Der Beitrag befasst sich mit dem Onlinespiel TwinKomplex, das ein aus verschiedenen realen wie fiktionalen Quellen zusammengesetztes Mashup darstellt. Dabei bildet das Konglomerat aus verschiedenen Medien eine Ebene des Mashups, eine zweite wird durch die Parallelität von Realität und Fiktion eingeführt. Der Beitrag beschreibt die Grundzüge des Spiels und gibt die Ergebnisse eines qualitativ-empirisch angelegten Experiments wieder, bei dem fünf Spieler ihre Eindrückre und Erfahrungen schildern. Die meisten modernen Computerspiele sind von Grund auf neu geschaffene komplexe Erzählungen, angesiedelt in einer eigenen fiktionalen Spielwelt mit fiktionalen Charakteren. Bilder, Texte und Geräusche sowie Sprache und Musik werden für solche Computerspiele eigens kreiert, die Handlung wird durchgeplant, nichts wird dem Zufall überlassen. Anders verhält es sich bei TwinKomplex. Es startete im Herbst 2011 als so genanntes „free to play“-Spiel und kann kostenfrei in Deutsch, Englisch und Spanisch gespielt werden. Bei TwinKomplex werden für eine Agenten- und Geheimdienstgeschichte bestehende, real existierende Medien (u. a. YouTube-Videos , Google Maps, Suchmaschinen, Websites, Bilder) und vorproduzierte, fiktive und konstruierte Inhalte (u. a. Videos mit Schauspielern, fingierte Websites, nachgestellte Bilder) zusammen mit den Möglichkeiten sozialer Netzwerke zu einem großen, neuen Ganzen kombiniert – zu einem transmedialen Social Online Game. Durch das Kombinieren fiktionaler und realer Inhalte (Informationen aus dem Web, reale Handlungsorte, Schauspieler und Wissenschaftler statt Avatare) soll letztlich eine „Augmented Virtuality” entstehen. Im Beitrag wird sich dieser Augmented Virtuality und diesem Social Online Game in seiner Eigenschaft als Mashup genähert. Die Einbettung eines Spielszenarios in einen realen Kontext, die Nutzung unterschiedlichster, alltäglich gebräuchlicher Medienelemente zur Lösung von Kriminalfällen, das Vernetzen mit realen Mitspielern, das Zusammenschließen zu Teams, der reale zeitliche Kontext, in dem das Spiel abläuft usw. – all das lässt die grundsätzliche Vermutung aufkommen, dass es dieses Mashup vermag, die Spieler in anderer, wenn nicht gar stärkerer Art und Weise, als es fiktionale Computerspiele könnten, in seinen Bann zu ziehen. Ein qualitativ-empirisch angelegtes Experiment versuchte, sich dieser These zu nähern und erfasste das Nutzererlebnis während des Spielens. Insgesamt fünf Spieler hielten ihre Eindrücke, Spielerlebnisse und Erfahrungen über zehn Tage – von der Anmeldung bis zum Logout – in einem Tagebuch fest. Die Schilderungen geben das Spielerlebnis aus Nutzersicht sehr detailliert wieder.

Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeption eines Gestaltungskonzeptes für die Visualisierung komplexer zusammenhängender Datenmengen, wie sie durch Graphen repräsentiert werden können. Als Ausgabemedium wird dazu das immersive VR-System CAVE genutzt, welches es dem Betrachter ermöglicht, die Daten stereoskopisch und damit räumlich zu betrachten. Zur Entwicklung eines Gestaltkonzeptes für Graphen werden sowohl Besonderheiten der Raumwahrnehmung in VR-Systemen als auch Anforderungen und Aufgaben auf Graphen beleuchtet. Zusätzlich entstand ein Modell zur Klassifizierung von Graphenanwendungen sowie ein innovatives Konzept zur Darstellung von großen zweidimensionalen Graphen in einer CAVE. Als Resultat werden grundlegende Gestaltungskriterien angeboten, die es ermöglichen sollen, eine intuitive und effektive Visualisierung von Graphen zu realisieren.:1. Einleitung 1.1. Zielstellung 1.2. Gliederung 2. Grundlagen und Begrife 2.1. Informationsvisualisierung 2.2. Graphentheorie 2.3. Graphenlayout 2.4. Wahrnehmungundpsychologische Grundlagen 2.5. 3D Computergrafik 2.6. Stereo Grafik 2.7. Virtuelle Realität 2.8. Das Medium CAVE 3. Verwandte Arbeiten 3.1. ConeTrees 3.2. Information Cube 3.3. Hyperbolic Layout-H3 viewer 3.4. Skyrails 3.5. Perspective Wall 4. Synthese 4.1. Einführung 4.2. Einsatzgebiet für Graphen 4.3. Arbeiten mit Graphen 4.4. Mehrwert der dritten Dimension 4.5. Allgemeine Gestaltung 4.6. Orientierung 4.7. Farbe als Gestaltungsmittel 4.8. Gestaltung von Knoten 4.9. Gestaltung von Kanten 4.10. Hintergrund 4.11. Anordnung 4.12. Darstellung von großen zweidimensionalen Inhalten 4.13. Zusammenfassung 5. Praktische Umsetzung 5.1. Werkzeuge 5.2. Testfälle 5.3. Umsetzung 5.4. Evaluation 5.5. Zusammenfassung 6. Zusammenfassung und Ausblick 6.1. Fazit 6.2. Diskussion 6.3. Ausblick

Multimodal interfaces (MMIs) are a promising human-computer interaction paradigm. They are feasible for a wide rang of environments, yet they are especially suited if interactions are spatially and temporally grounded with an environment in which the user is (physically) situated. Real-time interactive systems (RISs) are technical realizations for situated interaction environments, originating from application areas like virtual reality, mixed reality, human-robot interaction, and computer games. RISs include various dedicated processing-, simulation-, and rendering subsystems which collectively maintain a real-time simulation of a coherent application state. They thus fulfil the complex functional requirements of their application areas. Two contradicting principles determine the architecture of RISs: coupling and cohesion. On the one hand, RIS subsystems commonly use specific data structures for multiple purposes to guarantee performance and rely on close semantic and temporal coupling between each other to maintain consistency. This coupling is exacerbated if the integration of artificial intelligence (AI) methods is necessary, such as for realizing MMIs. On the other hand, software qualities like reusability and modifiability call for a decoupling of subsystems and architectural elements with single well-defined purposes, i.e., high cohesion. Systems predominantly favour performance and consistency over reusability and modifiability to handle this contradiction. They thus accept low maintainability in general and hindered scientific progress in the long-term. This thesis presents six semantics-based techniques that extend the established entity-component system (ECS) pattern and pose a solution to this contradiction without sacrificing maintainability: semantic grounding, a semantic entity-component state, grounded actions, semantic queries, code from semantics, and decoupling by semantics. The extension solves the ECS pattern's runtime type deficit, improves component granularity, facilitates access to entity properties outside a subsystem's component association, incorporates a concept to semantically describe behavior as complement to the state representation, and enables compatibility even between RISs. The presented reference implementation Simulator X validates the feasibility of the six techniques and may be (re)used by other researchers due to its availability under an open-source licence. It includes a repertoire of common