Index to NASA Tech Briefs, 1975

This index contains abstracts and four indexes--subject, personal author, originating Center, and Tech Brief number--for 1975 Tech Briefs

The cockpit for the 21st century

Interactive surfaces are a growing trend in many domains. As one possible manifestation of Mark Weiser’s vision of ubiquitous and disappearing computers in everywhere objects, we see touchsensitive screens in many kinds of devices, such as smartphones, tablet computers and interactive tabletops. More advanced concepts of these have been an active research topic for many years. This has also influenced automotive cockpit development: concept cars and recent market releases show integrated touchscreens, growing in size. To meet the increasing information and interaction needs, interactive surfaces offer context-dependent functionality in combination with a direct input paradigm. However, interfaces in the car need to be operable while driving. Distraction, especially visual distraction from the driving task, can lead to critical situations if the sum of attentional demand emerging from both primary and secondary task overextends the available resources. So far, a touchscreen requires a lot of visual attention since its flat surface does not provide any haptic feedback. There have been approaches to make direct touch interaction accessible while driving for simple tasks. Outside the automotive domain, for example in office environments, concepts for sophisticated handling of large displays have already been introduced. Moreover, technological advances lead to new characteristics for interactive surfaces by enabling arbitrary surface shapes. In cars, two main characteristics for upcoming interactive surfaces are largeness and shape. On the one hand, spatial extension is not only increasing through larger displays, but also by taking objects in the surrounding into account for interaction. On the other hand, the flatness inherent in current screens can be overcome by upcoming technologies, and interactive surfaces can therefore provide haptically distinguishable surfaces. This thesis describes the systematic exploration of large and shaped interactive surfaces and analyzes their potential for interaction while driving. Therefore, different prototypes for each characteristic have been developed and evaluated in test settings suitable for their maturity level. Those prototypes were used to obtain subjective user feedback and objective data, to investigate effects on driving and glance behavior as well as usability and user experience. As a contribution, this thesis provides an analysis of the development of interactive surfaces in the car. Two characteristics, largeness and shape, are identified that can improve the interaction compared to conventional touchscreens. The presented studies show that large interactive surfaces can provide new and improved ways of interaction both in driver-only and driver-passenger situations. Furthermore, studies indicate a positive effect on visual distraction when additional static haptic feedback is provided by shaped interactive surfaces. Overall, various, non-exclusively applicable, interaction concepts prove the potential of interactive surfaces for the use in automotive cockpits, which is expected to be beneficial also in further environments where visual attention needs to be focused on additional tasks.Der Einsatz von interaktiven Oberflächen weitet sich mehr und mehr auf die unterschiedlichsten Lebensbereiche aus. Damit sind sie eine mögliche Ausprägung von Mark Weisers Vision der allgegenwärtigen Computer, die aus unserer direkten Wahrnehmung verschwinden. Bei einer Vielzahl von technischen