Konzept für ein VR-System zur intuitiven Modellierung durch natürliche Interaktion

Aus der Einführung "Kreative Ideen sind die Grundlage für Unternehmen, um eigene Produkte an sich verändernde Marktbedingungen anzupassen, neue Möglichkeiten zu nutzen und auf dem Markt zu bestehen (Shalley et al. 2004). Organisationen versuchen deshalb, kreativitätsfördernde Arbeitsbedingungen zu schaffen, indem die Unternehmenskultur und Arbeitsumgebungen entsprechend gestaltet oder spezielle Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden. Ein im Produktentwicklungsprozess häufig eingesetztes Werkzeug ist das parametrisch assoziative CAD-System (Computer-Aided Design). Die effiziente Bedienung einer umfangreichen WIMP (Window, Icon, Menu, Pointing)- basierten Software muss durch umfangreiche Schulungen erlernt und regelmäßig angewendet werden, um die Modellierfähigkeiten zu erhalten. Die zur Bedienung erforderliche kognitive Leistung führt häufig zur Beeinträchtigung der Kreativität eines Konstruktionsingenieurs (Chandrasegaran et al. 2013), v. a. bei wenig geübten Nutzergruppen. Am Übergang zwischen Konzeptphase und der frühen Entwurfsphase (Arbeitsabschnitt 5 der VDI 2221) wird deshalb vorwiegend mit Skizzen und noch nicht im parametrischen CAD-System gearbeitet (VDI 2223 2004). Für die Erstellung der Vorentwürfe wäre es im Sinne des „Frontloading“ jedoch wünschenswert, früh erste rechnergestützte Methoden zur Gestaltung einsetzen zu können. Durch den Einsatz von virtueller Realität (VR) eröffnet sich die Möglichkeit zur Entwicklung intuitiver Interaktionsmethoden, die eventuell neue Modellierstrategien ermöglichen. Diese erlauben dem Produktentwickler, natürlich mit den virtuellen Modellen umzugehen. Durch die im Vergleich zum parametrisch assoziativen CAD-System intuitive Bedienung würde die Kreativität bei der groben Gestaltung der Vorentwürfe weniger eingeschränkt. ...

