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    Tätigkeitsbasierter Softwareentwurf für interaktive Bildschirmtische mit exemplarischer Anwendung für Krisenstäbe im Katastrophenschutz

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    Die Forschung hat interaktive Bildschirmtische als vielversprechende Plattform zur Unterstützung der Zusammenarbeit am gleichen Ort identifiziert – eine Vielzahl von Studien belegt ihren Nutzen für die Visualisierung von komplexen Daten und ihre positiven Effekte auf Koordination, Arbeit an gemeinsamen Artefakten und Partizipation aller beteiligten Nutzer. Der Entwurf von Software für die Nutzung der Geräte in konkreten Anwendungsfällen birgt jedoch signifikante Komplexität – die Anforderungen der Anwendungsdomäne, die Erfordernisse effizienter Zusammenarbeit und die spezifischen Fähigkeiten und Grenzen der Geräte müssen in einen kohärenten Gesamtentwurf integriert werden, um Nutzern die bestmögliche Unterstützung zu bieten. Zur Adressierung dieses Problem wird in dieser Arbeit ein Softwareentwurfsprozess entwickelt, der das theoretische Fundament der Tätigkeitstheorie mit der iterativen Methodik der benutzerorientierten Gestaltung kombiniert. Der Ansatz geht über bestehende Arbeiten hinaus, indem er, basierend auf Engeströms Methode der Widerspruchsanalyse, ein Verfahren zur systematischen Ableitung von Anforderungen aus Widersprüchen definiert, welches über ein erweitertes Tätigkeitsmodell die drei Faktoren Zusammenarbeit, Bedienung und Anwendungsdomäne integriert. Der Ansatz kann auch für komplexere Szenarien mit unterschiedlichen Tätigkeiten, die miteinander wechselwirken, eingesetzt werden. Die praktische Anwendbarkeit des Ansatzes wird durch den Entwurf einer Software für interaktive Bildschirmtische gezeigt, welche die gemeinsame Lageanalyse und Planung in Krisenstäben des Katastrophenschutzes unterstützt. Der Katastrophenschutz bietet sich in diesem Kontext als Anwendungsdomäne an, da hier alle zuvor genannten Faktoren im Entwurf der Software zum Tragen kommen: in einem Krisenstab kommen Mitarbeiter unterschiedlicher Organisationen zusammen, um ein gemeinsames Verständnis der Situation zu erreichen und kooperativ Pläne zur Bekämpfung zu entwickeln (Zusammenarbeit); dabei nehmen diese Mitarbeiter unterschiedliche Rollen und Verantwortungen ein, die auch unterschiedliche Informationsbedürfnisse und Planungsmöglichkeiten mit sich bringen (Anwendungsdomäne). Zentrales Artefakt dieser Zusammenarbeit ist eine große Papierkarte, deren digitales Gegenstück auf dem Bildschirmtisch den etablierten Praktiken zur Abbildung der Situation auf dieser Karte Rechnung tragen muss (Bedienung). Im Rahmen des Entwurfs zeigen sich dabei eine Reihe von Interaktionsproblemen, für die neue, leichtgewichtige Lösungen entwickelt werden, die ohne Modifikation der Hardware, d. h. auch mit kommerziell verfügbaren Bildschirmtischen, zum Einsatz kommen können. Dabei handelt es sich u. a. um Techniken zum Einsatz digitaler Anoto-Stifte auf Bildschirmtischen mit optischer Sensorik, zur Benutzererkennung von einzelnen Interaktionen – sowohl für Berührungssteuerung als auch Bedienung mit einem digitalen Stift – und um ein System zur dynamischen Sitzungs- und Zugriffskontrolle. Die Arbeit schließt mit einer umfassenden Benutzerstudie, in welcher 30 Teilnehmer in einem fiktiven Krisenszenario Aufgaben bearbeiten, die entsprechende Arbeitsschritte echter Krisenstäbe des Katastrophenschutzes bei der Behandlung einer solchen Situation widerspiegeln. Verglichen werden dabei die neu entwickelte Software für interaktive Bildschirmtische, ein handelsübliches Geoinformationssystem für Desktop-Computer, und klassische Papierkarten. Die Auswertung zeigt, dass mit der neu entwickelten Software und den in sie integrierten Interaktionstechniken die höchste Effizienz und die beste Benutzererfahrung erreicht werden; die Software bietet zudem eine ebenso hohe Teamarbeitsqualität wie die klassischen Papierkarten. Diese Ergebnisse zeigen, dass der im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Entwurfsprozess in der Lage ist, die Entwicklung von Software für interaktive Bildschirmtische so zu steuern, dass diese eine gemeinsame Bearbeitung von Aufgaben auch in komplexen Anwendungsbereichen effizient unterstützt

