Virtuelle Welten als Basistechnologie für Kunst und Kultur? Eine Bestandsaufnahme

Welche Rolle spielen virtuelle Welten für Kunst und Kultur? Die Fortschritte der Forschung und der Technik haben in den letzten Jahren Virtual-Reality-Technologien allgemein verfügbar gemacht. Doch sind sie jetzt ausgereift? Und können virtuelle Welten, die darauf aufbauen und das Eintauchen in eine fremde Welt ermöglichen, selber als eine Art Basistechnologie angesehen werden? Diese Fragen werden in den Beiträgen des Bandes im Kontext von Anwendungen im Kunst- und Kulturbereich geklärt

Virtuelle Welten als Basistechnologie für Kunst und Kultur?

Welche Rolle spielen virtuelle Welten für Kunst und Kultur? Die Fortschritte der Forschung und der Technik haben in den letzten Jahren Virtual-Reality-Technologien allgemein verfügbar gemacht. Doch sind sie jetzt ausgereift? Und können virtuelle Welten, die darauf aufbauen und das Eintauchen in eine fremde Welt ermöglichen, selber als eine Art Basistechnologie angesehen werden? Diese Fragen werden in den Beiträgen des Bandes im Kontext von Anwendungen im Kunst- und Kulturbereich geklärt

Telepräsente Bewegung und haptische Interaktion in ausgedehnten entfernten Umgebungen

Das hier vorgestellte System zur weiträumigen Telepräsenz erlaubt wirklichkeitsnahe Exploration und Manipulation in ausgedehnten entfernten Umgebungen. Durch immersive Schnittstelle versetzt sich der menschliche Benutzer an die Stelle eines mobilen Teleoperators. Weiträumige Bewegung durch natürliches Gehen wird durch das substantiell erweiterte Verfahren der Bewegungskompression ermöglicht. Für die haptische Interaktion wird eine speziell entwickelte haptische Schnittstelle vorgestellt

Telepräsente Bewegung und haptische Interaktion in ausgedehnten entfernten Umgebungen

Das hier vorgestellte System zur weiträumigen Telepräsenz erlaubt wirklichkeitsnahe Exploration und Manipulation in ausgedehnten entfernten Umgebungen. Durch immersive Schnittstelle versetzt sich der menschliche Benutzer an die Stelle eines mobilen Teleoperators. Weiträumige Bewegung durch natürliches Gehen wird durch das substantiell erweiterte Verfahren der Bewegungskompression ermöglicht. Für die haptische Interaktion wird eine speziell entwickelte haptische Schnittstelle vorgestellt

Entwicklung einer Systematik zur Validierung interaktiver Produkte in Augmented-Reality-Umgebungen in der Frühen Phase im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung = Development of an Approach for the Validation of Interactive Products in Augmented Reality Environments in the Early Phase in the Model of PGE – Product Generation Engineering

