Gerçek ve sanal gerçeklik ortamları arasındaki algısal farklılıklarda görselleştirmeye ilişkin özelliklerin araştırılması
Exploration of visualization traits in the perceptual differences between real and virtual reality enviroments
Yazar: NİHAL KAYAPA
Danışman: YRD. DOÇ. TOGAN TONG
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Mimarlık Ana Bilim Dalı / Bilgisayar Ortamında Mimarlık Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Mimarlık = Architecture

Özet:
Temsil ortamı mekânsal fikirleri ortaya koymada, açıklamada ve değerlendirmede ana görevi üstlenmektedir. Mekânsal fikirlere ait bütün değerlendirmeler, inşa edilmeden önce temsil ortamı üzerinden yapılmaktadır. Yapının maliyeti, yaşam süresi, sosyolojik ve psikolojik etkileri göz önüne alındığında, temsil ortamında algılanan ve kabul gören konseptin, gerçek yapıya ait bilgiyi doğru ifade edip etmediği önem kazanmaktadır. Temsil araçları sanal gerçeklik ortamları ile yeni bir boyut kazanmıştır. Sanal gerçeklik ortamı gerçek dünyaya ilişkin bir durumun, bilgisayar tarafından yaratılmış üç boyutlu bir simülasyon içinde, kullanıcının da bu simülasyon ortamını özel aygıtlar yardımıyla duyusal olarak algıladığı ve denetleyebildiği ortamlardır. Sanal gerçeklik ortamları mekânın içinde bulunma ve mekânda yaptığı eylemlerin duyusal geri dönüşlerini almasına izin vermesiyle, diğer temsil tekniklerinden ayrılmakta ve tasarımcıya, tasarım sürecinde yeni potansiyeller sunmaktadır.Bu konuyla ilgili yapılan araştırmalar, sahip oldukları potansiyellere rağmen, sanal gerçeklik ortamlarının, gerçek ortamdakine birebir benzerlikte bir algı sunmadığını ortaya koymaktadır. Araştırmanın amacı; gerçek ortam ve sanal gerçeklik ortamları arasındaki algısal farklılıkların nedenleri araştırmaktır. Sanal gerçeklik ortamı farklı yazılımların, donanımların ve tekniklerin yani bileşenlerin bir arada kullanılması ile oluşturulan bir ortamdır. Bu neden ötürü, sanal gerçeklik ortamında gerçek ortamdaki gibi tek bir mekânsal algıdan bahsedilemez. Kullanılan bileşenlere göre oluşan farklı sanal gerçeklik ortamları ve algıları vardır. Tezde algısal farklılıkların nedenleri, sanal gerçeklik ortamı bileşenleriyle ilişkili olarak ortaya konulmuştur. Çalışmanın ayrıntılı amacı ise sanal gerçeklik ortamı bileşenlerinden biri olan görselleştirmenin ortam algısına etkisi araştırmaktır.Araştırmada ortaya konulan yöntemin üçayağı bulunmaktadır. Birincisi, kuramsal çerçevenin belirlenmesi; ikincisi, ortamlar arası algısal farklılıkları araştıran çalışmaların yöntemlerinin ve sonuçlarının incelenmesi; üçüncüsü ise, araştırma sonuçları ve alanyazı çalışmalarından hareketle ortamlar arasındaki algısal farklılıkların nedenlerinin ortaya konulması ve deney çalışmalarıyla görselleştirmenin ortam algısına etkisinin incelenmesidir.Kuramsal çerçeve üç ana başlığa indirgenerek incelenmiştir. Sırasıyla algı (derinlik algısı), mekân algısı (mekan algısının değerlendirilmesi) ve sanal gerçeklik ortamı (bileşenleri) incelenmesi gereken temel olgular olarak belirlenmiştir ve alanyazı çalışmaları ortaya konulmuştur. Çalışma yönteminin ikinci ayağında ise; ortamlar arası algısal farklılıkları araştıran çalışmaların amaçları, yöntemleri, çalışmada kullandıkları sanal gerçeklik ortamları ve özellikleri, deney kurguları ve sonuçları incelenmiştir. Yapılan araştırmalar sonucunda gerçek ve sanal gerçeklik ortamı arasındaki algısal farklılıkların nedeni olarak dört etmenin öne çıktığı görülmüştür. Bunlar; görüş alanı, derinlik ipucu miktarı, bireysel farklılıklar ve sanal gerçeklik ortamına alışmanın etkisidir.Gözlemci sanal ortama bir kameranın oluşturduğu görüntü aracılığı ile bakabilmektedir. Kameranın görüş alanı, konumu ve özellikleri sanal ortam algısını etkilemekte ve dolaysıyla ortamlar arasında algısal farklılıkların oluşmasına neden olmaktadır. Bu bağlamda yapılan araştırmalara göre, görüş alanının küçük olması, ortamın küçük ve zor algılanmasına neden olmaktadır. İpucu miktarı ortamın içerdiği derinlik bilgisi miktarıdır. Sanal gerçeklik ortamında ipucu miktarının az olması, ortamın küçük ve zor algılanmasına neden olmaktadır. Ortamlar arasındaki algısal değerlendirmeler, bireysel farklılıklar