Hintergrund. Zur Anpassung an volatile Märkte und zur Optimierung der Produktion schreiten die Digitalisierung und Entwicklung zur Industrie 4.0 in der Automobilindustrie rasant voran. Mit erhöhter Komplexität und Flexibilität der Produktion steigt die Vielfalt an Fahrzeugvarianten, arbeitsrelevanten Informationen, Handlungsalternativen und Lernanforderungen. Diese Faktoren können die Qualität der variantenreichen Automobilmontage beeinträchtigen. Einschränkungen der Verfügbarkeit und Wahrnehmung stationärer Montageinformationen tragen zu komplexitätsbedingten Variantenfehlern bei. Flexibles Neu- und Umlernen von Montagetätigkeiten führt zu weiteren Fehlerbildern. Im Zuge der Digitalisierung und steigender Anforderungen gewinnen mobil zugängliche Montageinformationen an Bedeutung. Wearable Devices, d. h. am Körper getragene Informations- und Kommunikationstechnologie, ermöglichen den freihändigen, mobilen Zugang zu Informationen während der Montage. Jedoch werden kaum konkrete Assistenzkonzepte mit Wearable Devices für die variantenreiche Automobilmontage beschrieben bzw. systematisch evaluiert. Ob sie zur Qualitätssteigerung beitragen und welche Faktoren für oder gegen ihre Nutzung zur Montageassistenz sprechen geht aus der bisherigen, heterogenen Forschung nicht hervor. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Konzepte zur Informationsassistenz der variantenreichen Automobilmontage mit Wearable Devices entwickelt. Das erste Konzept, Order Attention Guiding, soll die Salienz seltener Fahrzeugvarianten steigern, indem Wearable Devices automatisiert Hinweissignale ausgeben. Das zweite Konzept, Order Sequence Guiding, zeigt die Montagesequenzen eines Arbeitsbereiches an, um die Vollständigkeit und Einhaltung der Montagereihenfolgen zu unterstützen. Zielstellung. Diese Arbeit soll die Fragen beantworten, ob und unter welchen Bedingungen Wearable Devices zur mobilen Informationsassistenz der variantenreichen Automobilmontage beitragen und von den Mitarbeitern genutzt werden. Aus diesem mehrdimensionalen Ansatz ergeben sich die Evaluationsschwerpunkte der Montageleistung mit Wearable Devices (Unterstützungspotenzial), der Akzeptanz sowie geräte- bzw. interaktionsspezifischer Nutzungsbarrieren (Diskomfort, Beschwerden, Workload). Zur Analyse der Einflussfaktoren auf die Akzeptanz soll die Unified Theory of Acceptance and Use of Technology (UTAUT) auf Wearable Devices im Produktionskontext übertragen und um Faktoren des Vertrauens in die Geräte und Nutzungsbarrieren erweitert werden. Studien. Als Wearable Devices wurden Smartglasses (Anzeige im Sichtfeld) und Smartwatch (Anzeige außerhalb des Sichtfeldes) für Order Attention Guiding und Order Sequence Guiding eingesetzt. Sie wurden bezüglich der Montageleistung (Fehler, Zeit), ihrer Akzeptanz anhand der UTAUT sowie Nutzungsbarrieren des Workloads, Diskomforts und Beschwerden an Mitarbeiterstichproben bei einem Automobilhersteller evaluiert. Zunächst wurden zwei Studien in einem Automobilmontage-Trainingszentrum durchgeführt. Darauf aufbauend wurden die Assistenzkonzepte in der Produktion evaluiert. Abschließend wurde ein Ansatz zur Unterstützung ihrer Einführung getestet. In Studie 1 (n = 161) wurden zunächst wahrnehmungsbezogene Voraussetzungen zur Anwendung von Order Attention Guiding in der Produktion getestet. Die Wahrnehmung visueller bzw. multimodaler Ereignisinformationen auf Smartglasses, Smartwatch und einem stationären Monitor während der Ausführung einer Montageaufgabe wurde in einem experimentellen Zwischensubjektdesign verglichen. Sie zeigt, dass multimodale Hinweissignale auf Smartglasses und Smartwatches vergleichbar zuverlässig zum Monitor wahrgenommen werden ohne die Bearbeitungszeit bei der Montage zu beeinträchtigen oder den Workload zu erhöhen. In Studie 2 (n = 161) wurde Order Sequence Guiding mit Smartglasses, Smartwatch, und einer Standard-Papierliste beim Montagetraining experimentell evaluiert. Die Informationsträger wurden anhand der Ausführungsfehler und Bearbeitungszeit bei der Montage, der Akzeptanz und ihrer Einflussfaktoren sowie der Nutzungsbarrieren Workload, Diskomfort und Beschwerden verglichen. Zur Analyse des Effektes des Assistenzabbruchs auf die Leistung wurden zwei Montagedurchgänge mit Assistenz und ein dritter ohne Assistenz verglichen. Die Nutzung der Wearable Devices ergab bis zu 80 % Fehlerreduktion gegenüber der Standardprozedur. Nach Abbruch der Assistenz unterschieden sich die Gruppen nicht. Die UTAUT wurde durch Effekte der Nützlichkeit und des Sozialen Einflusses sowie die Erweiterung um Vertrauen und Diskomfort bestätigt. Während sich der Workload nicht zwischen den Gruppen unterschied, waren Beschwerden und Diskomfort mit Smartglasses höher als mit der Smartwatch. In Studie 3 wurden die Assistenzkonzepte Order Attention Guiding (n = 35) und Order Sequence Guiding (n = 23) in der laufenden Automobilproduktion mit systematischer Variation der Nutzungskontexte bzw. Nutzergruppen evaluiert. Order Attention Guiding wurde bezüglich des Informationsgehaltes bei unterschiedlicher Variantenvielfalt variiert. Order Sequence Guiding wurde beim On-The-Job-Training und von Experten genutzt. Im Anschluss an mindestens vierwöchige Testphasen wurden die Anwender zu Akzeptanz und Nutzungsbarrieren befragt und Qualitätsdaten erfasst. Order Attention Guiding senkte Variantenfehler bis zu 90 % gegenüber stationären Informationsträgern. Order Sequence Guiding wurde zum Anlernen als Unterstützung wahrgenommen, allerdings nicht für Experten, welche die Montage aus dem Gedächtnis ausführten. Die Akzeptanz variierte mit der Systemanpassung an die Arbeitsprozesse und Anwenderbedarfe. Die UTAUT wurde durch die subjektive Nützlichkeit und Soziale Einflüsse bestätigt und um die subjektive Workload-Reduktion erweitert. In Studie 4 (n = 30) wurde ein Ansatz zur Innovationskommunikation durch die Vermittlung von Informationen über Wearable Devices auf Basis der UTAUT-Faktoren Nützlichkeit, Handhabung der Geräte und Meinungen von Kollegen und Vorgesetzten (Sozialer Einfluss) entwickelt und evaluiert. Im Hinblick auf die Einführung der Wearable Devices in die Produktion sollte der Ansatz zur Steigerung der Akzeptanz bei Mitarbeitern ohne Erfahrungen mit den Wearable Devices beitragen. Dafür wurde die Akzeptanz erfasst und ein Montagetraining ohne Assistenz ausgeführt. Anschließend erhielt eine Gruppe die UTAUT-Informationen zu den Wearable Devices. In beiden Gruppen wurden die Akzeptanz und der Workload bei der Montage erfasst. Die UTAUT-Informationen sowie ein hoher Workload bei der Montage erhöhten die Intention zur Nutzung von Wearable Devices. Die Innovationskommunikation anhand der UTAUT-Faktoren konnte die Einführung von Wearable Devices unterstützen. Fazit. Die mehrdimensionale Evaluation von Wearable Devices in der Automobilmontage zeigt, dass sie zur