Fallende Hardwarepreise sowie eine zunehmende Offenheit gegenüber neuartigen Interaktionsmodalitäten haben in den vergangen Jahren den Einsatz von wandgroßen interaktiven Displays möglich gemacht, und in der Folge ist ihre Anwendung, unter anderem in den Bereichen Visualisierung, Bildung, und der Unterstützung von Meetings, erfolgreich demonstriert worden. Aufgrund ihrer Größe sind Wanddisplays für die Interaktion mit mehreren Benutzern prädestiniert. Gleichzeitig kann angenommen werden, dass Zugang zu persönlichen Daten und Einstellungen — mithin personalisierte Interaktion — weiterhin essentieller Bestandteil der meisten Anwendungsfälle sein wird. Aktuelle Benutzerschnittstellen im Desktop- und Mobilbereich steuern Zugriffe über ein initiales Login. Die Annahme, dass es nur einen Benutzer pro Bildschirm gibt, zieht sich durch das gesamte System, und ermöglicht unter anderem den Zugriff auf persönliche Daten und Kommunikation sowie persönliche Einstellungen. Gibt es hingegen mehrere Benutzer an einem großen Bildschirm, müssen hierfür Alternativen gefunden werden. Die daraus folgende Forschungsfrage dieser Dissertation lautet: Wie können wir im Kontext von Mehrbenutzerinteraktion mit wandgroßen Displays personalisierte Schnittstellen zur Verfügung stellen? Die Dissertation befasst sich sowohl mit personalisierter Interaktion in der Nähe (mit Touch als Eingabemodalität) als auch in etwas weiterer Entfernung (unter Nutzung zusätzlicher mobiler Geräte). Grundlage für personalisierte Mehrbenutzerinteraktion sind technische Lösungen für die Zuordnung von Benutzern zu einzelnen Interaktionen. Hierzu werden zwei Alternativen untersucht: In der ersten werden Nutzer via Kamera verfolgt, und in der zweiten werden Mobilgeräte anhand von Ultraschallsignalen geortet. Darauf aufbauend werden Interaktionstechniken vorgestellt, die personalisierte Interaktion unterstützen. Diese nutzen zusätzliche Mobilgeräte, die den Zugriff auf persönliche Daten sowie Interaktion in einigem Abstand von der Displaywand ermöglichen. Einen weiteren Teil der Arbeit bildet die Untersuchung der praktischen Auswirkungen der Ausgabe- und Interaktionsmodalitäten für personalisierte Interaktion. Hierzu wird eine qualitative Studie vorgestellt, die Nutzerverhalten anhand des kooperativen Mehrbenutzerspiels Miners analysiert. Der abschließende Beitrag beschäftigt sich mit dem Analyseprozess selber: Es wird das Analysetoolkit für Wandinteraktionen GIAnT vorgestellt, das Nutzerbewegungen, Interaktionen, und Blickrichtungen visualisiert und dadurch die Untersuchung der Interaktionen stark vereinfacht. / An increasing openness for more diverse interaction modalities as well as falling hardware prices have made very large interactive vertical displays more feasible, and consequently, applications in settings such as visualization, education, and meeting support have been demonstrated successfully. Their size makes wall displays inherently usable for multi-user interaction. At the same time, we can assume that access to personal data and settings, and thus personalized interaction, will still be essential in most use-cases. In most current desktop and mobile user interfaces, access is regulated via an initial login and the complete user interface is then personalized to this user: Access to personal data, configurations and communications all assume a single user per screen. In the case of multiple people using one screen, this is not a feasible solution and we must find alternatives. Therefore, this thesis addresses the research question: How can we provide personalized interfaces in the context of multi-user interaction with wall displays? The scope spans personalized interaction both close to the wall (using touch as input modality) and further away (using mobile devices). Technical solutions that identify users at each interaction can replace logins and enable personalized interaction for multiple users at once. This thesis explores two alternative means of user identification: Tracking using RGB+depth-based cameras and leveraging ultrasound positioning of the users' mobile devices. Building on this, techniques that support personalized interaction using personal mobile devices are proposed. In the first contribution on interaction, HyDAP, we examine pointing from the perspective of moving users, and in the second, SleeD, we propose using an arm-worn device to facilitate access to private data and personalized interface elements. Additionally, the work contributes insights on practical implications of personalized interaction at wall displays: We present a qualitative study that analyses interaction using a multi-user cooperative game as application case, finding awareness and occlusion issues. The final contribution is a corresponding analysis toolkit that visualizes users' movements, touch interactions and gaze points when interacting with wall displays and thus allows fine-grained investigation of the interactions.

