Virtual reality Mensch

Transkript

1 FraunhoF er-insti tut F ür F abri kbetri eb und -a utomati s I erung IFF, m agdeburg Virtual reality Mensch und Maschine im interaktiven dialog gastvortragsreihe Virtual reality 2011

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3 Gastvortragsreihe Virtual Reality 2011 VIRTUAL REALITY MENSCH UND MASCHINE IM INTERAKTIVEN DIALOG Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk In Kooperation mit:

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5 INHALTSVERZEICHNIS Vorwort 6 Prof. Dr.-Ing. habil. Dr.-Ing. E. h. Michael Schenk, Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Grußwort 8 Prof. Dr. oec. publ. Birgitta Wolff Ministerin für Wissenschaft und Wirtschaft des Landes Sachsen-Anhalt Gefechtsübungszentrum Heer Angewandte Real-Life-Simulation in der Einsatzausbildung der Bundeswehr Oberst Michael Matz, Oberstleutnant Peter Makowski Gefechtsübungszentrum Heer, Kaserne Altmark Den Airbus kennen Lernen mit virtuellen Techniken 43 Michael Kalbow Airbus Operations GmbH Mal sehen wie s läuft Vorteile der symbiotischen Beziehung zwischen klassischer Simulation und den Möglichkeiten der Virtual Reality am Beispiel der Verkehrsplanung Dr. rer. nat. Eva Eggeling Fraunhofer Austria Research GmbH Wahrnehmungsrealismus Aspekte der menschlich-visuellen Kompetenz und deren Bedeutung für computergrafische interaktive Anwendungen Dipl.-Ing. Arch. Ingmar Franke, M. Sc. Technische Universität Dresden, Fakultät für Informatik Web 3-D-Anwendungen und Visionen OpenSim und Second Life im Praxistest für Unternehmen und Forschungseinrichtungen Jan Northoff YOUin3D.com GmbH

6 Teamtraining in der virtuellen Realität 143 Prof. Dr. rer. soc. habil. Ulrike Cress Institut für Wissensmedien Forschung für die Praxis 154 Autorenverzeichnis 157 Impressum 158

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8 VORWORT Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk Institutsleiter des Fraunhofer- Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Foto: Dirk Mahler Was will der Mensch in der virtuellen Realität? In der Welt mit den unbegrenzten Möglichkeiten kann man viel mehr als nur spielen. Menschen können trainieren, wie sie sich in bestimmten Situationen verhalten müssen. Sie können lernen, wie man spezielle Maschinen bedient. Sogar Fabrikanlagen oder ganze Städte lassen sich virtuell planen. All das sind längst keine Zukunftsvisionen mehr. Wie all dies in der Realität schon heute in ihren Unternehmen funktioniert, stellten die Referenten der Gastvortragsreihe»Mensch- Maschine-interaktiv«vor. Ab dem 26. Oktober 2011 fand sie sechs Wochen lang jeden Mittwoch im Virtual Development and Training Centre VDTC des Fraunhofer IFF statt. Das Forschungsinstitut veranstaltete sie gemeinsam mit der Ottovon-Guericke-Universität Magdeburg und dem Center for Digital Engineering CDE. Ich möchte mich besonders bei unserer Schirmherrin, der Ministerin für Wissenschaft und Wirtschaft des Landes Sachsen-Anhalt, Frau Prof. Dr. Birgitta Wolff, bedanken. Im ersten Vortrag am 26. Oktober beispielsweise erklärten Oberst Michael Matz und Oberstleutnant Peter Makowski vom Gefechtsübungszentrum Heer in Letzlingen wie die Bundeswehr mit Real-Life-Simulation ihre Soldaten trainiert. Modernste Systemtechnik und z. B. Originalwaffensysteme mit Laser-Duellsimulatoren werden dabei eingesetzt. Das Gefechtsübungszentrum Heer ist die zentrale Ausbildungseinrichtung des Heeres. In Letzlingen trainieren Verbände und Einheiten aller Truppengattungen, aber auch andere militärische Organisationsbereiche, wie z. B. der Sanitätsdienst oder die Streitkräftebasis. Nicht minder interessant waren die folgenden Beiträge unserer wirklich hochkarätigen Referenten aus Wirtschaft und Wissenschaft. Sie alle berichteten, über den Einsatz virtueller Technologien in ihrem Unternehmen oder in ihrer Einrichtung. Für ihren Besuch in Magdeburg und die sehr anschauli-

9 chen Präsentationen möchte ich ihnen meinen Dank aussprechen. Des Weiteren gilt mein Dank auch allen wissenschaftlichen Begleitern für ihre aktive Mitwirkung und Unterstützung bei der Planung der Vortragsreihe. Ihr Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk

10 GRUSSWORT Prof. Dr. oec. publ. Birgitta Wolff Ministerin für Wissenschaft und Wirtschaft des Landes Sachsen- Anhalt Foto: Ministerium für Wissenschaft und Wirtschaft des Landes Sachsen-Anhalt Virtuelle Realität hat in Magdeburg Tradition. So fand die 2004 ins Leben gerufene Gastvortragsreihe Virtual Reality: Mensch und Maschine im interaktiven Dialog in diesem Jahr bereits zum achten Mal statt. Auch 2011 waren wieder zahlreiche hochkarätige Referenten aus Wissenschaft und Wirtschaft aus Deutschland und dem Ausland am Magdeburger Fraunhofer IFF zu Gast. Die Besonderheit: Hier wird nicht nur Fachchinesisch gesprochen. So wendet sich die Vortragsreihe an eine breite Öffentlichkeit, zu der nicht nur Wissenschaftler und Akademiker aus den unterschiedlichsten Fachbereichen gehören, sondern auch Studenten und Laien. Als Zentrum für die Nutzung virtueller Technologien hat sich Magdeburg national und international einen Namen gemacht. Beleg dafür sind unter anderem die millionenschwere Bundesförderung für mehrere bedeutende Forschungsprojekte des Fraunhofer IFF und seiner Partner in den vergangenen Jahren sowie der Ort der Vorlesungsreihe das hochmoderne Forschungsund Trainingszentrum für virtuelle Technologie VDTC. Dabei ist es für Sachsen- Anhalt von großer Bedeutung, insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen die Nutzung derart innovativer Technologien zu ermöglichen. Denn damit steigen ihre Chancen, im internationalen Wettbewerb neue Marktfelder zu besetzen, Arbeitsplätze zu sichern sowie neue anspruchsvolle Beschäftigungsmöglichkeiten zu schaffen. Unser Land ist mit seinen Universitäten, Fachhochschulen und Forschungseinrichtungen international konkurrenzfähig aufgestellt. Künftig kommt es darauf an, die hervorragende wissenschaftliche Infrastruktur und die leistungsstarke Forschungslandschaft noch stärker für Wachstum und Beschäftigung nutzbar zu machen. So sollen bei uns im

11 Land künftig nicht nur Mensch und Maschine in den interaktiven Dialog eintreten, sondern verstärkt auch Unternehmen und Hochschulen. Vor allem der Technologietransfer muss weiter verbessert werden, um neu geschaffenes Wissen schnell und erfolgreich in marktfähige Produkte umzusetzen. Dafür machen wir die engere Verzahnung von Wissenschaft und Wirtschaft in der laufenden Legislaturperiode zu einem Schwerpunkt der Innovationspolitik. Uns geht es darum, beide Seiten stärker zu Kooperationen einzuladen, die allen Beteiligten neue Ideen und Impulse bringen. Ihre Prof. Dr. oec. publ. Birgitta Wolff

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13 GEFECHTSÜBUNGSZENTRUM HEER ANGEWANDTE REAL- LIFE-SIMULATION IN DER EINSATZAUSBILDUNG DER BUNDESWEHR Oberst Michael Matz Oberstleutnant Peter Makowski Gefechtsübungszentrum Heer, Altmark Kaserne

14 LEBENSLAUF Oberst Michael Matz Gefechtsübungszentrum Heer, Leiter Kaserne Altmark, Salchauer Chaussee, Nr. 1, 39638, Letzlingen Telefon: Eintritt in die Bundeswehr beim Jägerbataillon 381 in Flensburg Studium der Wirtschafts- und Organisationswissenschaften an der Universität der Bundeswehr in Hamburg Zugführeroffizier beim Jägerbataillon 66 in Wentorf S2 Offizier beim Jägerbataillon 66 in Wentorf Kompaniechef der 2. Kompanie des Jägerbataillons 66 in Wentorf Kompaniechef der 7. Kompanie des Panzergrenadierbataillons 162 in Wentorf S3 Offizier der Panzerbrigade 16 in Wentorf Teilnahme am Infantry Officer Advance Course in Fort Benning, Georgia / USA Generalstabsoffizier im Führungsgrundgebiet 2 beim Deutschen Anteil des V. Amerikanisch / Deutschen Korps in Heidelberg

15 Ab Generalstabsausbildung an der Führungsakademie der Bundeswehr in Hamburg G4 der Panzerbrigade 18 in Neumünster; dabei: 1998 Einsatz als Chief G2 Plans NATO-Headquarter in Sarajevo Hörsaalleiter an der Panzertruppenschule in Munster Kommandeur des Panzergrenadierbataillons 401 in Hagenow; dabei: 2004 Einsatz als Kommandeur des ORF-Bataillons des 8. EinsKtgt KFOR im Kosovo Kommandeur des Wachbataillons beim Bundesministerium der Verteidigung Referent im Bundesministerium der Verteidigung im Führungsstab des Heeres (Fü H/Z) in Bonn Kommandeur des Jägerregimentes 1 in Schwarzenborn; dabei 2009 Einsatz als Kommandeur der Quick Reaction Force IV in Afghanistan Leiter Gefechtsübungszentrum Heer, Letzlingen

16 LEBENSLAUF Oberstleutnant Peter Makowski Gefechtsübungszentrum Heer, Leiter Gruppe Grundlagen Kaserne Altmark, Salchauer Chaussee, Nr. 1, 39638, Letzlingen Telefon: Eintritt in die Bundeswehr beim Panzergrenadierbataillon 62 in Neustadt/Hessen Teilnahme am Offiziersanwärterlehrgang - Panzergrenadiere Studium der Pädagogik an der Universität der Bundeswehr in Hamburg Zugführer und Feuerleitoffizier Mörser im Panzergrenadierbataillon 12 in Osterode Kompaniechef Mörserkompanie im Panzergrenadierbataillon 13 in Wesendorf Kompaniechef Panzergrenadierkompanie im Panzergrenadierbataillon 13 in Wesendorf Hörsaalleiter an der Kampf- / Panzertruppenschule in Munster (Offiziersausbildung) Kompaniechef der Stabs- und Versorgungskompanie des Panzergrenadierbataillons 401 in Hagenow, dabei Teilnahme am 2. Einsatzkontingent GECONKFOR als KpChef der St/VersKp in Prizren