Die Fähigkeit von Unternehmen möglichst genau und schnell auf Kundenwünsche zu reagieren ist angesichts des globalen Wettbewerbs und sich verkürzender Produktlebenszyklen ein zentraler Erfolgsfaktor in vielen Branchen. Produktentwickler stehen dadurch vor der Herausforderung die Unsicherheit hinsichtlich der marktlichen Anforderungen an ein Produkt bereits frühzeitig zu reduzieren. Als zentraler wissensgenerierender Aktivität im Produktentwicklungsprozess kommt dabei der Produktvalidierung eine besondere Bedeutung zu. Gerade Validierungsaktivitäten in der Frühen Phase des Produktentwicklungsprozesses sind jedoch mit besonderen Herausforderungen verbunden. Der Einsatz der Virtual-Reality- und Augmented-Reality-Technologie zur Validierung interaktiver Produkte in frühen Entwicklungsphasen bietet das Potenzial diesen Herausforderungen zu begegnen. Die Technologien ermöglichen es mithilfe illusorischer Stimuli unterschiedliche Varianten eines Produkts frühzeitig für den Anwender erfahrbar zu machen. Im Vergleich zur Virtual-Reality-Technologie besteht das besondere Potenzial für den Einsatz der Augmented-Reality-Technologie bei der Validierung interaktiver Produkte in der Möglichkeit zur bedarfsgerechten Kombination physischer und virtueller Prototypen. Aufbauend auf den Inhalten der KaSPro – Karlsruher Schule für Produktentwicklung als modelltheoretischem und methodischem Rahmen wird in dieser Arbeit eine Systematik zur methodischen Unterstützung der Validierung interaktiver Produkte in Augmented-Reality-Umgebungen in frühen Entwicklungsphasen entwickelt und in drei Fallstudien angewandt und evaluiert. Zu den zwei zentralen Bestandteilen der Systematik zählen ein Beschreibungsmodell für AR-basierte Validierungsumgebungen sowie ein Referenzprozessmodell. Das Referenzprozessmodell unterstützt Produktentwickler und Produktentwicklungsteams entlang des gesamten Vorgehens zur AR-gestützten, kundenintegrierten Produktvalidierung in der Frühen Phase. Es umfasst das Festlegen und Konkretisieren der Validierungsziele, das Konfigurieren und den Aufbau der AR-basierten Validierungsumgebung, die Durchführung des Tests und die abschließende Interpretation der Testergebnisse. Die Evaluationsergebnisse aus den durchgeführten Fallstudien bestätigen die grundsätzliche Eignung der Systematik für die praktische Anwendung und zeigen ihren Beitrag zur Reduktion von Unsicherheiten bzgl. Kunden- und Anwenderanforderungen in frühen Entwicklungsphasen

Dual reality framework : enabling technologies for monitoring and controlling cyber-physical environments

Diese Promotionsarbeit untersucht die Thematik des Monitoring und der Steuerung von Cyber-Physischen Umgebungen (CPE). In diesem Zusammenhang wird das Konzept und die Umsetzung eines Dual Reality (DR) Frameworks präsentiert, welches sich aus zwei Komponenten zusammensetzt: dem Dual Reality Management Dashboard (DURMAD) zur interaktiven dreidimensionalen Visualisierung von CPE und dem Event Broadcasting Service (EBS), einer modularen Kommunikationsinfrastruktur. Hierbei stellt DURMAD basierend auf dem DR-Konzept den aktuellen Status der Umgebung in einem 3D-Modell visuell dar. Gleichzeitig umfasst es weitere Auswertungs- und Darstellungsformen, welche verschiedene Formen der Entscheidungsunterstützung für Manager der Umgebung bieten. Speziell entwickelte Filtermechanismen für den EBS ermöglichen eine Vorverarbeitung der Informationen vor dem Versenden bzw. nach dem Empfangen von Events. Durch offene Strukturen können externe Applikationen an das DR-Framework angeschlossen werden. Dies wird anhand von Objektgedächtnissen, semantischen Beschreibungen und Prozessmodellen präsentiert. Basierend auf einer Formalisierung von Dual Reality wird der Begriff Erweiterte Dual Reality (DR++) definiert, welcher auch die Auswirkungen von Simulationen in DR-Applikationen umfasst. Durch eine Integration des DR-Frameworks in das Innovative Retail Laboratory werden die Potenziale der erarbeiteten Konzepte anhand einer beispielhaften Implementierung in der Einzelhandelsdomäne aufgezeigt.Within the scope of this dissertation, the issues of monitoring and control of Cyber-Physical Environments (CPE) have been investigated. In this context, the concept and implementation of a Dual Reality (DR) framework is presented, consisting of two components: the Dual Reality Management Dashboard (DURMAD) for interactive three-dimensional visualization of instrumented environments and the Event Broadcasting Service (EBS), a modular communication infrastructure. DURMAD is based on the DR-concept and thus visually represents the current status of the environment in a 3D model. Simultaneously, it includes more analysis and presentation tools providing various forms of decision-making support for managers of these environments. Specially developed filter mechanisms for the EBS allow preprocessing of the information before sending or after receiving events. By means of open structures external applications can be connected to the DR framework. This is pointed out by digital object memories, semantic descriptions and process models. Based on a formalization of Dual Reality, the term Advanced Dual Reality (DR ++) is defined, which includes the impact of simulations in DR applications. By integrating the DR framework in the Innovative Retail Laboratory, the potential of the developed concepts on the basis of an exemplary implementation in the retail domain are shown

