Immersive Technologien, wie Augmented und Virtual Reality, können bestehende Geschäftsmodelle entweder verbessern oder gefährden. Jedoch kann sich das förderliche Potential nur entfalten, wenn die Anwender:innen die Technologien akzeptieren und letztendlich auch nutzen. In dieser Arbeit wird beschrieben, was Akzeptanz ist und welche Einflussgrößen (Faktoren) für die Akzeptanz von Virtual Reality besonders relevant sind. Anschließend ist, basierend auf der diskutierten Fachliteratur, ein neuartiges, holistisches Akzeptanzmodell für Virtual Reality entworfen und mit drei Studien überprüft worden. In der ersten Studie wurden 129 Personen gebeten entweder in Augmented oder Virtual Reality ein Schulungsszenario oder ein Mini-Spiel auszuprobieren (2x2-Design). In beiden Anwendungen sollten Flaschen von einem virtuellen Fließband entfernt werden. Im Fokus der Untersuchung stand die Immersion, die Nützlichkeit, das empfundene Vergnügen (Hedonismus) und die Zufriedenheit. Die Ergebnisse ergaben zum einen, dass sich die Immersion zwischen Augmented und Virtual Reality unterscheidet, und zum anderen, dass das empfundene Vergnügen und die Nützlichkeit signifikante Prädiktoren für die Zufriedenheit darstellen. An der zweiten Studie nahmen 62 Personen teil. Sie wurden gebeten das Schulungsszenario erneut zu absolvieren, wobei dieses mit auditiven Inhalten und animierten Figuren angereicht wurde, sowie über eine etwas bessere Grafikqualität verfügte. Die Daten wurden mit den Virtual Reality Szenarien aus der ersten Studie verglichen, um den Einfluss der Präsenz auf den Hedonismus zu untersuchen. Obwohl kein relevanter Unterschied zwischen den Gruppen festgestellt wurde, konnte nachgewiesen werden, dass Präsenz Hedonismus signifikant vorhersagt. An der dritten Studie beteiligten sich insgesamt 35 Personen. Untersuchungsgegenstand der Studie war die virtuelle Darstellung der eigenen Person in der virtuellen Realität (Verkörperung) und dessen Einfluss auf den Hedonismus. Die Versuchspersonen wurden gebeten das Schulungsszenario erneut zu durch-laufen, wobei sie diesmal das Eingabegerät (Controller) der Visieranzeige (head-mounted display) zur Steuerung benutzen. In der ersten Studie erfolgte die Bedienung über eine Gestensteuerung. Die Analyse dieser Manipulation offenbarte keinerlei Auswirkungen auf die Verkörperung. Allerdings stellte die Verkörperung einen signifikanten Prädiktor für den Hedonismus dar. Im Anschluss an die Studien ist das Modell mit den Daten aus den Virtual Reality Gruppen der ersten Studie beurteilt worden, wobei es sich weitgehend bestätigt hat. Abschließend werden die Befunde in Bezug auf die Fachliteratur eingeordnet, mögliche Ursachen für die Ergebnisse diskutiert und weitere Forschungsbedarfe aufgezeigt. / Immersive technologies, such as augmented and virtual reality, can either improve or endanger existing business models. However, the beneficial potential can only unfold if users accept the technologies and ultimately use them. This paper describes what acceptance is and which influencing variables (factors) are particularly relevant for the acceptance of virtual reality. Subsequently, a novel, holistic acceptance model for virtual reality was designed based on the discussed literature and tested with three studies. In the first study, 129 subjects were asked to try out either a training scenario or a mini-game in augmented or virtual reality (2x2 design). In both applications bottles should be removed from a virtual assembly line. The study investigated immersion, usefulness, pleasure (hedonism) and satisfaction. The results revealed that immersion differs between augmented and virtual reality, plus that perceived pleasure and usefulness are significant predictors of satisfaction. In the second study, 62 persons participated. They were asked to complete the training scenario again, which was enriched with auditory content, animated figures and with slightly better graphics quality. The data were compared to the virtual reality scenarios from the first study to examine the impact of presence on hedonism. Although no relevant difference was found between the groups, presence was shown to significantly predict hedonism. A total of 35 subjects took part in the third study. The object of the study was the virtual representation of oneself (embodiment) in virtual reality and its influence on hedonism. The subjects were asked to go through the training scenario again, this time using the input device (controller) of the head-mounted display for control. In the first study, gesture control was used to operate the device instead. The analysis of this manipulation revealed no effects on embodiment. However, embodiment predicted hedonism significantly. Following the studies, the model has been assessed with the data from the virtual reality groups of the first study and has been largely confirmed. Finally, the findings are classified in relation to the literature, possible causes for the results are discussed, and further research needs are identified.