Qualitätssicherung im komplexen und flexiblen Produktionsumfeld beitragen. Die zuvor nicht für Wearable Devices im Produktionskontext getestete UTAUT wurde bestätigt und kontextspezifisch erweitert. Eine hohe Akzeptanz der Wearable Devices besteht, sobald deren Nützlichkeit für die Anwender ersichtlich ist. Eigenschaften der Endgeräte und die Anpassung an Prozess- und Anwenderanforderungen beeinflussen die Akzeptanz, daher sollten der Diskomfort der Geräte und die aktive Bedienung minimiert und die flexible Anpassbarkeit an Prozessanforderungen erhöht werden. Ergänzend zum bisherigen Forschungsstand zeigt diese Arbeit Faktoren, die aus den Perspektiven der Prozesse und Anwender für die Nutzung von Wearable Devices zur Assistenz der variantenreichen Montage (Unterstützungspotenzial, Nützlichkeit, Sozialer Einfluss, Workload-Reduktion) oder dagegen sprechen (Diskomfort, Beschwerden, geringe Anpassung der Assistenzkonzepte). Die Montageassistenz durch Wearable Devices leistet einen Beitrag zur Mitarbeiterassistenz unter den wachsenden Herausforderungen der Industrie 4.0. Die Einbindung der Anwender in Entwicklungen der Industrie 4.0 wirkt sich demnach positiv auf die Systementwicklung, die Qualitätssteigerung und die Akzeptanz aus. Da die Anwendungsfälle von Wearable Devices über die evaluierten Assistenzkonzepte hinausgehen, sollte die formale Evaluation im Nutzungskontext mit wissenschaftlich fundierten Methoden unter Berücksichtigung des Faktors Mensch durch künftige Forschung ausgeweitet werden.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis V Tabellenverzeichnis VII Zusammenfassung IX 1 Einleitung 1 2 Theoretischer Hintergrund 7 2.1 Industrie 4.0 und variantenreiche Serienproduktion 7 2.1.1 Industrie 4.0 7 2.1.2 Variantenreiche Serienproduktion in der Automobilindustrie 8 2.1.3 Montage in der variantenreichen Automobilproduktion 9 2.2 Ausführungsqualität der variantenreichen Automobilmontage 12 2.2.1 Training von Montagetätigkeiten 15 2.2.2 Montageinformationen und Ausführungsfehler bei der routinierten variantenreichen Automobilmontage 16 2.2.3 Zusammenfassung Informationsverarbeitung und Ausführungsfehler 23 2.3 Ansätze zur Qualitätssteigerung durch Systeme der Informationsassistenz 24 2.3.1 Wearable Devices 26 2.3.2 Erprobung und Evaluation von Wearable Devices im Montagekontext 29 2.3.3 Evaluationskriterien für Wearable Devices im industriellen Kontext 31 2.4 Zielstellung und Forschungsfragen 63 2.4.1 Zusammenfassung des theoretischen Hintergrundes 63 2.4.2 Zielstellungen und Forschungsfragen 66 3 Empirischer Teil 71 3.1 Systemgestaltung und Untersuchungskontext 71 3.1.1 Endgeräte und Anwendungen 71 3.1.2 Rahmenbedingungen und Untersuchungskontexte 74 3.1.3 Übersicht über die Studien 76 3.2 Studie 1. Wahrnehmung von Ereignisinformationen auf Wearable Devices während der Montage 77 3.2.1 Methodik 79 3.2.2 Ergebnisse 83 3.2.3 Diskussion 85 3.3 Studie 2: Unterstützungspotenzial, Nutzungsbarrieren und Akzeptanz von Wearable Devices für das Montagetraining 88 3.3.1 Methodik 93 3.3.2 Ergebnisse 100 3.3.3 Diskussion 107 3.4 Studie 3. Mobile Informationsassistenz in der variantenreichen Automobilmontage 116 3.4.1 Methodik 120 3.4.2 Ergebnisse 125 3.4.3 Diskussion 133 3.5 Studie 4. Gestaltung der Innovationskommunikation zur Steigerung der Akzeptanz von Wearable Devices 139 3.5.1 Methodik 141 3.5.2 Ergebnisse 144 3.5.3 Diskussion 146 4 Zusammenfassung und Diskussion 149 4.1 Zusammenfassung zentraler Ergebnisse 149 4.2 Diskussion der Ergebnisse 152 4.2.1 Einordnung der Ergebnisse in den internationalen Forschungsstand 153 4.2.2 Kritische Einschätzung und Limitationen 161 4.2.3 Einordnung in das Fachgebiet 163 4.3 Praktische Implikationen 163 4.4 Zusammenfassung und Ausblick 167 Literaturverzeichnis 171 Anhang 205

Im Fokus dieser Arbeit steht die Entwicklung und Realisierung einer Nutzerschnittstelle für die computergestützte Bearbeitung von Oberflächen dreidimensionaler Designobjekte, die durch herkömmliche CAD-Systeme nur unzureichend unterstützt werden können. Es werden Methoden und Algorithmen erarbeitet, um die Interaktion des Benutzers direkt auf Basis der für das Design relevanten 3D Objektoberflächen zu ermöglichen. Den Ausgangspunkt bildet das Proxy-Konzept des Forschungsfeldes zur Mensch-Maschine-Interaktion, in welchem physische Stellvertreterobjekte zur Manipulation virtueller Objekte genutzt werden. Im ersten Teil der Arbeit wird dieses Konzept um eine auf die Oberfläche des bearbeiteten Objektes bezogene Interaktion und Designfunktionalität erweitert. Dazu wird das Konzept eines CAD-Proxys entwickelt und verschiedene Umsetzungen und Anwendungen erläutert. Dabei werden die CAD-Proxys in drei Typen unterschieden. Der exakte CAD-Proxy ermöglicht es, ein virtuelles Objekt mit einem formgleichen, physischen Gegenstück zu bearbeiten. Beim abstrakten CAD-Proxy wird gezeigt, wie auch ein anders geformtes Gegenstück zum Einsatz kommen kann. Der augmentierte CAD-Proxy erlaubt die Anzeige des Designs direkt auf dem physischen Gegenstück. Nutzerstudien belegen, dass die CAD-Proxys zur Erstellung eines Designs auf einer Oberfläche deutlich besser geeignet sind als eine klassische Nutzerschnittstelle. Dies gilt insbesondere für anspruchsvolle Designaufgaben, etwa im künstlerischen Design. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Verarbeitung von Linienzügen im Gestaltungsprozess eingeführt, welche das Konzept der aktiven Konturen auf Oberflächen erweitern. Diese Linienzüge werden auf die Form der Oberfläche bezogen verarbeitet und beachten gleichzeitig wichtige Merkmale, wie bspw. die Kanten des Objektes. Es wird ein neues Verfahren vorgestellt, mit dem aktive Konturen auch auf schlecht vernetzten Oberflächen eingesetzt werden können und gleichzeitig Formen flexibler repräsentieren können als bisherige Ansätze. Für den Bezug der Designlinien zur Oberfläche wird eine neue Datenstruktur eingeführt, die ein geometrisches Nachbarschaftsproblem löst. Es wird gezeigt, dass diese Struktur auf den getesteten Objekten mindestens um Faktor 14 schneller ist als alternative Ansätze und auch direkt auf andere Problemstellungen anwendbar ist. Der dritte Teil enthält die Betrachtungen zum Formverständnis der Designobjekte, welche für die Designlinien und die Modellierung der Designobjekte benötigt werden. Dabei kommt die Krümmungsberechnung als etabliertes Werkzeug derartiger Analysen zum Einsatz. Hier wird eine neue Betrachtung erarbeitet, die den Einfluss unterschiedlicher Faktoren auf die Genauigkeit der Krümmungsschätzung und auf die Eignung verschiedener Schätzungsverfahren erstmals umfassend untersucht. Durch die Kombination existierender Verfahren kann das Verfahren der Shape Operator Approximation entwickelt werden, welches Eigenschaften wie Schätzungsgenauigkeit, Performanz und eine einfache Formulierung bekannter Verfahren vereint.

