Die Interaktion mit Softwarevisualisierungen liefert im Zusammenspiel mit der Darstellung den entscheidenden Beitrag beim Erlangen von Verständnis über die zugrundeliegenden Softwaresysteme und den damit verbundenen Prozessen. Denn erst durch die zielgerichtete Manipulation der Darstellung kann der Nutzer die notwendigen Erkenntnisse zur Bearbeitung seiner Aufgaben erzielen. Die im Kontext dieser Interaktion stattfindende Perzeption und Kognition stellen allerdings hohe Anforderungen an den Nutzer. Entsprechend anspruchsvoll ist es, die Softwarevisualisierung so zu gestalten, dass der Nutzer sie trotz der hohen Anforderungen akzeptiert. Dies ist auch ein Grund für die geringe Verbreitung von Softwarevisualisierungen im praktischen Einsatz ist. Um dieses Ziel zu erreichen, bedarf es der Evaluation der Interaktion hinsichtlich der Nutzerakzeptanz, was als Forschungsthema in dieser Kombination bislang nur unzureichend bearbeitet wurde. Diese Arbeit liefert sowohl einen Beitrag zur Schließung dieser Forschungslücke als auch zur Schließung der Lücke zwischen wissenschaftlicher Erforschung und dem praktischen Einsatz von Softwarevisualisierungen. Mittels Literaturrecherche wird dazu ein wissenschaftliches Modell der Interaktion mit Softwarevisualisierungen abgeleitet, welches die Nutzerakzeptanz ins Zentrum der Betrachtung stellt. Darauf aufbauend wird ein Vorgehensmodell zur Evaluation der Nutzerakzeptanz vorgestellt, welches den aktuellen Stand der Forschung zur Evaluation von Softwarevisualisierungen berücksichtigt. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführte Studienreihe demonstriert die Anwendung dieses Vorgehensmodells am Szenario der Abhängigkeitsanalyse der Strukturelemente eines Softwaresystems. Im Zentrum der Untersuchung stehen die Interaktionsmöglichkeiten zur Darstellung von Beziehungen und zur Navigation innerhalb der Darstellung, welche mittels prototypischer Implementierungen in einer flexibel erweiterbaren Benutzungsschnittstelle realisiert werden. In den vier Studien der Reihe werden sowohl qualitative als auch quantitative Methoden eingesetzt, um die Nutzerakzeptanz bei der Interaktion mit zwei- und dreidimensionalen Softwarevisualisierungen zu evaluieren, womit auch ein Beitrag zur Wissensbasis über den praktischen Einsatz von Softwarevisualisierungen erzeugt wird.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Forschungslücke 1.3 Forschungsfrage und Ziele 1.4 Einordnung und Abgrenzung 1.5 Aufbau und Vorgehen 2 Softwarevisualisierung 2.1 Grundlagen 2.2 Eigenschaften 2.3 Visual Analytics 2.4 Einsatz in der Praxis 3 Darstellung 3.1 Grundlagen 3.2 Generative Softwarevisualisierung 3.3 Getaviz 3.4 Evaluation 4 Interaktion 4.1 Human-Computer-Interaction 4.2 Interaktion mit Visualisierungen 4.3 Interaktionstechniken 4.4 Navigation im 3D-Raum 4.5 Evaluation 5 Modell der Interaktion mit Softwarevisualisierungen 5.1 Wissenschaftliche Modelle und Theorien 5.2 Modell der Softwarevisualisierung 5.3 Herleitung 5.4 Interaktionskosten 5.5 Einordnung 6 Evaluationsansatz 6.1 Empirische Evaluation 6.2 Evaluation von Visualisierungen 6.3 Anforderungsanalyse 6.4 Herleitung 6.5 Vorgehensmodell 6.6 Einordnung 7 Planung der Studienreihe 7.1 Ziel 7.2 Darstellungsvarianten 7.3 Benutzungsschnittstellenvarianten 7.4 Aufgaben 7.5 Probanden 7.6 Ablauf 7.7 Datenerhebung 7.8 Durchführung 7.9 Auswertung 7.10 Bedrohung der Validität 8 Studie EarlyBird 8.1 Ziel 8.2 Iterationen 8.3 Untersuchungsvarianten 8.4 Aufgaben 8.5 Ablauf 8.6 Datenerhebung 8.7 Auswertung 8.8 Diskussion 8.9 Ergebnis 9 Studie LateWorm 9.1 Ziel 9.2 Iterationen 9.3 Untersuchungsvarianten 9.4 Aufgaben 9.5 Ablauf 9.6 Datenerhebung 9.7 Auswertung 9.8 Diskussion 9.9 Ergebnis 10 Studie LazyDog 10.1 Ziel 10.2 Iterationen 10.3 Untersuchungsvarianten 10.4 Aufgaben 10.5 Ablauf 10.6 Datenerhebung 10.7 Auswertung 10.8 Diskussion 10.9 Ergebnis 11 Studie AgileSnail 11.1 Ziel 11.2 Iterationen 11.3 Untersuchungsvarianten 11.4 Aufgaben 11.5 Ablauf 11.6 Datenerhebung 11.7 Auswertung 11.8 Diskussion 11.9 Ergebnis 12 Fazit und Ausblick 12.1 Interaktionskostenmodell 12.2 Vorgehensmodell 12.3 Studienreihe