VR-Informationssystem zur Bestimmung der benutzerorientierten Anforderungen für VR-Systeme im Kontext der virtuellen Produktentwicklung

Neue technologische Softwaresysteme müssen nutzerorientiert, profitabel, flexibel und gleichzeitig performant entwickelt werden. Durch den rasanten Fortschritt innovativer Technologien führt dies oftmals zu einem Defizit im Informations- oder Kommunikationsfluss zwischen beteiligten Stakeholdern. Im Kontext von Virtual Reality (VR)-Anwendungen kommt erschwerend hinzu, dass diese innovative Technologie und deren Funktionsumfang noch unzureichend beschrieben ist. Dies führt einerseits dazu, dass VR-KundInnen ihre Wünsche und Visionen bezüglich eines VR-Systems nicht entsprechend der aktuellen technischen Möglichkeiten ausrichten und formulieren können. Andererseits haben VR-EntwicklerInnen die Herausforderungen, kunden-orientiert zu konzipieren und zu kommunizieren und dabei das volle Potenzial auszuschöpfen, das mit VR-Technologien erbracht werden kann. Es fehlt an einem strukturierten Hilfsmittel, mit dem VR-KundInnen sowohl bei einer ersten Konfiguration eines gewünschten VR-Systems assistiert werden und relevante Informationen bereitgestellt bekommen als auch VR-EntwicklerInnen eine Übersicht für eine optimale Erstgesprächsvorbereitung sowie eine unmittelbare Entscheidungsgrundlage für eine Auftragsannahme erhalten. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Unterstützung des frühzeitigen Informationsaustausches zwischen VR-KundInnen und VR-EntwicklerInnen. Hierzu erfolgt die Entwicklung eines VR-Informationssystems, dessen Einsatz der VR-Systemrealisierung vorgelagert ist und das gewünschte VR-System spezifiziert. Durch die Bereitstellung aller VR-Spezifikationen und zugehöriger Metainformationen soll es VR-KundInnen möglich sein, Wissen über VR zu erwerben, ein gewünschtes VR-System zu konfigurieren und Schwerpunkte zu priorisieren. VR-EntwicklerInnen sollen im Sinne einer kundenorientierten VR-Systementwicklung das volle Potenzial von VR ausschöpfen können und im gesamten Softwareentwicklungsprozess unterstützt werden. Dabei wird der Rahmen des VR-Informationssystems auf den Einsatz von VR in der Produktentwicklung begrenzt.New technological software systems shall be developed in a user-oriented, profitable, flexible and, at the same time, in a high-performance manner. However, due to the rapid progress of innovative technologies, this often leads to a deficit in the information flow or the communication between the stakeholders involved in the early development. In the context of Virtual Reality (VR) applications, an additional challenge is that these innovative technologies and their range of functions are yet described insufficiently. On the one hand, this means that VR customers cannot streamline and formulate their wishes and visions from the VR system keeping in view the current technical possibilities. On the other hand, VR developers face the challenge of designing and communicating in a customer-oriented manner and thereby exploiting the full potential that can be offered from VR technologies. Currently, there is no structured tool available with which VR customers can be assisted with the initial configuration of the desired VR system and the acquisition of relevant information as well as the VR developers can be assisted with an overview for optimal preparation for an initial meeting and an immediate basis for decision making about accepting a development order. The goal of this work is to support the early exchange of information between VR customers and VR developers. For this purpose, a VR information system is developed with upstream use in the VR system implementation and it specifies the desired VR system. By providing all VR specifications and associated meta-information, VR customers shall be able to acquire knowledge about VR, configure the desired VR system and prioritize areas of focus. VR developers should be able to exploit the full potential of VR to develop a customer-oriented VR system and be supported in the entire software development process. The scope of the developed VR information system is limited to the use of VR in product development

Virtual und Augmented Reality : Status quo, Herausforderungen und zukünftige Entwicklungen. TA-Vorstudie

