A proposal of design guidelines for immersive serious games

Abstract

Nowadays, several application areas are adopting serious games as an ethical, safe and low-cost alternative to performing dangerous tasks, such as training of firefighters, and for medical surgeries. The employment of Virtual Reality in serious games helps to provide virtual environments much more realistic and better immersive experiences to the user. However, some VR systems can still cause sickness symptoms, such as nausea and headaches, and some of them can be expensive, such as CAVEs. This thesis investigates the effects of physical immersion on serious games with perceptual learning purposes. Its main goal is to identify a set of design guidelines to help developers on choosing the appropriate level of immersion to be used in serious games in order to assure it is effective and comfortable for users. The main hypothesis is that higher levels of immersion improve serious games outcomes, but moderate immersion may be also adequate with the advantage of causing less simulation sickness on users. We organized a survey of the literature to better understand how physical immersion is being currently used on serious games, how its effectiveness has been assessed, and how immersion impacts on the game outcomes and usability. Then, we conducted two empirical user studies looking for investigating the effects of the display, interaction and locomotion fidelity on users’ perception and knowledge retention. For the experiments, we adapted a serious game previously developed for risk assessment and developed a new one to educate workers in electricity-line maintenance on safety procedures that need to be followed during electric installations. Results showed that, in general, display fidelity has an effect on risk perception when searching for non-obvious risks. Higher display fidelity has better performance on complex risks identification. Interaction and locomotion fidelity did not show a significant difference in perceptual learning. Naturalness also presented higher workload, but in the same conditions the correctness of tasks was high and subjects recall the procedures in both post- and retention-test. Therefore, knowledge retention is not impacted by the workload imposed by the interactive technique. From these experiments, we elaborated and discussed a set of design guidelines that can be considered for the choice of the appropriate physical immersion to be used on the development of new serious games.

Esta dissertação investiga os efeitos da imersão física em jogos sérios com propósitos de aprendizado perceptivo. O principal objetivo é identificar um conjunto de orientações de design para ajudar desenvolvedores a escolher o nível apropriado de imersão a ser usado em jogos sérios a fim de assegurar que o jogo seja efetivo e confortável para os usuários. A hipótese principal é que altos níveis de imersão melhoram os resultados dos jogos sérios, mas níveis de imersão moderados também podem ser adequados com a vantagem de que causa menos mal-estar nos usuários. Nós organizamos uma revisão da literatura para melhor entender como a imersão física está sendo usada atualmente em jogos sérios, como a efetividade tem sido avaliada, e como a imersão afeta os resultados do jogo e a usabilidade. Então, nós conduzimos dois estudos de usuário empíricos para investigar os efeitos da fidelidade de display, interação e locomoção na percepção dos usuários e retenção de conhecimento. Para os experimentos, nós adaptamos um jogo sério previamente desenvolvido para análise de percepção de riscos, e desenvolvemos um novo jogo para educar trabalhadores sobre procedimentos de segurança que precisam ser seguidos durante instalações elétricas na linha de manutenção elétrica. Os resultados mostraram que, em geral, a fidelidade de display tem impacto na percepção de riscos quando procurando por riscos que não são óbvios. Alta fidelidade de display tem melhor desempenho na identificação de riscos complexos. A fidelidade de locomoção e interação não apresentou diferenças significantes no aprendizado perceptivo. Alta fidelidade também apresentou maior workload, mas nas mesmas condições a corretividade das tarefas foi maior e os participantes lembraram dos procedimentos tanto no pós-teste quanto no teste de retenção. Portanto, a retenção de conhecimento não foi afetada pelo workload introduzido pela técnica interativa. A partir destes experimentos, nós elaboramos e discutimos um conjunto de orientações de design que podem ser considerados para a escolha do nível apropriado de imersão física para ser usado no desenvolvimento de novos jogos sérios.