Durch das I-FAS der TU Chemnitz wurde im Rahmen des AKTIV-Projektes eine Probandenstudie zur Akzeptanz von Systemausprägungen einer Aktiven Gefahrenbremsung (AGB) bei PKW durchgeführt. Unter Verwendung eines stehenden Hindernisses wurden sechs Systemausprägungen verglichen, die von den AGB-Partnern in zwei Versuchsträger implementiert wurden. Die sechs Systemausprägungen werden nahezu identisch bewertet, solange Probanden keine Vergleichsmöglichkeit zu anderen Systemausprägungen haben. Wenn es zu einem Fahrereingriff kommt, ist der Eingriffszeitpunkt des Fahrers unabhängig von der gefahrenen Systemausprägung.

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Inspired by the enormous technological advancements of previous decades, this doctoral thesis revolves around users’ perception of emotion-sensitive artificial intelligence (AI), with particular focus on the role of human likeness attributions. For the development of my hypotheses, I acknowledge both cognitive scientific as well as philosophical and cultural psychological literature. Eventually, my interdisciplinary review culminates in one central assumption: Since many people regard the recognition of mental and emotional states in other entities as a core component of their human uniqueness, affective technology with similar capabilities runs the risk of being seen as uncanny or aversive—turning into a discomforting ‘challenger’ of an inherently human domain. Indeed, a first empirical study (N = 92) provides evidence for the validity of my hypothesis. My findings show that empathically acting characters in a virtual environment are met with much stronger aversion if participants suspect them to be controlled by highly complex AI (autonomous agents) instead of other humans (avatars). Acknowledging statements from my participants which repeatedly hint towards the importance of threat perceptions, I turn this concept into the main subject of a second study. Based on additional literature research, I develop a “Model of Autonomous Technology Threat”, which combines two potential determinants of technology aversion: Whereas the model’s distal facet summarizes overarching attitudes about human uniqueness, I also postulate a strong influence of immediate (proximal) perceptions, including the experience of situational control or users’ concern about their immediate physical well-being. Using yet another virtual reality (VR) setting, I ask participants (N = 125) to interact with an allegedly autonomous—in fact remotely controlled—digital agent under different conditions, which allow for a statistical comparison of my proposed model. Although the yielded results do lend some support to the validity of the distal path, it is mostly the proposed proximal factor that connects to participants’ threat experience, which in turn emerges as a negative predictor of technology acceptance. Lastly, a third study is designed to investigate whether perceptions of human likeness possess any relevance in the context of disembodied emotion-sensitive AI. Moreover, I now focus on potential cross-cultural differences, inviting participants from different cultural backgrounds (N = 89) to familiarize themselves with automatic emotion recognition software. Whereas Chinese participants, whose cultural socialization encompasses a much broader understanding of ‘animacy’, only show brief arousal after feedback from the affective software, I observe a significantly longer increase in physiological activity among German participants. At the same time, the obtained subjective measures paint a surprising picture: The more participants attribute human likeness to the emotion-sensitive machine—an abstract mechanical box in this scenario—the higher they actually rate the technology’s attractiveness. By summarizing the three conducted studies, I reach the conclusion that only AI stimuli involving elaborate embodiments activated both paths of the developed threat model, which might be a requirement for a distinctly aversive reaction. The presentation