Revised an. New York, NY: New York, NY: Basic Books.

[10] Topal, C., Benligiray, B. and Akinlar, C. (2012) ‘On the efficiency issues of virtual keyboard design’, in 2012 IEEE International Conference on Virtual Environments Human- Computer Interfaces and Measurement Systems (VECIMS) Proceedings, pp. 38–42. DOI=

10.1109/VECIMS.2012.6273205.

[11] Luckey, Palmer. 2012-08-02, Oculus Rift Kickstarter blog, post #1

https://www.kickstarter.com/projects/1523379957/oculus- rift-step-into-the-game/posts/279771 (August 2, 2012)

TRITA -EECS-EX-2018:310

www.kth.se