Im Rahmen dieser Arbeit werden die Nebenläufigkeit, Konsistenz und Latenz in asynchronen Interaktiven Echtzeitsystemen durch die Techniken des Profilings und des Model Checkings untersucht. Zu Beginn wird erläutert, warum das asynchrone Modell das vielversprechendste für die Nebenläufigkeit in einem Interaktiven Echtzeitsystem ist. Hierzu wird ein Vergleich zu anderen Modellen gezogen. Darüber hinaus wird ein detaillierter Vergleich von Synchronisationstechnologien, welche die Grundlage für Konsistenz schaffen, durchgeführt. Auf der Grundlage dieser beiden Vergleiche und der Betrachtung anderer Systeme wird ein Synchronisationskonzept entwickelt. Auf dieser Basis wird die Nebenläufigkeit, Konsistenz und Latenz mit zwei Verfahren untersucht. Die erste Technik ist das Profiling, wobei einige neue Darstellungsformen von gemessenen Daten entwickelt werden. Diese neu entwickelten Darstellungsformen werden in der Implementierung eines Profilers verwendet. Als zweite Technik wird das Model Checking analysiert, welches bisher noch nicht im Kontext von Interaktiven Echtzeitsystemen verwendet wurde. Model Checking dient dazu, die Verhaltensweise eines Interaktiven Echtzeitsystems vorherzusagen. Diese Vorhersagen werden mit den Messungen aus dem Profiler verglichen. / In this thesis the concurrency, latency, and consistency of asynchronous Realtime Interactive Systems (RIS) are analyzed using profiling and model checking. At the beginning, it is described why the Asynchronous Model is the most promising model to increase concurrency in a RIS. Therefore, it is compared to several other models. Furthermore, synchronization techniques are compared, which are used to provide consistency in a concurrent application. Upon both results, a synchronization concept is created. Using this concept, the concurrency, latency, and consistency are analyzed using two techniques. The first technique is profiling. New visualizations are developed to visualize profiling data measured by profiling. The second technique is model checking. In this thesis, model checking is used for the first time in context of a RIS. Model checking is used to predict the behavior of a RIS. The predicition and the measurement from the profiling are compared.

Traditionelle 3D-Anwendungsentwicklung für VR/AR verläuft in heterogenen Entwicklerteams unstrukturiert, ad hoc und ist fehlerbehaftet. Der präsentierte Roundtrip3D Entwicklungsprozess ermöglicht die iterativ inkrementelle 3D-Anwendungsentwicklung, wechselseitig auf Softwaremodell- und Implementierungsebene. Modelle fördern das gemeinsame Verständnis unter Projektbeteiligten und sichern durch generierte Schnittstellen gleichzeitiges Programmieren und 3D-Modellieren zu. Das Roundtrip3D Werkzeug ermittelt Inkonsistenzen zwischen vervollständigten 3D-Inhalten und Quelltexten auch für verschiedene Plattformen und visualisiert sie auf abstrakter Modellebene. Die gesamte Implementierung wird nicht simultan, sondern nach codegetriebener Entwicklung kontrolliert mit Softwaremodellen abgeglichen. Inkremente aus aktualisierten Softwaremodellen fließen in dann wieder zueinander konsistente Quelltexte und 3D-Inhalte ein. Der Roundtrip3D Entwicklungsprozess vereint dauerhaft Vorteile codegetriebener mit modellgetriebener 3D-Anwendungsentwicklung und fördert strukturiertes Vorgehen im agilen Umfeld.