Over the past 25 years, search engines have become one of the most important, if not the entry point of the World Wide Web. This development has been primarily due to the continuously increasing amount of available documents, which are highly unstructured. Moreover, the general trend is towards classifying search results into categories and presenting them in terms of semantic information that answer users' queries without having to leave the search engine. With the growing amount of documents and technological enhancements, the needs of users as well as search engines are continuously evolving. Users want to be presented with increasingly sophisticated results and interfaces while companies have to place advertisements and make revenue to be able to offer their services for free. To address the above needs, it is more and more important to provide highly usable and optimized search engine results pages (SERPs). Yet, existing approaches to usability evaluation are often costly or time-consuming and mostly rely on explicit feedback. They are either not efficient or not effective while SERP interfaces are commonly optimized primarily from a company's point of view. Moreover, existing approaches to predicting search result relevance, which are mostly based on clicks, are not tailored to the evolving kinds of SERPs. For instance, they fail if queries are answered directly on a SERP and no clicks need to happen. Applying Human-Centered Design principles, we propose a solution to the above in terms of a holistic approach that intends to satisfy both, searchers and developers. It provides novel means to counteract exclusively company-centric design and to make use of implicit user feedback for efficient and effective evaluation and optimization of usability and, in particular, relevance. We define personas and scenarios from which we infer unsolved problems and a set of well-defined requirements. Based on these requirements, we design and develop the Search Interaction Optimization toolkit. Using a bottom-up approach, we moreover define an eponymous, higher-level methodology. The Search Interaction Optimization toolkit comprises a total of six components. We start with INUIT [1], which is a novel minimal usability instrument specifically aiming at meaningful correlations with implicit user feedback in terms of client-side interactions. Hence, it serves as a basis for deriving usability scores directly from user behavior. INUIT has been designed based on reviews of established usability standards and guidelines as well as interviews with nine dedicated usability experts. Its feasibility and effectiveness have been investigated in a user study. Also, a confirmatory factor analysis shows that the instrument can reasonably well describe real-world perceptions of usability. Subsequently, we introduce WaPPU [2], which is a context-aware A/B testing tool based on INUIT. WaPPU implements the novel concept of Usability-based Split Testing and enables automatic usability evaluation of arbitrary SERP interfaces based on a quantitative score that is derived directly from user interactions. For this, usability models are automatically trained and applied based on machine learning techniques. In particular, the tool is not restricted to evaluating SERPs, but can be used with any web interface. Building on the above, we introduce S.O.S., the SERP Optimization Suite [3], which comprises WaPPU as well as a catalog of best practices [4]. Once it has been detected that an investigated SERP's usability is suboptimal based on scores delivered by WaPPU, corresponding optimizations are automatically proposed based on the catalog of best practices. This catalog has been compiled in a three-step process involving reviews of existing SERP interfaces and contributions by 20 dedicated usability experts. While the above focus on the general usability of SERPs, presenting the most relevant results is specifically important for search engines. Hence, our toolkit contains TellMyRelevance! (TMR) [5] — the first end-to-end pipeline for predicting search result relevance based on users’ interactions beyond clicks. TMR is a fully automatic approach that collects necessary information on the client, processes it on the server side and trains corresponding relevance models based on machine learning techniques. Predictions made by these models can then be fed back into the ranking process of the search engine, which improves result quality and hence also usability. StreamMyRelevance! (SMR) [6] takes the concept of TMR one step further by providing a streaming-based version. That is, SMR collects and processes interaction data and trains relevance models in near real-time. Based on a user study and large-scale log analysis involving real-world search engines, we have evaluated the components of the Search Interaction Optimization toolkit as a whole—also to demonstrate the interplay of the different components. S.O.S., WaPPU and INUIT have been engaged in the evaluation and optimization of a real-world SERP interface. Results show that our tools are able to correctly identify even subtle differences in usability. Moreover, optimizations proposed by S.O.S. significantly improved the usability of the investigated and redesigned SERP. TMR and SMR have been evaluated in a GB-scale interaction log analysis as well using data from real-world search engines. Our findings indicate that they are able to yield predictions that are better than those of competing state-of-the-art systems considering clicks only. Also, a comparison of SMR to existing solutions shows its superiority in terms of efficiency, robustness and scalability. The thesis concludes with a discussion of the potential and limitations of the above contributions and provides an overview of potential future work. / Im Laufe der vergangenen 25 Jahre haben sich Suchmaschinen zu einem der wichtigsten, wenn nicht gar dem wichtigsten Zugangspunkt zum World Wide Web (WWW) entwickelt. Diese Entwicklung resultiert vor allem aus der kontinuierlich steigenden Zahl an Dokumenten, welche im WWW verfügbar, jedoch sehr unstrukturiert organisiert sind. Überdies werden Suchergebnisse immer häufiger in Kategorien klassifiziert und in Form semantischer Informationen bereitgestellt, die direkt in der Suchmaschine konsumiert werden können. Dies spiegelt einen allgemeinen Trend wider. Durch die wachsende Zahl an Dokumenten und technologischen Neuerungen wandeln sich die Bedürfnisse von sowohl Nutzern als auch Suchmaschinen ständig. Nutzer wollen mit immer besseren Suchergebnissen und Interfaces versorgt werden, während Suchmaschinen-Unternehmen Werbung platzieren und Gewinn machen müssen, um ihre Dienste kostenlos anbieten zu können. Damit geht die Notwendigkeit einher, in hohem Maße benutzbare und optimierte Suchergebnisseiten – sogenannte SERPs (search engine results pages) – für Nutzer bereitzustellen. Gängige Methoden zur Evaluierung und Optimierung von Usability sind jedoch größtenteils kostspielig oder zeitaufwändig und basieren meist auf explizitem Feedback. Sie sind somit entweder nicht effizient oder nicht effektiv, weshalb Optimierungen an Suchmaschinen-Schnittstellen häufig primär aus dem Unternehmensblickwinkel heraus durchgeführt werden. Des Weiteren sind bestehende Methoden zur Vorhersage der Relevanz von Suchergebnissen, welche größtenteils auf der Auswertung von Klicks basieren, nicht auf neuartige SERPs zugeschnitten. Zum Beispiel versagen diese, wenn Suchanfragen direkt auf der Suchergebnisseite beantwortet werden und der Nutzer nicht klicken muss. Basierend auf den Prinzipien des nutzerzentrierten Designs entwickeln wir eine Lösung in Form eines ganzheitlichen Ansatzes für die oben beschriebenen Probleme. Dieser Ansatz orientiert sich sowohl an Nutzern als auch an Entwicklern. Unsere Lösung stellt automatische Methoden bereit, um unternehmenszentriertem Design entgegenzuwirken und implizites Nutzerfeedback für die effizienteund effektive Evaluierung und Optimierung von Usability und insbesondere