Concepts and methods to support the development and evaluation of remote collaboration using augmented reality

Abstract

Remote Collaboration using Augmented Reality (AR) shows great potential to establish a common ground in physically distributed scenarios where team-members need to achieve a shared goal. However, most research efforts in this field have been devoted to experiment with the enabling technology and propose methods to support its development. As the field evolves, evaluation and characterization of the collaborative process become an essential, but difficult endeavor, to better understand the contributions of AR. In this thesis, we conducted a critical analysis to identify the main limitations and opportunities of the field, while situating its maturity and proposing a roadmap of important research actions. Next, a human-centered design methodology was adopted, involving industrial partners to probe how AR could support their needs during remote maintenance. These outcomes were combined with literature methods into an AR-prototype and its evaluation was performed through a user study. From this, it became clear the necessity to perform a deep reflection in order to better understand the dimensions that influence and must/should be considered in Collaborative AR. Hence, a conceptual model and a humancentered taxonomy were proposed to foster systematization of perspectives. Based on the model proposed, an evaluation framework for contextualized data gathering and analysis was developed, allowing support the design and performance of distributed evaluations in a more informed and complete manner. To instantiate this vision, the CAPTURE toolkit was created, providing an additional perspective based on selected dimensions of collaboration and pre-defined measurements to obtain “in situ” data about them, which can be analyzed using an integrated visualization dashboard. The toolkit successfully supported evaluations of several team-members during tasks of remote maintenance mediated by AR. Thus, showing its versatility and potential in eliciting a comprehensive characterization of the added value of AR in real-life situations, establishing itself as a generalpurpose solution, potentially applicable to a wider range of collaborative scenarios.

Colaboração Remota utilizando Realidade Aumentada (RA) apresenta um enorme potencial para estabelecer um entendimento comum em cenários onde membros de uma equipa fisicamente distribuídos precisam de atingir um objetivo comum. No entanto, a maioria dos esforços de investigação tem-se focado nos aspetos tecnológicos, em fazer experiências e propor métodos para apoiar seu desenvolvimento. À medida que a área evolui, a avaliação e caracterização do processo colaborativo tornam-se um esforço essencial, mas difícil, para compreender as contribuições da RA. Nesta dissertação, realizámos uma análise crítica para identificar as principais limitações e oportunidades da área, ao mesmo tempo em que situámos a sua maturidade e propomos um mapa com direções de investigação importantes. De seguida, foi adotada uma metodologia de Design Centrado no Humano, envolvendo parceiros industriais de forma a compreender como a RA poderia responder às suas necessidades em manutenção remota. Estes resultados foram combinados com métodos da literatura num protótipo de RA e a sua avaliação foi realizada com um caso de estudo. Ficou então clara a necessidade de realizar uma reflexão profunda para melhor compreender as dimensões que influenciam e devem ser consideradas na RA Colaborativa. Foram então propostos um modelo conceptual e uma taxonomia centrada no ser humano para promover a sistematização de perspetivas. Com base no modelo proposto, foi desenvolvido um framework de avaliação para recolha e análise de dados contextualizados, permitindo apoiar o desenho e a realização de avaliações distribuídas de forma mais informada e completa. Para instanciar esta visão, o CAPTURE toolkit foi criado, fornecendo uma perspetiva adicional com base em dimensões de colaboração e medidas predefinidas para obter dados in situ, que podem ser analisados utilizando o painel de visualização integrado. O toolkit permitiu avaliar com sucesso vários colaboradores durante a realização de tarefas de manutenção remota apoiada por RA, permitindo mostrar a sua versatilidade e potencial em obter uma caracterização abrangente do valor acrescentado da RA em situações da vida real. Sendo assim, estabelece-se como uma solução genérica, potencialmente aplicável a uma gama diversificada de cenários colaborativos.