Growing amounts of data, both in personal and professional settings, have caused an increased interest in data visualization and visual analytics. Especially for inherently three-dimensional data, immersive technologies such as virtual and augmented reality and advanced, natural interaction techniques have been shown to facilitate data analysis. Furthermore, in such use cases, the physical environment often plays an important role, both by directly influencing the data and by serving as context for the analysis. Therefore, there has been a trend to bring data visualization into new, immersive environments and to make use of the physical surroundings, leading to a surge in mixed-reality visualization research. One of the resulting challenges, however, is the design of user interaction for these often complex systems. In my thesis, I address this challenge by investigating interaction for immersive mixed-reality visualizations regarding three core research questions: 1) What are promising types of immersive mixed-reality visualizations, and how can advanced interaction concepts be applied to them? 2) How does spatial interaction benefit these visualizations and how should such interactions be designed? 3) How can spatial interaction in these immersive environments be analyzed and evaluated? To address the first question, I examine how various visualizations such as 3D node-link diagrams and volume visualizations can be adapted for immersive mixed-reality settings and how they stand to benefit from advanced interaction concepts. For the second question, I study how spatial interaction in particular can help to explore data in mixed reality. There, I look into spatial device interaction in comparison to touch input, the use of additional mobile devices as input controllers, and the potential of transparent interaction panels. Finally, to address the third question, I present my research on how user interaction in immersive mixed-reality environments can be analyzed directly in the original, real-world locations, and how this can provide new insights. Overall, with my research, I contribute interaction and visualization concepts, software prototypes, and findings from several user studies on how spatial interaction techniques can support the exploration of immersive mixed-reality visualizations. / Zunehmende Datenmengen, sowohl im privaten als auch im beruflichen Umfeld, führen zu einem zunehmenden Interesse an Datenvisualisierung und visueller Analyse. Insbesondere bei inhärent dreidimensionalen Daten haben sich immersive Technologien wie Virtual und Augmented Reality sowie moderne, natürliche Interaktionstechniken als hilfreich für die Datenanalyse erwiesen. Darüber hinaus spielt in solchen Anwendungsfällen die physische Umgebung oft eine wichtige Rolle, da sie sowohl die Daten direkt beeinflusst als auch als Kontext für die Analyse dient. Daher gibt es einen Trend, die Datenvisualisierung in neue, immersive Umgebungen zu bringen und die physische Umgebung zu nutzen, was zu einem Anstieg der Forschung im Bereich Mixed-Reality-Visualisierung geführt hat. Eine der daraus resultierenden Herausforderungen ist jedoch die Gestaltung der Benutzerinteraktion für diese oft komplexen Systeme. In meiner Dissertation beschäftige ich mich mit dieser Herausforderung, indem ich die Interaktion für immersive Mixed-Reality-Visualisierungen im Hinblick auf drei zentrale Forschungsfragen untersuche: 1) Was sind vielversprechende Arten von immersiven Mixed-Reality-Visualisierungen, und wie können fortschrittliche Interaktionskonzepte auf sie angewendet werden? 2) Wie profitieren diese Visualisierungen von räumlicher Interaktion und wie sollten solche Interaktionen gestaltet werden? 3) Wie kann räumliche Interaktion in diesen immersiven Umgebungen analysiert und ausgewertet werden? Um die erste Frage zu beantworten, untersuche ich, wie verschiedene Visualisierungen wie 3D-Node-Link-Diagramme oder Volumenvisualisierungen für immersive Mixed-Reality-Umgebungen angepasst werden können und wie sie von fortgeschrittenen Interaktionskonzepten profitieren. Für die zweite Frage untersuche ich, wie insbesondere die räumliche Interaktion bei der Exploration von Daten in Mixed Reality helfen kann. Dabei betrachte ich die Interaktion mit räumlichen Geräten im Vergleich zur Touch-Eingabe, die Verwendung zusätzlicher mobiler Geräte als Controller und das Potenzial transparenter Interaktionspanels. Um die dritte Frage zu beantworten, stelle ich schließlich meine Forschung darüber vor, wie Benutzerinteraktion in immersiver Mixed-Reality direkt in der realen Umgebung analysiert werden kann und wie dies neue Erkenntnisse liefern kann. Insgesamt trage ich mit meiner Forschung durch Interaktions- und Visualisierungskonzepte, Software-Prototypen und Ergebnisse aus mehreren Nutzerstudien zu der Frage bei, wie räumliche Interaktionstechniken die Erkundung von immersiven Mixed-Reality-Visualisierungen unterstützen können.