Geräten des täglichen Lebens, wie Smartphones, Tablets oder interaktiven Tischen, sind berührungsempfindliche Oberflächen bereits heute in Benutzung. Schon seit vielen Jahren arbeiten Forscher an einer Weiterentwicklung der Technik, um ihre Vorteile auch in anderen Bereichen, wie beispielsweise der Interaktion zwischen Mensch und Automobil, nutzbar zu machen. Und das mit Erfolg: Interaktive Benutzeroberflächen werden mittlerweile serienmäßig in vielen Fahrzeugen eingesetzt. Der Einbau von immer größeren, in das Cockpit integrierten Touchscreens in Konzeptfahrzeuge zeigt, dass sich diese Entwicklung weiter in vollem Gange befindet. Interaktive Oberflächen ermöglichen das flexible Anzeigen von kontextsensitiven Inhalten und machen eine direkte Interaktion mit den Bildschirminhalten möglich. Auf diese Weise erfüllen sie die sich wandelnden Informations- und Interaktionsbedürfnisse in besonderem Maße. Beim Einsatz von Bedienschnittstellen im Fahrzeug ist die gefahrlose Benutzbarkeit während der Fahrt von besonderer Bedeutung. Insbesondere visuelle Ablenkung von der Fahraufgabe kann zu kritischen Situationen führen, wenn Primär- und Sekundäraufgaben mehr als die insgesamt verfügbare Aufmerksamkeit des Fahrers beanspruchen. Herkömmliche Touchscreens stellen dem Fahrer bisher lediglich eine flache Oberfläche bereit, die keinerlei haptische Rückmeldung bietet, weshalb deren Bedienung besonders viel visuelle Aufmerksamkeit erfordert. Verschiedene Ansätze ermöglichen dem Fahrer, direkte Touchinteraktion für einfache Aufgaben während der Fahrt zu nutzen. Außerhalb der Automobilindustrie, zum Beispiel für Büroarbeitsplätze, wurden bereits verschiedene Konzepte für eine komplexere Bedienung großer Bildschirme vorgestellt. Darüber hinaus führt der technologische Fortschritt zu neuen möglichen Ausprägungen interaktiver Oberflächen und erlaubt, diese beliebig zu formen. Für die nächste Generation von interaktiven Oberflächen im Fahrzeug wird vor allem an der Modifikation der Kategorien Größe und Form gearbeitet. Die Bedienschnittstelle wird nicht nur durch größere Bildschirme erweitert, sondern auch dadurch, dass Objekte wie Dekorleisten in die Interaktion einbezogen werden können. Andererseits heben aktuelle Technologieentwicklungen die Restriktion auf flache Oberflächen auf, so dass Touchscreens künftig ertastbare Strukturen aufweisen können. Diese Dissertation beschreibt die systematische Untersuchung großer und nicht-flacher interaktiver Oberflächen und analysiert ihr Potential für die Interaktion während der Fahrt. Dazu wurden für jede Charakteristik verschiedene Prototypen entwickelt und in Testumgebungen entsprechend ihres Reifegrads evaluiert. Auf diese Weise konnten subjektives Nutzerfeedback und objektive Daten erhoben, und die Effekte auf Fahr- und Blickverhalten sowie Nutzbarkeit untersucht werden. Diese Dissertation leistet den Beitrag einer Analyse der Entwicklung von interaktiven Oberflächen im Automobilbereich. Weiterhin werden die Aspekte Größe und Form untersucht, um mit ihrer Hilfe die Interaktion im Vergleich zu herkömmlichen Touchscreens zu verbessern. Die durchgeführten Studien belegen, dass große Flächen neue und verbesserte Bedienmöglichkeiten bieten können. Außerdem zeigt sich ein positiver Effekt auf die visuelle Ablenkung, wenn zusätzliches statisches, haptisches Feedback durch nicht-flache Oberflächen bereitgestellt wird. Zusammenfassend zeigen verschiedene, untereinander kombinierbare Interaktionskonzepte das Potential interaktiver Oberflächen für den automotiven Einsatz. Zudem können die Ergebnisse auch in anderen Bereichen Anwendung finden, in denen visuelle Aufmerksamkeit für andere Aufgaben benötigt wird

