User-centric approach of visual cues to enhance VR orientation for people with visual impairments

Abstract

For successful navigation through the world, a good orientation is needed. Our orientation is directly influenced by how well we can build and use a cognitive map of the environment around us. Cognitive maps are mental representations of spatial information of an environment. A lack of visual information can impede the successful acquisition of a cognitive map. As such, people with impaired vision can struggle with tasks requiring spatial orientation. With a goal to facilitate orientation, we created a set of visual cues designed to compensate for the lack of information needed for cognitive mapping. To meet the needs of different visual impairment, we followed a user-centric approach for the visual cue design. For this, we first conducted a formative interview with visually impaired people, investigating what information should be highlighted and how. With these insights, we created six different visual cue categories providing information about Obstacles, Points of Interest (POI), Entrances, and Shape Information. The visual cues in each category come in different forms, tailored to different needs. In a subsequent user study, we let participants with impaired vision explore a city scene in Virtual Reality using our visual cues. To evaluate the cues’ efficacy for orientation, our study investigated the participants’ cognitive mapping process. Our study results indicate that four out of five participants were able to successfully build and use a cognitive map of the virtual city. Given a remaining vision of 10%-15% combined with a Field of View of less than 5°, the visual cues could not provide sufficient aid. Nonetheless, all visual cue categories were reported as helpful, with the Shape Information cues being deemed as most important for exploration.

Für eine erfolgreiche Navigation durch die Welt ist eine gute Orientierung erforderlich. Unsere Orientierung wird direkt davon beeinflusst, wie gut wir eine kognitive Karte der Umgebung um uns herum aufbauen und nutzen können. Kognitive Karten sind mentale Repräsentationen von räumlichen Informationen einer Umgebung. Ein Mangel an visuellen Informationen kann die erfolgreiche Bildung einer kognitiven Karte erschweren. Dies hat zur Folge, dass Menschen mit eingeschränktem Sehvermögen Schwierigkeiten bei Aufgaben haben können, welche eine räumliche Orientierung erfordern. Mit dem Ziel, die Orientierung zu erleichtern, haben wir eine Reihe von visuellen Hinweisen entwickelt, die den Mangel an Informationen, welche für die kognitive Karte wichtig sind, ausgleichen sollen. Um den unterschiedlichen Bedürfnissen von Menschen mit Sehbeeinträchtigungen nachzukommen, verfolgten wir bei der Entwicklung der visuellen Hinweise einen nutzerzentrierten Ansatz. Dazu führten wir zunächst Interviews mit sehbeeinträchtigten Personen durch, um herauszufinden, welche Informationen auf welche Weise hervorgehoben werden sollten. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse haben wir sechs verschiedene Kategorien von visuellen Hinweisen erstellt, welche Informationen über Hindernisse, Points of Interest (POI), Eingänge und Form bieten. Die visuellen Hinweise in jeder Kategorie gibt es in verschiedenen Formen, zugeschnitten auf unterschiedliche Bedürfnisse. In einer anschließenden Nutzerstudie ließen wir Teilnehmer mit eingeschränktem Sehvermögen eine Stadtszene, mit unseren visuellen Hinweisen, in virtueller Realität erkunden. Um die Wirksamkeit der Hinweise für die Orientierung zu bewerten, haben wir die kognitiven Karten-Prozesse der Teilnehmer untersucht. Unsere Studienergebnisse zeigen, dass vier von fünf Teilnehmern in der Lage waren, erfolgreich eine kognitive Karte der virtuellen Stadt zu erstellen und zu verwenden. Bei einem verbleibenden Sehvolumen von 10%-15%, in Kombination mit einem Blickwinkel von weniger als 5°, konnten die visuellen Hinweise keine ausreichende Hilfe bieten. Nichtsdestotrotz wurden alle Kategorien der visuellen Hinweise als hilfreich eingestuft, wobei sich die Forminformationen als die wichtigsten für die Erkundung herausgestellt haben.