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Online Content Generation in Mobile Applications - Adaptation and Personalization for Location-based Game Systems

Tregel, Thomas (2021):
Online Content Generation in Mobile Applications - Adaptation and Personalization for Location-based Game Systems. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00017499,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Online Content Generation in Mobile Applications - Adaptation and Personalization for Location-based Game Systems
Language: English
Abstract:

Location-aware mobile applications like navigation services or fitness trackers are inherently incorporated into our everyday life. The success of Ingress and Pokémon GO popularized the genre of location-based games, even indicating positive health effects for avid players that voluntarily cover large distances. However, the inconsistent and area-dependent supply of playable content, combined with superficial cooperation mechanisms, pose a considerable challenge for novel games in this genre. Furthermore, a suitable content generation based on real-world location data is complicated by the heterogeneity of populated areas. Continuously, in these movement-based games an inflexible mobility integration penalizes players deviating from the game’s intended style of play. Online procedural content generation, which creates content during run-time, is well suited for such scenarios. In numerous application domains, online content generation is utilized based on individual scenario parameters and contextual user data, providing personalized outcomes. But the optimization of content availability based on real-world location data, combined with a dynamic online generation, remains an open research challenge. In this thesis, we design and implement automatic location-based content generation mechanisms as our first contribution, which address the aforementioned challenge. We develop an approach to identify suitable content locations and procedurally derive game areas. Consequently, we enable cooperation concepts by game area coupling, providing distinct game areas with similar urban characteristics, even in heterogeneous areas. Since movement is the main characteristic of such games, we propose a mobility personalization strategy as our second contribution. This incorporates a player routing approach in urban scenarios focusing on guided virtual reward optimization. On this basis, we develop a run-time mobility detection utilizing accumulated smartphone sensor data as our third contribution. To support this decision-making process, we employ a combination of accelerometer and location sensor readings to overcome the limitations of individual data sources for specific mobility types. Finally, based on our developed GeoVis prototype, we conduct an extensive evaluation of our contributions. Therefore, we assess the effectiveness of our content approach under varying ambient conditions. We show that our location-based content generation leads to a reliable and flexible content selection in inhabited regions. Additionally, we demonstrate the utilization of route planning and automatic mobility detection as suitable mobility personalization strategies. In summary, we show that our contributions allow novel location-based game systems to create content worldwide and adapt to application-specific area and mobility characteristics by examining user mobility data during run-time.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Standortbezogene mobile Anwendungen wie Navigationsdienste oder Fitnesstracker sind fest in unser tägliches Leben integriert. Der Erfolg von Ingress und Pokémon GO hat dabei das verwandte Genre der Location-based Games populär gemacht, welches positive gesundheitliche Auswirkungen für begeisterte Spieler zeigt, die freiwillig große Entfernungen zurücklegen, um spielbezogene Belohnungen zu erhalten. Das inkonsistente Angebot an spielbaren Inhalten an verschiedenen Orten, kombiniert mit oberflächlichen Kooperationsmechanismen, stellt jedoch eine beträchtliche Herausforderung für neuartige Spiele in diesem Genre dar. Darüber hinaus wird eine praktikable Inhaltsgenerierung auf der Grundlage von Kartendaten durch die Heterogenität der besiedelten Gebiete erschwert. Bei diesen bewegungslastigen Spielen benachteiligt eine unflexible Mobilitätsintegration jene Spieler, die von der beabsichtigten Spielweise des Spiels abweichen. Die Online Procedural Content Generation, bei der Inhalte automatisiert zur Laufzeit erstellt werden, ist für solche Szenarien besonders geeignet. In zahlreichen Anwendungsdomänen wird die Online-Generierung auf Basis individueller Szenarioparameter und kontextbezogener Nutzerdaten eingesetzt und liefert dabei personalisierte Ergebnisse. Die Gewährleistung einer flächendeckenden Verfügbarkeit der generierten Inhalte in Augmented Reality, kombiniert mit einer dynamischen Online-Generierung, wurden bislang nicht erforscht. In dieser Dissertation erforschen wir ortsbasierte Mechanismen zur automatisierten Generierung von Inhalten. Im ersten Beitrag, der sich mit der flächendeckenden Verfügbarkeit beschäftigt, entwickeln wir einen Ansatz zur Identifikation geeigneter Standorte und der prozeduralen Konvertierung in bespielbare Gebiete. Anschließend, ermöglichen wir den Einsatz von Kooperationskonzepten durch Kopplung dieser Gebiete. Daraus resultieren gekoppelte Spielareale, die trotz Heterogenität der realen Umgebung, Orte mit äquivalenten urbanen Charakteristika auswählen. Da die Bewegung der Nutzer das zentrale Merkmal solcher Spiele ist, schlagen wir als zweiten Beitrag eine Strategie zur Personalisierung der Spielermobilität vor. Diese beinhaltet einen Ansatz zur Routenplanung in urbanen Szenarien um Spieler bei der Optimierung der virtuellen Belohnungen zu unterstützen. Darauf aufbauend stellen wir als dritten Beitrag eine automatische Mobilitätserkennung zur Laufzeit vor. Diese setzt hierfür eine Kombination aus Beschleunigungs- und Standortssensoren ein, um die Einschränkungen einzelner Datenquellen für bestimmte Mobilitätsarten zu kompensieren. Auf der Grundlage unseres entwickelten GeoVis-Prototypen führen wir eine umfassende Evaluierung dieser Beiträge durch. Dazu bewerten wir die Anwendbarkeit unserer Inhaltsgenerierung unter verschiedenen Umgebungsbedingungen. Unsere Evaluation belegt, dass unsere Mechanismen zu einer zuverlässigen und flexiblen Inhaltsgenerierung in bewohnten Regionen führen. Darüber hinaus belegen wir, dass eine Routenplanung und automatische Mobilitätserkennung flexibel einsetzbare Strategien zur Personalisierung der Mobilität sind. Die Beiträge dieser Dissertation ermöglichen die Erstellung von weltweiten Inhalten für neue Location-based Games, sowie die flexible anwendungsspezifische Anpassung an aktuelle Gebiets- und Mobilitätsmerkmale der Nutzer, indem deren Mobilitätsverhalten zur Laufzeit analysiert wird.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xv, 194 Seiten
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute of Computer Engineering > Multimedia Communications
Date Deposited: 17 Feb 2021 06:57
Last Modified: 17 Feb 2021 06:58
DOI: 10.26083/tuprints-00017499
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-174994
Referees: Steinmetz, Prof. Dr. Ralf ; Hlavacs, Prof. Dr. Helmut ; Göbel, PD Dr. Stefan
Refereed: 18 December 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/17499
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