Workshop Mensch-Computer-Vernetzung - basierend auf Multicast - 3D-Welten werden im Fenster dargestellt - mehrere Nutzer bewegen sich in einer Welt

People who suffer Social Anxiety Disorder (SAD) are under substantial personal distress and endure impaired normal functioning in at least some parts of everyday life. Next, to the personal suffering, there are also the immense public health costs to consider, as SAD is the most common anxiety disorder and thereby one of the major psychiatric disorders in general. Over the last years, fundamental research found cognitive factors as essential components in the development and maintenance of social fears. Following leading cognitive models, avoidance behaviors are thought to be an important factor in maintaining the developed social anxieties. Therefore, this thesis aims to deepen the knowledge of avoidance behaviors exhibited in social anxiety, which allows to get a better understanding of how SAD is maintained. To reach this goal three studies were conducted, each using a different research approach. In the first study cutting-edge Virtual Reality (VR) equipment was used to immerse participants in a virtual environment. In this virtual setting, High Socially Anxious (HSA) individuals and matched controls had to execute a social Approach-Avoidance Task (AAT). In the task, participants had to pass a virtual person displaying neutral or angry facial expressions. By using a highly immersive VR apparatus, the first described study took the initial step in establishing a new VR task for the implicit research on social approach-avoidance behaviors. By moving freely through a VR environment, participants experienced near real-life social situations. By tracking body and head movements, physical and attentional approach-avoidance processes were studied. The second study looked at differences in attention shifts initiated by gaze-cues of neutral or emotional faces. Comparing HSA and controls, enabled a closer look at attention re-allocation with special focus on social stimuli. Further, context conditioning was used to compare task performance in a safe and in a threatening environment. Next to behavioral performance, the study also investigated neural activity using Electroencephalography (EEG) primarily looking at the N2pc component. In the third study, eye movements of HSA and Low Socially Anxious (LSA) were analyzed using an eye-tracking apparatus while participants executed a computer task. The participants’ tasks consisted of the detection of either social or non-social stimuli in complex visual settings. The study intended to compare attention shifts towards social components between these two tasks and how high levels of social anxiety influence them. In other words, the measurements of eye movements enabled the investigation to what extent social attention is task-dependent and how it is influenced by social anxiety. With the three described studies, three different approaches were used to get an in-depth understanding of what avoidance behaviors in SAD are and to which extent they are exhibited. Overall, the results showed that HSA individuals exhibited exaggerated physical and attentional avoidance behavior. Furthermore, the results highlighted that the task profoundly influences attention allocation. Finally, all evidence indicates that avoidance behaviors in SAD are exceedingly complex. They are not merely based on the fear of a particular stimulus, but rather involve highly compound cognitive processes, which surpass the simple avoidance of threatening stimuli. To conclude, it is essential that further research is conducted with special focus on SAD, its maintaining factors, and the influence of the chosen research task and method. / Menschen, die unter einer sozialen Angststörung leiden, stehen unter erheblicher persönlicher Belastung und leiden teilweise unter Beeinträchtigung der normalen Funktionsfähigkeit. Neben den