Als Virtual Reality (VR) wird eine computergenerierte Simulation realer oder fiktiver Umwelten bezeichnet. Nutzer tauchen mithilfe von Mensch-Maschine-Schnittstellen (z. B. eine VR-Brille) in virtuelle Umgebungen ein und können mit diesen interagieren. Bei der Augmented Reality (AR) handelt es sich um eine computergestützte Erweiterung der wahrnehmbaren Realität. Hier werden Informationen wie Texte, Bilder oder virtuelle Objekte in das Sichtfeld der Nutzer eingeblendet, wie beispielsweise Arbeitshinweise in die Brille eines Montagemitarbeiters oder eines Head-up-Displays im Cockpit. Anwendungen von VR und AR haben in den letzten Jahren in vielen privaten wie beruflichen Anwendungszusammenhängen stark an Bedeutung gewonnen. Es ist davon auszugehen, dass diese Technologien die Digitalisierung des Alltags weiter vorantreiben werden, indem sie die Integration von sozialer Interaktion, Mediennutzung, Konsum und Unterhaltung im digitalen Raum befördern. Der TAB-Arbeitsbericht nimmt die allgemeinen Herausforderungen, die aus der Verschränkung realer und virtueller Umwelten resultieren, genauso in den Blick wie die anwendungsspezifischen Technologiepotenziale und -folgen. Neben den sich abzeichnenden technologischen Entwicklungen werden ausführlich die vielfältigen VAR-Anwendungsfelder und -beispiele vorgestellt, Herausforderungen der zukünftigen Entwicklungen und daran geknüpfte Folgen für Wirtschaft und Gesellschaft benannt sowie resultierende Gestaltungs- und Regulationsbedarfe abgeleitet. Inhalt Zusammenfassung 9 1 Einleitung 17 2 Definition, technische Entwicklung, wirtschaftliche Bedeutung 19 2.1 Ursprung und aktuelle Bedeutung 19 2.2 Definitionen und Abgrenzungen: Virtual, Augmented und Mixed Reality 20 2.3 Technologische Grundlagen 21 2.3.1 Eingabe 22 2.3.2 Verarbeitung 23 2.3.3 Verbreitung 24 2.3.4 Aus- bzw. Wiedergabe 24 2.4 Wirtschaftliche Bedeutung und Entwicklungen 29 2.4.1 Marktentwicklung und -potenziale 30 2.4.2 Unternehmen und Wettbewerb 32 3 Anwendungsfelder 35 3.1 Medien und Unterhaltung 36 3.1.1 (Computer-)Spiele 36 3.1.2 Soziale virtuelle Realität 37 3.1.3 Film und Fernsehen 38 3.1.4 Pornografie 39 3.1.5 Location-based Entertainment 39 3.1.6 Edutainment 39 3.1.7 Immersiver Journalismus 41 3.1.8 Übertragung von (Live-)Veranstaltungen 42 3.1.9 Resümee 42 3.2 Arbeit und Produktion 43 3.2.1 Assistenzsysteme für Produktion, Wartung und Logistik 43 3.2.2 Design, Prototyping und Produktentwicklung 44 3.2.3 Virtuelle Geschäftstreffen und Konferenzen 45 3.2.4 Visualisierung komplexer Daten 45 3.2.5 Assistenzsysteme im Bereich Mobilität und Verkehr 46 3.2.6 Visualisierung von Bauprojekten 46 3.2.7 Simulation und Training 47 3.2.8 Resümee 47 3.3 Handel und Konsum 48 3.3.1 Werbung und Marketing 48 3.3.2 Produktpräsentation und –vertrieb 49 3.3.3 Virtuelle Geschäfte und Kaufhäuser 50 3.3.4 Resümee 50 3.4 Medizin und Pflege 51 3.4.1 Therapie psychischer Erkrankungen 52 3.4.2 Schmerzkontrolle 52 3.4.3 Unterstützung bei Rehabilitation und Demenzbehandlung 53 3.4.4 Assistenz bei Diagnosestellung und Operationen 54 3.4.5 Resümee 55 3.5 Schutz und Sicherheit 56 3.5.1 Militärisches Einsatztraining, Kriegsführung und Behandlung von Nachkriegseffekten 56 3.5.2 Vorbereitung auf Rettungseinsätze und Katastrophenschutz 57 3.5.3 Resümee 58 3.6 Schule und Hochschule 58 4 Thesen 61 4.1 Technologie 61 4.1.1 Voraussetzungen für künftige Entwicklungen 61 4.1.2 Zukünftige Entwicklungspfade 63 4.1.3 Merkmale zukünftiger VR- und AR-Technologien 66 4.1.4 Interdependenzen mit anderen technologischen Entwicklungen 68 4.2 Gesellschaft 68 4.2.1 Einfluss auf das alltägliche Leben 68 4.2.2 Erweiterung sozialer Interaktion 70 4.2.3 Zugang zu und Kontrolle von Inhalten 72 4.2.4 Stärkung von Empathie und Partizipation 73 4.2.5 Gefahren manipulierter und manipulativer Inhalte 74 4.3 Wirtschaft 76 4.3.1 Marktentwicklung und -durchdringung 76 4.3.2 Gründungsdynamik und Start-ups 79 4.3.3 Treibende Akteure, Wertschöpfung und Geschäftsmodelle 80 5 Chancen und Herausforderungen für Wissenschaft, Wirtschaft und Gesellschaft 85 5.1 Chancen 85 5.2 Risiken 88 5.3 Handlungsfelder 89 5.3.1 Gesetze und Regeln für den virtuellen Raum 90 5.3.2 Physische und psychische Folgen 92 5.3.3 Technologiemissbrauch durch Manipulation 94 5.3.4 Innovationslandschaft: Forschung, Entwicklung und Verwertung 95 6 Literatur 99 7 Anhang 109 7.1 Interviewpartner 109 7.2 Analyse wissenschaftlicher Aktivitäten im internationalen Vergleich 109 7.3 Abbildungen 114 7.4 Tabellen 115 7.5 Glossar 11