Ergebnisrelevanz nutzen zu können. Wir definieren Personas und Szenarien, aus denen wir ungelöste Probleme und konkrete Anforderungen ableiten. Basierend auf diesen Anforderungen entwickeln wir einen entsprechenden Werkzeugkasten, das Search Interaction Optimization Toolkit. Mittels eines Bottom-up-Ansatzes definieren wir zudem eine gleichnamige Methodik auf einem höheren Abstraktionsniveau. Das Search Interaction Optimization Toolkit besteht aus insgesamt sechs Komponenten. Zunächst präsentieren wir INUIT [1], ein neuartiges, minimales Instrument zur Bestimmung von Usability, welches speziell auf sinnvolle Korrelationen mit implizitem Nutzerfeedback in Form Client-seitiger Interaktionen abzielt. Aus diesem Grund dient es als Basis für die direkte Herleitung quantitativer Usability-Bewertungen aus dem Verhalten von Nutzern. Das Instrument wurde basierend auf Untersuchungen etablierter Usability-Standards und -Richtlinien sowie Experteninterviews entworfen. Die Machbarkeit und Effektivität der Benutzung von INUIT wurden in einer Nutzerstudie untersucht und darüber hinaus durch eine konfirmatorische Faktorenanalyse bestätigt. Im Anschluss beschreiben wir WaPPU [2], welches ein kontextsensitives, auf INUIT basierendes Tool zur Durchführung von A/B-Tests ist. Es implementiert das neuartige Konzept des Usability-based Split Testing und ermöglicht die automatische Evaluierung der Usability beliebiger SERPs basierend auf den bereits zuvor angesprochenen quantitativen Bewertungen, welche direkt aus Nutzerinteraktionen abgeleitet werden. Hierzu werden Techniken des maschinellen Lernens angewendet, um automatisch entsprechende Usability-Modelle generieren und anwenden zu können. WaPPU ist insbesondere nicht auf die Evaluierung von Suchergebnisseiten beschränkt, sondern kann auf jede beliebige Web-Schnittstelle in Form einer Webseite angewendet werden. Darauf aufbauend beschreiben wir S.O.S., die SERP Optimization Suite [3], welche das Tool WaPPU sowie einen neuartigen Katalog von „Best Practices“ [4] umfasst. Sobald eine durch WaPPU gemessene, suboptimale Usability-Bewertung festgestellt wird, werden – basierend auf dem Katalog von „Best Practices“ – automatisch entsprechende Gegenmaßnahmen und Optimierungen für die untersuchte Suchergebnisseite vorgeschlagen. Der Katalog wurde in einem dreistufigen Prozess erarbeitet, welcher die Untersuchung bestehender Suchergebnisseiten sowie eine Anpassung und Verifikation durch 20 Usability-Experten beinhaltete. Die bisher angesprochenen Tools fokussieren auf die generelle Usability von SERPs, jedoch ist insbesondere die Darstellung der für den Nutzer relevantesten Ergebnisse eminent wichtig für eine Suchmaschine. Da Relevanz eine Untermenge von Usability ist, beinhaltet unser Werkzeugkasten daher das Tool TellMyRelevance! (TMR) [5], die erste End-to-End-Lösung zur Vorhersage von Suchergebnisrelevanz basierend auf Client-seitigen Nutzerinteraktionen. TMR ist einvollautomatischer Ansatz, welcher die benötigten Daten auf dem Client abgreift, sie auf dem Server verarbeitet und entsprechende Relevanzmodelle bereitstellt. Die von diesen Modellen getroffenen Vorhersagen können wiederum in den Ranking-Prozess der Suchmaschine eingepflegt werden, was schlussendlich zu einer Verbesserung der Usability führt. StreamMyRelevance! (SMR) [6] erweitert das Konzept von TMR, indem es einen Streaming-basierten Ansatz bereitstellt. Hierbei geschieht die Sammlung und Verarbeitung der Daten sowie die Bereitstellung der Relevanzmodelle in Nahe-Echtzeit. Basierend auf umfangreichen Nutzerstudien mit echten Suchmaschinen haben wir den entwickelten Werkzeugkasten als Ganzes evaluiert, auch, um das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten zu demonstrieren. S.O.S., WaPPU und INUIT wurden zur Evaluierung und Optimierung einer realen Suchergebnisseite herangezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass unsere Tools in der Lage sind, auch kleine Abweichungen in der Usability korrekt zu identifizieren. Zudem haben die von S.O.S.vorgeschlagenen Optimierungen zu einer signifikanten Verbesserung der Usability der untersuchten und überarbeiteten Suchergebnisseite geführt. TMR und SMR wurden mit Datenmengen im zweistelligen Gigabyte-Bereich evaluiert, welche von zwei realen Hotelbuchungsportalen stammen. Beide zeigen das Potential, bessere Vorhersagen zu liefern als konkurrierende Systeme, welche lediglich Klicks auf Ergebnissen betrachten. SMR zeigt gegenüber allen anderen untersuchten Systemen zudem deutliche Vorteile bei Effizienz, Robustheit und Skalierbarkeit. Die Dissertation schließt mit einer Diskussion des Potentials und der Limitierungen der erarbeiteten Forschungsbeiträge und gibt einen Überblick über potentielle weiterführende und zukünftige Forschungsarbeiten.

Die Konzeption und Durchführung komplexer und auf Innovation ausgerichteter Produktentwicklungsprojekte ist ein fester und wesentlicher Bestandteil des Curriculums im Studiengang M.A. Produktgestaltung an der Fakultät Gestaltung der HTW-Dresden. Praxisnah und in möglichst authentischen Entwicklungsumgebungen wird in Form eines Kooperationsprojekts eine konkrete Aufgabe für ein Unternehmen bearbeitet. Für die Unternehmen sind solche Projekte Teil ihrer mehr oder weniger bereits etablierten kollaborativen Wertschöpfungsnetzwerke. Im gegenteiligen Fall werden solche Modelle von unserer Seite her an die Unternehmen herangetragen und diskutiert. In der Regel entstehen an die Semesterzeiten gebundene und ergebnisoffene Machbarkeitsstudien. Die Studierenden erhalten im Gegenzug die Möglichkeit, ihr theoretisches Wissen ganz eng an der Wirklichkeit zu üben, entsprechende Erfahrungen zu sammeln und sich über solche Projekte für die spätere Berufspraxis zu empfehlen. Die Fakultät Gestaltung hat in diesem Sinne bereits mit einer Vielzahl von Kooperationspartnern zusammengearbeitet und sehr viel positive Erfahrung sammeln können Das Projekt mit dem Arbeitstitel \"Abkantmaschine für die Industrie 4.0\" wurde für die Bystronic AG in Gotha/Thüringen erarbeitet. Die Bystronic AG ist Tochter eines schweizer Unternehmens und stellt Laserstrahlschneid-, Wasserstrahlschneid- und Abkantmaschinen her. / The design and implementation of complex and geared to innovation product development projects is an integral and essential part of the curriculum in the course MA Product design at the Design Faculty of HTW Dresden. Practical and in authentic development environments a specific task is processed for a company in the form of a cooperation project. For companies, such projects are part of their more or less established collaborative value networks. In the opposite case, such models are brought and discussed by our side to companies. Usually caused bound to the semester dates and open-ended feasibility studies. The students receive in return the opportunity to practice their theoretical knowledge very closely to reality, to gain experience and to advise on such projects in their later professional applications and practice. The Faculty of Design has worked in this sense, with a number of partners and gained a lot of positive experience. The project with the working title \"pressbrake for industry 4.0\" has been developed for Bystronic AG in Gotha/Thuringia. The Bystronic AG is a subsidiary of a Swiss company and produces laser cutting and waterjet systems as well as pressbrakes.