persönlichen Belastungen sind auch die immensen Kosten für das Gesundheitswesen zu berücksichtigen, da die soziale Angststörung eine der häufigsten psychiatrischen Störungen ist. Die Grundlagenforschung hat kognitive Faktoren als wesentliche Komponenten bei der Entwicklung und Aufrechterhaltung sozialer Ängste identifiziert. Nach führenden kognitiven Modellen wird angenommen, dass Vermeidungsverhalten ein wichtiger Faktor für die Aufrechterhaltung der entwickelten sozialen Ängste ist. Die vorliegende Arbeit hatte als Ziel, einen tieferen Einblick in das Vermeidungs- verhalten von sozial Ängstlichen zu bekommen, um ein umfangreicheres Verständnis für die Aufrechterhaltung von sozialen Angststörungen zu bekommen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden drei Studien durchgeführt. In der ersten Studie wurde modernstes Virtual Reality (VR) Equipment eingesetzt, um die Versuchsteilnehmer in eine virtuelle Umgebung eintauchen zu lassen. In dieser virtuellen Realität mussten Hoch-Sozialängstliche (HSÄ) und Kontrollprobanden einen sozialen Approach-Avoidance Task (AAT) durchführen. In dieser Aufgabe mussten die Teilnehmer eine virtuelle Person passieren, welche einen neutralen oder wüten- den Gesichtsausdruck zeigte. Mit der Verwendung eines hochgradig immersiven VR Systems, unternahm die Studie den ersten Schritt zur Etablierung einer neuartigen VR Aufgabe für die implizite Erforschung des Verhaltens bei sozialer Vermeidung. Mithilfe von nahezu unbeschränkter Bewegung, durch eine virtuelle Umgebung, er- lebten die Teilnehmer realitätsnahe soziale Situationen. Die zweite Studie untersuchte Unterschiede in der Aufmerksamkeitsverschiebung, die durch die Beobachtung von neutralen oder emotionalen Gesichtern aus- gelöst wurde. Hierbei wurde das Verhalten von HSÄ und Niedrig-Sozialängstliche (NSÄ) verglichen, um den Einfluss von sozialer Ängstlichkeit bei Neuzuweisung von Aufmerksamkeit in Bezug auf soziale Reize zu messen. Zusätzlich wurde Kontextkonditionierung verwendet, um die Aufmerksamkeitsverschiebung in einer sicheren und einer bedrohlichen Umgebung zu vergleichen. Neben dem Aufmerksamkeitsverhalten untersuchte die Studie auch die neuronale Aktivität mittels Electroencephalography (EEG), wobei vor allem die N2pc-Komponente untersucht wurde. In der dritten Studie wurden die Augenbewegungen von HSÄ und NSÄ ana- lysiert, während die Teilnehmer eine Computeraufgabe durchführten. Zu den Auf- gaben, gehörte das Erkennen von sozialen oder nicht-sozialen Reizen in komplexen visuellen Darstellungen. Ziel der Studie war es, Aufmerksamkeitsverschiebungen in Richtung sozialer Komponenten zwischen den beiden Aufgaben zu vergleichen. Darüber hinaus wurde untersucht, welchen Einfluss die soziale Angst auf diesen Prozess hat. Mit anderen Worten, die Messungen der Augenbewegungen ermöglichte zu untersuchen, inwieweit die soziale Aufmerksamkeit aufgabenabhängig ist und wie diese Abhängigkeit von sozialer Angst beeinflusst wird. Mit den drei Studien wurden drei unterschiedliche Ansätze verwendet, um besser zu verstehen, welches Vermeidungsverhalten Individuen mit sozialer Angststörung ausführen und wie ausgeprägt dieses ist. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass HSÄ eine verstärkte Vermeidung im Verhalten und Aufmerksamkeit aufweisen. Darüber hinaus zeigen die Resultate, dass die instruierte Aufgabe einen wesentlichen Einfluss auf die Aufmerksamkeitsverteilung hat. Zusammenfassend deuten alle Ergebnisse darauf hin, dass das Vermeidungsverhalten in der sozialen Angststörung sehr komplex ist. Dieses basiert hierbei nicht einfach nur auf der Angst vor einem bestimmten Reiz, sondern beinhaltet hochkomplexe kognitive Prozesse, die über eine einfache Flucht-Reaktionen hinausgehen. Abschließend ist es unerlässlich, dass weitere Forschungen über die soziale Angststörung, ihre Erhaltungsfaktoren und den Einfluss der gewählten Forschungsaufgabe und -methode durchgeführt werden.