multimodal input processing steps that showcase the particular adequacy of the six techniques for such processing. The repertoire adds up to the integrated multimodal processing framework miPro, making Simulator X a RIS platform with explicit MMI support. The six semantics-based techniques as well as the reference implementation are validated by four expert reviews, multiple proof of concept prototypes, and two explorative studies. Informal insights gathered throughout the design and development supplement this assessment in the form of lessons learned meant to aid future development in the area. / Multimodale Schnittstellen sind ein vielversprechendes Paradigma der Mensch-Computer-Interaktion. Sie sind in einer Vielzahl von Umgebungen einsetzbar und eignen sich besonders wenn Interaktionen zeitlich und räumlich mit einer Umgebung verankert sind in welcher der Benutzer (physikalisch) situiert ist. Interaktive Echtzeitsysteme (engl. Real-time Interactive Systems, RIS) sind technische Umsetzungen situierter Interaktionsumgebungen, die vor allem in Anwendungsgebieten wie der virtuellen Realität, der gemischten Realität, der Mensch-Roboter-Interaktion und im Bereich der Computerspiele eingesetzt werden. Interaktive Echtzeitsysteme bestehen aus vielfältigen dedizierten Subsystemen, die zusammen die Echtzeitsimulation eines kohärenten Anwendungszustands aufrecht erhalten und die komplexen funktionalen Anforderungen des Anwendungsgebiets erfüllen. Zwei gegensätzliche Prinzipien bestimmen die Softwarearchitekturen interaktiver Echtzeitsysteme: Kopplung und Kohäsion. Einerseits verwenden Subsysteme typischerweise spezialisierte Datenstrukturen um Performanzanforderungen gerecht zu werden. Um Konsistenz aufrecht zu erhalten sind sie zudem auf enge zeitliche- und semantische Abhängigkeiten untereinander angewiesen. Diese enge Kopplung wird verstärkt, falls Methoden der künstlichen Intelligenz in das RIS integriert werden müssen, wie es für die Umsetzung multimodaler Schnittstellen der Fall ist. Andererseits bedingen Softwarequalitätsmerkmale wie Wiederverwendbarkeit und Modifizierbarkeit die Entkopplung von Subsystemen und Architekturelementen und fordern hohe Kohäsion. Bestehende Systeme lösen diesen Konflikt überwiegend zu Gunsten von Performanz und Konsistenz und zu Lasten von Wiederverwendbarkeit und Modifizierbarkeit. Insgesamt wird auf diese Weise geringe Wartbarkeit akzeptiert und auf lange Sicht der wissenschaftliche Fortschritt eingeschränkt. Diese Arbeit stellt sechs Softwaretechniken auf Basis von Methoden der Wissensrepräsentation vor, welche das etablierte Entity-Component System (ECS) Entwurfsmuster erweitern und eine Lösung des Konflikts darstellen, die die Wartbarkeit nicht missachtet: semantic grounding, semantic entity-component state, grounded actions, semantic queries, code from semantics und decoupling by semantics. Diese Erweiterung löst das Introspektionsdefizit des ECS-Musters, verbessert die Granularität von ECS-Komponenten, erleichtert den Zugriff auf Entity-Eigenschaften außerhalb der Subsystem-Komponentenzuordnung, beinhaltet ein Konzept zur einheitlichen Beschreibung von Verhalten als Komplement zur Zustandsrepräsentation und ermöglicht sogar Kompatibilität zwischen interaktiven Echtzeitsystemen. Die vorgestellte Referenzimplementierung Simulator X weist die technische Machbarkeit der sechs Softwaretechniken nach. Sie kann von anderen Forschern auf Basis einer Open-Source Lizenz (wieder)verwendet werden und beinhaltet ein Repertoire an üblichen Verarbeitungsschritten für multimodalen Eingaben, welche die besondere Eignung der sechs Softwaretechniken für eine solche Eingabeverarbeitung veranschaulichen. Dieses Repertoire bildet zusammen das integrierte multimodale Eingabeverarbeitungs-Framework miPro und macht damit Simulator X zu einem RIS, welches explizit die Umsetzung von multimodalen Schnittstellen unterstützt. Die sechs Softwaretechniken sowie die Referenzimplementierung sind durch vier Expertengutachten, eine Vielzahl an technischen Demonstrationen sowie durch zwei explorative Studien validiert. Informelle Erkenntnisse, die während Design und Entwicklung gesammelt wurden, ergänzen diese Beurteilung in Form von lessons learned, welche bei künftigen Entwicklungsarbeiten in diesem Gebiet helfen sollen.