Geogames - Gestaltungsaufgaben und geoinformatische Lösungsansätze

Als Fortbewegungsspiele in realen geografischen Umgebungen stellen Geogames besondere Anforderungen an die Spieleentwicklung, weshalb Designansätze aus dem Bereich der Konsolenspiele nur begrenzt geeignet sind. Der Beitrag widmet sich den spezifischen Gestaltungsproblemen und beschreibt ausgehend von einer Klassifikation kognitiver Räume die Designanforderungen für Geogames. Mithilfe eines Modells der Gestaltungsaufgaben werden Probleme der ludischen, narrativen und performativen Gestaltung identifiziert und geoinformatischen Forschungsergebnissen zugeordnet. Abschließend beschreibt der Beitrag Lösungsansätze für eine grundlegende Designherausforderung, die Relokalisierung von Spielen

Physikalisch-basierte Simulation von Flüssigkeiten in interaktiven Umgebungen

Die realistische, physikalisch-basierte Repräsentation von Flüssigkeiten in der Computergraphik umfasst drei Schritte: Simulation, Oberflächenextraktion und Darstellung. Die Erzeugung realistischer Animationen mit Hilfe dieser Schritte ist rechentechnisch kostenintensiv und i.d.R. nicht in Echtzeit durchführbar. Für plausible Ergebnisse in Echtzeitumgebungen muss ein Kompromiss zwischen Qualität und Performanz eingegangen werden. Das Ziel dieser Dissertation ist die Beschleunigung der einzelnen Schritte, um den Detailgrad virtueller Flüssigkeiten in Echtzeitumgebungen zu vergrößern.Realistic physically-based visual representations of liquids require three main steps to be conducted: simulation, surface extraction and rendering. Since each of these steps in itself is a computationally complex task, realistic representations of liquids is a time-consuming endeavor. As a result, approaches that aim for real-time rendering and interactivity usually have to trade off quality for rendering speed. The goal of this thesis is to accelerate the representations of realistic liquids to achieve real-time frame rates. This is accomplished by devising novel dedicated acceleration techniques for each of the above mentioned steps