Interaktion mit Medienfassaden : Design und Implementierung interaktiver Systeme für große urbane Displays

Media facades are a prominent example of the digital augmentation of urban spaces. They denote the concept of turning the surface of a building into a large-scale urban screen. Due to their enormous size, they require interaction at a distance and they have a high level of visibility. Additionally, they are situated in a highly dynamic urban environment with rapidly changing conditions, which results in settings that are neither comparable, nor reproducible. Altogether, this makes the development of interactive media facade installations a challenging task. This thesis investigates the design of interactive installations for media facades holistically. A theoretical analysis of the design space for interactive installations for media facades is conducted to derive taxonomies to put media facade installations into context. Along with this, a set of observations and guidelines is provided to derive properties of the interaction from the technical characteristics of an interactive media facade installation. This thesis further provides three novel interaction techniques addressing the form factor and resolution of the facade, without the need for additionally instrumenting the space around the facades. The thesis contributes to the design of interactive media facade installations by providing a generalized media facade toolkit for rapid prototyping and simulating interactive media facade installations, independent of the media facade’s size, form factor, technology and underlying hardware.Die wachsende Zahl an Medienfassenden ist ein eindrucksvolles Beispiel für die digitale Erweiterung des öffentlichen Raums. Medienfassaden beschreiben die Möglichkeit, die Oberfläche eines Gebäudes in ein digitales Display zu wandeln. Ihre Größe erfordert Interaktion aus einer gewissen Distanz und führt zu einer großen Sichtbarkeit der dargestellten Inhalte. Medienfassaden-Installationen sind bedingt durch ihre dynamische Umgebung nur schwerlich vergleich- und reproduzierbar. All dies macht die Entwicklung von Installationen für Medienfassaden zu einer großen Herausforderung. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung interaktiver Installationen für Medienfassaden. Es wird eine theoretische Analyse des Design-Spaces interaktiver Medienfassaden-Installationen durchgeführt und es werden Taxonomien entwickelt, die Medienfassaden-Installationen in Bezug zueinander setzen. In diesem Zusammenhang werden ausgehend von den technischen Charakteristika Eigenschaften der Interaktion erarbeitet. Zur Interaktion mit Medienfassaden werden drei neue Interaktionstechniken vorgestellt, die Form und Auflösung der Fassade berücksichtigen, ohne notwendigerweise die Umgebung der Fassade zu instrumentieren. Die Ergebnisse dieser Arbeit verbessern darüber hinaus die Entwicklung von Installationen für Medienfassaden, indem ein einheitliches Medienfassaden-Toolkit zum Rapid-Prototyping und zur Simulation interaktiver Installationen vorgestellt wird, das unabhängig von Größe und Form der Medienfassade sowie unabhängig von der verwendeten Technologie und der zugrunde liegenden Hardware ist

A Utility Framework for Selecting Immersive Interactive Capability and Technology for Virtual Laboratories

There has been an increase in the use of virtual reality (VR) technology in the education community since VR is emerging as a potent educational tool that offers students with a rich source of educational material and makes learning exciting and interactive. With a rise of popularity and market expansion in VR technology in the past few years, a variety of consumer VR electronics have boosted educators and researchers’ interest in using these devices for practicing engineering and science laboratory experiments. However, little is known about how such devices may be well-suited for active learning in a laboratory environment. This research aims to address this gap by formulating a utility framework to help educators and decision-makers efficiently select a type of VR device that matches with their design and capability requirements for their virtual laboratory blueprint. Furthermore, a framework use case is demonstrated by not only surveying five types of VR devices ranging from low-immersive to full-immersive along with their capabilities (i.e., hardware specifications, cost, and availability) but also considering the interaction techniques in each VR device based on the desired laboratory task. To validate the framework, a research study is carried out to compare these five VR devices and investigate which device can provide an overall best-fit for a 3D virtual laboratory content that we implemented based on the interaction level, usability and performance effectiveness