    Ästhetisch-informatische Medienbildung durch Gestaltungsprozesse mit Kindern und Jugendlichen in Mixed Reality-Lernräumen : didaktisch-methodische Empfehlungen für ein neues Feld der Kunst- und Medienpädagogik

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    Die vorliegende Arbeit nimmt die zunehmende Digitalisierung und die Allgegenwärtigkeit digitaler Medientechnologien zum Anlass, eine wissenschaftliche Grundlagenforschung bezüglich einer interdisziplinär angelegten, ästhetisch-informatischen Medienbildung zu entwickeln. Diese verbindet ästhetisches und informatisches Denken und Handeln: Künstlerische Konzepte und performative Gestaltungsprozesse werden mit der eigenständigen Entwicklung informatischer Modelle durch die Kinder und Jugendlichen verknüpft. Die informatische Modellbildung wird dabei als neues Vermittlungsfeld für die Kunst- und Medienpädagogik vorgeschlagen. Informatisches Modellieren stellt dabei einen gleichwertigen Teil des kreativen Gestaltungsprozesses dar. In der Arbeit werden Unterrichtsbeispiele vorgestellt, Ergebnisse der Evaluation präsentiert und curriculare Bereiche für schulische Lehrpläne aufgewiesen. Im Zusammenhang mit der zukünftigen Kunst- und allgemeinen Lehrerausbildung werden Qualifikationsanforderungen aufgewiesen. Die Arbeit basiert auf dem BLK-Modellversuch, der von 2001 bis 2003 am Institut für Multimediale Systeme der Universität zu Lübeck (Prof. Dr. Michael Herczeg), dem Kunsthistorischen Institut der CAU Kiel sowie dem Forum für Interdisziplinäre Studien der Muthesius-Hochschule für Kunst und Gestaltung Kiel sowie an 6 Schulen in Schleswig- Holstein durchgeführt wurde. Kinder und Jugendliche unterschiedlicher Alterstufen haben dabei eigenständig digitale Medien gestaltet, programmiert, transformiert und im Rahmen von Mixed Reality-Lernräumen präsentiert. In der Arbeit wird ein interdisziplinärer Ansatz zur Vermittlung digitaler Medien vorgeschlagen, der die Zusammenführung der Disziplinen Kunst, Gestaltung und Informatik vorschlägt

    Konzepte der Anwendungsentwicklung fĂĽr und mit Multi-Touch

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    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

    Computational modelling as a dimension of an integrated art and computer science based media education

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    Heute sind nicht nur diverse gestaltungsbezogene Disziplinen gefragt, sich aktiv mit der Digitalisierung von Information und ihren Potentialen und Nebenwirkungen für Bildungsprozesse auseinander zu setzen. In Deutschland haben sich Technikdidaktik und informatische Bildung getrennt von Medienpädagogik und Mediendidaktik entwickelt und wurden entsprechend unabhängig voneinander betrieben. Dies gilt auch für die Ästhetische Bildung, die informatisch-technische Inhalte kaum je curricular in die Auseinandersetzung mit digitaler Medienkultur integriert hat, schon gar nicht systematisch. Im diesem Artikel wird, ausgehend vom Stand der Forschung (zur Integration informatischer Inhalte in die Medienbildung) und den identifizierten Grundproblemen der Medienbildung zwecks Kompensation der Defizite, ein auf Gestaltung basierter Ansatz präsentiert, kontextualisiert und diskutiert, der Technikverständnis in ein Konzept integrierter Medienbildung einbezieht, dies als Bildungsziel im Sinne eines ganzheitlichen Verständnisses von Welt begreift und daher disziplinüberschreitend angelegt ist. Der Ansatz geht über technokratische Vorstellungen einer Technikdidaktik hinaus, die Medientechnologien isoliert von lebensbedeutsamen, ästhetisch-künstlerisch gestalteten Kontexten betrachtet und vermittelt. Im didaktischen Konzept werden die Grundlagen informatischer Modellbildung als relevante Teilbereiche einer zeitgemässen, am Subjekt orientierten, gleichermassen ästhetisch-künstlerisch und technisch-informatisch geprägten Medienbildung aufgewiesen, ihre pädagogischen Vorläufer, Forschungsprojekte und Nachbardisziplinen benannt sowie Ausblicke für eine zeitgemässe Medienbildung gegeben.Today, not only diverse design-related disciplines are required to actively deal with the digitization of information and its potentials and side effects for education processes. In Germany, technology didactics and computer science education developed separately from media education and were taught isolated from each other. This also applies to the art education, wherein computer science based learning contents to examine the digital media culture, hardly ever got integrated into the curricula. Based on the current state of research, in this article, a design based approach is presented, contextualized and discussed, which perceives the understanding of technology in connection with an integrated media education, in terms of a holistic understanding of the world, therefore applied across disciplines. It steps beyond a technocratic view of computer education, which excludes meaningful contexts of consideration and communication. The didactic approach, the basics of computer science modelling will be recognized as relevant parts of a contemporary, subject-oriented, both art and technology-based media education. Educational precursors and related disciplines are named, and in conclusion an outlook at contemporary media education is given