17 Seit S3-Stabsoffizier und stellvertretender Bataillonskommandeur im Panzergrenadierbataillon 52 in Rotenburg/Hessen S3-Stabsoffizier im Ausbildungsbereich des Gefechtsübungszentrum Heer Leiter der Leitungsgruppe im Gefechtsübungszentrum Heer Leiter des Ausbildungsverbandes im Gefechtsübungszentrum Heer Leiter Gruppe Grundlagen

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19 Stab Grp TrÜbPlBtrb Grp Grundlagen Grp Controlling BWB/GPS Ausbildungsbereich Unterstützungsbereich Ausb/Üb AusbVerb AusbDst LtgDst AuswtDst PzGrenKp PzKp JgKp JgKp Streitkräfte Dienstleistungsbereich

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24 Betriebsunterstützung / Dienstleistung

25 Ziele der RDA Professionelle Ausbildung als und unterstützen

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30 Ein Großteil der RDA Mitarbeiter arbeiten langfristig vor Ort: als Mitarbeiter der vorherigen Betreiber bzw. früherer Partnerfirmen als Mitarbeiter von Unterauftragnehmer- Firmen und in der Leistungserbringung Bewertung aus militärischer Sicht

31 Militärisch-zivil-industrielle Zusammenarbeit

32 Teilnehmereinheit (TNE) Datenfunkantenne GPS

33 K ö r p e r g u r t m i t : Detektoren (6 Stück) Reflektoren (4 Stück) Auswerteelektronik H e l m g u r t m i t : 1 Batteriefach 2 Detektoren (5 Stück) 3 Reflektoren (6 Stück) 1 2 3

34 MP 2 G 3 MG 3 G 36 MG für Funktion F I R und D U S - M i n e n

35 überwacht S c h u t z z u s t a n d Personal 1 2 Mignonbatterien 1,2 V für Auswerteelektronik Helmgurt Sendeeinheit ABC-Störmungswächter Blockbatterie 12 V für TNE Minen-Handgranatensensorik 1 2

36 Identität des Soldaten Parameter der Waffe

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38 1 1 zeigt und sagt taktischen Zustand 1 Blitzleuchte für getroffen Darstellung 2 Detektoren 3 Reflektoren 1 3 2

39 1 2 Teilnehmereinheit (TNE) Datenfunkantenne GPS 1 2 Wirkungsdarstellung - Leuchteneinheit (WD) grüne Leuchte Pyro-Anzeige orange Leuchte - Mine - Totalausfall - Artillerie Optischer Code Sensor (OCS) Funk Code Sensor (FCS)

40 1 1 Überdrucksensor innerhalb des Fz 2 2 Meßkopf außerhalb des Fz

41 1 2 Pyrotechnik Pyro - Körper 1. Anzeige: weißer Blitz 2. Anzeige: roter Rauch

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43 TNE + GPS Die TNE ist das Bindeglied zwischen Zentrale, AGDUS und Soldat FUNKSTATION 9 Sende- und Empfangsstationen gewährleisten die Datenübermittlung von Positions- und Gefechtsdaten der Teilnehmer, sowie Sprechfunk über verschiedene Funkkreise zur Zentrale ZENTRALE Installierte Kommunikationssysteme ermöglichen die Übertragung aller Informationen von und zur Zentrale

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45 DEN AIRBUS KENNEN LERNEN MIT VIRTUELLEN TECHNIKEN Michael Kalbow Airbus Operations GmbH

46 LEBENSLAUF MichaelKalbow AirbusOperationsGmbH,DirektorTrainingCenter HeinSassWeg ,Hamburg Telefon: seit DeutscheHeeresflieger/Bundeswehr:HubschrauberpilotundLehrerfür Hubschraubertechnik/Aerodynamik,FachbuchAutor BeratungsoffizierfürcomputerunterstütztePilotenausbildungin ZusammenarbeitmitderIndustrie Airbus,FlugtechnischeSchule,Hamburg:LehrerfürAvionik benntecsystemtechnik,bremen:spezialistfürausbildungsbedarfsanalyse& Ausbildungskonzeptionen(ComputerBasedTrainingfürTIGERHubschrauber PilotenTraining),DeutschFranzösischesProjekt Airbus,FlugtechnischeSchuleHamburg: Gruppenleiter&LehrerElektrik/AvionikSysteme,Projektleiterfürdie EntwicklungvonKursen TechnischesTrainingA380",VerbindungsManager fürdasweltweiteairbuskundentraining,stv.schuldirektor AirbusHQToulouse(FR):DirektorKundendienstTrainingAkademie (AufstellungundAusrichtung) AirbusHQToulouse(FR),CorporateHumanResources:LeiterderAirbusFort undweiterbildungfürallemitarbeiter DirektordesAirbusTrainingCentersHamburg(technischesKundenund Mitarbeitertraining,ca.4000Trainees/Jahr

47 Den Airbus kennen Lernen mit virtuellen Techniken

48 Airbus? Wartung und Wartungstraining VR im kompetenzbasiertem Training Der Mensch Empirische Ergebnisse Schlussfolgerungen Hamburg Moscow Toulouse Frankfurt Beijing Wichita Mobile Washington Miami Sevilla Dubai Tianjin Tokyo Bangalore Singapore Sydney

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50 Breakdown or Reactive Maintenance : Die Pädagogik Preventive Maintenance :

51 Die Pädagogik VACBI: Video-assisted and computer based instruction

52 Productive Maintenance : mussten zu einem neuen pädagogischen Konzept führen: ACT

53 ACT: Das Konzept & Techn. Dokumentation Virtuelles Cockpit Virtuelles Flugzeug CBT: computer based training Die Verbindung der virtuellen (Lern-) Werkzeuge Aktion im Cockpit Auswirkung am Flugzeug Auswirkung im Cockpit Aktion am Flugzeug Einfache bis komplexe Wartungsaufgaben (Szenarios) sind im ACT prozedural durchführbar teilweise als Praxisersatz!

54 Sicherheit erhöht bzw. Aufwand reduziert Aufmerksamkeit erhöht (Spiel?) Erleichterte Zugänglichkeit Erhöhte Anpassungsfähigkeit (Szenarios) Ermöglicht team-orientiertes Arbeiten Kostenreduktion Das war wichtig! Aktion im Cockpit Auswirkung am Flugzeug Auswirkung im Cockpit Aktion am Flugzeug Einfache bis komplexe Wartungsaufgaben sind prozedural durchführbar

55 Weitere DMU / VR Anwendungen Ziele: orientieren navigieren verstehen Ergebnis: Weniger Fehler Zeitersparnis Beispiel 3D / VR Animation 2D 3D 3D Vorteile: A380, A350 XWB

56 DMU als MASTER Zukünftiges Design Ich erwarte von Ihnen, unabhängige, innovative und kritische Denker zu sein... die alles exakt so tun, wie ich es sage!

57 Was ändert sich am Lerner Profil? Die von Digital Natives Lernumgebung (Marc Prensky Paradigma): Digital Immigrants Methodenvielfalt bzw. verschiedene Lernwege müssen überlappend angeboten werden oder Lerner werden ausgeschlossen.... und am Lehrer Profil? Vom Wissens-Vermittler über Moderator / Entertainer zum e-tutor / Coach: Lerngruppen undtutoren

58 Prof. André Tricot What is the added value of new technologies in training? Technological innovations do not provide solutions but means for that allow to learn more effectively the relevant knowledge Where the new technologies can fit in to the right scenarios: Augmented reality =>? Serious games if there are some big problems with motivation E-learning if presence is too expensive; Aim and Coaching need your attention Animations if Aim is procedural and involves gestures

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60 AIRBUS Operations GmbH. Alle Rechte vorbehalten. Vertrauliches und geschütztes Dokument. AIRBUS, das Airbus-Logo, A300, A310, A318, A319, A320, A321, A330, A340, A350, A380 und A400M sind eingetragene Marken.

61 MAL SEHEN WIE S LÄUFT VORTEILE DER SYMBIOTISCHEN BEZIEHUNG ZWISCHEN KLASSISCHER SIMULATION UND DEN MÖGLICHKEITEN DER VIRTUAL REALITY AM BEISPIEL DER VERKEHRSPLANUNG Dr. rer. nat. Eava Eggeling Fraunhofer Austria Research GmbH

62 LEBENSLAUF Dr. rer. nat. Eva Eggeling Fraunhofer Austria Research GmbH, Leitung Geschäftsbereich Visual Computing Inffeldgasse, Nr. 16c, 8010 Graz, Österreich Telefon: Telefax: Februar 1996 Sept 1998 Nov 2002 Diplom in Mathematik, Nebenfach Operation Research, Rheinischen Friedrich-Wilhelm-Universität Bonn. Diplomvater Prof. Dr. Michael Röckner Promotion in Mathematik an, Universität zu Köln. Titel der Doktorarbeit: Meteorological Data Assimilation Local Analysis and Efficient Numerical Techniques for Constrained Differential Optimization. Doktorvater: Prof. Dr. Ullrich Trottenberg Wissenschaftliche Mitarbeiterin, Fraunhofer SCAI (Fraunhofer-Institut für Algorithmen und wissenschaftliches Rechnen), Verbundprojekt AUTOBENCH, Parameteroptimierung beim Tiefziehen von Blechen, z.b. Kotflügel Dez 2002 Dez 2005 Jan 2006 Jul 2008 Jul 2008 heute Wissenschaftliche Koordination, Fraunhofer SCAI Assistentin der Fraunhofer IuK-Gruppe PostDoc an der CMU (Carnegie Mellon University), Pittsburgh, Modellierung und Simulation von Graingrowth Prozessen, Material Science and Engineering Center MRSEC Fraunhofer Austria Research GmbH, Graz, Austria Leiterin Geschäftsbereich Visual Computing

63 Fraunhofer Austria Mal sehen wie s läuft VR bei Fraunhofer Austria Mensch und Maschine im Interaktiven Dialog Fraunhofer IFF, Magdeburg, 9. November 2011 Dr. Eva Eggeling Fraunhofer Austria Research GmbH Visual Computing Inffeldgase 16c 8010 Graz [email protected] Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Überblick Fraunhofer Austria wer sind wir? Unsere Geschäftsfelder und Themen VR Umgebungen bei Fraunhofer Austria Projektbeispiele zur Verkehrsplanung Mped+ IMITATE Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