Mixed, augmented, and virtual reality, collectively known as extended reality (XR), allows users to immerse themselves in virtual environments and engage in experiences surpassing reality's boundaries. Virtual humans are ubiquitous in such virtual environments and can be utilized for myriad purposes, offering the potential to greatly impact daily life. Through the embodiment of virtual humans, XR offers the opportunity to influence how we see ourselves and others. In this function, virtual humans serve as a predefined stimulus whose perception is elementary for researchers, application designers, and developers to understand. This dissertation aims to investigate the influence of individual-, system-, and application-related factors on the perception of virtual humans in virtual environments, focusing on their potential use as stimuli in the domain of body perception. Individual-related factors encompass influences based on the user's characteristics, such as appearance, attitudes, and concerns. System-related factors relate to the technical properties of the system that implements the virtual environment, such as the level of immersion. Application-related factors refer to design choices and specific implementations of virtual humans within virtual environments, such as their rendering or animation style. This dissertation provides a contextual framework and reviews the relevant literature on factors influencing the perception of virtual humans. To address identified research gaps, it reports on five empirical studies analyzing quantitative and qualitative data from a total of 165 participants. The studies utilized a custom-developed XR system, enabling users to embody rapidly generated, photorealistically personalized virtual humans that can be realistically altered in body weight and observed using different immersive XR displays. The dissertation's findings showed, for example, that embodiment and personalization of virtual humans serve as self-related cues and moderate the perception of their body weight based on the user's body weight. They also revealed a display bias that significantly influences the perception of virtual humans, with disparities in body weight perception of up to nine percent between different immersive XR displays. Based on all findings, implications for application design were derived, including recommendations regarding reconstruction, animation, body weight modification, and body weight estimation methods for virtual humans, but also for the general user experience. By revealing influences on the perception of virtual humans, this dissertation contributes to understanding the intricate relationship between users and virtual humans. The findings and implications presented have the potential to enhance the design and development of virtual humans, leading to improved user experiences and broader applications beyond the domain of body perception. / Mixed-, Augmented- und Virtual Reality, welche im allgemeinen auch als Extended Reality (XR) bezeichent werden, ermöglichen es Nutzern, sich in virtuelle Umgebungen zu begeben und Erlebnisse jenseits der Grenzen der Realität zu erfahren. Virtuelle Menschen sind in solchen virtuellen Umgebungen allgegenwärtig, können für zahlreiche Zwecke genutzt werden und haben das Potenzial das tägliche Leben erheblich zu beeinflussen. Durch die Verkörperung virtueller Menschen bietet XR die Möglichkeit, die Sichtweise auf uns selbst und andere zu beeinflussen. In dieser Funktion dienen virtuelle Menschen als ein Stimulus, dessen Wahrnehmung für Forscher, Anwendungsdesigner und Entwickler grundlegend ist. Diese Dissertation untersucht den Einfluss individueller, systembezogener und anwendungsbezogener Faktoren auf die Wahrnehmung virtueller Menschen in virtuellen Umgebungen, wobei der Fokus auf der potenziellen Nutzung als Stimuli im Bereich der Körperwahrnehmung liegt. Individiuelle Faktoren umfassen Einflüsse, die auf Merkmalen des Nutzers basieren, wie dessen Erscheinungsbild, Einstellungen und Bedenken zum eigenen Körper. Systembezogene Faktoren beziehen sich auf die technischen Eigenschaften des Systems, das die virtuelle Umgebung implementiert, wie beispielsweise den Grad der Immersion. Anwendungsbezogene