    Visualisierungsdesign fĂĽr 3D-Benutzerschnittstellen unter Verwendung komponierter Darstellungsverfahren

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    Das computergrafische Abbildungsverfahren zur Verwirklichung von dreidimensionalen Darstellungen ist ein wichtiges Instrument für die Gestaltung interaktiver 3D-Benutzerschnittstellen. Die Betrachtung von Projektionsverfahren abseits des bisher angestrebten Fotorealismus dokumentiert, dass durch nichtlineare und multiperspektivische Darstellungen spezifische Eigenschaften und Charakteristiken eines Datenbestandes vermittelt werden können. Dabei wird deutlich, dass konzeptionelle und methodische Unzulänglichkeiten den erfolgreichen Einsatz von unkonventionellen linearen sowie nichtlinearen Darstellungsformen in 3D-Anwendungen bisher einschränken. In dieser Arbeit werden daher Darstellungstechniken analysiert und systematisiert, die durch den computergrafischen Projektionsvorgang erzeugt und für die Verwirklichung von Visualisierungszielen eingesetzt werden können. Ferner werden für den spezifischen Einsatz von komponierten Visualisierungsverfahren in 3D-Benutzerschnittstellen Gestaltungshinweise formuliert. Darauf aufbauend erfolgt die Einführung einer modellbasierten Vorgehensweise, durch welche die systematisierten Visualisierungsformen in einem methodischen und ferner entwurfsmustergestützten Entwurfsprozess zur Entwicklung interaktiver 3D-Interfaces eingebunden und weiterhin in einer interaktiven 3D-Anwendung eingesetzt werden können

    Entwicklung und prototypische Implementierung einer Methode zur Modellierung mobiler Interaktionsgeräte für intelligente Produktionsumgebungen

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    The dissertation deals with the conception of a design method for modeling mobile interaction devices with special focus upon intelligent production environments. Main result of the thesis represents a method which identifies and describes the necessary model-based tasks for designing mobile interaction devices (mobile input devices, output devices and communication devices). The method consists of a context model-based modeling tool for configuring work situations in intelligent production environments. The modeling tool enables the generation of design recommendations for product developers in the early phases of product development for creating mobile interaction devices

    EntwicklungsunterstĂĽtzung fĂĽr interaktive 3D-Anwendungen

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    Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung interaktiver 3D-Anwendungen. Interaktive 3D-Grafik wird heutzutage in den verschiedensten Domänen eingesetzt, z. B. im e-Commerce-, Unterhaltungs- und Ausbildungsbereich. Dennoch stellt die Entwicklung einer umfangreicheren 3D-Anwendung nach wie vor eine Herausforderung dar. Programmcode und 3D-Inhalte werden i. d. R. von verschiedenen Entwicklern erstellt, die unterschiedliches Fachwissen besitzen und mit völlig verschiedenartigen Werkzeugen arbeiten. Diese Situation führt häufig zu Problemen bei der Integration der erstellten Anwendungskomponenten in ein komplexes interaktives 3D-Gesamtsystem. So können etwa Inkonsistenzen auftreten, die einen korrekten Zugriff des Programms auf die 3D-Inhalte zur Laufzeit verhindern. Zudem fehlen Konzepte und Werkzeuge zur Unterstützung einer strukturierten interdisziplinären 3D-Entwicklung. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiger Lösungsansatz für die genannten Probleme vorgestellt. Es handelt sich dabei um eine Familie domänenspezifischer Sprachen, die für einen Einsatz in der Entwurfsphase vor der Implementierung im 3D-Entwicklungsprozess konzipiert wurden. Basissprache der Familie, die durch weitere Sprachkomponenten ergänzt wird, ist die Scene Structure and Integration Modelling Language (kurz SSIML). Mittels visueller Modelle lassen sich -- werkzeuggestützt -- Verknüpfungen zwischen Programmkomponenten und 3D-Inhalten spezifizieren. Durch die automatische Erzeugung von Codeskeletten aus einem Modell, die sowohl dem 3D-Designer als auch dem Programmierer als zu vervollständigende Vorlagen dienen, kann die Konsistenz zwischen den einzelnen Anwendungsbestandteilen sichergestellt werden. Neben der Verknüpfung von Programmcode und 3D-Inhalten sind die Strukturierung und Modularisierung von 3D-Inhalten, die aufgabenorientierte 3D-Visualisierung, 3D-Verhalten und Animation und Augmented Realitiy-Anwendungen weitere wichtige Aspekte, die durch die Mitglieder der SSIML-Sprachfamilie abgedeckt werden. Außerdem wird in der vorliegenden Arbeit ein 3D-Entwicklungsprozess skizziert, der einen sinnvollen Einbezug der vorgestellten Konzepte und Werkzeuge erlaubt