Die dauerhafte Reduktion der von Menschen verursachten Emissionen ist eine der zentralen Herausforderungen unserer Zeit. Eine Strategie zur Reduzierung von Emissionen im Mobilitätssektor sind elektrisch betriebene Fahrzeuge, die je nach Typ teilweise oder vollständig mit Strom angetrieben werden. Für die Verkehrspsychologie stellt sich nun die Frage, ob und wie schnell sich Fahrer an die Nutzung von Elektrofahrzeugen gewöhnen und welche Herausforderungen sich aus Nutzersicht ergeben. Anhand von Studien mit vollelektrischen Fahrzeugen wurden in der vorliegenden Arbeit zwei grundlegende Eigenschaften von Elektrofahrzeugen aus psychologischer Perspektive untersucht: Zum einen verfügen Elektrofahrzeuge über eine Rekuperationsfunktion, mit der es möglich ist, in Verzögerungsvorgängen kinetische in elektrische Energie umzuwandeln, also Energie rückzugewinnen und damit letztlich die Emissionen zu reduzieren. Zum anderen beschränkt sich die mögliche Emissionsreduktion von Elektrofahrzeugen nicht nur auf den CO2-Ausstoß, sondern betrifft auch die Geräuschentwicklung dieser Fahrzeuge. Fahrzeuge mit Elektroantrieb emittieren weniger Geräusche, was einerseits die Lärmbelastung durch Straßenverkehr reduzieren kann, zum anderen aber auch zu Bedenken z.B. blinder Verkehrsteilnehmer geführt hat. Gerade bei geringen Geschwindigkeiten sind Elektrofahrzeuge schlechter wahrnehmbar und dadurch eine potentielle Gefahr für andere Verkehrsteilnehmer. Das erste Ziel der vorliegenden Dissertation bestand darin, die Auswirkungen einer über das Gaspedal gesteuerten Rekuperation aus verkehrspsychologischer Perspektive zu untersuchen. Die zur Nutzung der Rekuperation nötigen motorischen Fertigkeiten müssen erlernt und in unterschiedlichen Verkehrssituationen angewandt werden. Basierend auf dem Power Law of Practice (Newell & Rosenbloom, 1981) wurde der Fertigkeitserwerb bei der Nutzung der Rekuperationsfunktion eingehend betrachtet. Anhand von Fahrzeugdaten lassen sich eine sehr steile Lernkurve und damit ein kurzer Adaptationsprozess zeigen, der mit einer Powerfunktion beschrieben werden kann. Bereits innerhalb der ersten gefahrenen Kilometer nehmen die Anzahl der konventionellen Bremsmanöver und ihr zeitlicher Anteil an der gesamten Verzögerung rapide ab. Das zweite Ziel der vorliegenden Dissertation war, die Auswirkungen der geringeren Geräuschemission auf das Verkehrsgeschehen zu prüfen. Dies erfolgte jedoch nicht, wie in anderen Studien bereits dargestellt, aus Fußgängerperspektive, sondern aus der Fahrerperspektive. Da die Fahrer gerade in der Anfangsphase eine zentrale Rolle bei der Entschärfung geräuschbedingter kritischer Situationen spielen, soll die Arbeit dazu beitragen, diese Forschungslücke zu schließen, um eine umfassendere Bewertung der Geräuschthematik bei Elektrofahrzeugen zu ermöglichen. In Anlehnung an Deerys (1999) Modell zu Fahrerreaktionen auf potentielle Gefahren, wurden Risikowahrnehmung (risk perception) und Gefahrenwahrnehmung (hazard perception) als entscheidende Determinanten der Fahrerreaktion auf geräuschbedingte Gefahrensituationen identifiziert. Was die Risikowahrnehmung betrifft, so konnte gezeigt werden, dass diese sich mit zunehmender Erfahrung verändert. Risiken aufgrund der Geräuscharmut werden als weniger bedrohlich, das leise Fahren zunehmend als Beitrag zum Komfort gewertet. Zusätzlich wurden im Rahmen der Dissertation Situationen im Straßenverkehr näher untersucht, die aufgrund der Geräuscharmut von Elektrofahrzeugen auftraten. Darauf aufbauend wurde ein Katalog von geräuschbedingten Szenarien erstellt, der als empirische Grundlage für die nähere Betrachtung der Gefahrenwahrnehmung von Fahrern diente. Ergebnisse daraus resultierender Experimente zur Detektion von geräuschbedingten Gefahren (hazard detection tasks) zeigten, dass die individuelle Erfahrung mit Elektrofahrzeugen offenbar lediglich eine untergeordnete Rolle bei der Erkennung und Reaktion auf geräuschbedingte Gefahren spielt. Erfahrene Fahrer von Elektrofahrzeugen unterschieden sich nur marginal von unerfahrenen Fahrern in der Reaktion in und der Bewertung von geräuschbedingten Gefahrensituationen, was darauf hindeutet, dass geräuschbedingte Gefahrensituationen auch von Fahrern ohne extensive Erfahrung mit Elektrofahrzeugen bewältigt werden können. Das dritte, übergreifende Ziel der Dissertation bestand darin, die Bedeutung beider Eigenschaften für die Nutzerakzeptanz zu untersuchen. Neben der Untersuchung momentan existierender Barrieren (z.B. Reichweite, Preis, Batterielebensdauer), die eine weitreichende Adoption von Elektrofahrzeugen erschweren können, ist es ebenso wichtig, solche Eigenschaften zu identifizieren, die sich positiv auf das Nutzererleben auswirken. Sowohl die Rekuperation, als auch die Geräuscharmut spielen eine wichtige Rolle in der Nutzerbewertung, da beide Eigenschaften als zentrale, individuell erlebbbare Vorteile von Elektrofahrzeugen beurteilt werden. Im Hinblick auf die Geräuschemission lässt sich konstatieren, dass diese mit zunehmender Erfahrung des Fahrers fast ausschließlich als Vorteil statt als Barriere von Elektrofahrzeugen gewertet wird. Eine bemerkbare, über das Gaspedal gesteuerte Rekuperation scheint als Teil des Fahrererlebens ebenfalls eine zentrale Rolle in der Bewertung zu spielen. Ein hohes Maß an Nutzerakzeptanz und Vertrauen in das System unterstreichen die positive Evaluation einer solchen Funktionalität. Aus verkehrspsychologischer Sicht haben die angeführten Eigenschaften von Elektrofahrzeugen Auswirkungen auf verschiedene Teilaufgaben der Fahrzeugführung. So sind nicht nur motorische Fertigkeiten in der Pedalnutzung (Stabilisierungsbene) erforderlich, sondern auch komplexere kognitive Prozesse, wie z.B. der Umgang mit möglichen Gefahrensituationen aufgrund der geringen Geräuschemission (Bahnführungsebene). Insgesamt weisen die Ergebnisse der Dissertation darauf hin, dass Herausforderungen aufgrund beider oben genannten Fahrzeugeigenschaften gemeistert werden können. Zusätzlich zeigen die Ergebnisse, dass beide Eigenschaften von den Nutzern als willkommene Aspekte der technologischen Innovation geschätzt werden und somit zur allgemeinen Akzeptanz von Elektrofahrzeugen beitragen können. Da auch andere Fahrzeugkonzepte mit elektrischem Antriebsstrang diese beiden Eigenschaften aufweisen, lassen sich die gefundenen Ergebnisse auf andere Fahrzeugtypen übertragen.

Die vorliegende Arbeit untersucht die Auswirkung von reichhaltigen, natürlichen Eingabe- und Ausgabeinformationen in virtuellen Umgebungen in Form von Natural Mapping und Stereoskopie. Dabei steht insbesondere die Kombination der Ein- und Ausgabemodalitäten mit dem damit verbundenen Interaktionsgegenstand im Fokus. Auf Basis von mentalen Modellen werden Transferprozesse von Wissen und Fertigkeiten bezüglich realer Handlungen auf virtuelle Handlungen angenommen. Diese resultieren in einer potenziell höheren User Experience und Performance bei der Interaktion. Spatial Mapping wird als Konzept der räumlichen Übereinstimmung von Wahrnehmungsräumen der Ein- und Ausgabeinformationen eingeführt und damit als holistische Erweiterung von Natural Mapping verstanden. Spatial Mapping bezeichnet in der vorliegenden Arbeit den Grad der Verknüpfung der physikalischen und virtuellen Umgebung, sodass Nutzer im Idealfall eine isomorphe Abbildung der beiden Wahrnehmungsräume erfahren und notwendige Transformationsprozesse für die Verarbeitung der virtuellen Umgebung minimiert werden können. Im Resultat stehen mehr kognitive Ressourcen für andere Inhalte zur Verfügung. Auf Basis des Spatial-Mapping-Ansatzes wurde ein Pfadmodell konstruiert, das experimentell überprüft wurde. In zwei Experimenten wurden Effekte von Natural Mapping und Stereoskopie in Szenarien mit hohem Spatial Mapping untersucht. Das erste Experiment nutzte dafür ein kommerzielles Computerspiel, bei dem Spatial Mapping für die Interaktion nicht handlungsrelevant war. Beim zweiten Experiment kam ein Virtual-Reality-Simulator zum Einsatz, bei dessen Aufgabenstellung Nutzer vom hohen Spatial Mapping deutlich profitieren konnten. Meist wird Stereoskopie auf existierende mediale Inhalte angewendet, ohne die Inhalte entsprechend darauf anzupassen. Diese Vorgehensweise lässt sich sowohl bei kommerziellen Computerspielen als auch in der Filmindustrie beobachten. Die Experimente zeigen, dass Stereoskopie keinen Einfluss auf UX und Performance hat, wenn das verfügbare Spatial Mapping für den Interaktionsgegenstand nicht handlungsrelevant ist. Die Arbeit diskutiert den Einsatz von Stereoskopie und Natural Mapping in Abhängigkeit des verwendeten Interaktionsgegenstandes und liefert damit einen Erklärungsansatz, der Eingabe- und Ausgabemodalitäten kombiniert betrachtet.

