Interaction design for Augmented Reality Head-Up Displays : Developing graphics design and evaluating perceptual and safety aspects for navigation use cases

The interactions with everyday products and technology are often done without being noticed or reflected upon. Interactions driving a vehicle are happening automatically for most people when having experience driving. With the innovative shift within the automotive industry toward connectivity and autonomous driving, new demands on the interaction and communication between humans and machines are created. This thesis project was carried out in collaboration with Volvo Cars and the Research Institute of Sweden (RISE) within their joint research project SCREENS. Their project aims to investigate whether implementing Augmented Reality in Head-Up Displays (AR-HUD), and other vehicle technologies can benefit users in perceiving and understanding the environment when driving. Misapplied technology may result in users misperceiving visual information causing faulty decision making resulting in accidents and interaction errors. Their research objective implementing automotive technology benefitting safer driving, better cars, and competitive advantages for Volvo Cars. This thesis objective was to design visual information for a navigation feature in AR-HUD and implement the graphics into a Volvo XC60 concept car. The implemented graphics were then evaluated with users operating the vehicle in realistic environments. The results were analyzed to investigate if positive perceptual, attentional, and safety aspects using AR-HUD could be indicated. The project aim was to design and explore the user interactions resulting in valuable insights from an industrial design engineering perspective for future research. The thesis project had a human-centered design approach following a modified version of the iterative cycle for human-centered design process. Stages of ideating, implementing, evaluating, and analyzing were iterated two times during the twenty-week project. The user experiences from interacting with the system were fundamental during the project, relating design decisions to qualitative and quantitative data collected during evaluations. From the user evaluations could indications be found that AR-HUD aided the driver in keeping their eyes on the road more frequently using AR guidance compared to traditional HUD guidance. Aspects to consider when designing visual navigation information were found and related to relevant theory about visual perception and human information processing. The most critical aspect regarding the implementation of visual information was the timing of when graphics appear. Qualitative and quantitative data collected indicated that easily perceived information presented at the right time and duration was the most important aspect to consider when creating human-machine interfaces providing good user interactions.Interaktioner med vardagliga produkter och teknik görs ofta utan att de uppmärksammas och reflekteras över. Att köra bil är en interaktion med ett fordon som för många människor sker automatiskt tack vare erfarenhet användarna har att köra bil. Med det innovativa skiftet inom fordonsindustrin mot uppkopplingsbara och självkörande fordon skapar nya krav på interaktionerna och kommunikationen mellan människan och maskinen. Detta examensarbete genomfördes i samarbete med Volvo Cars och Research Institute of Sweden (RISE) inom deras gemensamma forskningsprojekt SCREENS. Deras projekt syftar till att undersöka implementeringen av förstärkt verklighet i Head-Up-displayer (AR-HUD) samt andra fordonsteknologier och om det kan gynna användare när de uppfattar och förstår miljön när de kör bil. Feltillämpad teknik kan leda till att användare missuppfattar visuell information, vilket orsakar felaktigt beslutsfattande som leder till olyckor och interaktionsfel. Deras forskningsmål är att implementera fordonsteknik som gynnar säkrare körning, bättre bilar och konkurrensfördelar för Volvo Cars. Målet med detta examensarbete var att designa visuell information för en navigeringsfunktion i AR-HUD och implementera grafiken i en Volvo XC60 konceptbil. Den implementerade grafiken utvärderades sedan med användare som körde fordonet i realistiska miljöer. Resultaten analyserades för att undersöka om positiva perceptuella, uppmärksamhets- och säkerhetsaspekter med AR-HUD kunde indikeras. Projektets syfte var att designa och utforska användarinteraktionerna resulterande i värdefulla insikter ur ett industridesigntekniskt perspektiv för framtida forskning. Examensarbetet hade en användarcentrerad designstrategi och har följt en modifierad version av designprocessen iterativa cykeln för användarcentrerad design. Stadier av idégenerering, implementering, utvärdering och analys upprepades två gånger under det tjugo veckor långa projektet. Användarnas erfarenheter från interaktionen med systemet var central under projektet och designbeslut baserades på kvalitativa och kvantitativa data som samlats in under användarutvärderingarna. Från användarutvärderingarna upptäcktes indikationer att AR-HUD hjälpte förare att hålla ögonen på vägen mer när de använde AR-vägledning, jämfört med traditionell HUD-vägledning. Aspekter att beakta vid design av visuell navigeringsinformation hittades och relaterades till relevant teori om visuell perception och mänsklig informationsbehandling. Den viktigaste aspekten som indikerades när det gäller implementeringen av visuell information var timingen för när grafik visas. Kvalitativa och kvantitativa data som samlats in visade att lättuppfattad information presenterad vid rätt tidpunkt och varaktighet var den viktigaste aspekten att ta hänsyn till när man skapar gränssnitt för kommunikationen mellan människa och maskin som resulterar i bra användarinteraktioner