Faktoren beziehen sich auf Designentscheidungen und spezifische Implementierungen virtueller Menschen innerhalb virtueller Umgebungen, wie deren Darstellungs- oder Animationsstil. Diese Dissertation präsentiert einen kontextuellen Rahmen und einen Überblick über die relevante Literatur zu den genannten Faktoren. Um bestehende Forschungslücken zu adressieren, beinhaltet sie fünf empirische Studien, die quantitative und qualitative Daten von insgesamt 165 Teilnehmern analysieren. Die Studien nutzten ein eigens entwickeltes XR-System, das es Nutzern ermöglicht, schnell generierte, fotorealistisch personalisierte virtuelle Menschen zu verkörpern, deren Körpergewicht realistisch verändert und mit verschiedenen immersiven XR-Displays beobachtet werden kann. Die Ergebnisse der Dissertation zeigten, unter anderem, dass die Verkörperung und Personalisierung virtueller Menschen als selbstbezogene Faktoren dienen, welche die Wahrnehmung des Körpergewichts virtueller Menschen je nach Körpergewicht des Nutzers moderieren. Sie zeigten auch ein Display-Bias, welches die Wahrnehmung virtueller Menschen erheblich beeinflusst. Beispielsweise lagen die Unterschiede in der Körpergewichtswahrnehmung zwischen den verschiedenen XR-Displays bei bis zu neun Prozent. Basierend auf den Ergebnissen der Arbeiten wurden Implikationen für das Anwendungsdesign abgeleitet, welche Empfehlungen zur Rekonstruktion, Animation, Körpergewichtsanpassung und Methoden zur Schätzung des Körpergewichts virtueller Menschen enthalten, aber auch die allgemeine Benutzererfahrung adressieren. Durch die Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Wahrnehmung virtueller Menschen trägt diese Dissertation zum Verständnis der komplexen Beziehung zwischen Nutzern und virtuellen Menschen bei. Die präsentierten Ergebnisse und Implikationen haben das Potenzial, das Design und die Entwicklung virtueller Menschen zu verbessern und skalieren ebenfalls auf Anwendungen jenseits des Bereichs der Körperwahrnehmung.

Life science today involves computational analysis of a large amount and variety of data, such as volumetric data acquired by state-of-the-art microscopes, or mesh data from analysis of such data or simulations. The advent of new imaging technologies, such as lightsheet microscopy, has resulted in the users being confronted with an ever-growing amount of data, with even terabytes of imaging data created within a day. With the possibility of gentler and more high-performance imaging, the spatiotemporal complexity of the model systems or processes of interest is increasing as well. Visualisation is often the first step in making sense of this data, and a crucial part of building and debugging analysis pipelines. It is therefore important that visualisations can be quickly prototyped, as well as developed or embedded into full applications. In order to better judge spatiotemporal relationships, immersive hardware, such as Virtual or Augmented Reality (VR/AR) headsets and associated controllers are becoming invaluable tools. In this work we present scenery, a modular and extensible visualisation framework for the Java VM that can handle mesh and large volumetric data, containing multiple views, timepoints, and color channels. scenery is free and open-source software, works on all major platforms, and uses the Vulkan or OpenGL rendering APIs. We introduce scenery's main features, and discuss its use with VR/AR hardware and in distributed rendering. In addition to the visualisation framework, we present a series of case studies, where scenery can provide tangible benefit in developmental and systems biology: With Bionic Tracking, we demonstrate a new technique for tracking cells in 4D volumetric datasets via tracking eye gaze in a virtual reality headset, with the potential to speed up manual tracking tasks by an order of magnitude. We further introduce ideas to move towards virtual reality-based laser ablation and perform a user study in order to gain insight into performance, acceptance and issues when performing ablation tasks with virtual reality hardware in fast developing specimen. To tame the amount of data originating from state-of-the-art volumetric microscopes, we present ideas how to render the highly-efficient