Defining Reality in Virtual Reality: - Create!

juicebottleAI and Robotics

Nov 14, 2013 (3 years and 7 months ago)

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Defining Reality in Virtual Reality: 
Exploring Visual Appearance and Spatial Experience 
Focusing on Colour
BEATA STAHRE
bea@chalmers.se
Department of Architecture
Chalmers University of Technology
●the whole complex spatial experience in VR 
in the design of architectural 
VR‐visualizations
MOTIVATION
To highlight the importance and problems of: 
●the simulation of real world correspondent spatial 
colour‐and light appearance in VR
AIMS AND CONTRIBUTION
CONTRIBUTION:

To develop the knowledge on how different aspects of a VE,   
especially colourand light , affect the spatial experience, and thus   
contribute to a better understanding of the prerequisites for 
visualizing believable spatial VR‐models. 
Aims:

To identify problems and define and test solutions for simulating 
….spatial colourand lightin VR. 

To develop knowledge of the spatial conditions in VR required to 
convey believable experiences, and to evaluate different ways of 
visualizing spatial experiences. 
1 ...the visual appearance
2 ...the software technology
3 …the spatial experience
QUESTIONS REGARDING…
1 ...the visual appearance
●Will a simulated room look the same
as the real one? 
If not, how do reality and the simulation differ? 
●Are
the colours
correctly reproduced? 
If not, in what way do they differ? 
Is the relationship between the colourscorrect? 
●How is the illumination 
perceived…
…with regard to light level, light distribution, perceived colourof light? 
●How can we compare different spatial settings with 
regard to visual appearance…
…when we can only be in one setting at a time? 
2 ...the software technology
●How well does the software meet the demands…                 
…provided that a room is modeled with the information on physical 
conditions available before it is built? 
●What are the limitations of the parameters of the software… 
…regarding colourand light? 
●How can we convert real
paints to digital
colours…
…and how can we evaluate the reliability of appearance?
INCLUDED BLOCKS

Spatial colourappearance
in reality

Spatial colourappearance
in VirtualReality
●Spatial experience
in virtualenvironments
INCLUDED PROJECTS

A comparisonbetweentwostudies on spatial colourappearance

SimulatingColourAppearancein VirtualEnvironments (SCAVE)
-includes four different partial studies

The VirtualColourLaboratory(VCL)

SketchingTechniquesin VirtualEnvironments (STIVE)
APPROACH
1. Literature reviews
2.Empirical studies:
(I)A comparison between two existing studies
(II)An experimental study (SCAVE)
(III)Elaborations with an algorithm
(IV)Reflections in action on a virtual demonstrator for colour
phenomena (VCL)
(V)Non‐photorealistic texture‐styles developed and 
evaluated (STIVE)
VISUAL APPEARANCE & SOFTWARE TECHNOLOGY
(I)A comparison between two existing studies

Coloursin roomsare morechromatic
and somewhatdarker
…thanon a coloursample

Reflections
betweensurfaceshavea great impact

Small differencesin colourcanleadto largerdifferencesin experience
Colour appearance in reality:
Inherent colourPerceivedcolour
Comparison
of results
(II)An experimental study
Evaluationtechniques
•Free description of the room as a whole 
•Estimation of the size of the room
•Visual evaluation of light and colour
• Memorymatching
• Matchingwith referencecolours
• (Presence‐questionnaire)
Physical measurments
•Spectrophotometer
• Spectroradiometer
Studiedcolourphenomena:
Contrasteffectsand reflectionsbetweensurfaces
Studiedcolourphenomena:
Contrasteffectsand reflectionsbetweensurfaces
●Too few colour variations
Visual appearance in the digital models:
●Tooachromatic
shadows
●Incorrect reflections
between surfaces
●Too few contrast effects
; the whitest areas are too grey
●Toosimple chromaticinformation on light sources
3Dsmax rendering (original)Appearancein reality(editsmadein Photoshop)
2700K
3000K
Algorithms
which aims at producing more realistic 
simulations, with the starting point in theories on the human 
visual system
Automatic Color Equalization (ACE)
Algorithmdevelopedfor colourcorrectionin digital images 
ACE aims at:
‐include the human visual system (HVS)
‐increase the contrast range (dynamic range)
(III)Elaborations with an algorithm
3Dsmax rendering filteredwith ACE
3Dsmax rendering (original)
Appearancein reality
(editsmadein Photoshop)
ACE:
☺Whitersquares
☺Lighterwalls
☺Contrasteffectson
oo.thesmall squares
/Toostrong contrasts
/Contrasteffectsin the
…corners
The original model
One wallfilteredwith the ACE
Twowallsfilteredwith the ACE
Development and test of moreadjustedalgorithms
Reflections
donot existin 2D, butare evident in 3D. 
Therefore, theorieson colourperception in 2D
cannot
automaticallybe appliedin 3D. 
●Today the perceived colour must 
be knownin order to make 
realistic looking simulations
●Even if the perceived colour is  
known the colours cannot be 
correctly represented, due to         
arbitrary parameter settings in              
…the software
●The radiositycalculationin the       
software needs to be changed, 
i.e. the visual perception needs
to be included
CONCLUSIONS

