Epäeuklidiset tilat virtuaalitodellisuudessa

Abstract

Opinnäytetyö on kehittämistutkimus, joka pyrki selvittämään epäeuklidisien tilojen käyttökelpoisuutta virtuaalitodellisuuden ympäristöissä. Tutkimuksessa selvitettiin epäeuklidisien tilojen eri muotoja ja ominaisuuksia, ja rakennettiin niistä sopivimpien perusteella testiohjelma. Testiryhmä kävi ohjelman läpi, ja heidän palautteensa perusteella vedettiin johtopäätelmä, että epäeuklidisia mekanismeja voi hyödyntää virtuaalitodellisuuden ympäristöissä.

Tutkimuksessa havaittiin, että vaikka epäeuklidisia mekanismeja, lähinnä hyperbolisia tasoja eli mahdottomia tiloja, on käytetty perinteisissä peleissä, virtuaalitodellisuuden peleissä niitä ei ole käytetty miltei yhtään. Työssä tutkittiin virtuaalitodellisuuden peleissä tällä hetkellä käytettyjä liikkumismetodeja, jotka jaettiin neljään luokkaan, ja kartoitettiin näiden puutteita ja haasteita. Joka metodissa havaittiin puutteita joko tilan tai liikkuvuuden hyödyntämisessä, joita voisi parantaa vaihtoehtoisia geometrioita hyödyntäviä ympäristöjä käyttämällä.

Työn osana tehtyä ohjelmointiprojektia varten tutkittiin visuaalisen illuusion toteuttamisen metodeja sekä mediankulutuksen psykologiaa. Koska luotavaa ohjelmaa käsiteltiin kuluttajatuotteena tieteellisen simulaation sijaan, tarvitsi testaajille myydä vain illuusio tavoitelluista mekanismeista niiden tarkan mallintamisen sijaan. Illuusio toteutettiin sijoittamalla tiloja eri graafisen renderöinnin piirtotasoille, jolloin eri oviaukoksi naamioitujen pintojen kautta näki eri tiloja näennäisesti päällekkäin. Näin muodostuneet mahdottomat tilat ovat yleisin esimerkki epäeuklidisesta hyperbolisesta geometriasta.

Ohjelman testausta varten järjestettiin tilaisuus, jossa useat testaajat, joilla oli aiempaa kokemusta virtuaalitodellisuuden teknologioista, kävivät läpi ja antoivat palautetta ohjelmasta. Testaajien palautteen perusteella tilan illuusio luotiin onnistuneesti ja tilan epäeuklidiset ominaisuudet paransivat kokemusta haittaamisen sijaan. Ohjelma hyödynsi laitteen ulkopuolista fyysistä tilaa heikosti, joten se ei ole suora parannus verrattuna aiempiin liikkumisen metodeihin. Riittävällä jatkokehityksellä se on kuitenkin harkitsemisen arvoinen vaihtoehto.

This thesis is a developmental study that studies the viability of using non-Euclidean spaces in virtual reality. The study investigated the different forms and functions of various non-Euclidean spaces and used the most viable ones to construct a test program. A test group went through this program, and based on their feedback it was determined, that non-Euclidean environments are a viable option for constructing virtual environments.

The Study found, that although non-Euclidean mechanisms, mostly impossible spaces, have been widely used in traditional videogames, they’re barely ever used in virtual reality. The thesis studied the main methods of movement in virtual reality games, which were divided into four categories, and mapped out their shortcomings and challenges. Each individual method had trouble fully utilising both space and the user’s mobility, which could be improved by using environments utilising nontraditional geometries.

To create the test program, the study investigated the methods of accomplishing visual illusions of space, and the psychology of media literacy. Since the program was handled as a consumer product instead of a scientific simulation, it was more beneficial to only sell the illusion of the desired effects to the user instead of accurately simulating it. The illusion was accomplished by placing rooms on different graphical rendering layers, so that the user could see seemingly overlapping spaces through different surfaces disguised as doorways. This creates the illusion of impossible spaces, which are the most common example of the non-Euclidean hyperbolic spaces.

To test the program, the study conducted a test event, where multiple users with prior knowledge with virtual reality games went through the program, and gave their feedback on it. Based on the testers’ feedback the illusion of space was successful, and the non-Euclidean properties of the program enhanced the experience instead of hindering it. The program utilised the space outside the virtual environment poorly, so can’t be considered a direct improvement over previous methods of movement. With further development it could be a viable option worth considering.