of the abstract software in Study 3, on the other hand, did not influence participants’ immediate control perceptions—a possible explanation as to why attributions of human likeness turned out as a positive predictor for the subjective evaluations in this experiment. / Inspiriert von den enormen technologischen Fortschritten der letzten Jahrzehnte beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit der Wahrnehmung emotionssensitiver künstlicher Intelligenz (KI) und nimmt dabei vor allem die Bedeutung von erlebter Menschenhaftigkeit in den Fokus. Bei der Entwicklung meiner Hypothesen finden Befunde von kognitionswissenschaftlichen Studien ebenso Beachtung wie philosophische und kulturpsychologische Literatur. Tatsächlich gipfelt die interdisziplinäre Recherche in einer deutlichen Vermutung: Da das Erkennen von Geistes- und Gefühlszuständen in anderen Lebewesen von vielen Personen als Kernkomponente ihrer menschlichen Einzigartigkeit betrachtet wird, laufen affektive Technologien mit ähnlichen Fähigkeiten Gefahr, unheimlich oder abstoßend zu wirken – sie werden zu unliebsamen ‚Eroberern‘ einer urmenschlichen Domäne. In einer ersten empirischen Studie (N = 92) finde ich Hinweise auf die Gültigkeit der getroffenen Annahme. Es zeigt sich, dass empathisch agierende Figuren in einer virtuellen Umgebung deutlich stärkere Ablehnung hervorrufen, wenn Probanden dahinter keine Menschen (Avatare), sondern ein hochkomplexes KI-System (autonome Agenten) vermuten. Nachdem persönliche Beobachtungen und Aussagen der Versuchspersonen wiederholt auf die Rolle von Bedrohungswahrnehmnungen hindeuten, stelle ich diese Variable ins Zentrum einer zweiten Untersuchung. Mithilfe vertiefender Literaturrecherche entwickle ich ein „Model of Autonomous Technology Threat“ („Modell der Bedrohung durch autonome Technologie“), welches zwei potentielle Determinanten von Technologieaversion kombiniert: Während die distale Facette übergeordnete Einstellungen zu menschlicher Einzigartigkeit bündelt, wird zudem ein starker Einfluss von unmittelbaren (proximalen) Wahrnehmungen postuliert, etwa dem erlebten Ausmaß an situativer Kontrolle oder der Sorge um die eigene physische Unversehrtheit. Ein neues Virtual-Reality-Experiment, in dem Probanden (N = 125) mit einem angeblich autonomen – tatsächlich jedoch ferngesteuerten – Agenten interagieren, dient dazu, das Modell statistisch zu überprüfen. Obgleich sich durchaus Hinweise zur Bedeutsamkeit des distalen Pfades abzeichnen, erweisen sich vor allem proximale Faktoren als signifikanter Prädiktor von Bedrohungsempfinden und infolgedessen der Nutzerakzeptanz. Mit einer dritten Studie soll schließlich exploriert werden, inwieweit die Wahrnehmung von Menschenartigkeit auch bei nicht verkörperlichten, emotionssensitiven KIs Relevanz besitzt. Zugleich rücke ich nun Kultureinflüsse in den Fokus, indem ich Versuchspersonen verschiedener kultureller Herkunft (N = 89) eine automatisierte Emotionserkennungssoftware kennenlernen lasse. Während chinesische Probanden, deren kulturelle Sozialisation tendenziell ein breiteres Verständnis von ‚Beseeltheit‘ umfasst, nur kurzzeitig vom Feedback der affektiven Software in Erregung versetzt werden, lässt sich bei deutschen Versuchspersonen ein deutlich längerer Anstieg physiologischer Aktivierung feststellen. Zugleich zeichnet die Messung subjektiver Empfindungen ein überraschendes Bild: Die emotionssensitive Maschine – in diesem Fall ein abstrakter, mechanischer Kasten – wird umso positiver bewertet, je mehr Menschenhaftigkeit Probanden in ihr erkennen. Angesichts der drei durchgeführten Studien komme ich zu dem Schluss, dass lediglich Szenarien mit verkörperlichter KI im Sinne des entwickelten Bedrohungsmodells beide Pfade bedienen, was für eine eindeutig aversive Reaktion erforderlich sein könnte. Die Gestaltung der Software in Studie 3 spielte unterdessen für das unmittelbare Kontrollerleben der Versuchspersonen keine Rolle; eine mögliche Erklärung, warum sich Attributionen von Menschenähnlichkeit hier sogar positiv in den subjektiven Evaluationen niederschlugen.