göstermektedir. Gözlemcinin geçmiş deneyimleri önemli bir etkendir, video oyunu oynayan gözlemciler sanal ortamda daha başarılı mesafe tahmininde bulunmuşturlar. Ortamlar arasındaki algısal farklılıkların nedenlerinden biri de sanal gerçeklik ortamına alışma etkisidir. Gözlemciler donanımları kullanmaya ve etkileşim kurma şekline alıştıkça daha başarılı derinlik tahminleri ortaya koyabilmektedir.Gerçek ortamdaki algısal değerlendirme, gerçek ortamın yapısından, gözlemciden, gözlemci ve gerçek ortam arasındaki algısal ilişkiden kaynaklı olarak değişmektedir. Bu bilgi ışığında yukarıdaki etmenler değerlendirilirse; görüş alanı ve ipucu miktarı sanal gerçeklik ortamının yapısından, bireysel farklılıklar gözlemciden, ortama alışmanın etkisi ise sanal gerçeklik ortamı ve gözlemci arasındaki algısal ilişkinden kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak; gerçek ortamda algısal farklılaşmaya neden olan faktörler, ortamlar arasındaki algısal farklılıklarında nedenidir. Bu faktörler; sanal gerçeklik ortamın yapısı, gözlemci ve ortamlarda, gözlemci ile hedeflenen bilgi arasında kurulan algısal ilişkinin yapısıdır.Tezde görüş alanı ve ipucu miktarı etkisi, model bileşeni ile ilişkili olarak detaylı biçimde araştırılmış ve aşağıdaki sonuçlara ulaşılmıştır. Sanal gerçeklik ortamda derinlik, gerçek ortama göre daha az algılanmaktadır. Ortamlar arasındaki algısal farkları araştıran çalışmalara göre bunun nedeni görüş alanıdır ve sanal gerçeklik ortamında doğru derinlik bilgisi elde etmek için, görüş alanını büyütmek önerilmektedir. Sanal gerçeklik ortamında görsel alan büyütüldüğünde; nesneler görsel olarak deformasyona uğramış biçimde algılanabilmektedir. Tezde ortaya konulan deney çalışması nesnelerde meydana gelen deformasyonun gözlemci için bir sorun teşkil ettiğini göstermiştir. Sanal gerçeklik ortamında doğru derinlik bilgisini elde etmek için görüş alanı büyütmek her zaman doğru çözüm üretmeye yetmemektedir. Bu durumu hedeflenen bilgi (mekanın boyut) ve diğer bileşenlerle ilişkili olarak düşünmek gerekmektedir.Araştırma kapsamında, ipucu miktarı, model bileşenin alt başlığı olan görselleştirme şekliyle ilişkili olarak incelenmiştir. Modelleme programları, modeli genel olarak çizgisel, foto-gerçekçi olmayan (FGO), foto-gerçekçi (FG) olarak görselleştirebilmektedir. Bu tanımlamalar arasındaki sınır çok net değildir; fakat tezde alanyazın çalışmasında yola çıkılarak bu tanımlar ortaya konulmuştur. Foto-gerçekçi (FG) görselleştirme, inşa edildiğinde böyle algılanacak diye sunulurken, foto-gerçekçi olmayan (FGO) görselleştirme ise, detay miktarını azaltmak, hedeflenen algısal bilgiye ulaşmayı kolaylaştırır diye sunulmaktadır. Bu iki görselleştirme şeklinin taşıdığı ipucu miktarı, bunların derinlik algısına etkisi ve ortamdaki algının gerçek mekân algısı ile örtüşme oranı, çalışma kapsamında farklı kaynaklardan araştırılmış ve net bir bilgiye ulaşılamamıştır. Bu bağlamda; FGO ve FG görsellerle oluşturulan sanal gerçeklik ortamlarında, derinlik algısının nasıl değiştiği ve hangi görselleştirme şekliyle oluşturulan ortamdaki algının gerçek mekân algısı ile daha çok örtüştüğünü ortaya koymak için bir deney çalışması yapılmıştır.Deneyde, FG sanal gerçeklik ortamındaki algının, FGO sanal gerçeklik ortamına göre gerçek ortam algısı ile daha çok örtüştüğü görülmüştür. Yukarıda ifade edildiği gibi, foto-gerçekçi görselleştirme, genellikle inşa edildiğinde böyle algılanacak veya görsel olarak böyle deneyimlenecek diye sunulmaktadır. Araştırma sonucuna göre; söylevde her ne kadar doğruluk payı olsa da, bunun tamamen doğru olduğunu da söylenemez. Mekânın uzunluğunun değerlendirilmesinde, FG görselleştirme artı bir değer sağlamamıştır. Her iki ortamda da mekân kısa algılanmıştır. Sanal gerçeklik ortamlarında derinlik genel olarak küçük algılanmaktadır. Bu algısal farklılaşmaya yukarıda ifade edilen etmenler neden olmaktadır. Fakat sanal ortamda kullanılan kameranın görüş alanı, bu etmenlerden en önemlisi olarak karşımıza çıkmaktadır.

Abstract:
Architectural representation tools are not work only on the explanation, communication and representation of the architectural concept. They have also an important duty in defining, organizing and evaluating the architectural concept and scope. All spatial evaluations are made on representation before being built. Considering the cost, life span, sociological and psychological effects of the building; representation tools potentials about showing the correct information about built environment became more important. Virtual reality gives new opportunities to designers, as a representation tool. Virtual reality is a three-dimensional simulation created by computers. In this environment, users can control and perceive it with special devices. Virtual reality is different from the other representation tools used in design activity, because of the properties like giving chance to immerse the virtual environment, being an interactive action and getting sensorial feedback. And also, it includes all the in depth sources, used in the perception of real environment.Studies show that, despite its potential, perception in virtual reality environment does not overlap with the perception in the real environment. The main scope of this thesis is to investigate the reasons of perceptional differences between real and virtual reality environments. As Sherman and vd. (2009) said, virtual reality is a medium to communicate the ideas that is used for many purpose. It is an environment created by using different softwares, hardwares and techniques. For this reason, there is not a single spatial perception in virtual reality environments like real world. Perception of the environment will be changed according to the components used in environment. Therefore, in this thesis, the reasons of perceptual differences put forward in relation to components of the virtual reality environment. The exhaustive scope of this thesis is to explore traits of visualization on perceptual differences between real and virtual reality environment.The methodology of the research is; to define theoretical frame, to examine the result and the methodology of the research which is done about the perceptual differences between virtual and real environments. And then, the reasons of perceptional differences between environments put forward according to conclusions of researches and theoretical discussions. Experimental studies were held to investigate the effects of visualization on the perception.In the first part of the research, theoretical frame of the thesis is defined under three main titles. These are perception (depth perception), space perception, (evaluating space perception), and virtual reality and its components. In the second part of the research, the aim, scope, methodology, experimental design and finding of the cross-media studies examining perceptual differences between real and virtual environments, were evaluated.Through the analysis; four factors were found as the reasons of the perceptional differences between real and virtual reality environments. These are; the field of view, the amount of cue, individual differences, getting used to virtual reality environment.Observer can look at the virtual world by the help of the image created by the camera. So the field of view, location and the properties of the camera effects the perception in virtual reality environment. Therefore, it affects the reason the perceptional differences between environments. According to the researches have been conducted in this field, space is perceived small and difficult when field of view is small.The amount of cue is the amount of depth information that environment contains. When amount of the cue in the virtual reality is less, it causes misperception in the environment. There are individual differences in the evolution of environments perception. Observer?s past experience is an important factor in this regard. Observers, who play video games, predict distances more successfully in virtual reality. One of the reasons of the perceptional differences between environments is getting used to virtual reality environment. Observers can make more successful depth estimations when they become familiar with environment and controlling the equipments.The evaluation of real environment perception changes, due to structure