64 Fraunhofer Austria Wer sind wir? Fraunhofer Austria Research GmbH 100% Tochter der deutschen Fraunhofer Gesellschaft Non-profit, außeruniversitär Zwei Geschäftsbereiche: Wien: Logistik und Produktionsplanung Graz: Visual Computing Ca. 30 Wissenschaftler (8 in Graz) Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Organisation Fraunhofer Austria Geschäftsführung: Univ.-Prof. Dr.techn. Dieter Fellner Univ.-Prof. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dr.-Ing. Dr. h.c. Wilfried Sihn Geschäftsbereiche: Visual Computing, Graz (Leitung: Dr. Eva Eggeling) Produktions- und Logistikmanagement, Wien (Leitung: DI Daniel Palm) Aufsichtsrat: Prof. Buller, FhG, Dr. Rosenfeld (FhG), Dr. Consemüller Beirat: Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

65 Fraunhofer Austria Wo sitzen wir? Campus der TU Graz Inffeldgasse Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Was machen wir? Angewandte Forschung für Industrie und Wirtschaft, Auftragsforschung Grundlagenforschung durch Kooperation mit Universität(en) Brücke für IT-Lösungen zwischen akademischer Forschung und Bedürfnissen der Industrie Wissenschaftler und Unternehmer Joseph von Fraunhofer ( ) Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

66 Fraunhofer Austria Unsere Partner: Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Unsere Geschäftsfelder Geschäftsbereich Visual Computing Digital Digitale Gesellschaft Virtuelles Engineering Virtuell Visuell Visuelle Entscheidungshilfe Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

67 Fraunhofer Austria Unsere Themen Digital Digitale Gesellschaft Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Unsere Themen Virtuelles Engineering Virtuell Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

68 Fraunhofer Austria Unsere Themen Visuell Visuelle Entscheidungshilfe Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Möglichkeiten in der Virtuellen Realität Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

69 Fraunhofer Austria HEyeWall HEyeWall Graz und Darmstadt In Graz: 4m x 2m Resolution 8 Megapixels (4000 x 2000), Pixelgröße 1 mm 2 Multitouch fähig Optical tracking mit 3 Kameras Mensch und Maschine im interaktiven Dialog HEyeWall 140 Infrared LEDs An- und ausschaltbar durch Software Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

70 Fraunhofer Austria Multitouch Tisch by Fraunhofer Austria und BENE AG 32 Touches simultan Gekoppelt mit vertikalem Display Mensch und Maschine im interaktiven Dialog DAVE definitively affordable, high-quality CAVE system DAVE besteht aus: 3 Seiten + Boden Rückprojektion 8 PCs (Rendering), 1 Control Server, 1 File Server, 1 PC optical tracking Erleben virtueller Welten oder Gebäude Donnerstags, 16 Uhr, Inffeldgasse 25, Technishce Universität Graz Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

71 Fraunhofer Austria Mal sehen wie s läuft Beispiel 1 Visualisierung von Fußgängerströmen im Projekt mped+ Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Visualisierung von Fußgängerströmen in mped+ Flexible Simulation Framework for Modelling Pedestrian Flows in Public Transportation Networks FFG gefördert (Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft ), Koordinator Austrian Institute of Technology, AIT Visualisierung großer Mengen von Fußgängern in U-Bahn-Stationen, am Beispiel der Wiener U-Bahn Simulationsdaten von AIT (Austrian Institute of Technology) Weiter Partner: Wiener Linien evolit GmbH Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

72 Fraunhofer Austria Motivation Planungstool für Verkehrsbetreiber zur besseren/einfacheren Planung von speziellen Situationen: Abweichung vom Normalbetrieb Großveranstaltungen Technische Ausfälle (Rolltreppe, Züge, Aufzügen) Unfälle Bauliche Maßnahmen Optimaler Ort für das Aufstellen von Infotafeln Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Vorüberlegungen/ Anforderungen Große Mengen von Fußgängern in U-Bahn-Stationen Darstellung von Individuen oder Gesamtheit des Fußgängerstromes Flüssige Animation, interaktive Bedienung Kein aufgenommener Film sondern interaktiv steuerbare Visualisierung (Framerate) Lauffähig auf mobilen Endgeräten (für Messen, im Arbeitseinsatz) Darstellungsqualität im Verhältnis zum Aufwand Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

73 Fraunhofer Austria Vorüberlegungen/ Anforderungen II Fenstermodus + Fullscreen Steuerung durch Maus und Keyboard Beleuchtung und Schatten Fußgänger-Erzeugung Positionsupdates durch Simulationsprogramm Geometrie-Erzeugung Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Vorüberlegungen Darstellung der Fußgänger 2D oder 3D? Große Menschenmassen in 2D: Punkte 3D: stark vereinfachte Symbol-Modelle, mit Zuständen durch Texturen Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

74 Fraunhofer Austria Vorüberlegungen Darstellung der Fußgänger Einzelne States bestimmen den Zustand des Fußgängers States: Zufriedenheit, Ziel Zustand eines Fußgängers zu einer bestimmten Fragestellung Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Vorüberlegungen Oder nur die Stromrichtung Dichte = Dicke, Farbe? Farbe = U-Bahn Linie (Einsteiger, Aussteiger ) Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

75 Fraunhofer Austria Visualisierungsmodul die Anfänge Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Problemzonen Rolltreppen Fahrkartenautomaten Infosäulen/Wände Abgänge/ Zugänge Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

76 Fraunhofer Austria Visualisierungsmodul Phase II Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Ergebnisse Erster Prototyp Test durch Verkehrsbetreiber Wiener Linien Auf dem Multitouch Tisch? Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

77 Fraunhofer Austria Mal sehen wie s läuft Beispiel 2 Evaluieren von Leitsystemen für Verkehrsinfrastrukturen IMITATE Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Evaluierung von Leitsystemen für Verkehrsinfrastruktur- Knotenpunkte FFG gefördertes Projekt, Koordinator Austrian Institute of Technology, AIT Partner: ÖBB Infrastruktur, Merten AG, Komobile, implantat Inhalt Evaluierung von Leitsystemen in einer virtuellen Umgebung (DAVE) Im Vergleich mit realen Tests wenn möglich Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

78 Fraunhofer Austria Anwendungsszenarien Campus Inffeldgasse der TU Graz Neuer Wiener Zentralbahnhof Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Die Leitsysteme Evaluierung von verschiedenen Leitsystemen, Wiener Bahnhof: Blaue Hinweistafeln Stelen mit Informationstafeln, statisch, interaktiv, touch Mobile Geräte Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

79 Fraunhofer Austria Die Leitsysteme Evaluierung von verschiedenen Leitsystemen: (Blaue) Hinweistafeln, Stelen mit Informationstafeln, statisch, interaktiv, touch Mobile Geräte Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Beispiel Leitsystem Interaktive Infosäulen mit Touch-Bedienung (Merten Management AG) Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

80 Fraunhofer Austria Navigation in der DAVE Steuerung Gemessene Wegstrecke (Kinect, Wii Controler) Gefühle Wegstrecke (Laufband? ) Bewegungssensoren (nur relative Messung der Orientierung) Kinect (keine Geräte am Körper) Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Avatare für die DAVE Für aussagekräftige Tests von Leitsystemen für verkehrsreiche Infrastruktureren braucht man Avatare Andere Reisende, die einem entgegenkommen, Menschenmengen Andere Studierende Studentenarbeiten als erste Impressionen Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

81 Fraunhofer Austria Studentenarbeiten - Mal sehen wie s läuft! Aus der Vorlesung Simulation und Animation Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Studentenarbeiten - Mal sehen wie s läuft! Mensch und Maschine im interaktiven Dialog Fraunhofer Austria

82 Fraunhofer Austria Vielen Dank! Dr. Eva Eggeling Fraunhofer Austria Research GmbH Geschäftsbereich Visual Computing Inffeldgasse 16c 8010 Graz Mensch und Maschine im interaktiven Dialog

83 WAHRNEHMUNGSREALISMUS ASPEKTE DER MENSCHLICH- VISUELLEN KOMPETENZ UND DEREN BEDEUTUNG FÜR COMPUTERGRAFISCHE INTERAKTIVE ANWENDUNGEN Dipl.-Ing. Arch. Ingmar Franke, M. Sc. Technische Universität Dresden, Fakultät für Informatik

84 LEBENSLAUF Dipl.-Ing. Ingmar S. Franke, M.Sc, Technische Universität Dresden Fakultät Informatik, Institut Software und Multimediatechnik Professur für Mediengestaltung Arbeitsgruppe Technische Visualistik Dresden Telefon: Telefax: seit 9 / 2011 seit 2009 seit seit seit Technische Universität Dresden, Forschungsgruppenleiter: Cognitive Interface Technology (ESF EU) Gewähltes Mitglied im Fakultätsrat Informatik Technische Universität Dresden, Projektkoordination und -mitarbeit (DFG) Gesellschaft für Wissens- und Technologietransfer Projektleitung (Industrieprojekte) Technische Universität Dresden, Wissenschaftlicher Mitarbeiter (Lehre, Forschung) Fraunhofer Gesellschaft, Fraunhofer-Institut IFF, Technischer und Wissenschaftlicher Mitarbeiter (Projekt Stadtvisualisierung) Institut Simulation und Grafik, Magdeburg, Masterstudium Computational Visualistics Philipp Holzmann AG, Bauüberwachung Diplomstudium Bauingenieurwesen und Architektur

85 Wahrnehmungsrealismus - Aspekte der menschlich-visuellen Kompetenz und deren Bedeutung für computergrafische interaktive Anwendungen Virtual Reality Mensch und Maschine im interaktiven Dialog VDTC des Fraunhofer IFF, Magdeburg, , Ingmar S. Franke DFG-FKZ; GR 3417/1-1 und 2 SAB-FKZ: Begrüßung Zur Person von Ingmar S. Franke Studium Bauingenieurwesen und Architektur Dipl.-Ing. Architektur Mitarbeiter bei Fa. Holzmann AG und Züblin AG Bauleitung und Projektmanagement Studium Computergrafik am ISG M. Sc. in Computational Visualistics Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IFF Virtuelle Entwicklung und Training & Virtuelle Stadtvisualisierung Mitarbeiter und Gruppenleiter an der TU Dresden Wahrnehmungsrealismus in der Computergrafik, Cognitive Interface Technology Tafel 2

86 Gliederung 1 Eingrenzung 2 Motivation und Zielstellung 3 Theorie 4 Begriffe 5 Konzept und Studie 6 Realisierungen 7 Ausblick A Anhang Tafel 3 1 Eingrenzung Tafel 4