Die Rehabilitation von Gangstörungen bei Patienten mit MS und Schlaganfall erfolgt häufig mithilfe eines konventionellen Laufbandtrainings. Einige Studien haben bereits gezeigt, dass durch eine Erweiterung dieses Trainings um eine virtuelle Realität die Motivation der Patienten gesteigert und die Therapieergebnisse verbessert werden können. In der vorliegenden Studie wurde eine immersive VR-Anwendung (unter Verwendung eines HMD) für die Gangrehabilitation von Patienten evaluiert. Hierbei wurden ihre Anwendbarkeit und Akzeptanz geprüft sowie ihre Kurzzeiteffekte mit einer semi-immersiven Präsentation (unter Verwendung eines Monitors) und mit einem konventionellen Laufbandtraining ohne VR verglichen. Der Fokus lag insbesondere auf der Untersuchung der Anwendbarkeit beider Systeme und der Auswirkungen auf die Laufgeschwindigkeit und Motivation der Benutzer. Im Rahmen einer Studie mit Innersubjekt-Design nahmen zunächst 36 gesunde Teilnehmer und anschließend 14 Patienten mit MS oder Schlaganfall an drei experimentellen Bedingungen (VR über HMD, VR über Monitor, Laufbandtraining ohne VR) teil. Sowohl in der Studie mit gesunden Teilnehmern als auch in der Patientenstudie zeigte sich in der HMD-Bedingung eine höhere Laufgeschwindigkeit als beim Laufbandtraining ohne VR und in der Monitor-Bedingung. Die gesunden Studienteilnehmer berichteten über eine höhere Motivation nach der HMD-Bedingung als nach den anderen Bedingungen. Es traten in beiden Gruppen keine Nebenwirkungen im Sinne einer Simulator Sickness auf und es wurden auch keine Erhöhungen der Herzfrequenzen nach den VR-Bedingungen detektiert. Die Bewertungen des Präsenzerlebens waren in beiden Gruppen in der HMD-Bedingung höher als in der Monitor-Bedingung. Beide VR-Bedingungen erhielten hohe Bewertungen für die Benutzerfreundlichkeit. Die meisten der gesunden Teilnehmer (89 %) und Patienten (71 %) präferierten das HMD-basierte Laufbandtraining unter den drei Trainingsformen und die meisten Patienten könnten sich vorstellen, es häufiger zu nutzen. Mit der vorliegenden Studie wurde eine strukturierte Evaluation der Anwendbarkeit eines immersiven VR-Systems für die Gangrehabilitation geprüft und dieses erstmals in den direkten Vergleich zu einem semi-immersiven System und einem konventionellen Training ohne VR gesetzt. Die Studie bestätigte die Praktikabilität der Kombination eines Laufbandtrainings mit immersiver VR. Aufgrund ihrer hohen Benutzerfreundlichkeit und der geringen Nebenwirkungen scheint diese Trainingsform besonders für Patienten geeignet zu sein, um deren Trainingsmotivation und Trainingserfolge, wie z. B. die Laufgeschwindigkeit, zu steigern. Da immersive VR-Systeme allerdings nach wie vor spezifische technische Installationsprozeduren erfordern, sollte für die spezifische klinische Anwendung eine Kosten-Nutzen-Bewertung erfolgen. / Rehabilitation of gait disorders in patients with MS and stroke is often done with the help of conventional treadmill training. Some studies have already shown that extending this training with virtual reality can increase patient motivation and improve therapy outcomes. In the present study, an immersive VR application (using an HMD) was evaluated for gait rehabilitation of patients. Here, its applicability and acceptability were tested, and its short-term effects were compared with a semi-immersive presentation (using a monitor) and with conventional treadmill training without VR. In particular, the focus was on investigating the applicability of both systems and the effects on user walking speed and motivation. In a study using a within-subjects design, first 36 healthy participants and then 14 patients with MS or stroke participated in three experimental conditions (VR via HMD, VR via monitor, treadmill training without VR). In both the healthy participant study and the patient study, the HMD condition showed a higher walking speed than the treadmill training without VR and the monitor condition. The healthy study participants reported higher motivation after