Adaptive Particle Representation, and finally, we present sciview, an ImageJ2/Fiji plugin making the features of scenery available to a wider audience.:Abstract Foreword and Acknowledgements Overview and Contributions Part 1 - Introduction 1 Fluorescence Microscopy 2 Introduction to Visual Processing 3 A Short Introduction to Cross Reality 4 Eye Tracking and Gaze-based Interaction Part 2 - VR and AR for System Biology 5 scenery — VR/AR for Systems Biology 6 Rendering 7 Input Handling and Integration of External Hardware 8 Distributed Rendering 9 Miscellaneous Subsystems 10 Future Development Directions Part III - Case Studies C A S E S T U D I E S 11 Bionic Tracking: Using Eye Tracking for Cell Tracking 12 Towards Interactive Virtual Reality Laser Ablation 13 Rendering the Adaptive Particle Representation 14 sciview — Integrating scenery into ImageJ2 & Fiji Part IV - Conclusion 15 Conclusions and Outlook Backmatter & Appendices A Questionnaire for VR Ablation User Study B Full Correlations in VR Ablation Questionnaire C Questionnaire for Bionic Tracking User Study List of Tables List of Figures Bibliography Selbstständigkeitserklärung

Software frameworks for Realtime Interactive Systems (RIS), e.g., in the areas of Virtual, Augmented, and Mixed Reality (VR, AR, and MR) or computer games, facilitate a multitude of functionalities by coupling diverse software modules. In this context, no uniform methodology for coupling these modules does exist; instead various purpose-built solutions have been proposed. As a consequence, important software qualities, such as maintainability, reusability, and adaptability, are impeded. Many modern systems provide additional support for the integration of Artificial Intelligence (AI) methods to create so called intelligent virtual environments. These methods exacerbate the above-mentioned problem of coupling software modules in the thus created Intelligent Realtime Interactive Systems (IRIS) even more. This, on the one hand, is due to the commonly applied specialized data structures and asynchronous execution schemes, and the requirement for high consistency regarding content-wise coupled but functionally decoupled forms of data representation on the other. This work proposes an approach to decoupling software modules in IRIS, which is based on the abstraction of architecture elements using a semantic Knowledge Representation Layer (KRL). The layer facilitates decoupling the required modules, provides a means for ensuring interface compatibility and consistency, and in the end constitutes an interface for symbolic AI methods. / Software Frameworks zur Entwicklung Echtzeit-interaktiver Systeme (engl. Realtime Interactive Systems, RIS), z.B. mit Anwendungen in der Virtual, Augmented und Mixed Reality (VR, AR und MR) sowie in Computerspielen, integrieren vielfältige Funktionalitäten durch die Kopplung verschiedener Softwaremodule. Eine einheitliche Methodik einer Kopplung in diesen Systemen besteht dabei nicht, stattdessen existieren mannigfaltige individuelle Lösungen. Als Resultat sinken wichtige Softwarequalitätsfaktoren wie Wartbarkeit, Wiederverwendbarkeit und Anpassbarkeit. Viele moderne Systeme setzen zusätzlich unterschiedliche Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) ein, um so intelligente virtuelle Umgebungen zu generieren. Diese KI-Methoden verschärfen in solchen Intelligenten Echtzeit-interaktiven Systemen (engl. Intelligent Realtime Interactive Systems, IRIS) das eingangs genannte Kopplungsproblem signifikant durch ihre spezialisierten Datenstrukturen und häufig asynchronen Prozessflüssen bei gleichzeitig hohen Konsistenzanforderungen bzgl. inhaltlich assoziierter, aber funktional entkoppelter Datenrepräsentationen in anderen Modulen. Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Lösungsansatz für das Entkopplungsproblem mittels Abstraktion maßgeblicher Softwarearchitekturelemente basierend auf einer erweiterbaren semantischen Wissensrepräsentationsschicht. Diese semantische Abstraktionsschicht erlaubt die Entkopplung benötigter Module, ermöglicht eine automatische Überprüfung von Schnittstellenkompatibiltät und Konsistenz und stellt darüber hinaus eine generische Schnittstelle zu symbolischen KI-Methoden bereit.