Der Mensch erfasst die Umwelt mithilfe seiner Sinnessysteme. Licht macht die physikalische Welt sichtbar und liefert dem visuellen System dadurch wichtige Informationen über unsere Umgebung. Im Straßenverkehr wird die visuelle Wahrnehmung durch die Fahrzeugbeleuchtung unterstützt. Dabei erfüllen Heckleuchten zwei zentrale Funktionen: Zum einen wird die Sichtbarkeit des Fahrzeugs bei Dunkelheit und schlechter Sicht für andere Verkehrsteilnehmer erhöht. Das Schlusslicht übermittelt Informationen über die Anwesenheit eines Fahrzeugs, über den Fahrzeugtyp und über die Fahrzeugbreite. Diese Informationen sind notwendig, um während der Fahrt einen angemessenen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einschätzen und einhalten zu können. Die zweite zentrale Funktion von Heckleuchten ist die Kommunikation und Interaktion mit dem rückwärtigen Verkehr. Mithilfe von Lichtsignalen der Bremsleuchte und des Fahrtrichtungsanzeigers wird die Aufmerksamkeit auf das vorausfahrende Fahrzeug gelenkt und es werden gezielt Informationen an andere Verkehrsteilnehmer übertragen. So werden Verzögerungen in Längsrichtung, Fahrtrichtungsänderungen und der Hinweis auf eine mögliche Gefahrenquelle durch die Heckleuchte kommuniziert. Für alle Lichtfunktionen gilt, dass die ausgesendeten Signale in jeder Situation gut wahrnehmbar und intuitiv verständlich sein müssen. In dieser Arbeit wurde der mögliche Einfluss verschiedener Heckleuchtenattribute auf den Straßenverkehr untersucht. Eine Unfallanalyse ergab, dass der Großteil der Auffahrunfälle durch ein angemessenes Geschwindigkeits- und Abstandsverhalten sowie eine adäquate Aufmerksamkeitsverteilung vermieden werden könnte. Adaptive Schlusslichtfunktionen weisen das Potenzial auf, bei schlechter Sicht die Erkennbarkeit des Fahrzeugs zu erhöhen, ohne dabei den Hinterherfahrenden zu blenden. In der Literatur finden sich Hinweise darauf, dass die Anbauhöhe und Position von Heckleuchten sowie die Helligkeit des Schlusslichts die Entfernungsschätzung zwischen zwei Fahrzeugen beeinflussen können. Im Rahmen von verkehrspsychologischen Untersuchungen wurde der Einfluss einer adaptiven Helligkeitssteuerung im Schlusslicht auf die Wahrnehmung untersucht. Es zeigte sich, dass eine kontinuierliche Helligkeitsanpassung des Schlusslichts an den Abstand zum Hinterherfahrenden die Entfernungsschätzung nicht beeinflusste. Um die Bedeutung der Gestaltungsform einer Heckleuchte für die Güte der Entfernungsschätzung beurteilen zu können, wurden zwei psychophysikalische Experimente durchgeführt. Diese Experimente zeigten, dass der Abstand zwischen zwei Elementen durch das Hinzufügen einer Verbindungslinie minimal verändert wahrgenommen wurde. Auf Heckleuchten übertragen könnte man daher von einer leichten Überschätzung der Breite des Fahrzeughecks bei verbundenen Schlussleuchten ausgehen. Dies könnte das Abstandsverhalten eines Hinterherfahrenden tendenziell positiv beeinflussen, indem der Fahrer durch diese Wahrnehmungstäuschung den Abstand zum Fahrzeug minimal unterschätzen würde. Da Licht und Bewegung durch ihre Salienz ein großes Potenzial zur Aufmerksamkeitslenkung aufweisen, beschäftigte sich eine weitere Versuchsreihe mit der Wirkung dynamischer Lichtfunktionen. Die Reaktionszeiten auf die Deaktivierung eines Bremslichts konnten durch eine Dynamik im Bremslicht nicht weiter verbessert werden. Die Untersuchung von Dynamiken im Schlusslicht zeigte jedoch, dass in Abhängigkeit bestimmter Umgebungsbedingungen, der Bewegungsart und -geschwindigkeit unterschiedliche Reaktionen hervorgerufen werden können. Durch die Entwicklung salienter und intuitiv verständlicher Lichtfunktionen könnten somit die Kommunikationsmöglichkeiten im Straßenverkehr erweitert und differenziert werden. Die gezielte Steuerung der Aufmerksamkeit durch Heckleuchtenfunktionen in kritischen Situationen kann zur Erhöhung der Verkehrssicherheit führen. Ziel der automobilen Lichtentwicklung ist eine innovative, allgemein akzeptierte und sicherheitsfördernde Heckleuchtengestaltung. Die Arbeit zeigte im Rahmen einer Unfallanalyse und verschiedenen wahrnehmungspsychologischen Experimenten die sicherheitsrelevanten Anforderungen an Heckleuchten auf. Dabei weisen verschiedene Heckleuchtenattribute und -funktionen das Potenzial auf, positiven Einfluss auf die Verkehrssicherheit nehmen zu können. / Humans perceive the world through their senses. Light makes the world visible and provides the visual system with important information about our environment. On the road, visual perception is supported by automotive lighting. Tail lights have two main functions: firstly, they improve the visibility of the vehicle for other road users at night time and in bad weather conditions. The tail light gives information about the presence of a car and the type and width of the vehicle. This information is necessary to assess and keep the appropriate distance to a vehicle in front. The second important function of tail lights is the communication and interaction with the following traffic. The lighting signals of the brake light and the turn signal draw attention to the car in front and specific information can be transmitted to other road users. In this manner, the tail light communicates decelerations in the longitudinal direction, changes in the driving direction and the indication of a possible source of danger. It is essential for every lighting signal that it is detectable in all situations and that it is highly intuitive at any time. This doctoral thesis studied the potential influence of distinct attributes of tail lights on the road traffic. Accident analysis showed that the majority of rear end crashes could be prevented by an appropriate speed and distance behavior as well as an adequate allocation of attention. Adaptive rear lighting shows potential to improve the perceptibility of the vehicle in poor visibility conditions without excessive glare for the following driver. Evidence from literature shows that the distance estimation between two vehicles could be influenced by the mounting height and the position of tail lights as well as by the brightness of the rear position lamp. Psychological experiments showed the influence of adaptive brightness control in the rear position lamp on the human perception. There was no effect on the distance perception by continuous adjustment of the brightness of the rear position lamp to the distance of the following vehicle. To evaluate the importance of the design of a tail light, two psychophysical experiments were conducted. These experiments showed a minimal influence on the perceived distance between two elements by adding a connection line. Transferred to tail lights, this effect implies a small overestimation of the width of the vehicle rear with connected rear position lamps. This could have a small positive effect on the distance behavior of the following driver due to the sensory illusion of slightly underestimating the distance. Because of the high potential for attention control by light and movement, another series of experiments was conducted, to assess the effect of dynamic light functions. Reaction times were not further improved through the use of dynamic functions in the brake light deactivation. However, the use of dynamics in the rear position lamp produced different responses as a function of distinct environment variables, the type of movement and the speed of animation. The development of salient and intuitive understandable light functions points out various communication possibilities for use within road traffic. Capturing the attention of other road users in critical situations through tail light functions could lead to an improvement in road safety. The aim of automotive lighting development is an innovative, universally accepted and safety enhancing tail light design. The dissertation demonstrated the safety requirements for tail lights through accident analysis and different perception experiments. Different attributes and functions of the tail light show the potential to have a positive influence on road safety.