Konzepte der Anwendungsentwicklung für und mit Multi-Touch

Mit dem Aufkommen natürlicher Benutzerschnittstellen zum Erreichen einer möglichst intuitiven Interaktion mit Computern wird auch über die Bedeutung der Gestaltungsaspekte LOOK und FEEL der darzustellenden Benutzeroberflächen neu verhandelt. Dies bedeutet für den Entwurf und die Entwicklung neuer Anwendungen, die bisherigen Vorgehensmodelle, Werkzeuge und Interaktionen zu überdenken und hinsichtlich der neuen Herausforderungen zu überprüfen. Als Leitmotiv der vorliegenden Arbeit dient der Ansatz: Ähnliches wird durch Ähnliches entwickelt, der sich am Beispielfall der Multi-Touch-Technologie konkret mit dem Forschungsraum der natürlichen Benutzerschnittstellen auseinandersetzt. Anhand der drei aufeinander aufbauenden Aspekte Modell, Werkzeug und Interaktion wird die besondere Stellung des FEELs betont und diskutiert. Die Arbeit konzentriert sich dabei besonders auf die Phase des Prototypings, in der neue Ideen entworfen und später (weiter-) entwickelt werden. Die Arbeit nähert sich dabei dem Thema schrittweise an, vom Abstrakten hin zum Konkreten. Hierzu wird zunächst ein neu entwickeltes Vorgehensmodell vorgestellt, um auf die Besonderheiten des FEELs im Entwicklungsprozess natürlicher Benutzerschnittstellen eingehen zu können. Das Modell verbindet Ansätze agiler und klassischer Modelle, wobei die Iteration und die Entwicklung von Prototypen eine besondere Stellung einnehmen. Ausgehend vom neu vorgestellten Modell werden zwei Einsatzbereiche abgeleitet, die entsprechend des Leitmotivs der Arbeit mit zu konzipierenden Multi-Touch-Werkzeugen besetzt werden. Dabei wird besonderer Wert darauf gelegt, den Entwickler in die Rolle des Nutzers zu versetzen, indem die beiden Aktivitäten Umsetzung und Evaluation am selben Gerät stattfinden und fließend ineinander übergehen. Während das für den Entwurf erstellte Konzept TIQUID die Nachbildung von Verhalten und Abhängigkeiten mittels gestengesteuerter Animation ermöglicht, stellt das Konzept LIQUID dem Entwickler eine visuelle Programmiersprache zur Umsetzung des FEELs zur Verfügung. Die Bewertungen der beiden Werkzeuge erfolgte durch drei unabhängige Anwendungstests, welche die Einordnung im Entwicklungsprozess, den Vergleich mit alternativen Werkzeugen sowie die bevorzugte Interaktionsart untersuchten. Die Resultate der Evaluationen zeigen, dass die vorab gesteckten Zielstellungen einer einfachen Verwendung, der schnellen und umgehenden Darstellung des FEELs sowie die gute Bedienbarkeit mittels der Multi-Touch-Eingabe erfüllt und übertroffen werden konnten. Den Abschluss der Arbeit bildet die konkrete Auseinandersetzung mit der Multi-Touch-Interaktion, die für Entwickler und Nutzer die Schnittstelle zum FEEL der Anwendung ist. Die bisher auf die mittels Berührung beschränkte Interaktion mit dem Multi-Touch-Gerät wird im letzten Abschnitt der Arbeit mit Hilfe eines neuartigen Ansatzes um einen räumlichen Aspekt erweitert. Aus dieser Position heraus ergeben sich weitere Sichtweisen, die einen neuen Aspekt zum Verständnis von nutzerorientierten Aktivitäten beitragen. Diese, anhand einer technischen Umsetzung erprobte Vision neuer Interaktionskonzepte dient als Ansporn und Ausgangspunkt zur zukünftigen Erweiterung des zuvor entwickelten Vorgehensmodells und der konzipierten Werkzeuge. Der mit dieser Arbeit erreichte Stand bietet einen gesicherten Ausgangspunkt für die weitere Untersuchung des Fachgebietes natürlicher Benutzerschnittstellen. Neben zahlreichen Ansätzen, die zur vertiefenden Erforschung motivieren, bietet die Arbeit mit den sehr konkreten Umsetzungen TIQUID und LIQUID sowie der Erweiterung des Interaktionsraumes Schnittstellen an, um die erzielten Forschungsergebnisse in die Praxis zu übertragen. Eine fortführende Untersuchung des Forschungsraumes mit Hilfe alternativer Ansätze ist dabei ebenso denkbar wie der Einsatz einer zu Multi-Touch alternativen Eingabetechnologie

Kollaborative Erstellung von Mind-Maps mit persönlichen Linsen an interaktiven Display Walls