Visual appearance
and spatial experience
cannotbe 
….directlytranslatedfrom realityto.VR, even if the experience of 
….reality is known. 
●In order for VR to be applied as a useful design tool, 
….visual compensations
in the visualizations are needed. 
●Depending on the purpose for which visualizations are used,       
….it is important to develop both reliability
in appearance and 
….more conceptual
expressions. 
●IfVR is to be usedas a design toolregarding
colour
,             
…colourneeds.tobe moreconsidered
in research on 
…the spatial virtualexperience. As a basefor this, moreresearch 
…on the specificsof colourand light in real spatial settings 
…is needed.
●Complex to use an architectural perspective: the whole          
ooofthe spatial setting needs to be considered 
Regarding the methodology:
●A combination
of many different methods necessary

Qualitativeresults very valuable, i.e. written and verbal 
….comments
●The methodsa mean to deepen the understanding of how   
….spatial factors affect colouredmaterial
Thankyou
SPATIAL EXPERIENCE
3 …the spatial experience
●How does the spatial experience in VR differ compared 
with reality? 
●How do we relate
to the model…
…e.g. movements and impression of size and scale? 
●How can different visual expressions 
in architectural VR‐
models contribute to a better understanding of a 
visualization? 
●How can we compare different spatial settings with 
regard to spatial experience…
…when we only can be in one setting at a time?
A. The real room
B. The CAVE
C. Desktop‐VR
(mono and stereo)
D. Desktop 
Lightscape
Our movements in different models:
(IV)Reflections in action on a virtual demonstrator for colour
phenomena
Problems connected to the spatial experience in the VCL‐demo
●Mainly
visual impressions
in a virtual setting; active               .
00investigation strongly restricted
●The problem of visualizing colourphenomena correctly
….a problem of correctly compensating for different 
….conditions in VR compared to reality
●Different experiences of size, scale
and distance
in VR        .
. compared to reality
●Disturbancewhenthe visualrealism 
is not high enough
Equally much information in different parts of the model,               
…..i.e. no protruding elements 

Strengtheningeffects needed to attract attention to         
00parts of special interest in the model
To studyhowdifferent sketchingtechniques
can
clarifyand simplifythe understandingof a buildingproject
duringdifferent phasesof a design.
(V)Development and evaluationof Non‐photorealistic texture‐
styles
A shortdemonstration…
Whichstylewasmostpopular?
Graphical
11%
Contour 
(Colour)
20%
Realism
19%
Sketch
41 %
Greyscale
0%
Colour
2%
Contour(Monochrome)
7% 
Advantages
of VR: Increasedunderstanding; capacityand 
content

Disadvantages
of VR: the level of photorealism that is 
possible to obtain today; the technology

Need for greater variety of visual expressions in 
architectural VR‐models

Aesthetics
in the visual expression important. To 
produce sketchy, unfinished expressions considered 
relevant..

Detailing
and aboveall colouring
importantfor the 
visualexpression. Toolittlevisualdetailingunpopular.