Der Mensch erfasst die Umwelt mithilfe seiner Sinnessysteme. Licht macht die physikalische Welt sichtbar und liefert dem visuellen System dadurch wichtige Informationen über unsere Umgebung. Im Straßenverkehr wird die visuelle Wahrnehmung durch die Fahrzeugbeleuchtung unterstützt. Dabei erfüllen Heckleuchten zwei zentrale Funktionen: Zum einen wird die Sichtbarkeit des Fahrzeugs bei Dunkelheit und schlechter Sicht für andere Verkehrsteilnehmer erhöht. Das Schlusslicht übermittelt Informationen über die Anwesenheit eines Fahrzeugs, über den Fahrzeugtyp und über die Fahrzeugbreite. Diese Informationen sind notwendig, um während der Fahrt einen angemessenen Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug einschätzen und einhalten zu können. Die zweite zentrale Funktion von Heckleuchten ist die Kommunikation und Interaktion mit dem rückwärtigen Verkehr. Mithilfe von Lichtsignalen der Bremsleuchte und des Fahrtrichtungsanzeigers wird die Aufmerksamkeit auf das vorausfahrende Fahrzeug gelenkt und es werden gezielt Informationen an andere Verkehrsteilnehmer übertragen. So werden Verzögerungen in Längsrichtung, Fahrtrichtungsänderungen und der Hinweis auf eine mögliche Gefahrenquelle durch die Heckleuchte kommuniziert. Für alle Lichtfunktionen gilt, dass die ausgesendeten Signale in jeder Situation gut wahrnehmbar und intuitiv verständlich sein müssen. In dieser Arbeit wurde der mögliche Einfluss verschiedener Heckleuchtenattribute auf den Straßenverkehr untersucht. Eine Unfallanalyse ergab, dass der Großteil der Auffahrunfälle durch ein angemessenes Geschwindigkeits- und Abstandsverhalten sowie eine adäquate Aufmerksamkeitsverteilung vermieden werden könnte. Adaptive Schlusslichtfunktionen weisen das Potenzial auf, bei schlechter Sicht die Erkennbarkeit des Fahrzeugs zu erhöhen, ohne dabei den Hinterherfahrenden zu blenden. In der Literatur finden sich Hinweise darauf, dass die Anbauhöhe und Position von Heckleuchten sowie die Helligkeit des Schlusslichts die Entfernungsschätzung zwischen zwei Fahrzeugen beeinflussen können. Im Rahmen von verkehrspsychologischen Untersuchungen wurde der Einfluss einer adaptiven Helligkeitssteuerung im Schlusslicht auf die Wahrnehmung untersucht. Es zeigte sich, dass eine kontinuierliche Helligkeitsanpassung des Schlusslichts an den Abstand zum Hinterherfahrenden die Entfernungsschätzung nicht beeinflusste. Um die Bedeutung der Gestaltungsform einer Heckleuchte für die Güte der Entfernungsschätzung beurteilen zu können, wurden zwei psychophysikalische Experimente durchgeführt. Diese Experimente zeigten, dass der Abstand zwischen zwei Elementen durch das Hinzufügen einer Verbindungslinie minimal verändert wahrgenommen wurde. Auf Heckleuchten übertragen könnte man daher von einer leichten Überschätzung der Breite des Fahrzeughecks bei verbundenen Schlussleuchten ausgehen. Dies könnte das Abstandsverhalten eines Hinterherfahrenden tendenziell positiv beeinflussen, indem der Fahrer durch diese Wahrnehmungstäuschung den Abstand zum Fahrzeug minimal unterschätzen würde. Da Licht und Bewegung durch ihre Salienz ein großes Potenzial zur Aufmerksamkeitslenkung aufweisen, beschäftigte sich eine weitere Versuchsreihe mit der Wirkung dynamischer Lichtfunktionen. Die Reaktionszeiten auf die Deaktivierung eines Bremslichts konnten durch eine Dynamik im Bremslicht nicht weiter verbessert werden. Die Untersuchung von Dynamiken im Schlusslicht zeigte jedoch, dass in Abhängigkeit bestimmter Umgebungsbedingungen, der Bewegungsart und -geschwindigkeit unterschiedliche Reaktionen hervorgerufen werden können. Durch die Entwicklung salienter und intuitiv verständlicher Lichtfunktionen könnten somit die Kommunikationsmöglichkeiten im Straßenverkehr erweitert und differenziert werden. Die gezielte Steuerung der Aufmerksamkeit durch Heckleuchtenfunktionen in kritischen Situationen kann zur Erhöhung der Verkehrssicherheit führen. Ziel der automobilen Lichtentwicklung ist eine innovative, allgemein akzeptierte und sicherheitsfördernde Heckleuchtengestaltung. Die Arbeit zeigte im Rahmen einer Unfallanalyse und verschiedenen wahrnehmungspsychologischen Experimenten die sicherheitsrelevanten Anforderungen an Heckleuchten auf. Dabei weisen verschiedene Heckleuchtenattribute und -funktionen das Potenzial auf, positiven Einfluss auf die Verkehrssicherheit nehmen zu können. / Humans perceive the world through their senses. Light makes the world visible and provides the visual system with important information about our environment. On the road, visual perception is supported by automotive lighting. Tail lights have two main functions: firstly, they improve the visibility of the vehicle for other road users at night time and in bad weather conditions. The tail light gives information about the presence of a car and the type and width of the vehicle. This information is necessary to assess and keep the appropriate distance to a vehicle in front. The second important function of tail lights is the communication and interaction with the following traffic. The lighting signals of the brake light and the turn signal draw attention to the car in front and specific information can be transmitted to other road users. In this manner, the tail light communicates decelerations in the longitudinal direction, changes in the driving direction and the indication of a possible source of danger. It is essential for every lighting signal that it is detectable in all situations and that it is highly intuitive at any time. This doctoral thesis studied the potential influence of distinct attributes of tail lights on the road traffic. Accident analysis showed that the majority of rear end crashes could be prevented by an appropriate speed and distance behavior as well as an adequate allocation of attention. Adaptive rear lighting shows potential to improve the perceptibility of the vehicle in poor visibility conditions without excessive glare for the following driver. Evidence from literature shows that the distance estimation between two vehicles could be influenced by the mounting height and the position of tail lights as well as by the brightness of the rear position lamp. Psychological experiments showed the influence of adaptive brightness control in the rear position lamp on the human perception. There was no effect on the distance perception by continuous adjustment of the brightness of the rear position lamp to the distance of the following vehicle. To evaluate the importance of the design of a tail light, two psychophysical experiments were conducted. These experiments showed a minimal influence on the perceived distance between two elements by adding a connection line. Transferred to tail lights, this effect implies a small overestimation of the width of the vehicle rear with connected rear position lamps. This could have a small positive effect on the distance behavior of the following driver due to the sensory illusion of slightly underestimating the distance. Because of the high potential for attention control by light and movement, another series of experiments was conducted, to assess the effect of dynamic light functions. Reaction times were not further improved through the use of dynamic functions in the brake light deactivation. However, the use of dynamics in the rear position lamp produced different responses as a function of distinct environment variables, the type of movement and the speed of animation. The development of salient and intuitive understandable light functions points out various communication possibilities for use within road traffic. Capturing the attention of other road users in critical situations through tail light functions could lead to an improvement in road safety. The aim of automotive lighting development is an innovative, universally accepted and safety enhancing tail light design. The dissertation demonstrated the safety requirements for tail lights through accident analysis and different perception experiments. Different attributes and functions of the tail light show the potential to have a positive influence on road safety.

