Open this publication in new window or tab >>
2022 (English) Doctoral thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en] Immersive display and interaction technologies have rapidly evolved in recent years, offering advanced techniques compared to traditional Human-Computer Interaction. Computer-generated Virtual Environments viewed with stereoscopic depth perception and explored using 3D spatial interaction can represent more accurately how humans naturally interact in the real world. Data analysis is a promising area of application for such technologies, holding potential to promote intuitive interaction, user engagement, collaboration, and data curiosity, as well as to foster appropriate contextual visualization. Even when techniques such as Machine Learning and Data Mining assist with the analysis of data, human interpretation, contextualization, and meaning making are still needed. The design of immersive data visualization and interaction is challenging due to the complexity of the involved technologies and human factors, which calls for an interdisciplinary research effort.
The focus of this thesis is to investigate means of exploration, interaction, and collaboration using Virtual Reality and 3D gestural input in immersive environments within the context of spatio-temporal data analysis. Based on existing literature as well as following an applied and interdisciplinary research approach, a design space for this type of Immersive Analytics is defined. The emphasis on spatio-temporal data is relevant across various real-world contexts and scenarios, such as sociolinguistics and climate analysis, given that data collected nowadays commonly feature descriptors of where and when they were captured. An immersive data analysis system has been implemented and evaluated across three virtual environment iterations. Two core themes from a user-centered perspective are interaction and collaboration. The design of useful and engaging 3D gestural interaction techniques support the conduction of typical analytical tasks that aid the data exploration and thus the discovery of insights. Furthermore, data analysis is seldom a solitary activity, but can be conducted in collaboration with multiple analysts, who combine their knowledge to interpret and discuss the discoveries. For this purpose, the concept of Hybrid Asymmetric Collaboration is defined, aiming to facilitate an envisioned broader analytical workflow that assumes a mixture of immersive and non-immersive interfaces (hybrid) as well as distinct user roles (asymmetric). To bridge data analysis across heterogeneous interface types, the design of visual information cues is investigated to support foundational aspects of collaboration, such as awareness, common ground, reference, and deixis.
The conducted research has been empirically evaluated using a combination of standardized and custom methods in a total of six main studies. The outcomes of these studies allow for reflections and the proposal of design guidelines for collaborative data interaction in immersive spaces.
Abstract [sv] De senaste åren har så kallade immersiva skärm- och interaktionsteknologier utvecklas i snabb takt. Sådana teknologier erbjuder mer avancerade tekniska lösningar jämfört med mer traditionell människa-datorinteraktion. Immersiva inslag som datorgenererade virtuella miljöer med stereoskopisk djupuppfattning och 3D-interaktion kan på ett mer exakt och naturligt sätt representera de interaktioner vi utför i den verkliga världen.
Dataanalys är ett lovande användningsområde för immersiva teknologier, med potential att underlätta intuitiv interaktion, skapa och uppmuntra engagemang, samarbete och nyfikenhet för data, samt främja relevant kontextuell visualisering. Även när teknologier som maskininlärning och datautvinning används är det fortfarande nödvändigt att komplettera resultatet med en överordnad mänsklig nivå av tolkning, kontextualisering och meningsskapande för att göra analyserna kompletta och användbara. Designen av immersiv visualisering och interaktion är en krävande utmaning på grund av de teknologiska och mänskliga aspekternas komplexitet och fordrar därför en tvärvetenskaplig forskningsmetod.
Avhandlingens syfte är att utforska metoder som kan stödja undersökning, interaktion och samarbete med hjälp av Virtual Reality och 3D-handinteraktioner i immersiva miljöer inom ramen för analys av datamängder som innehåller rumsliga och tidsmässiga data. Denna typ av Immersive Analytics baseras på teoretiska utgångspunkter från tidigare forskning, samt en tillämpad, tvärvetenskaplig forskningsmetod. Fokuset på datamängder som innehåller rumsliga och tidsmässiga data är relevant för flera olika ämnesområden och sammanhang, som till exempel sociolingvistik och klimatanalys, eftersom data som samlas in i nu för tiden ofta innehåller beskrivningar av var och när de mättes eller observerades. Ett immersivt datanalys-system har för detta arbete implementerats och utvärderats i tre iterationer. Två grundläggande områden för ett användarcentrerat perspektiv är interaktion och samarbete. Designen av användbara och engagerande interaktionstekniker via 3D-handinteraktioner stödjer utförandet av typiska analytiska uppgifter och underlättar undersökningen av data och därmed upptäckten av nya insikter. Dataanalys är sällan en aktivitet som utförs ensam, utan sker snarare i ett samarbete där flera analytiker med sin kombinerade kunskap tolkar och diskuterar upptäckter tillsammans. För detta ändamål har begreppet Hybrid Asymmetric Collaboration definierats, vilket syftar till att beskriva ett betydligt bredare analytiskt arbetsflöde som förutsätter och omfattar en blandning av nya immersiva och nuvarande icke-immersiva gränssnitt (hybrid) såväl som distinkta användarroller (asymmetric). För att kombinera och integrera dataanalys mellan heterogena typer av användargränssnitt utforskas designen av visuella informationssignaler med syfte att stödja grundläggande samarbetsaspekter såsom medvetenhet, gemensam grund, referens och kontext.
Den genomförda forskningen har utvärderats empiriskt med en kombination av standardiserade och anpassade metoder i totalt sex större studier. Resultatet av dessa studier möjliggör reflektioner kring samt förslag på olika designriktlinjer för interaktion och samarbete i immersiva miljöer.
Place, publisher, year, edition, pages
Växjö: Linnaeus University Press, 2022. p. 323
Series
Linnaeus University Dissertations ; 459
Keywords 3D gestural input, 3D radar charts, 3D user interfaces, empirical evaluation, head-mounted display, hybrid asymmetric collaboration, immersive analytics, spatio-temporal data interaction, user interface design, virtual reality, 3D-handinteraktion, 3D-radardiagram, 3D-användargränssnitt, design av användargränssnitt, empirisk utvärdering, huvudburen display, hybrid-asymmetrisk samarbete, immersiv analys, virtuell verklighet
National Category
Human Computer Interaction
Research subject
Computer and Information Sciences Computer Science, Computer Science; Computer Science, Information and software visualization
Identifiers urn:nbn:se:lnu:diva-115654 (URN) 9789189709263 (ISBN)9789189709270 (ISBN)
Public defence
2022-09-30, Newton (C1202V), Växjö, 13:00 (English)
Opponent
Supervisors
2022-08-122022-08-082025-03-11 Bibliographically approved