Les surfaces tactiles ayant connu un grand essor ces dernières années, le grand public les utilise quotidiennement pour de multiples tâches, telles que la consultation d'e-mail, la manipulation de photos, etc. En revanche, très peu d'applications 3D existent sur ces dispositifs, alors que de telles applications pourraient avoir un grand potentiel dans des domaines variés, telles que la culture, l'architecture, ou encore l'archéologie. La difficulté majeure pour ce type d'applications est d'interagir avec un espace défini en trois dimensions à partir d'une modalité d'interaction définie en deux dimensions. Les travaux effectués dans cette thèse explorent l'association entre surfaces tactiles et manipulation de contenu 3D pour le grand public. Les premières études ont été réalisées afin de comprendre comment l'utilisateur réagit pour manipuler un objet virtuel 3D avec une surface tactile sans lui imposer de techniques d'interaction particulières. De par les connaissances acquises sur les utilisateurs, les travaux suivants présentent l'élaboration de nouvelles techniques d'interaction ainsi que leur évaluation. / Since the emergence of tactile surfaces in recent years, the general public uses them every day for multiple tasks, such as checking email, photo manipulation, and so on. However, very few 3D applications on these devices exist, although such applications may have great potential in various fields, such as culture, architecture, or archeology. The major difficulty for such applications is to interact with a defined space in three dimensions from an interaction modality defined in two dimensions. Work in this thesis explores the association between tactile surfaces and manipulation of 3D content for the general public. The first studies were conducted to understand how the user tends to manipulate a 3D virtual object with a touch surface without imposing specific interaction techniques. Throughout knowledge gained by users, the following works are developing new interaction techniques and their evaluation.

Information visualization is an important research field concerned with making sense and inferring knowledge from data collections. Graph visualizations are specific techniques for data representation relevant in diverse application domains among them biology, software-engineering, and business finance. These data visualizations benefit from the display space provided by novel interactive large display environments. However, these environments also cause new challenges and result in new requirements regarding the need for interaction beyond the desktop and according redesign of analysis tools. This thesis focuses on interactive magic lenses, specialized locally applied tools that temporarily manipulate the visualization. These may include magnification of focus regions but also more graph-specific functions such as pulling in neighboring nodes or locally reducing edge clutter. Up to now, these lenses have mostly been used as single-user, single-purpose tools operated by mouse and keyboard. This dissertation presents the extension of magic lenses both in terms of function as well as interaction for large vertical displays. In particular, this thesis contributes several natural interaction designs with magic lenses for the exploration of graph data in node-link visualizations using diverse interaction modalities. This development incorporates flexible switches between lens functions, adjustment of individual lens