87 Visuelles Vertrauen? Bilder aus Dresden, Frauenkirche, 2011 (1751) Abb. 1: Foto vs. Vedute Tafel 5 1 Eingrenzung Abb. 2: Eingrenzung des Forschungsfeldes. (In: An Approach Overcoming the Distance between Cyber and Culture, [Franke et al. 2005b]) Tafel 6

88 1 Eingrenzung Abb. 3: Eingrenzung des Forschungsfeldes. (In: An Approach Overcoming the Distance between Cyber and Culture, [Franke et al. 2005b]) Tafel 7 1 Eingrenzung Abb. 4: Eingrenzung des Forschungsfeldes. (In: An Approach Overcoming the Distance between Cyber and Culture, [Franke et al. 2005b]) Tafel 8

89 1 Eingrenzung Lernen von der Malerei (links) Abb. 5: aggregaträumliches Beispiel: Kaiser Otto III. mit Reichsfürsten und Bischöfen, München, Bayr. Staatsbibliothek. ([Meister der Reichenauer rd. 1000]) (rechts) Abb. 6: systemräumliches Beispiel: Madonna des Kanzlers von Rolin. ([Jan van Eyck ]) Tafel 9 2 Motivierendes und Zielstellung Tafel 10

90 2 Motivation und Zielstellung Tafel 11 Video 1: Ansicht einer rollenden Kugel bei einem a-symmetrischen Öffnungswinkel von 100. Der magentafarbene Punkt markiert im Folgenden den Augpunkt der Kamera. (vgl. [Zavesky 2007]), Film: Martin Zavesky) 2 Motivation und Zielstellung Was ist Ihnen aufgefallen? Tafel 12

91 2 Motivation und Zielstellung Tafel 13 Video 2: Ansicht einer rollenden Kugel bei einem a-symmetrischen Öffnungswinkel von 100. Der magentafarbene Punkt markiert im Folgenden den Augpunkt der Kamera. (vgl. [Zavesky 2007]), Film: Martin Zavesky) 2 Motivation und Zielstellung Abb. 7: Geometrische Mitte verschoben & Perspektivische Korrektur Video 3: Perspektivische Korrektur & Fluchtlinien Tafel 14 Abb. 8: Geometrische Mitte verschoben Video 4: Geometrische Mitte verschoben & Fluchtlinien (Bild und Film: Martin Zavesky)

92 2 Motivation und Zielstellung Video 5: youtube.com/watch?v=tmtkovceyc Testpersonen mit 2-Wege-Kopfkamera Kameras für: - Panorama - Blickrichtung Tafel 15 Abb. 9 und 10 : Fotos der Kopfkamera aus Diplomarbeit: Johannes Vockeroth, TU Dresden) 2 Motivation und Zielstellung Farbe, eine Frage der Perspektive? Video 6: youtube.com/watch?v=voantzb7ewe Tafel 16

93 2 Motivation und Zielstellung Tiefe, eine Frage der Perspektive? Video 7: youtube.com/watch?v=mvzsiub6yv0&nr=1 Tafel 17 2 Motivation und Zielstellung Motivation und Thesen User von Gemälden sehen farb- und multi-perspektivisch. Sie sehen durch die und mit den Augen des Malers. Denn: Der Maler malt, wie er fühlt, sieht und erkennt. Abb. 11.: Foveales Sehen: (links, mittig) ca. 2 des Sehfeldes scharf und farbig, (rechts) Gesamtbild entsteht wie ein Puzzle. ([Mosch 2010]) Tafel 18

94 2 Motivation und Zielstellung Ziel Dialogorientierte Computergrafik einer (drei-)dimensionalen Welt unter Rückgriff auf malerische Techniken und Konzepte. Das Ziel ist, Computervisualisierung wahrnehmungsergonomisch zu gestalten. Abb. 12: Computergrafische Reproduktion mit Verzerrungen. (Bild: Rainer Groh, In: Ordnungsbasierte Verfahren zur Generierung von hybriden Perspektiven an einem computergrafischen Beispiel, [Franke 2005]) Tafel 19 2 Motivation und Zielstellung Lösungsweg Aufzeigen von Potentialen in der Computergrafik. Erforschung der bildenden (und darstellenden) Künste und Aufarbeitung für die Computergrafik. Abb. 13: Dialogorientierte Computergrafik ohne Verzerrungen. (Bild: Rainer Groh, In: Ordnungsbasierte Verfahren zur Generierung von hybriden Perspektiven an einem computergrafischen Beispiel, [Franke 2005]) Tafel 20

95 2 Motivation und Zielstellung im Überblick Motivation und Thesen User von Gemälden sehen farb- und multi-perspektivisch. Sie sehen durch die und mit den Augen des Malers. Denn: Der Maler malt, wie er fühlt, sieht und erkennt. Ziel Dialogorientierte Computergrafik einer (drei-)dimensionalen Welt unter Rückgriff auf malerische Techniken und Konzepte. Das Ziel ist, Computervisualisierung wahrnehmungsergonomisch zu gestalten. Benötigt werden Konzepte für ein wohlgeformtes Bild (Interface), quasi Beihilfen für den Rezipienten (Usability). Lösungsweg Aufzeigen von Potentialen in der Computergrafik. Erforschung der bildenden (und darstellenden) Künste und Aufarbeitung für die Computergrafik. Tafel 21 (In: Die Aktuelle Kamera Aufklärungs- und Praxisbericht zur Forschung an der Intelligenten Kamera, [Franke 2006]) Tafel 22 Video 8: Kippen der Bildebene bzw. Projektionszentrum vs. Abbildung youtube.com/watch?v=_8vd5jjti5u

96 3 Theoretisches Tafel 23 3 Theorie [ Navigationsbild + Datenbild = Interaktionsbild ] die Formel der zweiten ästhetischen Erfindung (In: Das Interaktions-Bild, ([Groh 2005]) Als Datenbild wird die mittels Computergrafik visualisierte Datenstruktur bezeichnet. Unter dem Datenbild ist die computergrafische Aufbereitung statischer Datenverhältnisse und -mengen zu verstehen. Um einen Zugang zu diesen Datenlandschaften bzw. Datenräumen zu erhalten, benötigt man einen Navigator quasi ein Bild zum Bild. Dieses Bild bezeichnen wir als Navigationsbild. Das Navigationsbild zeigt die interaktionsförderlichen Zustandsveränderungen im Datenbild. Es ist das Okular zum Datenbild. Tafel 24 Beide müssen sich auf einer Basis treffen. Im vorliegenden Fall ist dies die Computergrafik.

97 3 Theorie Gestaltung optimiert Gegenstände [hier Interfaces] in deren Funktion, Kommunikationsmittel zu sein. (In: Zusammenhang von technisch-funktionaler Struktur und Produktgestalt, [Groh 1989]) Eine wesentliche, bildgeschichtliche Quelle der Interfacegestaltung ist das Spannungsverhältnis von Aggregatund Systemraum. ([Franke 2006], vgl. [Groh 2005]) Tafel 25 Video 9: Vedute versus Computergrafik youtube.com/watch?v=ygr5u8uloo Tafel 26

98 3 Theorie Gestaltung optimiert Gegenstände [hier Interfaces] in deren Funktion, Kommunikationsmittel zu sein. (In: Zusammenhang von technisch-funktionaler Struktur und Produktgestalt, vgl. [Groh 1989]) Eine wesentliche, bildgeschichtliche Quelle der Interfacegestaltung ist das Spannungsverhältnis von Aggregatund Systemraum. ([Franke 2006], vgl. [Groh 2005]) PANOFSKY (1985) spricht von: Bedeutungsperspektive des Bildtyps Aggregatraum im Mittelalter (wichtig = groß) (vgl. [Panofsky 1985]) GROH (2005) spricht von: hybrider Perspektive des Bildtyps Systemraum in der Renaissance (wichtig = gerichtet) (vgl. [Groh 2005]) Renaissance meint die Epoche der Neuzeit. Tafel 27 3 Theorie Zusammenfassend lässt sich sagen: Mittelalterliche Bildstrukturen und die der Renaissance lehren, Dialoge bewusst in einer Visualisierung (Bild) zu platzieren und für einen Betrachter (User) wahrnehmungsergonomisch zu etablieren. (vgl. [Franke 2006]) Das Bild ist ähnlich einem Text lesbar. Der Einfluss ergibt sich über die Perspektivität. Perspektivität bezeichnet die Abbildung Erscheinung von Objekten, auch in Relation zu ihrer Umgebung bzw. Umwelt. Tafel 28

99 4 Begriffsklärung Tafel 29 4 Begriffe Geometrische Mitte Multiperspektive Farbperspektive Die geometrische Mitte ist ein Punkt im Bild. Dieser Punkt ist der Durchstoßpunkt von der optischen Achse (der Kamera bzw. der Sichtlinie) und der Abbildungsebene (Bildebene). [Dieser] markiert zudem den Schnittpunkt der Horizont- und Sagittallinie des Bildes. Die geometrische Mitte wird auch Hauptpunkt genannt. Anmerkung: Dabei kann die geometrische Mitte auch ein Fluchtpunkt sein, in den alle orthogonal zur Bildebene verlaufenden Kanten fluchten. Umgekehrt ist aber nicht jeder Fluchtpunkt in einem Bild eine geometrische Mitte. (In: The Power of Frustum Die Macht der geometrischen Mitte, [Franke et al 2006b]) Tafel 30

100 4 Begriffe Geometrische Mitte Multiperspektive Farbperspektive Abb. 14: Il Campo di Rialto. ([Canaletto (Giovanni Antonio Canal) ]) Tafel 31 4 Begriffe Geometrische Mitte Multiperspektive Farbperspektive Multiperspektive ist eine grafische Darstellungsform, die in einem zweidimensionalen Bild von einer dreidimensionalen Szene mehrere verschiedene geometrische Mitten vereint. Diese Visualisierungsart ermöglicht, mehr Informationen über ein Objekt sichtbar zu machen, als durch reine Zentralprojektion möglich ist. (In: Multiperspektive vs. Ergonomie, [Franke et al 2005a]) Tafel 32

101 4 Begriffe Geometrische Mitte Zwei Hauptpunkte im Bild. Multiperspektive Farbperspektive Abb. 15: Markierung von zwei Hauptpunkten im Gemälde Neumarkt in Dresden von der Moritzstraße aus von Canaletto (Bellotto), Tafel 33 4 Begriffe Geometrische Mitte Multiperspektive Mehrere Hauptpunkte im Bild. Multiperspektivische Fotocollage von David Hockney Farbperspektive artobjectdetails?artobj= Tafel 34 Pearblossom Highway, 11th-18th April 1986, photographiccollage 77x112 1/2 in. ([David Hockney 1986])