Durch das I-FAS der TU Chemnitz wurde im Rahmen des AKTIV-Projektes eine Probandenstudie zur Akzeptanz von Systemausprägungen einer Aktiven Gefahrenbremsung (AGB) bei PKW durchgeführt. Unter Verwendung eines stehenden Hindernisses wurden sechs Systemausprägungen verglichen, die von den AGB-Partnern in zwei Versuchsträger implementiert wurden. Die sechs Systemausprägungen werden nahezu identisch bewertet, solange Probanden keine Vergleichsmöglichkeit zu anderen Systemausprägungen haben. Wenn es zu einem Fahrereingriff kommt, ist der Eingriffszeitpunkt des Fahrers unabhängig von der gefahrenen Systemausprägung.

Autonomes Fahren (AF) wird potenziell die Präferenzen für die im Auto verbrachte Zeit stark beeinflussen und dementsprechend den Wert der Reisezeit, der ein Schlüsselelement von Kosten-Nutzen-Analysen im Verkehr ist. Die Untersuchung dieses Aspekts des AF ist daher entscheidend für die Analyse potenzieller Auswirkungen der Technik auf die zukünftige Verkehrsnachfrage. Trotz der steigenden Anzahl an Studien zu diesem Thema, gibt es noch erhebliche Forschungslücken. Der Fokus der Dissertation ist die potenziellen Änderungen des Reisezeitwerts, die durch das AF entstehen, zu messen sowie ihre Determinanten zu analysieren. Es wurden sowohl qualitative Ansätze als auch quantitative Methoden verwendet. Dabei wurden zwei Konzepte von AF betrachtet: privates und geteiltes autnomes Fahrzeug. Die Ergebnisse der Analysen zeigen einen niedrigeren Wert der Reisezeitersparnis beim AF im Vergleich zum manuellen Fahren, allerdings nur auf Pendelwegen. Das private Fahrzeug wird als eine attraktivere Option als ein geteiltes Fahrzeug wahrgenommen, jedoch unterscheiden sich die Nutzerpräferenzen für geteilte Fahrzeug stark zwischen den durchgeführten Studien. Individuelle Charakteristiken, wie Erfahrung mit Fahrassistenzsystemen, beeinflussen stark die Wahrnehmung der Zeit im AF; andere sozio-demographischen Faktoren, wie Alter und Geschlecht haben vor allem einen indirekten Effekt auf den Reisezeitwert indem sie Einstellungen potenzieller Nutzer beeinflussen. Die Verbesserung des Fahrterlebnisses durch das AF und das Vertrauen in die Technik sind wichtige Determinanten der Reisezeitwahrnehmung. Fahrvergnügen und andere wahrgenommene Vorteile vom manuellen Fahren gleichen in einem gewissen Ausmaß den Nutzen vom AF aus. Es wurden Reisezeitwerte für unterschiedliche potenzielle Nutzersegmente berechnet. Abschließend wurden politische Implikationen, Empfehlungen für die Entwicklung von AF sowie Empfehlungen für künftige Studien und potenziellen Forschungsgebiete abgeleitet. / Autonomous driving will potentially strongly affect preferences for time spent in a vehicle and, consequently, the value of travel time savings (VTTS). As VTTS is a key element of cost-benefit analysis for transport, these interrelations are crucial for analysing the potential impact of the technology on future travel demand. Despite the increasing number of studies dedicated to this topic there are still many unanswered questions. The focus of the thesis is to measure potential changes in the VTTS resulting from the introduction of autonomous driving and analyse their determinants. Qualitative approaches and quantitative methods were used. Two concepts of AVs were considered: a privately-owned AV (PAV) and a shared AV (SAV). The analysis results suggest lower VTTS for autonomous driving compared to manual driving, but only on commuting trips. A PAV is perceived as a more attractive option than an SAV, but user preferences for SAVs vary between the conducted studies. Individual characteristics, such as experience with advanced driver assistance systems, strongly affect the perception of time in an AV; other socio-demographic factors, such as age and gender, affect mode choices and the VTTS mainly indirectly by influencing the attitudes of potential users. The improvement in travel experiences due to autonomous driving and trust in the technology are important determinants of the perception of travel time. Enjoyment of driving and other perceived benefits of manual driving partially counterbalance the utility of riding autonomously. VTTS for different potential user segments were calculated. In conclusion, several policy implications, development recommendations for AVs as well as recommendations for future studies and potential research avenues are derived from the findings.