Mind-Mapping ist eine effiziente und universelle Kreativitätstechnik, die es ermöglicht, in einer Gruppe ein komplexes Thema aufzuschlüsseln. Dabei wird eine Assoziation verschiedener Schlüsselwörter, Notizen und Grafiken zu einem zentralen Begriff vorgenommen und dadurch eine Möglichkeit zur schrittweisen kompakten Visualisierung eines Themengebietes geschaffen. Große interaktive Display Walls erlauben durch ihre Fläche und ihre interaktiven Möglichkeiten das kollaborative Erstellen von Mind-Maps, so dass jeder Nutzer individuell Teile kreieren und der gemeinsamen Mind-Map beifügen kann. In dieser Ausarbeitung werden geeignete Interaktionskonzepte zur Erstellung von Mind-Maps an interaktiven Display Walls vorgestellt. Dabei liegt der Fokus auf den Möglichkeiten der Erkennung der Nutzerposition vor der Display Wall, um jedem Benutzer eine persönliche Linse und damit Zugriff auf persönliche Werkzeuge zu ermöglichen, sowie der Interaktion mittels Stift und Touch zum Zwecke der Erstellung und Platzierung von Mind-Map Elementen. Dafür werden zunächst verwandte Arbeiten aus den Bereichen: Mind-Maps, Kollaboration und Interaktion mit interaktiven Display Walls und Magische Linsen analysiert. Basierend auf einem Grundverständnis dieser drei Domänen wurden Konzepte zur kollaborativen Erstellung von Mind-Maps an interaktiven Display Walls mit persönlichen Linsen präsentiert. Ausgewählte Konzepte wurden dabei in einer prototypischen Implementierung umgesetzt und boten erste aussichtsreiche Einblicke, wie das Mind-Mapping der Zukunft erfolgen könnte. Dabei wurde insbesondere der Nutzen einer persönlichen Linse, als individuelle Visualisierungs- und Interaktions-Schnittstelle erkannt.:Einleitung Verwandte Arbeiten Konzepte zur kollaborativen Erstellung von Mind-Maps mit persönlichen Linsen an interaktiven Display Walls Prototypische Implementierung Fazit und AusblickMind-mapping is an effective and universal creativity technique, which allows to break down complex topics in a group activity. Therefore keywords, notes or images are being associated to a superordinate topic, in order to gradually create a compact visualization of a topic. Large interactive display walls allow the collaborative creation of mind-maps due to their size and options for interaction so that the users can individually create parts and integrate them into the collective mind-map. As part of this thesis, suitable concepts for the creation of mind-maps on interactive display walls are being presented. In this context, the emphasis is lying on the possibilities of using the position of the user in front the display wall, in order to offer every user a personal lens and thus access to personal tools, as well as the interaction with pen and touch in order to create and move mind-map-elements. Therefore related work of the topic areas: mind-maps, collaboration and interaction at interactive display walls and Magic Lenses will be analysed at first. Based on a fundamental understanding of these three domains, concepts for the collaborative creation of mind-maps on interactive display walls using personal lenses are being presented. Selected concepts were prototypically implemented and offered first promising insights on how the mind-mapping of the future could be done. In the process the particular benefit of a personal lens as an individual visualization- and interaction-interface has been recognized.:Einleitung Verwandte Arbeiten Konzepte zur kollaborativen Erstellung von Mind-Maps mit persönlichen Linsen an interaktiven Display Walls Prototypische Implementierung Fazit und Ausblic

Distanzabhängige Interaktion in großen hochauflösenden Displayumgebungen

Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung von Methoden, die den Nutzer bei seiner Tätigkeit in großen hochauflösenden Displayumgebungen unterstützen, indem die Visualisierung und die Interaktivität an den aktuellen Betrachtungsabstand angepasst werden. Das vorgestellte Interaction Scaling (IS) verwendet die physische Navigation für die Anpassung, indem die Berechnung eines distanzabhängigen Mappings mit automatischem/manuellem Wechsel der Präzisionsstufen kombiniert wird. In Studien wird aufgezeigt, dass IS für 2D Manipulation die Nutzerperformanz verbessert, wenn die benötigte Präzision steigt

Induktion der phänotypischen Reifung Natürlicher Killer Zellen mittels Interleukin-15 in einem humanisierten NOD/LtSz-scid IL2Rg-/- Mausmodell

Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Induktion der phänotypischen Reifung Natürlicher Killer Zellen in einem humanisierten NOD/LtSz-scid IL2Rg-/- Mausmodell (huNSG-Mausmodell) mittels Interleukin-15 (IL15/IL15Rα). Die größten Defizite von Mausmodellen zur Untersuchung humaner Pathologien liegen im Bereich mangelnder humaner Umgebungsbedingungen durch ein vorherrschend murines Milieu und der damit einhergehenden schlechten Übertragbarkeit von in vivo Resultaten aus diesen Modellen auf die in vivo Situation im Patienten. Daher gibt es große Bestrebungen zur Optimierung sogenannter humanisierter Mausmodelle, so auch für das huNSG-Mausmodell. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass ein Arrest der funktionellen Reifung humaner NK Zellen in huNSG-Mäusen durch die Applikation von IL15/IL15Rα überwunden werden kann und phänotypisch reifere CD56loCD16+KIR+ NK Zellen induziert werden können. Dieser Population wird ein großes zytotoxisches Potential zugeschrieben, welches für Abwehr maligner Erkrankungen im Allgemeinen und für potente GvL-Reaktionen im Speziellen von großer Bedeutung ist. Die in der vorliegenden Arbeit gezeigte Möglichkeit zur Induktion dieser Population in huNSG-Mäusen ist ein wichtiger Baustein für die durch die AG André angestrebte Optimierung dieses Mausmodells für die Untersuchung Patienten-spezifischer Fragestellungen. Im Weiteren wurden durch die AG André auch Aspekte der Leukämieinduktion in NSG-Mäusen untersucht. Die daraus entstandenen Daten sind in dieser Arbeit ebenfalls dargestellt und zusammengefasst. Es zeigt sich, dass die in NSG-Mäusen induzierten Leukämien (AML, BCP-ALL und T-ALL) auch nach mehreren Re-Transplantationen in weitere NSG-Mäuse immunologisch und genetisch ihren ursprünglichen Proben gleichen und damit ihre krankheitsspezifischen Charakteristika beibehalten. Das hat insbesondere vor dem Hintergrund Patienten/Stammzellspender-spezifischer Fragestellungen Relevanz und ist unabdingbar für das durch die AG André in Etablierung befindliche NSG-Mausmodell. Dieses soll neben einer humanen Stammzellspender-spezifischen Hämatopoese auch die Induktion Patienten-spezifischer Leukämien ermöglichen. Erste Versuchsreihen mit diesem Modell wurden bereits durch die AG André durchgeführt und ein Teil dieser Daten für diese Arbeit ausgewertet und interpretiert. Es wurde untersucht, ob sich durch einen gezielten KIR-KIRL Mismatch zwischen Patientenblasten und Spenderstammzellen in huNSG-Mäusen ein verstärkter GvL-Effekt nachweisen lassen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass ein KIR-KIRL Mismatch deutlich geringere Blastenzahlen zur Folge hat, als ein KIR-KIRL Match. Zum derzeitigen Zeitpunkt kann allerdings nicht mit Sicherheit gesagt werden, ob diese Blastenreduktion tatsächlich auf den KIR-KIRL Mismatch zurückzuführen ist. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass noch andere Mechanismen, z.B. Rezeptor-Liganden Interaktionen zwischen Leukämie und NK Zelle einen Anteil an dem beobachteten Phänomen haben. Grundsätzlich erweist sich das NSG-Mausmodell in der vorliegenden Form als geeignetes Surrogat-Modell und ermöglicht Experimente in vivo wie sie in Patientenstudien nicht möglich wären. Weitere Optimierungen über die Gabe von IL15 hinaus, bringen das Potential mit sich, zukünftig valide und klinisch relevante Patienten/Spender-spezifische Untersuchungen (z.B. neue Ansätze des Spender-matching) in einem immer Menschen-ähnlicherem Milieu zu ermöglichen. Denkbar wäre hier z.B. die Transduktion humaner Zytokin-Gene oder die ausreichende zur Verfügungstellung relevanter Bystander Zellen wie z.B. Dendritische Zellen im NSG-Mausmodell

Immersives Design von Architektur durch Kombination interaktiver Displays mit Augmented Reality