102 4 Begriffe Geometrische Mitte Multiperspektive Farbperspektive Durch das Beimischen von Farbpigmenten, wie Rot, Grün und Blau lässt sich die Wirkung der Perspektive intensivieren. Die Farbperspektive läßt sich in die Farbperspektive der Tiefe (systemräumlich) und der Fläche (aggregatisch) unterteilen. Farbperspektive der Tiefe meint: malerische Regel, ab der Renaissance lehrt uns: Farbe als Mittel fließender Übergänge Farbperspektive der Fläche meint: malerische Regel, im Mittelalter lehrt uns: Farbe als Mittel der Relation Tafel 35 (In: Farbperspektive im Kontext von Navigation durch virtuelle Welten [Groh und Franke 2005], In: Colour Perspective in context of Navigation through Virtual Worlds an article on theoretical basics of interface design [Groh und Franke 2006] und vgl. [Franke 2006]) 4 Begriffe Und, wie sieht es denn nun in der Computergrafik aus? Tafel 36

103 4 Begriffe Allgemeines Kameramodell [A] Augpunkt [B] Bildebene [S] Augline (optische Achse) [A] [S] [B] Virtuelle Kamera [P] Projektionsebene [F] Front-Clipping- Plane [S] Sichtkörper (View-Frustum) [B] Back-Clipping- Plane Tafel 37 (oben) Abb. 16.1: Allgemeines Kameramodell. (unten) Abb. 16.2: Virtuelle Kamera. ([Franke 2006]) 4 Begriffe Rendering-Pipeline Die erweiterte Abbildung zeigt Interventionsmöglichkeiten, wie folgt: Schritte der Rendering Pipeline (vgl. [Angel 1990], S. 29) 0 - Normalenbasiert 1 - Verschiebung 2 - Rotation 3 - Skalierung 4 - Scherung 5 - Begrenzung 6 - Projektion 7 - Farbe 8 - Textur 9 - Beleuchtung 10 - Pixelbasiert Tafel 38 Abb. 17.1: Computergrafische Interventionsmöglichkeiten. ([Franke et al. 2005b] und In: Reducing the Distance between Cyber and Culture from pictorial Methods to computer graphical Images [Franke et al. 2006a])

104 4 Begriffe Rendering-Pipeline Die erweiterte Abbildung zeigt Interventionsmöglichkeiten, wie folgt: Schritte der Rendering Pipeline (vgl. [Angel 1990], S. 29) 0 - Normalenbasiert 1 - Verschiebung 2 - Rotation 3 - Skalierung 4 - Scherung 5 - Begrenzung 6 - Projektion 7 - Farbe 8 - Textur 9 - Beleuchtung 10 - Pixelbasiert Tafel 39 Abb. 17.2: Computergrafische Interventionsmöglichkeiten. ([Franke et al. 2005b] und In: Reducing the Distance between Cyber and Culture from pictorial Methods to computer graphical Images [Franke et al. 2006a]) 4 Begriffe Rendering-Pipeline Die erweiterte Abbildung zeigt Interventionsmöglichkeiten, wie folgt: Schritte der Rendering Pipeline (vgl. [Angel 1990], S. 29) 0 - Normalenbasiert 1 - Verschiebung 2 - Rotation 3 - Skalierung 4 - Scherung 5 - Begrenzung 6 - Projektion 7 - Farbe 8 - Textur 9 - Beleuchtung 10 - Pixelbasiert Tafel 40 Abb. 17.3: Computergrafische Interventionsmöglichkeiten. ([Franke et al. 2005b] und In: Reducing the Distance between Cyber and Culture from pictorial Methods to computer graphical Images [Franke et al. 2006a])

105 5 Konzepte (und Studien zu bildstrukturellen Fragen) Tafel Konzepte zur Perspektive Auseinandersetzung mit dem Modell der Computerkamera ein erster Versuch Tafel 42

106 Video 12: youtube.com/watch?v=nxhmiyyufbi Tafel Konzepte zur Perspektive Auseinandersetzung mit dem Modell der Computerkamera ein zweiter Versuch Tafel 44

107 Video13:youtube.com/watch?v=K8On8BqNZIc Tafel Konzepte zur Perspektive Auseinandersetzung mit dem Modell der Computerkamera Legende: O - Objekt, Umwelt S - Projektionsstrahlen L - Linse, Lichtdurchlass B - Bildfläche, (-ebene) Abb. 18: Perspektivkonzepte zum Kameramodell der Computergrafik. (Bildbearbeitung: Ingmar Franke, nach [Franke, 2005a]) Tafel 46

108 5.1 Konzept zur Geometrie Die Ursachen der Verzerrungen bestehen im mathematischen Abbildungsmodell der Virtuellen Kamera. Je weiter ein Objekt von der optischen Achse entfernt ist, desto größer ist der Bereich auf den dieses Objekt auf der Bildebene abgebildet ist. Das Bild [B1] von Objekt [O1] nimmt wegen dessen Entfernung zur optischen Achse einen größeren Raum ein als das Bild [B2] von Objekt [O2]. Legende: ³ - Objektraum, 3D ² - Bildraum, 2D Tafel 47 Abb. 19: Projektionsstrahlen bei monoperspektivischen Abbildungssystemen. (Bild: Martin Zavesky 2008, In: Wahrnehmungsrealismus in der Computergrafik, [Franke, 2010]) 5.1 Konzept zur Geometrie Idee: Multiperspektivische Abbildung durch geometrische Manipulation. Das Objekt wird so manipuliert, dass der eingenommene Raum auf der Bildebene gleich bleibt. Das Bild [B1] von Objekt [O1] nimmt trotz der Entfernung zur optischen Achse, einen gleich großen Raum ein, wie das Bild [B2] von Objekt [O2]. Legende: ³ - Objektraum, 3D ² - Bildraum, 2D Tafel 48 Abb. 20: Projektionsstrahlen bei perspektivisch korrigierten Objekten. (Bild: Martin Zavesky 2008, In: Wahrnehmungsrealismus in der Computergrafik, [Franke, 2010])

109 5.1 Konzept zur Geometrie Objektbasierte Perspektivische Korrektur (vgl. [Wojdziak _ et al. 2010]) Legende: [P] Punkt d. Objektes [P ] Korrigierter Punkt [O] Transformationsmatrix des Objektes [O ] Transformationsmatrix des Objektes (nur Transl.) [K] Transformationsmatrix der Kamera [K ] Transformationsmatrix der Kamera (nur Rot.) [S] Scherungsmatrix [R x ] Rotation bezüglich der lokalen x-achse [R y ] Rotation bezüglich der lokalen y-achse y z Tafel 49 x [P ]=[O ] [K ] [S] [R x ] [R y ] [K ] -1 [O ] -1 [P] r 1 rs 1 rs 2 x rs 3 r 2 rs 4 y [O] = [O ] = rs 5 rs 6 r 3 z r 1 rs 1 rs 2 x rs 3 r 2 rs 4 y [K] = [K ] = rs 5 rs 6 r 3 z x y z r 1 rs 1 rs 2 0 rs 3 r 2 rs 4 0 rs 5 rs 6 r In Bezug auf die Bildebene sind s 2 und s 4 für die Perspektivkorrektur relevant. x y s 2 = - s 4 = - z z (vgl. [König 2005], vgl. [Zavesky 2006] und [Franke et al. 2007]) 5.1 Konzept zur Farbperspektive Farbwahl in der Fläche und Tiefe Tafel 50 Abb. 21: Farbring. (In: Farbperspektive im Kontext von Navigation durch virtuelle Welten, [Groh und Franke 2005])

110 5.1 Konzept zur Farbperspektive Farbwahl in der Tiefe am Beispiel Tafel 51 (oben) Abb. 22: Farbring. ([Groh und Franke 2005]) (rechts unten) Abb. 23: Farbperspektive in BiLL. (Bild: Andreas Hollmann, [Franke 2006]) 5.2 Studie zur visuellen Wahrnehmung von Bildgeometrie [ Bildstruktur ] Mono-Perspektive Multi-Perspektive Erzeugung von Bildmaterial (Farbe adäquat) [ Bildmedium ] Gemälde Fotografie Compute r- grafik 1 2 Transformation Komposition Re-Komposition 2 1 Rendering (Kodierung) Ebenen (Kodierung) Perspektive (De-Kodierung) (zusätzliche) geometrische Mitte Richtung der Manipulation / Erstellungsrichtung Tafel 52 Abb. 24: Erstellungsweise der Bildmedien (Stimuli) für die Studie zur Präferenz von Bildstrukturen in Computergrafik, Fotografie und Malerei. (In: Wahrnehmungsrealismus in der Computergrafik, [Franke 2010])

111 5.2 Studie zur visuellen Wahrnehmung von Bildgeometrie 451 Probanden (Befragung im Hörsaal) 20 Probanden (Blickverhalten mittels Eyetracking) Bildpaare: 3 Computergrafik, 4 Fotografien, 7 Gemälde und 3 Kontrollbildpaare (je Bildmedium) Tafel 53 Abb. 25: Beispielhafte Bildpaare Stimulimaterialien. 5.2 Studie zur visuellen Wahrnehmung von Bildgeometrie Multiperspektive Monoperspektive Gemälde Test-Bildpaare Computergrafik Fot ografien Kontroll-Bildpaare Computergrafik Gemälde Fot ografie gültige abgegebene Entscheidungen Abb. 26: Präferenzen über die Bildmedien bei der Befragung (Studie 1); Ergebnisse durch Eye-Tracking (in Studie 2) bestätigt. (vgl. [Franke et al. 2008]) Tafel 54