of the real environment, observer and the perceptual relationship between observer and environment. Four factors (the field of view, the amount of cue, individual differences, getting used to virtual reality environment) mentioned above is evaluated in the light of this information. The field of view and the amount of cue are derived from the structure of the virtual reality environment. Individual differences are derived from observer. Getting used to virtual reality environment is derived from perceptual relationship between virtual reality environment and observer. As a result; factors that cause perceptional differences in real environment are also reasons of the perceptional differences between real and virtual reality environments. These factors are;?The structure of the virtual reality environment.?Observer?Perceptual relationship established between observer and the target information in environments.In the thesis, the field of view and the amount of depth information source were explored in detail in relation to the model component of virtual reality. Following conclusions were found. Space is perceived smaller in virtual reality environment than real environment. According to studies conducted on perceptional differences between environments; the reason of this is the field of view. They suggest enlarging the field of view, in order to obtain the accurate depth information in virtual reality environment. When the field of view is enlarged, deformations were occurred in shapes of objects. The experimental study conducted in this thesis puts forward that, deformations in the shape of the objects cause perceptional problems. Enlarging the field of view is not always sufficient to produce the correct solution for obtaining accurate depth information in virtual reality environment. This problem needs to be considered in relation to targeted information and other components of the environment.Within this study, the amount of cue is examined related with visualization that is sub- heading of model components. Modeling programmers can visualize model as linear, non-photorealistic or photorealistic. These definitions are not very clear, and these were defined again in the thesis based on the literature review. Photorealistic visualization is represented as being recognized as such when it has been build. On the other hand, non-photorealistic visualization is represented as such that reducing amounts of details is helpful to reach target information. The amount of depth information sources in these two visualizations, the effects of them to depth perception and perceptual overlapping degree between virtual realities created by them and actual environment perception; within this scope these information were investigated from different sources in the thesis. Nothing clear was found. In this context, an experiment was made in order to understand, how depth perception (cognitive and sensory responses) changes in the virtual reality environments created with FGO an FG visuals and in which environment, perception overlaps more with real environment perception.According to experiment results, there are perceptual differences between real and virtual reality environments. Perceptual overlapping degree between real and virtual environments is higher in FG virtual reality environment than FGO virtual reality environment. As mentioned above, FG visualization is represented as being recognized as such when it has been build. Research showed that although discourse is true, though, it cannot be said to be all right. A plus value in the evaluation of the length of the space (depth) was not provided by FG visualization. Space was perceived small in both virtual reality environments.Depth in general, perceived less in virtual reality environments. The factors mentioned above are the reasons of this perceptual difference. But camera?s field of the view used in the virtual environment is the most important one of them.Key Words: Virtual Realty Environment, Perceptual Differences between Real and Virtual Reality Environments, Depth Perception, Field of View, Photorealistic Visualization, Non-photorealistic Visualization.