Blending the Material and Digital World for Hybrid Interfaces

The development of digital technologies in the 21st century is progressing continuously and new device classes such as tablets, smartphones or smartwatches are finding their way into our everyday lives. However, this development also poses problems, as these prevailing touch and gestural interfaces often lack tangibility, take little account of haptic qualities and therefore require full attention from their users. Compared to traditional tools and analog interfaces, the human skills to experience and manipulate material in its natural environment and context remain unexploited. To combine the best of both, a key question is how it is possible to blend the material world and digital world to design and realize novel hybrid interfaces in a meaningful way. Research on Tangible User Interfaces (TUIs) investigates the coupling between physical objects and virtual data. In contrast, hybrid interfaces, which specifically aim to digitally enrich analog artifacts of everyday work, have not yet been sufficiently researched and systematically discussed. Therefore, this doctoral thesis rethinks how user interfaces can provide useful digital functionality while maintaining their physical properties and familiar patterns of use in the real world. However, the development of such hybrid interfaces raises overarching research questions about the design: Which kind of physical interfaces are worth exploring? What type of digital enhancement will improve existing interfaces? How can hybrid interfaces retain their physical properties while enabling new digital functions? What are suitable methods to explore different design? And how to support technology-enthusiast users in prototyping? For a systematic investigation, the thesis builds on a design-oriented, exploratory and iterative development process using digital fabrication methods and novel materials. As a main contribution, four specific research projects are presented that apply and discuss different visual and interactive augmentation principles along real-world applications. The applications range from digitally-enhanced paper, interactive cords over visual watch strap extensions to novel prototyping tools for smart garments. While almost all of them integrate visual feedback and haptic input, none of them are built on rigid, rectangular pixel screens or use standard input modalities, as they all aim to reveal new design approaches. The dissertation shows how valuable it can be to rethink familiar, analog applications while thoughtfully extending them digitally. Finally, this thesis’ extensive work of engineering versatile research platforms is accompanied by overarching conceptual work, user evaluations and technical experiments, as well as literature reviews.Die Durchdringung digitaler Technologien im 21. Jahrhundert schreitet stetig voran und neue Geräteklassen wie Tablets, Smartphones oder Smartwatches erobern unseren Alltag. Diese Entwicklung birgt aber auch Probleme, denn die vorherrschenden berührungsempfindlichen Oberflächen berücksichtigen kaum haptische Qualitäten und erfordern daher die volle Aufmerksamkeit ihrer Nutzer:innen. Im Vergleich zu traditionellen Werkzeugen und analogen Schnittstellen bleiben die menschlichen Fähigkeiten ungenutzt, die Umwelt mit allen Sinnen zu begreifen und wahrzunehmen. Um das Beste aus beiden Welten zu vereinen, stellt sich daher die Frage, wie neuartige hybride Schnittstellen sinnvoll gestaltet und realisiert werden können, um die materielle und die digitale Welt zu verschmelzen. In der Forschung zu Tangible User Interfaces (TUIs) wird die Verbindung zwischen physischen Objekten und virtuellen Daten untersucht. Noch nicht ausreichend erforscht wurden hingegen hybride Schnittstellen, die speziell darauf abzielen, physische Gegenstände des Alltags digital zu erweitern und anhand geeigneter Designparameter und Entwurfsräume systematisch zu untersuchen. In dieser Dissertation wird daher untersucht, wie Materialität und Digitalität nahtlos ineinander übergehen können. Es soll erforscht werden, wie künftige Benutzungsschnittstellen nützliche digitale Funktionen bereitstellen können, ohne ihre physischen Eigenschaften und vertrauten Nutzungsmuster in der realen Welt zu verlieren. Die Entwicklung solcher hybriden Ansätze wirft jedoch übergreifende Forschungsfragen zum Design auf: Welche Arten von physischen Schnittstellen sind es wert, betrachtet zu werden? Welche Art von digitaler Erweiterung verbessert das Bestehende? Wie können hybride Konzepte ihre physischen Eigenschaften beibehalten und gleichzeitig neue digitale Funktionen ermöglichen? Was sind geeignete Methoden, um verschiedene Designs zu erforschen? Wie kann man Technologiebegeisterte bei der Erstellung von Prototypen unterstützen? Für eine systematische Untersuchung stützt sich die Arbeit auf einen designorientierten, explorativen und iterativen Entwicklungsprozess unter Verwendung digitaler Fabrikationsmethoden und neuartiger Materialien. Im Hauptteil werden vier Forschungsprojekte vorgestellt, die verschiedene visuelle und interaktive Prinzipien entlang realer Anwendungen diskutieren. Die Szenarien reichen von digital angereichertem Papier, interaktiven Kordeln über visuelle Erweiterungen von Uhrarmbändern bis hin zu neuartigen Prototyping-Tools für intelligente Kleidungsstücke. Um neue Designansätze aufzuzeigen, integrieren nahezu alle visuelles Feedback und haptische Eingaben, um Alternativen zu Standard-Eingabemodalitäten auf starren Pixelbildschirmen zu schaffen. Die Dissertation hat gezeigt, wie wertvoll es sein kann, bekannte, analoge Anwendungen zu überdenken und sie dabei gleichzeitig mit Bedacht digital zu erweitern. Dabei umfasst die vorliegende Arbeit sowohl realisierte technische Forschungsplattformen als auch übergreifende konzeptionelle Arbeiten, Nutzerstudien und technische Experimente sowie die Analyse existierender Forschungsarbeiten