properties and function parameters, as well as the combination of lenses. It proposes interaction techniques for fluent multi-touch manipulation of lenses, controlling lenses using mobile devices in front of large displays, and a novel concept of body-controlled magic lenses. Functional extensions in addition to these interaction techniques convert the lenses to user-configurable, personal territories with use of alternative interaction styles. To create the foundation for this extension, the dissertation incorporates a comprehensive design space of magic lenses, their function, parameters, and interactions. Additionally, it provides a discussion on increased embodiment in tool and controller design, contributing insights into user position and movement in front of large vertical displays as a result of empirical investigations and evaluations. / Informationsvisualisierung ist ein wichtiges Forschungsfeld, das das Analysieren von Daten unterstützt. Graph-Visualisierungen sind dabei eine spezielle Variante der Datenrepräsentation, deren Nutzen in vielerlei Anwendungsfällen zum Einsatz kommt, u.a. in der Biologie, Softwareentwicklung und Finanzwirtschaft. Diese Datendarstellungen profitieren besonders von großen Displays in neuen Displayumgebungen. Jedoch bringen diese Umgebungen auch neue Herausforderungen mit sich und stellen Anforderungen an Nutzerschnittstellen jenseits der traditionellen Ansätze, die dadurch auch Anpassungen von Analysewerkzeugen erfordern. Diese Dissertation befasst sich mit interaktiven „Magischen Linsen“, spezielle lokal-angewandte Werkzeuge, die temporär die Visualisierung zur Analyse manipulieren. Dabei existieren zum Beispiel Vergrößerungslinsen, aber auch Graph-spezifische Manipulationen, wie das Anziehen von Nachbarknoten oder das Reduzieren von Kantenüberlappungen im lokalen Bereich. Bisher wurden diese Linsen vor allem als Werkzeug für einzelne Nutzer mit sehr spezialisiertem Effekt eingesetzt und per Maus und Tastatur bedient. Die vorliegende Doktorarbeit präsentiert die Erweiterung dieser magischen Linsen, sowohl in Bezug auf die Funktionalität als auch für die Interaktion an großen, vertikalen Displays. Insbesondere trägt diese Dissertation dazu bei, die Exploration von Graphen mit magischen Linsen durch natürliche Interaktion mit unterschiedlichen Modalitäten zu unterstützen. Dabei werden flexible Änderungen der Linsenfunktion, Anpassungen von individuellen Linseneigenschaften und Funktionsparametern, sowie die Kombination unterschiedlicher Linsen ermöglicht. Es werden Interaktionstechniken für die natürliche Manipulation der Linsen durch Multitouch-Interaktion, sowie das Kontrollieren von Linsen durch Mobilgeräte vor einer Displaywand vorgestellt. Außerdem wurde ein neuartiges Konzept körpergesteuerter magischer Linsen entwickelt. Funktionale Erweiterungen in Kombination mit diesen Interaktionskonzepten machen die Linse zu einem vom Nutzer einstellbaren, persönlichen Arbeitsbereich, der zudem alternative Interaktionsstile erlaubt. Als Grundlage für diese Erweiterungen stellt die Dissertation eine umfangreiche analytische Kategorisierung bisheriger Forschungsarbeiten zu magischen Linsen vor, in der Funktionen, Parameter und Interaktion mit Linsen eingeordnet werden. Zusätzlich macht die Arbeit Vor- und Nachteile körpernaher Interaktion für Werkzeuge bzw. ihre Steuerung zum Thema und diskutiert dabei Nutzerposition und -bewegung an großen Displaywänden belegt durch empirische Nutzerstudien.