Elektrifizierte Lastenfahrräder werden als ein Lösungsansatz für die wachsenden Herausforderungen des städtischen Wirtschaftsverkehrs gesehen. Fokus dieser Arbeit ist eine Abschätzung des Einsatzpotenzials dieses Fahrzeugkonzepts unter Betrachtung von konzeptionellen, verkehrlichen und wirtschaftlichen Aspekten. Als kumulative Dissertation enthält sie fünf Fachartikel, gruppiert zu drei Forschungsbeiträgen. Im ersten Forschungsbeitrag wird erörtert, wie erfolgversprechend das E-Lastenrad, eine Neuauflage des alten Konzepts Lastenfahrrad, in einem Markt mit ersten Anwendern (Kurierdienstleistung) ist. Die Auftragsstruktur im Stadtkuriergeschäft bietet ein substanzielles Marktpotenzial für E-Lastenräder, allerdings erschwert die Positionierung zwischen zwei etablierten Modi (Pkw und Fahrrad) den Markteintritt. Der zweite Teil der Analyse weitet den Blick auf alle Branchen und bietet eine strukturierte Beschreibung der verschiedenartigen Einflussfaktoren (Treiber und Hemmnisse), die auf die Lastenradnutzung im städtischen Wirtschaftsverkehr wirken. Als relevante Entscheidungskriterien konnten identifiziert werden: fahrzeugseitige Aspekte, Strukturen und Prozesse des adoptierenden Unternehmens, Einstellungen der Entscheider*innen, weiche Faktoren sowie regulative und räumliche Rahmenbedingungen. Der dritte Beitrag thematisiert die operative Eignung des E-Lastenrads, indem seine Fahrtzeiten einem Pkw gegenübergestellt werden. Bei Strecken bis zu 3 km sind beide Modi nahezu gleich schnell. Die Hälfte aller Fahrten bis 20 km Distanz würde bei einem Wechsel vom Pkw zum Lastenrad höchstens 2–10 min länger dauern (ohne Berücksichtigung der Parksuchzeit). Bereits kleine Änderungen an den Verkehrsbedingungen könnten noch bestehende Vorteile des Pkw spürbar verringern. Insgesamt erweitert die Arbeit maßgeblich das Wissen zu einem „neuen alten“ Fahrzeugkonzept, dem ein Potenzial zur Auflösung von bislang auf das Automobil hin ausgerichteten Systemen beigemessen wird. / Shifting trips to electric cargo bikes is one possible solution to deal with the growing challenges of urban commercial transport. This thesis combines conceptual, transport-related, and economic aspects as a foundation to assess the feasibility of this vehicle concept for freight and service trips. It contains five scientific papers, which provide three research contributions. The first contribution identifies the potentials of electric cargo bikes among first users (i.e., courier logistics services). Electric cargo bikes are an updated and re-envisioned version of freight bicycles. The features of point-to-point courier logistics assignments offer a substantial market opportunity for electric cargo bikes. However, being positioned between two established modes (i.e., car and bicycle) handicaps the market entry of cargo bikes. For the second contribution, the scope was widened to include all business sectors. A structured description is presented of the various determinants (i.e., drivers and barriers) affecting commercial cargo bike use. Among these were vehicle-specific factors, structures and practices of the company, attitudes of decision-makers, soft factors, regulatory frameworks, and spatial conditions. The third contribution explores the travel time differences between electric cargo bikes and cars for commercial trips. For trip distances of up to 3 kilometers, the travel times of both modes largely overlap. Half of all trips up to 20 kilometers would take only a maximum of 2 to 10 minutes longer by electric cargo bike (excluding the additional time for finding a parking spot). Small modifications in traffic could have considerable effects in reducing the current travel time advantages of cars. Consequently, this dissertation contributes towards the state-of-research by expanding the scientific knowledge of a type of vehicle that has the potential to disrupt car-dependent transportation systems.