Der Einsatz großer, vertikaler Displays nimmt sowohl in Bereichen der Forschung als auch der Wirtschaft zu. Diese Displays eignen sich durch ihre Größe und Auflösung unter anderem für die Informationsvisualisierung. Es gibt bereits eine Menge von Forschungsarbeiten, welche die Interaktion mit großen, vertikalen Displays untersucht hat. Jedoch ist speziell die Bedienung Magischer Linsen auf großen Displaywänden weitgehend unbeachtet geblieben. Eine intuitive Interaktion mit Magischen Linsen auf einer Displaywand kann jedoch insbesondere in kollaborativen Szenarien große Vorteile bieten. Smartphones eignen sich durch ihre Portabilität zur Interaktion mit Displaywänden. Unter Verwendung von Mobilgeräten und einer hochauflösenden Displaywand wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Interaktionskonzepte zur Steuerung und Parametrisierung Magischer Linsen entwickelt. Hierzu wurde eine Recherche des aktuellen Forschungsstandes betrieben und Anwendungsfälle für den Einsatz der Konzepte aufgestellt. Es wurde eine große Bandbreite von Interaktionskonzepten entwickelt, welche von lockeren bis zu fokussierten Interaktionen reichen. Für die Bedienung der Magischen Linsen wurden verschiedene Aktionen identifiziert, welche in einem Interaktionsablauf auftreten und durch die Konzepte zu unterstützen sind. Ein Teil der entwickelten Interaktionskonzepte wurde durch einen Prototypen implementiert und anhand von Beispieldatensätzen getestet. / The usage of large, vertical displays is increasing in felds of research as well as in the economy. Because of their size and resolution these displays are well suited for information visualization. There already are a number of publications which examine the interaction with large, vertical displays. Yet especially the operation of magic lenses on large display walls has been mostly ignored. An intuitive interaction with magic lenses on a large display may be espesially advantageous in collaborative scenarios. Smartphones are suited for interaction with display walls because of their portability. In this paper interaction concepts for operating and parametrizing magic lenses have been developed using mobile devices and a high resolution display wall. For this purpose the current state of research has been investigated and application scenarios for the use of the concepts have been constructed. A big amount of interaction concepts have been developed which range from casual to focused interactions. For the operation of magic lenses several actions have been identifed which occur in an interaction process and have to be adsressed by the concepts. Part of the developed interaction concepts have been implemented by a prototype and tested with sample data sets.

Der Einsatz großer, vertikaler Displays nimmt sowohl in Bereichen der Forschung als auch der Wirtschaft zu. Diese Displays eignen sich durch ihre Größe und Auflösung unter anderem für die Informationsvisualisierung. Es gibt bereits eine Menge von Forschungsarbeiten, welche die Interaktion mit großen, vertikalen Displays untersucht hat. Jedoch ist speziell die Bedienung Magischer Linsen auf großen Displaywänden weitgehend unbeachtet geblieben. Eine intuitive Interaktion mit Magischen Linsen auf einer Displaywand kann jedoch insbesondere in kollaborativen Szenarien große Vorteile bieten. Smartphones eignen sich durch ihre Portabilität zur Interaktion mit Displaywänden. Unter Verwendung von Mobilgeräten und einer hochauflösenden Displaywand wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit Interaktionskonzepte zur Steuerung und Parametrisierung Magischer Linsen entwickelt. Hierzu wurde eine Recherche des aktuellen Forschungsstandes betrieben und Anwendungsfälle für den Einsatz der Konzepte aufgestellt. Es wurde eine große Bandbreite von Interaktionskonzepten entwickelt, welche von lockeren bis zu fokussierten Interaktionen reichen. Für die Bedienung der Magischen Linsen wurden verschiedene Aktionen identifiziert, welche in einem Interaktionsablauf auftreten und durch die Konzepte zu unterstützen sind. Ein Teil der entwickelten Interaktionskonzepte wurde durch einen Prototypen implementiert und anhand von Beispieldatensätzen getestet. / The usage of large, vertical displays is increasing in felds of research as well as in the economy. Because of their size and resolution these displays are well suited for information visualization. There already are a number of publications which examine the interaction with large, vertical displays. Yet especially the operation of magic lenses on large display walls has been mostly ignored. An intuitive interaction with magic lenses on a large display may be espesially advantageous in collaborative scenarios. Smartphones are suited for interaction with display walls because of their portability. In this paper interaction concepts for operating and parametrizing magic lenses have been developed using mobile devices and a high resolution display wall. For this purpose the current state of research has been investigated and application scenarios for the use of the concepts have been constructed. A big amount of interaction concepts have been developed which range from casual to focused interactions. For the operation of magic lenses several actions have been identifed which occur in an interaction process and have to be adsressed by the concepts. Part of the developed interaction concepts have been implemented by a prototype and tested with sample data sets.