Information visualization is an important research field concerned with making sense and inferring knowledge from data collections. Graph visualizations are specific techniques for data representation relevant in diverse application domains among them biology, software-engineering, and business finance. These data visualizations benefit from the display space provided by novel interactive large display environments. However, these environments also cause new challenges and result in new requirements regarding the need for interaction beyond the desktop and according redesign of analysis tools. This thesis focuses on interactive magic lenses, specialized locally applied tools that temporarily manipulate the visualization. These may include magnification of focus regions but also more graph-specific functions such as pulling in neighboring nodes or locally reducing edge clutter. Up to now, these lenses have mostly been used as single-user, single-purpose tools operated by mouse and keyboard. This dissertation presents the extension of magic lenses both in terms of function as well as interaction for large vertical displays. In particular, this thesis contributes several natural interaction designs with magic lenses for the exploration of graph data in node-link visualizations using diverse interaction modalities. This development incorporates flexible switches between lens functions, adjustment of individual lens properties and function parameters, as well as the combination of lenses. It proposes interaction techniques for fluent multi-touch manipulation of lenses, controlling lenses using mobile devices in front of large displays, and a novel concept of body-controlled magic lenses. Functional extensions in addition to these interaction techniques convert the lenses to user-configurable, personal territories with use of alternative interaction styles. To create the foundation for this extension, the dissertation incorporates a comprehensive design space of magic lenses, their function, parameters, and interactions. Additionally, it provides a discussion on increased embodiment in tool and controller design, contributing insights into user position and movement in front of large vertical displays as a result of empirical investigations and evaluations. / Informationsvisualisierung ist ein wichtiges Forschungsfeld, das das Analysieren von Daten unterstützt. Graph-Visualisierungen sind dabei eine spezielle Variante der Datenrepräsentation, deren Nutzen in vielerlei Anwendungsfällen zum Einsatz kommt, u.a. in der Biologie, Softwareentwicklung und Finanzwirtschaft. Diese Datendarstellungen profitieren besonders von großen Displays in neuen Displayumgebungen. Jedoch bringen diese Umgebungen auch neue Herausforderungen mit sich und stellen Anforderungen an Nutzerschnittstellen jenseits der traditionellen Ansätze, die dadurch auch Anpassungen von Analysewerkzeugen erfordern. Diese Dissertation befasst sich mit interaktiven „Magischen Linsen“, spezielle lokal-angewandte Werkzeuge, die temporär die Visualisierung zur Analyse manipulieren. Dabei existieren zum Beispiel Vergrößerungslinsen, aber auch Graph-spezifische Manipulationen, wie das Anziehen von Nachbarknoten oder das Reduzieren von Kantenüberlappungen im lokalen Bereich. Bisher wurden diese Linsen vor allem als Werkzeug für einzelne Nutzer mit sehr spezialisiertem Effekt eingesetzt und per Maus und Tastatur bedient. Die vorliegende Doktorarbeit präsentiert die Erweiterung dieser magischen Linsen, sowohl in Bezug auf die Funktionalität als auch für die Interaktion an großen, vertikalen Displays. Insbesondere trägt diese Dissertation dazu bei, die Exploration von Graphen mit magischen Linsen durch natürliche Interaktion mit unterschiedlichen Modalitäten zu unterstützen. Dabei werden flexible Änderungen der Linsenfunktion, Anpassungen von individuellen Linseneigenschaften und Funktionsparametern, sowie die Kombination unterschiedlicher Linsen ermöglicht. Es werden Interaktionstechniken für die natürliche Manipulation der Linsen durch Multitouch-Interaktion, sowie das Kontrollieren von Linsen durch Mobilgeräte vor einer Displaywand vorgestellt. Außerdem wurde ein neuartiges Konzept körpergesteuerter magischer Linsen entwickelt. Funktionale Erweiterungen in Kombination mit diesen Interaktionskonzepten machen die Linse zu einem vom Nutzer einstellbaren, persönlichen Arbeitsbereich, der zudem alternative Interaktionsstile erlaubt. Als Grundlage für diese Erweiterungen stellt die Dissertation eine umfangreiche analytische Kategorisierung bisheriger Forschungsarbeiten zu magischen Linsen vor, in der Funktionen, Parameter und Interaktion mit Linsen eingeordnet werden. Zusätzlich macht die Arbeit Vor- und Nachteile körpernaher Interaktion für Werkzeuge bzw. ihre Steuerung zum Thema und diskutiert dabei Nutzerposition und -bewegung an großen Displaywänden belegt durch empirische Nutzerstudien.

The aim of my diploma thesis is to blueprint a design of multi-functional educational console. The dissertation contains several variant studies, color drawings and concrete shape execution. It entails a certain development in the area of positioning and multi-functional appliances. The thesis itself deals with the concrete shape execution of multi-touch educational console as well as seat in the form of gym ball. Short video cut from the area of interactive media forms a part of my work too.