112 5.2 Studie zur visuellen Wahrnehmung von Bildgeometrie Diese Bildpaare wurden einzeln ausgewertet. Damit ergeben sich umfangreiche Mengen an Ergebnissen. Aus einer jeden Menge ist das Minimum isoliert. Die Minima geben das in einer jeden analysierten Stichprobe schlechteste Ergebnis an. Diese Minima sind in der Schreibweise: dargestellt. Die Berechnung dieser gültigen Antwortzahl (n) über das Blickverhalten: n = 280 = 17-3 Bildpaare * 20 Probanden ist durch bezeichnet. Obwohl die Vorliebe zu multi-perspektivischen Bildstrukturen in der Anzahl (n) zwischen 245 und 410 bei maximal 451 gültigen abgegebenen Stimmen variierten, ergab die statistische Analyse eine eindeutige Präferenz. Multiperspektivische Bildstrukturen wurden durch die Probanden bevorzugt ausgewählt unabhängig vom Bildmedium. Für jedes Bildpaar wurden die Antworthäufigkeiten mittels ²-Test (Chi-Quadrat-Test) verglichen. statistisches Ergebnis zur Befragung im Hörsaal (Studie 1): ² (1,n 446) 3,94; p < 0,05; mithin signifikant, da unter 5% statistisches Ergebnis zum Blickverhalten mit Eye-Tracking (Studie 2): ² (1, n = 280) = 93,73; p < 0,001; mithin höchst signifikant P = Irrtumswahrscheinlichkeit (vgl. [Franke et al. 2008]) Tafel Studie zur visuellen Wahrnehmung von Bildgeometrie [A] Angabe über Präferenz Vorliebe für ein Bildmedium 15 *** Standardabweichung Mittelwert 10 [B] Fixationshäufigkeit 30 *** Test-Bildpaare Kontroll-Bildpaare 0 Test-Bildpaare Kontroll-Bildpaare [C] relative Verweildauer je Bild, Akkumulation aller Fixationen [D] durchschnittliche Fixationsdauer je Bildmedium eines Bildpaares 6s ** 300ms Legende: Monoperspektive Multiperspektive p < * 0,05 signifikant p < ** 0,01 hoch signifikant p < *** 0,001 höchst signifikant vergleiche folgende Tafel Tafel 56 4s 2s 0 Test-Bildpaare Kontroll-Bildpaare 200ms 100ms Test-Bildpaare Kontroll-Bildpaare Abb. 27: Gemitteltes Antwortverhalten der Probanden (über alle 20 Bildpaare, davon 17 Testbildpaare (mono- und muti-perspektivischer Bildstruktur), weiterhin 3 Kontrollbildpaare (mit identischen Bildstrukturen)) und das entsprechende Blickverhalten über die gesamte Untersuchung hinweg; Angabe von absoluten Präferenzen [A], Angabe über die Fixationshäufigkeit [B], Angabe über die relative Verweildauer, Akkumulation der jeweiligen Fixationen eines Bildes in Sekunden [C], Angabe über die Fixationsdauer in Millisekunden [D], Anzeigedauer je Bildpaar: 10 Sekunden. (vgl. [Franke et al. 2008]) 0

113 5.2 Studie zur visuellen Wahrnehmung von Bildgeometrie Abb. 28: Aufmerksamkeitskarte eines Bildpaares - das linke Bild weist im Bereich des abgebildeten Globus eine zusätzliche Binnenperspektive auf und bindet dort höhere Aufmerksamkeit als der gleiche Bildbereich im rechten Bild. (Gemälde von Jan Vermeer van Delft, Der Geograph, (1669, Öl auf Leinwand), Bildbearbeitung: Nia Katranouschkova 2007) Tafel 57 6 Realisierungen und Anwendungsbeispiele Tafel 58

114 6 Implementierung Multiperspektive Objektbasierte Perspektivische Korrektur Schematische Darstellung der Einzelschritte [P ]=[O ] [K ] [S] [R x ] [R y ] [K ] -1 [O ] -1 [P] Tafel 59 Abb. 29: Schritt 1 Objektposition relativ zur Kamera bestimmen, Berechnung von Scherfaktoren und Rotationswinkeln. (Bild: Marc Mosch) 6 Implementierung Multiperspektive Objektbasierte Perspektivische Korrektur Schematische Darstellung der Einzelschritte [P ]=[O ] [K ] [S] [R x ] [R y ] [K ] -1 [O ] -1 [P] Tafel 60 Abb. 30: Schritt 2 Rotation der Objekte relativ zum Kamerakoordinatensystem. (Bild: Marc Mosch)

115 6 Implementierung Multiperspektive Objektbasierte Perspektivische Korrektur Schematische Darstellung der Einzelschritte [P ]=[O ] [K ] [S] [R x ] [R y ] [K ] -1 [O ] -1 [P] Abb. 31: Schritt 3 Scherung mit Hilfe eines Scherkörpers. (Bild: Marc Mosch) Tafel 61 6 Implementierung Multiperspektive Objektbasierte Perspektivische Korrektur Schematische Darstellung der Einzelschritte [P ]=[O ] [K ] [S] [R x ] [R y ] [K ] -1 [O ] -1 [P] Tafel 62 Abb. 32: Schritt 4 Rücktransformation des Objektes in ursprüngliche Ausrichtung. (Bild: Marc Mosch)

116 6 Implementierung Multiperspektive Objektbasierte Perspektivische Korrektur Ergebnisvergleich in direkter Gegenüberstellung - Medizin Ergebnis und Evaluierung (links) Abb. 33: Bildausschnitt aus dem Ergebnis Zentralperspektivischer Projektion, (rechts) Abb. 34: Bildausschnitt aus dem Ergebnis Zentralperspektivischer Projektion nach Anwendung der Perspektivischen Korrektur. (Bild: Marc Mosch) Tafel 63 6 Implementierung Multiperspektive Ergebnisvergleich in direkter Gegenüberstellung Konsumgüter Weiteres Anwendungsbeispiel Transfer von wissenschaftlichen Ergebnissen in die Wirtschaft Legende: geometrische Mitte Tafel 64 (oben) Abb. 35: Bildausschnitt aus dem Ergebnis Zentralperspektivischer Projektion, (unten) Abb. 36: Bildausschnitt aus dem Ergebnis Zentralperspektivischer Projektion mit einer zusätzlichen geometrischen Mitte (Perspektivkorrektur). ([Franke, 2010] und In: Mut zur Lücke - Zur Umsetzung von spezifischen Algorithmen für Designer, [Zavesky et al. 2010])

117 6 Implementierung Multiperspektive Weiteres Anwendungsbeispiel Ergebnisvergleich in direkter Gegenüberstellung Arbeitsplatz ergonomische Untersuchungen in Kooperation mit der Professur für Arbeitswissenschaften, Prof. Schmauder (TUD) Interdisziplinäre Expertenforschung (links) Abb. 37: seitlicher Bildausschnitt eines Lokführerstands, (mittig) Abb. 38: Ex-zentrischer Sehfeldausschnitt (Stand der Technik), (rechts) Abb. 39: Ex-zentrischer Sehfeldausschnitt (Stand der Wissenschaft). (Bild: Christiane Kamusella, In: Erweiterung von Menschmodellen zur wahrnehmungskonformen Sichtvisualisierung, [Zavesky 2010b]) Tafel 65 6 Implementierung Multiperspektive Weiteres Anwendungsbeispiel Ergebnisvergleich in einer Stadtvisualisierung besonders prädestinierte Modelle, weil weite Areale darzustellen sind teils unter sehr großen Kameraöffnungswinkeln Abb. 40: Computergrafisches Differenzbild zwischen reiner Zentralprojektion und wahrnehmungsrealistischer, d. h. vor und nach Anwendung der perspektivischen Korrektur, am Beispiel einer Rekonstruktion der Szene im Gemälde Neumarkt in Dresden von der Moritzstraße aus von Canaletto (Bellotto) (In: [Franke et al. 2007]) Tafel 66

118 6 Implementierung Multiperspektive Ergebnisvergleich an Hand einer animierten Stadtvisualisierung youtube.com/watch?v=nmcgolc_b0w Tafel 67 Video 14: Animation zum Beitrag: Learning from Painting ([Franke et al. 2007]) 7 Ausblick Tafel 68

119 7 Ausblick Erst ein detaillierter Ausblick, danach weitere Ausblicke Aus der Zusammenarbeit mit der Professur Ingenieurpsychologie und Kognitive Ergonomie: In dynamisch präsentierten Szenen kommt es bedingt durch die Perspektivkorrektur zu einer Eigenrotation der korrigierten Objekte. Tafel 69 7 Ausblick Herausforderungen bei dynamischer Präsentation am Beispiel von Avataren GeometrischesDatenmodell (oben)versus(unten) PerspektivischeVisualisierung Tafel 70 Abb. 41 und 42: Orientierung bzw. Ausrichtung von Avataren im Bild und im Datenmodell

120 7 Ausblick Herausforderungen bei dynamischer Präsentation am Beispiel von Stadtszenarien Idee aus interdisziplinärer Zusammenarbeit und wissenschaftlichem Diskurs mit Kollegen an der Professur Ingenieurpsychologie und Kognitive Ergonomie: Prof. Velichkovsky, Pannasch, Helmert. In dynamisch präsentierten Szenen kommt es bedingt durch die Perspektivkorrektur zu einer Eigenrotation der korrigierten Objekte. Tafel 71 (oben) Video 15.1: zentralperspektivisch projizierte Kamerafahrt... unkorrigiert, (unten) Video 15.2:... korrigiert mittels Perspektivischer Korrektur. (Film: Marc Mosch) 7 Ausblick Wie sieht ein Lösungsansatz aus? Dazu ein Experiment zur Veränderungsblindheit. Tafel 72

121 7 Ausblick Erkenntnisse aus der Wahrnehmungspsychologie Veränderungsblindheit tritt dann auf, wenn das alarmierende Bewegungssignal einer Veränderung, z. B. durch einen Lidschlag, verdeckt wird oder der Betrachter von der Veränderung abgelenkt wird. In beiden Fällen kann - mangels Hinweisreiz - die visuelle Aufmerksamkeit nicht zum Ort der Veränderung gelenkt werden. ([Dornhöfer 2004]) Tafel 73 7 Ausblick Erkenntnisse aus der Wahrnehmungspsychologie Experiment: Bild anschauen Achtung Blank! Abb. 43: Veränderungsblindheit im Eigenversuch. (Foto: Unbekannter Fotograf, Fotobearbeitung: Marc Mosch) Tafel 74

122 7 Ausblick Erkenntnisse aus der Wahrnehmungspsychologie Experiment: Was hat sich verändert? nochmal? Abb. 44: Veränderungsblindheit im Eigenversuch. (Foto: Unbekannter Fotograf, Fotobearbeitung: Marc Mosch) Tafel 75 7 Ausblick Erkenntnisse aus der Wahrnehmungspsychologie als Lösungsansatz: Maskieren der korrekturbedingten Eigenrotation Idee: Maskierung während Blicksprung (Sakkade) nutzen Wahrnehmungsunterdrückung aus Sakkadischer Suppression. [R x ] und [R y ] in Abhängigkeit der Blickbewegung anwenden, also [P ]=[O ] [K ] [S] [R x ] eye [R y ] eye [K ] -1 [O ] -1 [P]. Tafel 76 Abb. 45: Eye-Tracking Aufzeichnung - Die Abbildung zeigt eine Aufzeichnung der Augenbewegung einer einzelnen Person und ist nicht allgemeingültig. (Bild: Pannasch und Franke, [Franke 2010] und In: Sakkadisches: Interfacegestaltung im Augenblick, vgl. [Franke et al. 2011])