    Ergebnisbericht des Jahres 2001 des Projektes MuSofT Multimedia in der SoftwareTechnik

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    Das Vorhaben MuSofT - Multimedia in der Softwaretechnik wird seit dem 1. März 2001 vom Bundesministerium für Buildung und Wissenschaft im Rahmen des Programms Neue Medien in der Bildung gefördert. An diesem Vorhaben nehmen die folgenden Hochschulen teil: Fachhochschule Lübeck, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Universität Paderborn, Universität Dortmund, Universität Siegen, Universität Stuttgart und die Universität der Bundeswehr in München. Wir haben uns in diesem Projekt vorgenommen, die Ausbildung in der Softwaretechnik an den Stellen, an denen es sinnvoll erscheint, durch den Einsatz Neuer Medien zu nterstützen. Das Vorhaben wird bis zum Ende des Jahres 2003 laufen. Mit dieser Sammlung wollen wir nach etwa einjähriger Laufzeit die ersten Projektergebnisse vorstellen. Wir haben uns im Zeitplan des Projekts vorgenommen, gründlich über die verwendeten Konzepte und Lehrinhalte nachzudenken, die Frage der Plattformen gerade am Anfang nicht auszuklammern, aber auch zu überlegen, wie wir die Nachhaltigkeit unserer Entwicklungen schon während der Projektarbeit sichern können. Das alles und noch viel mehr ist in den Beiträgen dieser Sammlung diskutiert. Um von der Struktur gleichförmige Beiträge zu bekommen, haben wir eine grobe Gliederung vorgegeben, um gleichförmige Qualität zu erreichen, haben wir die Beiträge intern begutachten lassen; die Ergebnisse der Begutachtung sind in die vorliegenden Darstellungen eingeflossen

    CNC-Entwicklung und -Anwendung auf der Basis erfahrungsgeleiteter Arbeit

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    In dem vorliegenden Abschlußbericht werden offene Forschungsfragen in drei Forschungsfeldern zusammengefaßt, die sich allgemein mit technischen, organisatorischen und qualifikatorischen Gestaltungsfeldern umschreiben lassen. Als wesentliches Ergebnis wurde festgestellt, daß die gegenwärtige technische Gestaltung der CNC-Techniken zum einen die Generierung impliziten Erfahrungswissens erschwert, und zum anderen die Nutzung vorhandenen Erfahrungswissens kaum unterstützt. Die Kapselung der CNC-Maschine ebenso wie die Steuerung des Bearbeitungsprozesses über die Elektronik verhindert die direkte Perzeption akustischer, visueller und taktiler Signale an der Maschine und damit den orginären Aufbau impliziter Modellrepräsentationen über den Bearbeitungsprozeß und die Maschinenstruktur. Die Programmierung der CNC-Steuerung entspricht bei weitem in ihrer Logik nicht der Handlungsregulation von Facharbeitern und erfolgt in der Regel auf abstraktem kognitiven Niveau, so daß sensorische Perzeptionen kaum mit den Informationsdarstellungen der CNC-Steuerungen übereinstimmen. Es wurde ferner festgestellt, daß sich neue Formen impliziten Erfahrungswissens an CNC-Techniken herausbilden, die es sowohl in ihrer Entstehung als auch ihrer Nutzung zu unterstützen gilt, um die menschengerechte Gestaltung der Produktionsbetriebe beim Einsatz von CNC-Techniken zu verwirklichen
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