Technologien der erweiterten Realität (extended reality, XR) finden im gesamten Produktentwicklungsprozess Anwendung. Insbesondere Systeme zur aktiven Erzeugung und Veränderung digitaler Produktdaten bieten noch viel Potential. Die Erforschung und Entwicklung dieser immersiven Interfaces beruht maßgeblich auf der Evaluation durch Nutzerstudien, denn nur so kann die Einsatztauglichkeit der Mensch-Maschine-Schnittstellen seriös beurteilt und verglichen werden. Bei der Konzeptionierung und Durchführung dieser Nutzerstudien gibt es viel zu beachten. In dieser Arbeit wird ein Leitfaden für das Design von Evaluationen von XR Interfaces für die Produktentwicklung präsentiert. Zu Beginn müssen die Fragestellungen festgelegt werden, welche die Studie beantworten soll. Ausgehend von diesen müssen die zu testenden Versuchsbedingungen, die gestellten Aufgaben, die aufgenommen Metriken, die gewählten Probanden und der geplante Ablauf festgelegt werden. Zusätzlich zu der allgemeinen Darlegung wird das Vorgehen anhand eines Fallbeispiels angewandt. Die Gestaltung einer Nutzerstudie zur Evaluation der Usability und Eignung eines neuartigen Virtual Reality Interfaces zur natürlichen Gestaltung von Vorentwürfen wird vorgestellt.

Globaler Wettbewerb und kürzer werdende Innovationszyklen erfordern eine immer schnellere und exaktere Reaktion auf sich ständig ändernde Kundenwünsche. Die direkte Integration von Kunden und Anwendern in den Entwicklungsprozess im Rahmen kontinuierlicher Validierungsaktivitäten gewinnt im Zuge dieser Entwicklung zunehmend an Bedeutung (Ponn & Lindemann, 2011). Die Erfassung zielgerichteten Kundenfeedbacks erfordert in der Regel die Konfrontation mit konkreten Repräsentationen des späteren Produkts. Zumal physische Prototypen hierfür in frühen Entwicklungsphasen oft nicht zur Verfügung stehen und deren Aufbau kostenintensiv ist, kommen stattdessen virtuelle Produktmodelle wie CAD-Modelle oder digitale Produktskizzen zum Einsatz. Aufgrund der starken Verkürzungen im Vergleich zum späteren Produkt sind sie jedoch unter Umständen nicht in der Lage ein realistisches Produkterlebnis zu erzeugen. Sie eignen sich damit je nach Anwendungsfall nur bedingt als Kristallisationspunkt für zielgerichtetes Kundenfeedback. Durch die technologischen Entwicklungen im Bereich von Virtual Reality- und Augmented Reality-Anwendungen (VR und AR) besteht jedoch das Potenzial, diese Einschränkungen virtueller Produktmodelle für den Einsatz in der Produktvalidierung in frühen Entwicklungsphasen aufzuheben. Die Technologien ermöglichen dem Anwender das realitätsnahe Erleben von vollständig virtuellen (VR) oder gemischt physisch-virtuellen (AR) Umgebungen. Erreicht die virtuelle Umwelt einen hohen sogenannten Immersionsgrad (fachsprachlich für Grad des „Eintauchens“), ist der Anwender im Extremfall nicht mehr in der Lage zwischen der realen und der virtuellen Umwelt zu unterscheiden. Besonders die AR-Technologie bietet für den Einsatz in der Produktvalidierung große Potenziale, zumal bestehende, physische Referenzprodukte mit virtuellen Modellen kombiniert werden können (Reinemann, Hirschter, Mandel, Heimicke & Albers, 2018). Dieser Beitrag präsentiert die Ergebnisse eines Forschungsvorhabens, dessen Ziel es war die Potenziale der AR-Technik für die Produktvalidierung in einer vergleichenden Probandenstudie differenziert zu untersuchen. [... aus der Einleitung]