123 7 Ausblick Erkenntnisse aus der Wahrnehmungspsychologie als Lösungsansatz: Forschungsansatz: [R x ] eye [R y ] eye nur während Sakkaden Maskieren der korrekturbedingten Eigenrotation Abb. 46: Kalibrierung eines Eyetrackers. (Film: Marc Mosch) Tafel 77 7 Ausblick Erkenntnisse aus der Wahrnehmungspsychologie als Lösungsansatz: Sequenzunterschiede: unkorrigiert, korrigiert, sakkadenabhängig korrigiert Maskieren der korrekturbedingten Eigenrotation Video 16: Studie zur sakkadenabhängigen Perspektivkorrektur. (Film: Marc Mosch) youtube.com/watch?v=9gipjx5n97g Tafel 78

124 7 Ausblick Erste Ergebnisse, stellen keine Studie dar Wesentliche erste Ergebnisse der Untersuchung: Blickbewegungssprünge (Sakkaden) und Lidschläge eignen sich zur Maskierung von Manipulationen am Szenenmaterial. Vermutung: Multiperspektivische Visualisierungen steigern bei Suchaufgaben die Reaktionsfähigkeit. Eine umfassende Studie steht aus. (In: Mind the gap: Towards an on-line correction of perspective in virtual reality scenes, [Helmert et al. 2010]) Tafel 79 7 Weitere Ausblicke Studie zur visuellen Wahrnehmung von Schärfe im Bild und Erforschung computergrafischen Potentials Arbeitsthema: Multivariate Unschärfe (vgl. [Haker, 2012e]) Abb. 47: Fachkamerafotografie. (Bild: Andreas Papenfuss) Tafel 80

125 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Tafel 81 Quellen [Angel 1990] ANGEL, E.: Interactive Computer Graphics: A top-down approach with OpenGL, Addison Wesley, Reading, Mass (u.a.), [Deussen 2010] DEUSSEN, O.: Statue of Liberty by e-david (Drawing Apparatus for Vivid Image Display), Malroboter der Arbeitsgruppe Computergrafik und Medieninformatik unter Leitung von Prof. Dr. Oliver Deussen, Fachbereich Informatik und Informationswissenschaft, Universität Konstanz, [Dornhöfer 2004] DORNHÖFER, S. M.: Veränderungsblindheit Drei explorative Untersuchungen in statischer und dynamischer verkehrsbezogener Umgebung, Dresden: Dissertation, Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Technische Universität Dresden, [Franke 2005] FRANKE, I. S. Ordnungsbasiertes Verfahren zur Generierung von hybriden Perspektiven an einem computergrafischen Beispiel, 3D NordOst 2005, 2005 (ISBN ). [Franke et al. 2005a] FRANKE, I. S.; SCHINDLER, J.; ZAVESKY, M.: Multiperspektive versus Ergonomie, 50. IWK, Technische Universität Ilmenau, Ilmenau, 2005, September, S. 483 ff. (ISBN ). [Franke et al. 2005b] FRANKE, I.S.; ULRICH, A.; ZITZMANN, M.: An Approach Overcoming the Distance between Cyber and Culture - 3rd Global Conference Cybercultures, Exploring Critical Issues, Prague, 2005, August (ISBN ). [Franke 2006] FRANKE, I.S.: Die Aktuelle Kamera Aufklärungs- und Praxisbericht zur Forschung an der Intelligenten Kamera, Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik, Dresden, 2006, 25. Juli. [Franke et al. 2006a] FRANKE, I.S.; ULRICH, A.; ZITZMANN, M.: Reducing the Distance betweencyberand Culture, 4th ISIMD YEDiTEPE University of Istanbul, Istanbul, [Franke et al. 2006b] FRANKE, I.S.; RIEGER, R.; ZAVESKY, M.: The Power of Frustum - Die Macht der Geometrischen Mitte, NMI 2006, Berlin, [Franke et al. 2006c] FRANKE, I. S.; GROH, R.; ZAVESKY, M.: With a Painter s Eye, The Virtual 2006, Stockholm, Tafel 82

126 Quellen [Franke et al. 2008] FRANKE, I. S.; PANNASCH, S.; HELMERT, J.;RIEGER, R.; VELICHKOVSKY, B. M.; GROH, R.: Towards attention-centered interfaces in computer graphics: an aesthetic evaluation of perpective with eyetracking, Special Issue of ACM Trancactions on Multimedia Computing, Communications and Applications (TOMCCAP), ACM, [Franke 2010] FRANKE, I. S.: Wahrnehmungsrealismus in der Computergrafik, Arbeitsgruppe Computergrafik und Medieninformatik unter Leitung von Prof. Dr. Oliver Deussen, Fachbereich Informatik und Informationswissenschaft, Universität Konstanz, 2010, 9. Juni. [Franke et al. 2011] FRANKE, I. S.; PANNASCH, S. und GROH, R.: Sakkadisches: Interfacegestaltung im Augenblick In: Wieder mehr sehen! - Ein Sammelband zu aktuellen Themen und Fragestellungen aus dem Bereich der Technischen Visualistik, 2011 (in press). [Groh 1989] GROH, R.: Zusammenhang von technisch-funktionaler Struktur und Produktgestalt (Dissertation), Technische Universität Ilmenau, Ilmenau, [Groh 2005] GROH, R.: Das Interaktionsbild - Zu den bildnerischen und theoretischen Grundlagen der Interfacegestaltung, TUDpress, 2005 (ISBN ). [Groh und Franke 2005] GROH, R.; FRANKE, I. S.: Farbperspektive im Kontext von Navigation durch virtuelle Welten - Artikel zu den theoretischen Grundlagen der Interfacegestaltung In: FarbBV Workshop Farbbildverarbeitung, Gesellschaft zur Förderung angewandter Informatik GFaI Prof. Stanke (Herausgeber), Polyprint GmbH, Berlin, 2005, Oktober, S (ISBN ). [Groh und Franke 2006] GROH, R.; FRANKE, I. S.: Colour Perspective, The Virtual 2006, Stockholm, [Kusch et al. 2010] KUSCH, K.; FRANKE, I.S.; HELMERT, J.R.; WOJDZIAK, J.; MOSCH, M.; PANNASCH, S., GROH, R.; VELICHKOVSKY, B.M.: Sakkadenabhängige Perspektivkorrektur in dynamischen Szenen. 52. Tagung experimentell arbeitender Psychologen, Saarbrücken (TeaP), 2010, März. [MG-Faceted-Browser] Facetten gestützter Browser zum Suchen und Finden von Veröffentlichungen der Professur Mediengestaltung der Technischen Universität Dresden, Tafel 83 Quellen [Mosch 2010] MOSCH, M.: Untersuchung blickbewegungsabhängiger Szenenmanipulation am Beispiel der Erweiterten Perspektivischen Korrektur, Professur Mediengestaltung, Technische Universität Dresden, Dresden, 2010 (Diplomarbeit). [Wojdziak et al.].: Wojdziak, J., Zavesky, M., Kusch, K., Wuttig, D., Franke, Ingmar S. und Groh R.: Figure out perspectives: perceptually realistic avatar visualization, Proceedings of Computer Graphics and Imaging (CGIM2011), Innsbruck, [Yankova 2008] YANKOVA, A.: Wahrnehmung von Perspektive in der Computergrafik eine empirische Untersuchung zum Einsatz perspektivischer Techniken und ihrer Auswirkung auf den Betrachter, Diplomarbeit, Lehrstuhl Mediengestaltung, Technische Universität Dresden, Dresden, 2008 (Diplomarbeit). [Zavesky 2007] ZAVESKY, M.: Dynamische Multiperspektive Untersuchung der Eigenschaften von perspektivisch korrigierten Abbildungen in dynamischen Kontexten, Diplomarbeit, Lehrstuhl Mediengestaltung, Technische Universität Dresden, Dresden, 2007 (Diplomarbeit). [Zavesky et al. 2010] Zavesky, M.; Wojdziak, J.; Franke, I. S.; Linke, M.; Peter, F. und Groh, R.: Mut zur Lücke - Zur Umsetzung von Spezifischen Algorithmen für Designer, in Design - Kosten und Nutzen - Technisches Design in Forschung, Lehre und Praxis, Dresden, 2010, S [Zavesky et al. 2010b] Zavesky, M.; Kamusella, Christianne und Groh, R.: Erweiterung von Menschmodellen zur Wahrnehmungskonformen Sichtvisualisierung, Tagungsband 05. Multimediakongress Wismar Netzwerk - Forschung Innovation, Wismar, [Panofsky 1985] Panofsky, E.: Die Perspektive als symbolische Form, Aufsätze zu Grundfragen der Kunstwissenschaft, S , [PERCEPT] Perceptual Consciousness Explication and Testing: Institute for Psychology III, Unit of Engineering Psychology and Cognitive Ergonomics,Technische Universität Dresden, Helmholtzstrasse 10, Dresden Professor Boris M. Velichkovsky (Project Co-ordinator), Juni 2011 Titelbild auf Folie 1: Neumarkt in Dresden von der Moritzstraße aus [Canaletto (Bellotto) Tafel 84

127 Kontakt Technische Universität Dresden Fakultät Informatik Institut Software- und Multimediatechnik Professur Mediengestaltung Arbeitsgruppe Technische Visualistik Herr Ingmar S. Franke Dresden Tafel 85 A Implementierung und Untersuchung Die Untersuchung und Implementierung der Forschungsergebnisse erfolgt unter starker Beteiligung der Studenten. Die folgenden Ergebnisse sind unter anderem Resultat von Komplexpraktika, Beleg-, und Diplomarbeiten. Das Projekt BildspracheLiveLab (BiLL) am Lehrstuhl Mediengestaltung ist sowohl ein Ergebnis als auch ein Ausgangspunkt für Forschungsarbeiten, besonders im Bereich der echtzeitfähigen Untersuchung und Anwendung von Algorithmen zur wahrnehmungsrealistischen Darstellung. Tafel 86