Tangible user interfaces : past, present and future directions

In the last two decades, Tangible User Interfaces (TUIs) have emerged as a new interface type that interlinks the digital and physical worlds. Drawing upon users' knowledge and skills of interaction with the real non-digital world, TUIs show a potential to enhance the way in which people interact with and leverage digital information. However, TUI research is still in its infancy and extensive research is required in or- der to fully understand the implications of tangible user interfaces, to develop technologies that further bridge the digital and the physical, and to guide TUI design with empirical knowledge. This paper examines the existing body of work on Tangible User In- terfaces. We start by sketching the history of tangible user interfaces, examining the intellectual origins of this field. We then present TUIs in a broader context, survey application domains, and review frame- works and taxonomies. We also discuss conceptual foundations of TUIs including perspectives from cognitive sciences, phycology, and philoso- phy. Methods and technologies for designing, building, and evaluating TUIs are also addressed. Finally, we discuss the strengths and limita- tions of TUIs and chart directions for future research

Connecting Couples in Long-Distance Relationships : Towards Unconventional Computer-Mediated Emotional Communication Systems

The number of couples who find themselves in a long-distance relationship (LDR) is increasing for a wide range of reasons, such as overseas employment, academic pursuits, military duty, and similar circumstances. With the myriad of communication channels enabled by the low cost and ubiquity of computer-mediated communication technologies, couples in LDRs are able to stay in touch with each other around the globe. However, recent studies have revealed that the mainstream communication tools are inadequate to support the full spectrum of communication needed in intimate relationships. Emotional communication is one of the fundamental needs in close relationships, as it forms an important part of intimacy. This dissertation argues that there is a gap between what is known about LDR couples’ needs in research and what has been implemented for them in practice. The aim of this work is to bridge this gap by mediating emotional communication through unconventional user interfaces that use interaction solutions outside of the scope of their conventional use, with a particular focus on couples who sustain a committed LDR. Here, taking research through design as a core approach, a variety of qualitative methods were employed to seek answers to the research questions. This dissertation includes eight case studies, each of which is dedicated to answering its corresponding research question(s). Study I presents a systematic literature review which explored the current state of the art and identified the design opportunities. Study II introduces a series of co-design activities with five couples in LDRs to reveal the needs and challenges of users in an LDR. Studies III and IV propose two functional prototypes for unconventional communication systems to connect couples in LDRs. Study V showcases 12 design concepts of wearables created by the participants to support their own LDR. Study VI describes how four low-resolution prototypes created for mediating LDRs by the participants in the workshop would be used in real-world contexts. Studies VII and VIII each present a novel design tool to be used as a scaffold when designing communication systems for supporting LDRs: specifically, a conceptual design framework and a card-based design toolkit. This dissertation contributes new knowledge to the field of human-computer interaction through design interventions. It showcases a spectrum of practices which can be seen as a first step towards mediating emotional communication for couples in LDRs using unconventional communication systems. The findings comprise theoretical and empirical insights—derived from the eight case studies in which the author identified design opportunities and design considerations—relating to how couples in LDRs can be better supported by unconventional computer-mediated emotional communication systems