Normal mapping in virtual reality environments

Abstract

Virtual reality (VR) has become an integral part of the IT field, and interest in VR is currently at an elevated level. There are several VR systems on the consumer market which have a head-mounted display which surrounds the user’s field of vision, immersing them to the virtual settings.

The thesis describes a VR project created for an IT-oriented event: the core idea, its development and the technologies used.

The aim of this thesis was to find out whether the visual user experience is more pleasant or realistic when normal mapping is used to enhance the virtual reality environment.

For this purpose, two virtual environments were created, each having a variation with and without normal mapping. A total of 22 participants took part in the testing, and the group consisted of students from Turku University of Applied Sciences. The test subjects were males and females between the ages 18 and 30, with some having experienced VR before. During the experiment, the participants were put into each variation for 30 seconds at a time. After seeing both variations of one environment, they were asked which one they preferred in terms of visual pleasantness and which one they found visually more realistic. The answers were collected into a table, and later converted into figures for quantitative analysis.

According to the test results, it seemed that objects closer to the user were seen as more pleasant and realistic in their normal mapped form. However, normal mapped objects that were further away were experienced as less pleasing than their texture-only counterparts. While more thorough research on the subject is warranted, statistical analyses indicated that there probably was some correlation between the use of normal mapping in close-by objects and their perceived visual pleasantness. This would indicate that the work effort required by normal mapping in VR environments could be focused primarily into 3D objects in the user’s vicinity to reduce the overall work load.

Virtuaalitodellisuudesta (Virtual Reality, VR) on tullut IT-alan yksi olennainen osa-alue, ja kiinnostus sitä kohtaan on tällä hetkellä koholla. Markkinoilla on myynnissä useita eri VR-järjestelmiä, joita yhdistää ainakin yksi tekijä: päähän aseteltava näyttö, joka ympäröi käyttäjän näkökentän sijoittaen hänet virtuaaliympäristön sisään.

Tämä opinnäytetyö koostuu VR-projektin esittelystä sekä tutkimusosiosta. Projektista esitellään sen pääidea, kehitystyö sekä käytetyt teknologiat. Tutkimuskysymyksenä tässä opinnäytetyössä oli selvittää, onko visuaalinen käyttäjäkokemus miellyttävämpi tai realistisempi, kun normal mapping -tekniikkaa käytetään ehostamaan virtuaalitodellisuusympäristöä.

Tämän selvittämiseksi luotiin kaksi virtuaaliympäristöä, joista kummastakin oli kaksi variaatiota. Toinen variaatioista sisälsi normal mapping -tekniikkaa, toinen ainoastaan 3D-mallien tekstuureja. Osallistujat olivat Turun ammattikorkeakoulun opiskelijoita, miehiä ja naisia ikävuosien 18 ja 30 välillä. Osalla henkilöistä oli aikaisempaa VR-kokemusta. Testauksen aikana osallistujat asetettiin jokaiseen variaatioon ja heitä pyydettiin vertailemaan näiden visuaalista miellyttävyyttä ja realismia.

Testitulosten perusteella lähempänä käyttäjää olevat 3D-mallit nähtiin miellyttävämpinä ja realistisempina kun niissä käytettiin normal mapping -tekniikkaa. Toisaalta kaukaisempien 3D-mallien osalta testihenkilöt kokivat ainoastaan tekstuureja hyödyntävät ympäristöt hieman miellyttävämmiksi. Tilastollisten analyysien perusteella lähempänä olevien 3D-mallien miellyttävyys todennäköisesti korreloi tietyssä määrin normal mapping –tekniikan käytön kanssa. Näin ollen VR-kehityksessä voisi olla hyödyllistä keskittyä etenkin pienemmän etäisyyden päässä olevien mallien ehostukseen kyseisellä tekniikalla.