In der Architektur werden Gebäude entsprechend den Wünschen eines Kunden entworfen. Dabei entstehen neben den detaillierten Grundrissen heutzutage auch komplexe dreidimensionale Modelle. Daraus werden fotorealistische Ansichten des entworfenen Gebäudes erstellt. Diese helfen den Personen ohne Domänenwissen, wie beispielsweise den Kunden oder der Öffentlichkeit, einen besseren Eindruck vom Entwurf zu bekommen und fördern das Verständnis räumlicher Abhängigkeiten. Auch immersive Präsentationen in den Bereichen Augmented und Virtual Reality hielten in der Architektur Einzug. Zu Beginn dieser Arbeit werden zunächst verwandte Forschungen aus den Bereichen Architektur, Visualisierung und Interaktion analysiert. Dabei gewonnene Erkenntnisse fließen in die Entwicklung von Konzepten für eine Anwendung ein, welche auf die Kombination einer AR-Brille mit einem berührungsempfindlichen Display setzt. Ausgewählte Konzepte werden in einer prototypischen Anwendung umgesetzt. Diese Implementierung dient der Bewertung von kopfgebundener Augmented Reality in Kombination mit einem zusätzlichen Display für die Präsentation von architektonischen Entwürfen.:1 Einleitung 1.1 Ziel 1.2 Struktur dieser Arbeit 2 Verwandte Forschung 2.1 Architektur 2.2 Visualisierung in VR und AR 2.2.1 Virtual Reality 2.2.2 Augmented Reality 2.3 Interaktion mit dreidimensionalen Inhalten 2.4 Sonstige verwandte Forschung 2.5 Zusammenfassung 3 Konzepte 3.1 Modell-Präsentation 3.2 Modell-Interaktion 3.3 Modell-Manipulation 3.3.1 Materialien 3.3.2 Inneneinrichtung 3.4 Innenansicht 3.5 Mehrbenutzer-Betrieb 3.6 Alternative Darstellungsarten 3.7 Alternative Interaktionsmöglichkeiten 3.8 Zusammenfassung 4 Umsetzung 4.1 Hardware 4.2 Importe 4.3 Umgesetzte Konzepte 4.4 Prototyp 4.5 Performanz 4.6 Zusammenfassung 5 Evaluation und Ausblick 5.1 Evaluation 5.2 Ausblick 5.3 Zusammenfassung LiteraturArchitects create buildings based on client requests. Nowadays they not only design detailed floor plans but also very complex three-dimensional CAD-models. Photorealistic views of the building are computed from these models. They can help persons without special knowledge to understand the spatial relations of the draft. In the last years immersive presentations in Augmented and Virtual Reality came up in architecture. At the beginning of this work related research in the fields of architecture, visualization and interaction will by examined. Thereby gained knowledge will be transfered into the development of concepts for a new application which combines an AR Head Mounted Display with a multi-touch capable display. A chosen subset of concepts will be implemented in a prototyp. This implementation is then used to evaluate the combination of AR with an additional display for the presentation of architectural drafts.:1 Einleitung 1.1 Ziel 1.2 Struktur dieser Arbeit 2 Verwandte Forschung 2.1 Architektur 2.2 Visualisierung in VR und AR 2.2.1 Virtual Reality 2.2.2 Augmented Reality 2.3 Interaktion mit dreidimensionalen Inhalten 2.4 Sonstige verwandte Forschung 2.5 Zusammenfassung 3 Konzepte 3.1 Modell-Präsentation 3.2 Modell-Interaktion 3.3 Modell-Manipulation 3.3.1 Materialien 3.3.2 Inneneinrichtung 3.4 Innenansicht 3.5 Mehrbenutzer-Betrieb 3.6 Alternative Darstellungsarten 3.7 Alternative Interaktionsmöglichkeiten 3.8 Zusammenfassung 4 Umsetzung 4.1 Hardware 4.2 Importe 4.3 Umgesetzte Konzepte 4.4 Prototyp 4.5 Performanz 4.6 Zusammenfassung 5 Evaluation und Ausblick 5.1 Evaluation 5.2 Ausblick 5.3 Zusammenfassung Literatu

Interaktive Gestaltungselemente zur Darstellung und Aufbereitung von Information am Beispiel der Welt der digitalen Kameras

