Exploring biophilic effects in AR: the impact of visual fidelity and interaction naturalness

This thesis investigates the potential of Augmented Reality (AR) as a medium for biophilic experience. In fact, as urbanization develops, people are spending less time contacting with nature directly, leading to a growing concern about “nature deficit”. Biophilic design responses to this issue by integrating natural elements with built environments. Studies show that such design can reduce stress, improve attention and emotional well-being, and help establish a deeper sense of connection to nature. However most existing researches about biophilic design focus on architecture or fully immersive VR environment, leaving the potential of AR in this context underexplored.   This study investigates how two key design factors—visual fidelity and interaction naturalness—influence biophilic effects in AR. To test the biophilic effects, an AR application of interacting with a virtual flower was developed, along with different visual styles and interaction types. Eighteen participants engaged in four experiment conditions combining high/low visual fidelity with natural/button-based interactions. Data were collected through eye-tracking, questionnaires, and open-ended feedback.   Results indicate that natural interactions can draw stronger emotional responses than button interactions in most scenarios. Interestingly, when combined with natural interaction, even low-fidelity visuals are able to generate high levels of engagement. Conversely, when natural interaction is missing, visual fidelity played a more significant role. These findings highlight the importance of designing intuitive natural interactions in biophilic AR, especially under limited resources.   The study contributes a mixed-method evaluation framework that combines physiological data with subjective responses. This approach offers a more comprehensive understanding of how AR can produce biophilic experiences, with concrete guidance for designers aiming to enhance emotional engagement and natural connection in AR environment.

Questa tesi esplora il potenziale della Realtà Aumentata (AR) come mezzo per offrire esperienze biofiliche. All’aumentare dell’urbanizzazione, le persone trascorrono sempre meno tempo a contatto diretto con la natura. Ciò genera crescente preoccupazione riguardo al cosiddetto “deficit di natura”. Il design biofilico affronta questa problematica integrando elementi naturali negli ambienti costruiti. Gli studi dimostrano che questo approccio può ridurre lo stress, migliorare l’attenzione e il benessere emotivo, e favorire un senso più profondo di connessione con la natura. Tuttavia, la maggior parte delle ricerche esistenti sul design biofilico si concentra sull’architettura o su ambienti VR completamente immersivi, lasciando poco esplorato il potenziale della realtà aumentata in questo contesto.   Questo studio analizza come due fattori progettuali chiave—la fedeltà visiva e la naturalezza dell’interazione—influenzino gli effetti biofilici in AR. A tal fine, è stata sviluppata un'applicazione AR che consente di interagire con un fiore virtuale, in diverse combinazioni di stile visivo e modalità di interazione. Diciotto partecipanti hanno preso parte a quattro condizioni sperimentali, che combinano alta/bassa fedeltà visiva con interazioni naturali o basate su pulsanti. I dati sono stati raccolti attraverso eye-tracking, questionari e domande aperte.   I risultati indicano che le interazioni naturali suscitano risposte emotive più intense rispetto ai pulsanti nella maggior parte dei casi. E' interessante notare che in presenza di interazione maggiormente naturale anche i modelli a bassa fedeltà visiva riescono a generare un alto livello di coinvolgimento. Al contrario, in assenza di interazione naturale, la fedeltà visiva assume un ruolo più determinante. Questi risultati sottolineano l’importanza di progettare interazioni intuitive e naturali per esperienze AR biofiliche, soprattutto in contesti con risorse limitate.   Lo studio propone un framework di valutazione multimodale che integra dati fisiologici a risposte soggettive. Questo approccio consente una comprensione più completa di come l’AR possa generare esperienze biofiliche, offrendo indicazioni concrete per i designer che mirano a rafforzare il coinvolgimento emotivo e la connessione con la natura negli ambienti di realtà aumentata.