Investigating the Constructs that Shape and Enhance the Experience of Virtual Reality Exergames
Modern virtual reality (VR) systems have an inherent physical component, as body interactions and movement through space are central components of the interaction with the system. In addition, VR systems are characterized in particular by creating a strong sense of being in a virtual environment that can benefit the player's motivation. Since a lack of motivation is one of the main reasons for physical inactivity, which is associated with numerous adverse effects, VR thus represents a promising technology for modern exergames, digital games focusing on physical movements. Based on five peer-reviewed papers, this thesis, therefore, explores different player experience-related aspects and game mechanics in the context of VR exergames. For each paper, a dedicated prototype was developed and evaluated in a quantitative user study. The first paper presents the advantages of a VR exergame compared to a conventional exergame played in front of a TV screen for presence, motivation, performance, embodiment, and attentional focus. The second paper examines that the haptic feedback provided by using a heavy passive haptic controller can significantly increase exertion in a VR exergame without reducing player motivation. The results presented in the third paper show that playing in two physically separated rooms in a two-player VR game significantly improves social presence, performance, and the quality of communication compared to playing in a shared playing area. For the fourth work, a unique controller based on a grip strength trainer was developed to enable a strenuous voluntary interaction. Different game mechanics were integrated into a VR game to incentivize engaging in the voluntary interaction. The results show that the exaggerated representation of one's abilities, called virtual performance augmentation, is the strongest motivator for voluntarily engaging in the strenuous activity. On the one hand, the fifth paper investigates the influence of VR for exergames in the context of cognitive performance and, on the other hand, analogous to the first paper, the influence on presence, motivation, and perceived exertion. While no benefits for VR were identified for cognitive performance, the results of this work support the findings from the first work and demonstrate the benefits of VR for presence, motivation, and perceived exertion for exergames. Incorporating the results of all work, the discussion of this thesis presents and discusses findings relevant to future research and the development of VR exergames. This dissertation demonstrates that VR technology and related mechanics can significantly enhance exergames and thus contribute to tackling the problem of physical inactivity in a motivating way.
Moderne Virtual Reality (VR) Systeme besitzen eine inhärente Bewegungskomponente, da Körperinteraktionen und Bewegungen durch den Raum zentrale Bestandteile der Interaktionen mit dem System darstellen. Darüber hinaus sind VR-Systeme insbesondere dadurch charakterisiert, dass sie ein starkes Gefühl dafür vermitteln, sich in einer virtuellen Umgebung zu befinden, was sich positiv auf die Motivation der Nutzer auswirken kann. Da Motivationsmangel einer der Hauptgründe für körperliche Inaktivität ist, die mit zahlreichen negativen Auswirkungen verbunden ist, stellt VR eine vielversprechende Technologie für moderne digitale Spiele dar, die sich auf körperliche Bewegungen konzentrieren und als Exergames bezeichnet werden. Auf der Grundlage von fünf begutachteten Arbeiten werden in dieser Dissertation daher verschiedene Aspekte der Spielerfahrung und Spielmechaniken im Kontext von VR-Exergames untersucht. Für jede Arbeit wurde ein eigener Prototyp entwickelt und in einer quantitativen Nutzerstudie evaluiert. In der ersten Arbeit werden die Vorteile eines VR-Exergames gegenüber einem konventionellen Exergame, welches vor einem TV-Bildschirm gespielt wird für die Präsenz, Motivation, Leistung, Embodiment und Aufmerksamkeitsfokus dargestellt. In der zweiten Arbeit wird herausgearbeitet, dass das haptische Feedback, das durch die Nutzung eines passiv haptischen schweren Controllers entsteht, dazu genutzt werden kann, die körperliche Anstrengung in einem VR-Exergame signifikant zu steigern, ohne dabei die Motivation der Spieler*innen zu reduzieren. Die Ergebnisse der dritten Arbeit zeigen, dass in einem Zwei-Spieler*innen VR-Spiel, das Spielen in zwei voneinander getrennten Räumen im Vergleich zu dem Spielen in einem geteilten Raum bzw. einer geteilten Spielfläche die soziale Präsenz, die Performance und die Qualität der Kommunikation signifikant verbessert. Für die vierte Arbeit wurde ein spezieller Controller entwickelt, der auf einem Griffkrafttrainer basiert und eine freiwillige anstrengende Interaktion ermöglicht. Zur Motivation diese Anstrengung aufzusuchen, wurden verschiedene Spielmechaniken in ein VR-Spiel integriert und miteinander verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die übertriebene Darstellung der eigenen Fähigkeiten, die sogenannte Virtual Performance Augmentation, den stärksten Motivator für das freiwillige Aufsuchen der anstrengenden Tätigkeit darstellt. Die Ergebnisse der fünften Arbeit unterstützen die Erkenntnisse aus der ersten Arbeit und zeigen den Mehrwert von VR für die Präsenz, Motivation und die wahrgenommene Anstrengung für Exergames. Darüber hinaus zeigt eine Untersuchung der kognitiven Leistungsfähigkeit jedoch keinen Vorteil für VR in Exergames auf. Die Ergebnisse aller Arbeiten einbeziehend, werden in der Diskussion dieser Arbeit Erkenntnisse präsentiert und diskutiert, die für die zukünftige Forschung sowie die Entwicklung von VR-Exergames relevant sind. Diese Dissertation zeigt, dass die VR-Technologie und damit in Zusammenhang stehende Mechaniken Exergames signifikant verbessern können und so dazu beitragen können, das Problem der körperlichen Inaktivität auf motivierende Weise anzugehen.