A Toolkit for Virtual Reality Software Development - Investigating Challenges, Developers, and Users
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Doctoral thesis (article-based)
| Defence date: 2017-01-27
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2017
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
83 + app. 83
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 6/2017
Abstract
Possibilities of virtual reality (VR) technology have gained considerable attention recently due to technical advances in affordable head-mounted displays. Yet the use of VR technology has not become mainstream, and there still does not exist a "killer application" for VR. One reason for this situation could be the inherent difficulty of VR software development. This thesis investigates challenges specific to VR software development, and explores methodology for such research. The thesis includes some of the earliest quantitative analysis on VR software development challenges, identifies the most severe development issues, and proposes solutions to them. This has implications on how VR software development could be eased. The analysis is based on data collected from 132 developers of VR application programs, which forms the backbone of the research. The thesis introduces RUIS, a software toolkit for facilitating hobbyist innovation by simplifying the development of VR application programs that rely on immersive displays and spatial interaction devices. Case studies employing VR application programs created with RUIS are included, describing different ways how 3D user interfaces can affect the experience and performance of VR software users. Methodology for benchmarking VR toolkits is presented, RUIS is contrasted with other toolkits, and multiple VR application programs created by students with RUIS are juxtaposed. The results demonstrate the importance of the chosen VR toolkit for the development process in two ways: 1) by presenting several comparisons that show how different VR toolkits can significantly affect the experienced development challenges, and 2) by highlighting the quantifiable distinctions in VR application programs created with different toolkits. Additionally, this thesis features an extensive survey on the developers of 3DUI application programs, revealing their demographics, the software and the hardware that they use, and an overview of the 3DUI application programs that they create. The survey also points out those development challenges that particularly affect inexperienced developers, and illustrates that the reuse of high-level 3D user interface features is low. Potential solutions to these issues are proposed in the thesis.Virtuaalitodellisuuden mahdollisuudet ovat viime aikoina saaneet huomattavasti julkisuutta johtuen teknisistä edistysaskelista edullisten virtuaalilasien saralla. Virtuaalitodellisuusteknologian käyttö ei ole kuitenkaan yleistynyt laajasti, ja vielä ei ole olemassa virtuaalitodellisuuden läpimurtosovellusta. Eräs syy tälle tilanteelle voi olla virtuaalitodellisuuden ohjelmistokehityksen vaikeus, ja siihen kuuluvat erityisongelmat. Tässä väitöskirjatyössä tutkitaan virtuaalitodellisuuden ohjelmistokehitykselle ominaisia haasteita ja tarkastellaan aiheeseen liittyvää tutkimusmetodologiaa. Väitöskirja sisältää ensimmäisten joukossa tehtyä kvantitatiivista analyysiä virtuaalitodellisuuden ohjelmistokehityksen haasteista, identifioi kaikista vaikeimmat ongelmat, ja ehdottaa ratkaisuja niihin. Tulokset antavat viitteitä siitä miten virtuaalitodellisuuden ohjelmistokehitystä voi helpottaa. Tehty analyysi perustuu kyselytutkimukseen, johon on vastannut 132 ohjelmistokehittäjää, mikä muodostaa väitöskirjatyön kulmakiven. Väitöskirja esittelee RUIS-ohjelmistoalustan, joka on tarkoitettu edistämään harrastelijakehittäjien innovaatioita yksinkertaistamalla