128 A Implementierung und Untersuchung Monoperspektive Multiperspektive V1 Multiperspektive V2 Vergleich von Monoperspektive und Varianten der Multiperspektive(n) Normale Projektion Scherung Scherung und Rotation Normale Projektion Scherung Scherung und Rotation Tafel 87 Abb : Perspektiven. (Bilder: Martin Zavesky)

129 WEB 3-D-ANWENDUNGEN UND VISIONEN OPENSIM UND SECOND LIFE IM PRAXISTEST FÜR UNTERNEHMEN UND FORSCHUNGSEINRICHTUNGEN Jan Northoff YOUin3D.com GmbH

130 LEBENSLAUF Jan Northoff YOUin3D.com GmbH, CEO & Scrum Master Hannoversche Str., Nr.3, 10115, Berlin Telefon: Telefax: Geboren in Heidelberg Abitur in Tübingen an der Geschwister Scholl Schule Studium und Abschluss an der Kunsthochschule Kassel mit Auszeichnung in den Fächern Produktdesign, Systemdesign und Freie Kunst Arbeit als Künstlerduo taeglichdigital und als freischaffender Systemdesigner und Galerist Firmengründung YOUseeMEin3D.com GbR Eröffnung von newberlin, das virtuelle Berlin im Maßstab 1 zu 1 in Second Life Gründung der YOUin3D.com GmbH (3D Internet Solutions Berlin). Als Geschäftsführer spezialisiert auf die Nutzung von Avatar basierten 3D-Online Umgebungen für Unternehmen und Forschungseinrichtugen. Projekte im Bereich E-learning, Online-Konferenzen, Machinima, Serious Games, 3D-Design und Social Media. Second Life Gold Solution Provider und OpenSim developer

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145 TEAMTRAINING IN DER VIRTUELLEN REALITÄT Prof. Dr. rer. soc. habil. Ulrike Cress Institut für Wissensmedien

146 LEBENSLAUF Prof. Dr. Ulrike Cress, Leitung Arbeitsgruppe Wissenskonstruktion Institut für Wissensmedien Schleichstraße, Nr. 6, Tübingen Telefon: Telefax: Studium der Psychologie an der Eberhard Karls Universität Tübingen 1994 Wissenschaftliche Angestellte am Deutschen Institut für Fernstudienforschung Tübingen 1999 Promotion 2000 Wissenschaftliche Assistentin am Psychologischen Institut Tübingen 2006 Wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Wissensmedien 2006 Habilitation an der Universität Tübingen 2006 Kommissarische Leitung der Arbeitsgruppe Design und Implementation komplexer Lernumgebungen am Institut für Wissensmedien 2008 Professorin für Bildungsforschung und Leitung der Arbeitsgruppe Wissenskonstruktion am Institut für Wissensmedien

147 Teamtraining in der Virtuellen Realität Prof. Dr. Ulrike Cress Dipl. Psych. Johanna Bertram Leibniz-Institut für Wissensmedien Tübingen Dr. Johannes Moskaliuk Universität Tübingen Das Projekt Vi-Pol Kooperationspartner

148 Begriffsdefinition Serious Game Simulation Rollenspiel Virtuelle Trainingsumgebung Repräsentation der realen Welt Realitätsnahe Handlungsmöglichkeiten Reale Situation Kooperation Hubschraubercrew Bodenkräfte Polizei Fahndung Flüchtiger Täter Umstellung Gebäude Suche hilflose Person Suizidabsicht

149 Trainingsumgebung Trainingsziele

150 Trainingsziele Handlungswissen Trainingsziele Handlungskompetenz Perspektivenübernahme Koordination

151 Trainingsziele Soziale Präsenz gemeinsame Umwelt Trainingsziele Motivation Persönliche Relevanz Lernerfolg

152 Theorie: Warum ist virtuelles Training erfolgreich? einsatzorientiertes Handlungstraining multiple Perspektiven Flexibles Szenario Nachbesprechung und Auswertung geteilte Umwelt Gefahrlos Evaluation: Studie 1 Verhaltensempfehlung Reales Training Virtuelles Training

153 Handlungswissen Methode Multiple Choice Test mit 20 Items Wie wird die Person genannt, die vom Hubschrauber hauptsächlich angesprochen wird? A... B... C... D... Handlungswissen Methode Videotest SehenSiesichdasfolgendeVideo aufmerksaman: WaswärealsNächsteszutun?

154 Studie 2 Verhaltensempfehlung Reales Training Virtuelles Training Kontakte und Informationen Connecting Computer-Supported Collaborative Learning to Policy and Practice: CSCL2011 Conference Proceedings

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156 SICHERE TECHNIK FÜR DEN MENSCHEN 1 Das Fraunhofer-Institut für Fabrikbe trieb und -automatisierung IFF forscht und entwickelt auf den Schwerpunkt gebieten Digital Engineering, Logistik und Mate rial- usstechnik, Automati sierung sowie Prozess- und Anlagen technik. Zu seinen Kunden für die Auftragsforschung gehören die öffentlicheh and,i nternationalei ndustrieunternehmen,di ed ienstleistungsbranche und Unternehmen der klein- und mittelständischen Wirt schaft und über seine Außenstelle in Bangkok öffnet es sich der asiatischen Welt. Im Bereich der virtuellen Technologien entwickelt das Fraunhofer IFF Lö sungen für alle Schritte in der Pro zess kette. Mit dem Virtual Develop ment and Training Centre VDTC stehen Spezialisten-Know-how und hochmodernes Equipment zur Ver fügung, um das durchgängige digitale Produkt von der ersten Idee über die Entwicklung, die Fertigung, den Ver trieb bis zur Inbetriebnahme und den Betrieb sicherzustellen. Schwerpunkte liegen beim Digital Engineering für die Ent wick lung von Produkten, Prozessen und Systemen, bei Methoden der FEM-Berechnung, bei virtueller Fabriklay out- und Montageplanung, der Quali- zie rung und beruichen Aus- und Weiter bil dung und der Erstellung von virtuell-interaktiven Handbüchern, Ersatzeilkatalogenu nd Produktdokumentationen. Für sich wandelnde und hochkomplexe Pro duktionsnetzwerke optimiert das Fraunhofer IFF Fabrikanlagen, Produk tions systeme und logistische Netze. Führend ist das Magdeburger Fraun hofer- Insti tut bei der Realisierung von RFID- und telematikbasierten Lösungen zur Identi kation, Überwachung und Steue rung von Warenüssen. Mit dem LogMotionLab steht eines der am besten ausgestatteten RFID-Labore Europas zur Verfügung, um branchentypische Anwendungen zu entwickeln, zu testen und zu zertizieren. Intelligente Überwachungslösungen, die dezentrale Speicherung von Infor mationen am Objekt und die Ver knüp fung von Informations- und Waren uss ermöglichen fälschungssichere Identikation von Objekten, gesicherte Warenketten und deren lückenlose Dokumentation.

157 2 3 4 Fotos: 1 B. Liebl; 2, 3, 4 D. Mahler Im Bereich der Automatisierung ver fügt das Fraunhofer IFF über umfassende Kompetenz bei der Entwicklung von Automatisierungs- und Roboter systemen. Schwerpunkte liegen bei Servicerobotern für Inspektion und Reinigung, Automatisierungslösungen für den Life-Science-Bereich, für Pro duktion und Logistik. Um Automatisierungskonzepte voranzutreiben, realisiert das Fraunhofer IFF Mess- und Prüfsysteme und integriert Sensorik, optische Messtechnik und industrielle Bildverarbeitung in Produktionsprozesse.Sens orikundsy steme zur Mess werterfassung und -verarbeitung sind das Werkzeug, um reale Größen in digitaler Form abzubilden und schaffen damit eine Voraus setzung für automatisierte Prozesse. Thermische Anlagen zur Energiege winnung aus Biomasse und Abfall stoffen, Wirbelschichttechnologien, Prozesssimulation und Lösungen für efzienten Anlagenbetrieb bilden zen trale Inhalte der Prozessund Anla gen technik. Mit Technologien zur Wandlung und Erzeugung von Energie forscht das Fraunhofer IFF in einem Sektor mit hohem Zukunftspotenzial. Das Fraunhofer IFF ist in nationale und internationale Forschungs- und Wirtschaftsnetzwerke eingebunden und kooperiert eng mit der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und weiteren Hochschulen undf orschungsinstitutionen der Region. Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk, Institutsleiter Sandtorstraße Magdeburg Tel Fax [email protected]

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159 AUTOREN Cress, Ulrike, Prof. Dr. rer. soc. habil. Institut für Wissensmedien Konrad-Adenauer-Str Tübingen Deutschland Eggeling, Eva, Dr. rer. nat. Leitung Geschäftsbereich Visual Computing Fraunhofer Austria Research GmbH Inffeldgasse 16c A-8010 Graz Österreich Matz, Michael, Oberst Gefechtsübungszentrum Heer Altmark Kaserne Salchauer Chaussee Letzlingen Deutschland Northoff, Jan YOUin3D.com GmbH Hannoversche Str Berlin Deutschland Franke, Ingmar S., Dipl.-Ing. Arch., M. Sc. Technische Universität Dresden Fakultät für Informatik Institut für Software- und Multimediatechnik Dresden Deutschland KALBOW, Michael AIRBUS Operations GmbH Hein-Sass-Weg Hamburg Deutschland Makowski, Peter, Oberstleutnant Gefechtsübungszentrum Heer Altmark Kaserne Salchauer Chaussee Letzlingen Deutschland

160 IMPRESSUM Tagungsband 8. Gastvortragsreihe Virtual Reality 2011»Virtual Reality Mensch und Maschine im interaktiven Dialog«26. Oktober 30. November 2011, Magdeburg Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr. h. c. mult. Michael Schenk Sandtorstraße Magdeburg Telefon Telefax Umschlaggestaltung: Bettina Rohrschneider Redaktion: Michaela Schumann, M.A. Titelfoto: Sven Dieck Fotos, Bilder, Grafiken: Seite 44: Airbus S.A.S by ExM Company / P. Masclet Soweit nicht anders angegeben, liegen alle Rechte bei den Autoren der einzelnen Beiträge. Herstellung: docupoint GmbH Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISSN Alle Rechte vorbehalten Für den Inhalt der Vorträge zeichnen die Autoren verantwortlich. Dieses Werk ist einschließlich aller seiner Teile urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die über die engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes hinausgeht, ist ohne schriftliche Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Speicherung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen und Handelsnamen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass solche Bezeichnungen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und deshalb von jedermann benutzt werden dürften. Soweit in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.b. DIN, VDI) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden ist, kann der Verlag keine Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF

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