Collaborative Interaction Techniques in Virtual Reality for Emergency Management

Abstract

Virtual Reality (VR) technology has had many interesting applications over the last decades. It can be seen in a multitude of industries: entertainment, education, tourism to crisis management among others. Many of them, feature collaborative uses of VR technology. This thesis presents the design, development and evaluation of a multi-user VR system, aimed at collaborative usage focused on a crisis scenario based on real-life wildfire as the use case. The system also features a dual-map interface to display geographical information, providing both two-dimensional and three-dimensional views over the region and data relevant to the scenario. The main goals of this thesis are to understand how people can collaborate in VR, test which interface is preferred, as well as what kinds of notification mechanisms are more user friendly. The Virtual Environment (VE) displays relevant geo-located information, such as roads, towns, vehicles and the wildfire itself, in a dual-map setup, in two and three dimensions. Users are able to share the environment and, simultaneously, use available tools to interact with the maps and communicate with each other, while controlling the wildfire playback time to understand how it propagates. Actions such as drawing, measuring distances, directing vehicles and notifying other users are available. Users can propose actions that can then be accepted or denied. Eighteen subjects took part in a user study to evaluate the application. Participants were asked to perform several tasks, using the tools available, while sharing that same environment with the researcher. Upon analyzing data from the testing sessions, it is possible to state that most users agree they would be able to use the system to collaborate. The results also support the presence of both types of map interfaces, two-dimensional and three-dimensional, as they are objectively better suited for different tasks; users, subjectively, affirmed preference for both of them, depending on the task at hand.

A Realidade Virtual (RV) tem demonstrado ter várias aplicações interessantes ao longo das últimas décadas. Faz parte de múltiplas indústrias, tais como entertenimento, educação, turismo, gestão de crises, entre outras. Muitas delas usam a tecnologia num contexto colaborativo. Nesta tese é apresentado o design, desenvolvimento e avaliação de um sistema multiutilizador de RV, dedicado ao uso colaborativo durante um cenário de crise baseado num fogo real. É também implementada uma interface dual-map que visualiza informação geográfica, providenciando duas vistas (2D e 3D) sobre a região e dados relevantes ao cenário descrito. Perceber como podem as pessoas colaborar em RV, testar qual a interface preferida e quais os tipos de mecanismos de notificação preferíveis são os objectivos principais desta tese. O Ambiente Virtual (AV) apresenta informação geo-referenciada relevante, como estradas, povoações, veículos e o próprio incêndio, através da interface dual. Utilizadores podem partilhar o ambiente e, simultaneamente, usar as ferramentas disponíveis para interagir com os mapas e comunicar entre si, enquanto controlam o progresso do incêndio para melhor entender como se propaga. Ações como desenhar, medir distâncias, direcionar veículos e notificar outros utilizadores estão disponíveis. Utilizadores podem também propor ações que serão aceites ou recusadas. Dezoito pessoas fizeram parte do estudo de utilizador para avaliar a aplicação. Os participantes executaram múltiplas tarefas, usando as ferramentas disponíveis, enquanto partilhavam o mesmo AV que o investigador. Após análise dos dados gerados, é possível afirmar que a maioria dos participantes consideram que seriam capazes de usar o sistema para colaborar. Os resultados também suportam a presença de ambos os tipos de mapas, 2D e 3D, pois ambos são objectivamente melhores para tarefas distintas; participantes, subjectivamente, afirmam preferência por ambas, dependendo da tarefa a executar.