the HMD condition than after the other conditions. No side effects in terms of simulator sickness occurred in either group, and no increases in heart rates were detected after the VR conditions. Presence experience ratings were higher in both groups in the HMD condition than in the monitor condition. Both VR conditions received high ratings for usability. Most of the healthy participants (89%) and patients (71%) preferred the HMD-based treadmill training among the three training modalities, and most patients could imagine using it more often. The present study tested a structured evaluation of the applicability of an immersive VR system for gait rehabilitation and, for the first time, compared it directly with a semi-immersive system and conventional training without VR. The study confirmed the practicability of combining treadmill training with immersive VR. Due to its high usability and low side effects, this form of training seems to be particularly suitable for patients to increase their training motivation and training success, such as walking speed. However, immersive VR systems still require specific technical installation procedures, so a cost-benefit assessment should be performed for the specific clinical application.

This thesis describes a set of techniques and methods to create an autonomously interactive character as a virtual opponent in a Virtual Reality (VR) application for anticipation training in sports karate. Convincing karate movements are created by blending adequate motion capture data in real-time with motion blending. Attack techniques with a precise attacking position are achieved by using hybrid Inverse Kinematics. Stepping movements are created with a motion graph approach, enabling the virtual character to adapt the position relative to the user’s position. An offline preprocessing method is proposed to cope with a large amount of motion capture data. The realized character can autonomously and interactively respond to the trainee’s movement and perform a suitable hand attack. A user study among karate athletes shows a general acceptance of the implemented system as a useful tool for anticipation training.:List of Figures List of Tables 1 Introduction 2 Human Motion Synthesis and Animation 3 Combining Inverse Kinematics with Motion Blending 4 Automatic Motion Base Creation 5 Create an Autonomous Interactive Character 6 Conclusion and Discussion Appendices Bibliography

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 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.

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.

Virtuelle Realität (VR) wird seit Jahrzehnten in Industrie und Forschung sowie im Unterhaltungssektor genutzt. Dabei sind die verwendeten VR-Systeme meist nur auf einen Nutzer ausgelegt, wodurch es für andere Betrachter zu perspektivischen Verzerrungen kommt. Um mehreren Personen ein visuell gleichberechtigtes Nutzen des VR-Systems zu ermöglichen, muss jedem Nutzer eine individuelle Perspektive vermittelt werden. Es wird ein Klassifikationsschema vorgestellt, anhand dessen für verschiedene Interaktionsszenarien Anforderungen für eine derartige Hardwareumsetzung ableitbar sind. Um ausgewählte Aspekte der Mehrbenutzerinteraktionen zu untersuchen, wurde eine Prototypenplattform erstellt, mit der eine vielfältige Palette von Interaktionsszenarien für zwei Nutzer umgesetzt werden kann. Eine parallel zu dieser Arbeit entstandene mehrbenutzerfähige Powerwall und eine Erweiterung dieser zu einer L-Bench wurden genutzt, um mit zwei Studien ausgewählte Aspekte der Interaktion mehrerer Benutzer in VR empirisch zu untersuchen. Dazu wurden zwei Anwendungen kreiert: ein Puzzlespiel, welches eine Informationsasymmetrie zwischen den Nutzern simuliert, sowie ein Objekteinpassungsspiel, welches die Interaktion um eine körperliche Komponente erweitert. Mit diesen wurde untersucht, welche Sichtwechselmetapher zur Auflösung der Asymmetrie am besten geeignet ist.

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.