Durch die rasante Entwicklung des Internets und die daraus resultierende Informationsflut fühlen sich viele Benutzer überfordert. Da der Mensch in seiner Aufnahmefähigkeit von Information sehr begrenzt ist, stellt sich die Frage nach Verbesserungen in der Darstellung dieser Informationen. Ausgangspunkt ist die These, dass die Erweiterung der grafischen Benutzerschnittstellen um das Element der Interaktivität einen einfachen Zugang zu Informationen gewährleisten soll. Diese Diplomarbeit bearbeitet die Visualisierung und Aufbereitung von Informationen. Der Schwerpunkt liegt auf grafisch, interaktiven Gestaltungselementen, die eine neue Form der Darstellungsqualität ermöglichen sollen. Für die aufgestellte Analyse werden aktuelle Internetseiten von Herstellern digitaler Kameras betrachtet. Über die Eigenschaften der Kameras ist die grafische Aufbereitung von Informationen möglich und somit können interaktive Elemente identifiziert werden. Ausgehend von den dort gewonnen Erfahrungen wird nach einem Modell gesucht, das die interaktiven Gestaltungselemente als Objekte klassifizieren und Aussagen zu deren Einsatzbereiche machen soll. Um den Ansatz zu vervollständigen, werden weitere Gestaltungsempfehlungen in Form von Beispielen konzipiert sowie eine beispielhafte Lösung programmiert. Das Ziel ist auf Grund der Modellentwicklung zu einer abschließenden Betrachtung zu gelangen. Diese soll einen Ausblick auf die Bedeutung von interaktiven Gestaltungselementen im gesamten Informationsspektrum des Internets geben

Navigations- und Interaktionstechniken

Die Leistungsfähigkeit moderner Grafikhardware erreicht ein Niveau, auf dem sich selbst aufwändig gestaltete 3D-Szenen in kürzester Zeit berechnen lassen. Die Möglichkeiten, die diese Systeme zur Navigation und Interaktion im dreidimensionalen Raum bieten, erscheinen vielen Anwendern jedoch nicht intuitiv genug. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, neue Navigations- und Interaktionstechniken für räumliche Anwendungen zu entwerfen und anhand einer prototypischen Implementierung die Eignung dieser Techniken für die Interaktion mit einem virtuellen Modell des Rubik’s Cube zu untersuchen. Da die entwickelten Verfahren ihre Tauglichkeit insbesondere bei der Interaktion über klassische Ein- und Ausgabegeräte unter Beweis stellen sollten (Maus, Tastatur und 2D-Display), waren geeignete Abbildungen der zu beherrschenden Freiheitsgrade zu konzipieren. Die Beschreibung grundlegender Aspekte der menschlichen Wahrnehmung führte zum Konzept der 3D-Metapher, welche die Durchführung einer dreidimensionalen Operation mit Hilfe von 2D-Eingabegeräten erklärt. Einzelne Interaktionsaufgaben des 3D-Raums wurden dargestellt und Beispiele von metaphorischen Konzepten für ihre Implementierung gegeben. Nach der Darstellung der am Rubik’s Cube auftretenden Interaktionsformen wurden metaphorische Konzepte für die Operationen Inspektion und Rotation entworfen und ihre besonderen Eigenschaften beschrieben; hierbei wurde zudem auf spezielle Verfahren eingegangen, die bei der Implementierung dieser Metaphern eingesetzt wurden. Im Rahmen einer Benutzerstudie wurde die Bedienung der konzipierten Interaktionsmetaphern im praktischen Einsatz getestet. Hierbei wurden insbesondere die Kriterien Intuitivität, Effizienz und Erlernbarkeit untersucht sowie die zeitliche Performance und Fehlerhäufigkeiten beim Einsatz der unterschiedlichen Werkzeuge analysiert. Die vorliegende Arbeit bietet eine Reihe von Ansätzen für künftige Erweiterungen, wie zum Beispiel die Weiterentwicklung zu einer Autorenumgebung für interaktive Anwendungen oder die Integration eines Kommunikationskanals zwischen den einzelnen Interaktionsmetaphern, um auf diese Weise auch komplexe Verhaltensmuster implementieren zu können