immersiivistä teknologiaa käyttävien virtuaalitodellisuussovellusten kehittämistä. RUIS:lla toteutettujen sovellusten case-tutkimuksia käydään läpi, kuvaten eri tapoja, joilla kolmiulotteiset käyttöliittymät voivat vaikuttaa käyttäjien kokemuksiin ja suorituskykyyn. Väitöskirjassa lanseerataan menetelmiä virtuaalitodellisuuden ohjelmistoalustojen vertailemiseksi, RUIS:ia tarkastellaan muihin ohjelmistoalustoihin nähden, ja useita opiskelijoiden RUIS:lla kehittämiä virtuaalitodellisuussovelluksia verrataan keskenään. Saadut tulokset havainnollistavat ohjelmistoalustojen merkityksen virtuaalitodellisuussovellusten kehitysprosessille kahdella tapaa: 1) esittämällä kuinka käytetty ohjelmistoalusta voi vaikuttaa tilastollisesti merkitsevästi kehitystyössä koettuihin haasteisiin, ja 2) korostamalla kvantitatiivisia eroja virtuaalitodellisuussovelluksissa, jotka on toteutettu eri ohjelmistoalustoilla. Lisäksi väitöskirjatyö sisältää laajan selvityksen kolmiulotteisia käyttöliittymiä hyödyntävien sovellusten kehittäjistä, paljastaen heidän taustansa, käytetyt ohjelmistot sekä laitteet, ja yleisnäkymän kehitetyistä sovelluksista. Selvitys tuo ilmi erityisesti kokemattomia ohjelmistokehittäjiä vaivaavat haasteet, sekä osoittaa että korkean abstraktiotason kolmiulotteisten käyttöliittymäkomponenttien uudelleenkäyttö on harvinaista. Näihin ongelmiin ehdotetaan mahdollisia ratkaisuja.Description
Supervising professor
Takala, Tapio, Prof., Aalto University, Department of Computer Science, FinlandThesis advisor
Takala, Tapio, Prof., Aalto University, Department of Computer Science, FinlandKeywords
virtual reality, 3D user interface, human-computer interaction, spatial user interaction, software toolkit, software development, virtuaalitodellisuus, kolmiulotteiset käyttöliittymät, HCI, keholliset käyttöliittymät, ohjelmistoalustat, ohjelmistokehitys
Other note
Parts
-
[Publication 1]: Takala, Tuukka. 2014. RUIS – A Toolkit for Developing Virtual Reality Applications with Spatial Interaction. In: Proceedings of the 2nd Symposium on Spatial User Interaction (SUI'14), Honolulu, USA, October 4–5, 2014. ACM. Pages 94–103.
DOI: 10.1145/2659766.2659774 View at publisher
-
[Publication 2]: Takala, Tuukka; Rauhamaa, Päivi; Takala, Tapio. 2012. Survey of 3DUI Applications and Development Challenges. In: Proceedings of the Symposium on 3D User Interfaces (3DUI 2012), Orange County, USA, March 4–5, 2012. IEEE. Pages 89–96.
DOI: 10.1109/3DUI.2012.6184190 View at publisher
-
[Publication 3]: Takala, Tuukka; Malmi, Lauri; Pugliese, Roberto; Takala, Tapio. 2016. Empowering Students to Create Better Virtual Reality Applications: Longitudinal Study of a VR Capstone Course. Informatics in Education, Volume 15, No. 2, 2016. Pages 287–317.
DOI: 10.15388/infedu.2016.15 View at publisher
-
[Publication 4]: Takala, Tuukka; Hämäläinen, Perttu; Matveinen, Mikael; Simonen, Taru; Takatalo, Jari. 2015. Enhancing Spatial Perception and User Experience in Video Games with Volumetric Shadows. In: T. Wyeld, P. Calder & H. Shen (Eds.), Computer-Human Interaction. Cognitive Effects of Spatial Interaction, Learning, and Ability. Springer LNCS. Pages 91-113. ISBN: 978-3-319-16939-2.
DOI: 10.1007/978-3-319-16940-8_5 View at publisher
-
[Publication 5]: Takala, Tuukka; Mäkäräinen Meeri; Hämäläinen, Perttu. 2013. Immersive 3D modeling with Blender and off-the-shelf hardware. In: Proceedings of the Symposium on 3D User Interfaces (3DUI 2013), Orlando, USA, March 16–17, 2013. IEEE. Pages 191–192.
DOI: 10.1109/3DUI.2013.6550243 View at publisher
-
[Publication 6]: Takala, Tuukka; Pugliese Roberto; Rauhamaa, Päivi; Takala, Tapio. 2011. Reality-based User Interface System (RUIS). In: Proceedings of the Symposium on 3D User Interfaces (3DUI 2011), Singapore, March 19–20, 2011. IEEE. Pages 141–142.
DOI: 10.1109/3DUI.2011.5759245 View at publisher