Mit der Interaktionstechnik der "direkten Objektmanipulation" für virtuelle Umgebungen wird angestrebt, virtuelle Objekte genauso realistisch und flexibel handhaben zu können, wie das bei realen Objekten der Fall ist. Das bedeutet, virtuelle Objekte können mittels eines Handmodells direkt berührt, ergriffen, getragen, gedrückt und gezogen werden. Diese Interaktionstechnik findet vor allem dort Anwendung, wo Objektmanipulationen möglichst realistisch simuliert und erfasst werden sollen, z.B. bei Ergonomieuntersuchungen, virtuellem Prototyping, Trainingssimulationen usw. Neben einigen Ansätzen zur technischen Umsetzung von direkten Objektmanipulationen werden in dieser Arbeit vor allem Konzepte und Verfahren entwickelt und vorgestellt, die eine Erfassung und Analyse von Benutzerinteraktionen unter Verwendung dieser Interaktionstechnik ermöglichen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Untersuchung von Greifvorgängen, insbesondere die automatische Erkennung von Greifarten. Dazu wurden mehrere ausführliche empirische Studien mit einer neuartigen systematischen Methodik durchgeführt, woraus sich Empfehlungen für die Wahl von Klassifikationsverfahren und die Zusammensetzung der Merkmale ergeben. Ein weiteres Ergebnis ist eine neue Taxonomie von Greifarten, die speziell auf den Einsatz in virtueller Realität zugeschnitten ist und sich durch die Integration nicht-prehensiler Greifarten auszeichnet. Als weiterer wesentlicher Beitrag wird ein Analyseverfahren vorgestellt, mit dem der kontinuierliche Strom von Bewegungs- und Interaktionsdaten in Sequenzen von diskreten sinntragenden Basisinteraktionen zerlegt werden kann. Diese Sequenzen können anschließend manuell ausgewertet oder im Rahmen des "Action Capture"-Verfahrens in eine abstrakte Aktionsrepräsentation überführt und durch unterschiedliche virtuelle Figuren wiedergegeben werden.:Abbildungsverzeichnis ix Tabellenverzeichnis xiii Verzeichnis der Listings xv 1. Einleitung 1 1.1. Wissenschaftlicher Kontext und Abgrenzung 2 1.2. Zielsetzung und Beitrag 3 1.3. Aufbau der Arbeit 5 2. Interaktion in virtuellen Umgebungen 7 2.1. Grundbegriffe 7 2.2. Techniken der Interaktion in virtuellen Umgebungen 10 2.2.1. Zeigerbasierte Interaktion 10 2.2.2. Multimodale Interaktion 11 2.2.3. Direkte Objektmanipulation 12 2.3. Eingabegeräte 14 2.3.1. Positionstracker 14 2.3.2. Datenhandschuh (Cyberglove) 15 2.3.3. Fingertracker 18 2.4. Virtuelle Objekte 20 2.4.1. Funktionale Komponenten virtueller Umgebungen 20 2.4.2. Artikulierte Objekte und Stellteile 21 2.4.3. Die Industrienorm EN 894-3 für Stellteile 23 2.5. Zusammenfassung 24 3. Direkte Objektmanipulation in der Realität 25 3.1. Menschliches Greifen 25 3.1.1. Anatomische Grundbegriffe der menschlichen Hand 26 3.1.2. Eigenschaften von Greifvorgängen 28 3.2. Taxonomien von Greifarten 31 3.2.1. Greifarten nach Schlesinger 32 3.2.2. Griffkategorien nach Napier 34 3.2.3. Taxonomie von Greifarten nach Cutkosky 37 3.2.4. Taxonomie von Greifarten nach Kamakura 38 3.3. Eine spezielle Grifftaxonomie für Objektmanipulationen in VR 41 3.3.1. Anforderungen an eine Grifftaxonomie 41 3.3.2. Erfüllung dieser Anforderungen durch bestehende Taxonomien 43 3.3.3. Entwurfsprozess der Taxonomie 44 3.3.4. Detailbeschreibung der neuen Taxonomie 46 3.4. Zusammenfassung 51 4. Umsetzung direkter Objektmanipulation in virtuellen Umgebungen 53 4.1. Annotierte Objekte 53 4.1.1. Deklaration annotierter Objekte 55 4.1.2. Szenende?nitionen 58 4.1.3. Implementierung annotierter Objekte 60 4.2. Virtuelle Stellteile 62 4.2.1. Implementierung virtueller Stellteile 62 4.2.2. Stellteilereignisse 66 4.3. Virtuelles Handmodell 67 4.3.1. Deklaration des Handmodells 69 4.3.2. Implementierung des Handmodells 70 4.3.3. Physikalisches Handmodell 72 4.4. Simulation des Greifens 72 4.4.1. Implementierung der Geometrie-basierten Simulation 74 4.4.2. Implementierung der Sensor-Kräfte-basierten Simulation 75 4.4.3. Implementierung der Dynamik-basierten Simulation 76 4.5. Zusammenfassung 77 5. Automatische Erkennung von Greifarten 79 5.1. Verwandte Arbeiten 80 5.2. Methodik 81 5.3. Erkennung basierend auf Rohdaten des Cyberglove 82 5.3.1. Erste Studie (CG-S-R): Cyberglove-Rohdaten, Schlesinger-Taxonomie, reale Objekte 83 5.3.2. Anschlussstudie zur Verbesserung der Generalisierungsfähigkeit 97 5.3.3. Zweite Studie (CG-H-R): Cyberglove-Rohdaten, neue Taxonomie, reale Objekte 108 5.4. Erkennung basierend auf Gelenkwinkeln des Fingertrackings 119 5.4.1. Dritte Studie (FT3-S-R): Fingertracking, Schlesinger-Taxonomie, reale Objekte 119 5.4.2. Vierte Studie (FT5-S-V): Fingertracking, Schlesinger-Taxonomie, virtuelle Objekte 130 5.5. Vergleichende Diskussion aller Studien 143 5.6. Zusammenfassung 146 6. Erfassung und Analyse von direkten Objektmanipulationen in virtuellen Umgebungen 149 6.1. Erfassung und Aufzeichnung von Interaktionen 149 6.1.1. Ebene 0 - Rohdaten der Eingabegeräte 150 6.1.2. Ebene 1 - Bewegungsdaten der Körpermodells 151 6.1.3. Ebene 2 - Interaktionsdaten 152 6.2. Basisinteraktionen 153 6.2.1. Taxonomie von Basisinteraktionen 153 6.2.2. Detailbeschreibung der Basisinteraktionen 154 6.3. Erkennung von Basisinteraktionen 157 6.3.1. Segmentierung der Bewegungen 158 6.3.2. Verarbeitung von Kontaktinformationen 160 6.3.3. Verarbeitung von Stellteilereignissen 161 6.3.4. Weiterverarbeitung von Basisinteraktionen 162 6.4. Interaktionsereignisse 162 6.4.1. Typen von Interaktionsereignissen 163 6.4.2. XML-Format 164 6.4.3. Typabhängige Inhalte 166 6.4.4. Sequenzen von Interaktionsereignissen 171 6.4.5. Visualisierung von Interaktionsereignissen 171 6.5. Interaktionsdatenbank 172 6.5.1. Interaktionskanäle 173 6.5.2. Aufzeichnungssitzungen 174 6.6. Zusammenfassung 176 7. Beispielszenarien 179 7.1. Objekt an andere Position tragen (pick and place) 180 7.1.1. Die Werkbank-Szene 180 7.1.2. Interaktionssequenz im Detail 181 7.2. Stellteilbedienung 191 7.2.1. Die Pult-Szene 191 7.2.2. Die Interaktionssequenz mit dem Stellteil im Detail 192 7.3. Beispiel eines virtuellen Prototyps 200 7.3.1. Die Autocockpit-Szene 200 7.3.2. Aufgezeichnete Aktionssequenz 201 7.4. Zusammenfassung 203 8. Zusammenfassung und Ausblick 205 8.1. Ergebnisse 205 8.2. Einbettung der Arbeit in das „Action Capture“-Verfahren 209 8.2.1. Automatische Generierung von Aktionsbeschreibungen 209 8.2.2. Erzeugung von Animationen 211 8.3. Diskussion: Limitierungen und Anwendbarkeit des vorgestellten Ansatzes 213 8.4. Ausblick 215 A. Schemata der XML-Formate 219 A.1. Interaktionsereignisse 219 A.2. Handsensoren 223 A.3. Annotierte Objekte 224 A.4. Szenenbeschreibung 226 B. Abkürzungsverzeichnis 227 Literaturverzeichnis 229

Die Konzeption und Durchführung komplexer und auf Innovation ausgerichteter Produktentwicklungsprojekte ist ein fester und wesentlicher Bestandteil des Curriculums im Studiengang M.A. Produktgestaltung an der Fakultät Gestaltung der HTW-Dresden. Praxisnah und in möglichst authentischen Entwicklungsumgebungen wird in Form eines Kooperationsprojekts eine konkrete Aufgabe für ein Unternehmen bearbeitet. Für die Unternehmen sind solche Projekte Teil ihrer mehr oder weniger bereits etablierten kollaborativen Wertschöpfungsnetzwerke. Im gegenteiligen Fall werden solche Modelle von unserer Seite her an die Unternehmen herangetragen und diskutiert. In der Regel entstehen an die Semesterzeiten gebundene und ergebnisoffene Machbarkeitsstudien. Die Studierenden erhalten im Gegenzug die Möglichkeit, ihr theoretisches Wissen ganz eng an der Wirklichkeit zu üben, entsprechende Erfahrungen zu sammeln und sich über solche Projekte für die spätere Berufspraxis zu empfehlen. Die Fakultät Gestaltung hat in diesem Sinne bereits mit einer Vielzahl von Kooperationspartnern zusammengearbeitet und sehr viel positive Erfahrung sammeln können Das Projekt mit dem Arbeitstitel \"Abkantmaschine für die Industrie 4.0\" wurde für die Bystronic AG in Gotha/Thüringen erarbeitet. Die Bystronic AG ist Tochter eines schweizer Unternehmens und stellt Laserstrahlschneid-, Wasserstrahlschneid- und Abkantmaschinen her. / The design and implementation of complex and geared to innovation product development projects is an integral and essential part of the curriculum in the course MA Product design at the Design Faculty of HTW Dresden. Practical and in authentic development environments a specific task is processed for a company in the form of a cooperation project. For companies, such projects are part of their more or less established collaborative value networks. In the opposite case, such models are brought and discussed by our side to companies. Usually caused bound to the semester dates and open-ended feasibility studies. The students receive in return the opportunity to practice their theoretical knowledge very closely to reality, to gain experience and to advise on such projects in their later professional applications and practice. The Faculty of Design has worked in this sense, with a number of partners and gained a lot of positive experience. The project with the working title \"pressbrake for industry 4.0\" has been developed for Bystronic AG in Gotha/Thuringia. The Bystronic AG is a subsidiary of a Swiss company and produces laser cutting and waterjet systems as well as pressbrakes.