Augmented Reality enables combining virtual data spaces with real-world environments through visual augmentations, transforming everyday environments into user interfaces of arbitrary type, size, and content. In the past, the development of Augmented Reality was mainly technology-driven. This made head-mounted Mixed Reality devices more common in research, industrial, or personal use cases. However, such devices are always human-centered, making it increasingly important to closely investigate and understand human factors within such applications and environments. Augmented Reality usage can reach from a simple information display to a dedicated device to present and analyze information visualizations. The growing data availability, amount, and complexity amplified the need and wish to generate insights through such visualizations. Those, in turn, can utilize human visual perception and Augmented Reality’s natural interactions, the potential to display three-dimensional data, or the stereoscopic display.
In my thesis, I aim to deepen the understanding of how Augmented Reality applications must be designed to optimally adhere to human factors and ergonomics, especially in the area of visual data analysis. To address this challenge, I ground my thesis on three research questions: (1) How can we design such applications in a human-centered way? (2) What influence does the real-world environment have within such applications? (3) How can AR applications be combined with existing systems and devices?
To answer those research questions, I explore different human properties and real-world environments that can affect the same environment’s augmentations. For human factors, I investigate the competence in working with visualizations as visualization literacy, the visual perception of visualizations, and physical ergonomics like head movement. Regarding the environment, I examine two main factors: the visual background’s influence on reading and working with immersive visualizations and the possibility of using alternative placement areas in Augmented Reality. Lastly, to explore future Augmented Reality systems, I designed and implemented Hybrid User Interfaces and authoring tools for immersive environments. Throughout the different projects, I used empirical, qualitative, and iterative methods in studying and designing immersive visualizations and applications. With that, I contribute to understanding how developers can apply human and environmental parameters for designing and creating future AR applications, especially for visual data analysis. / Augmented Reality ermöglicht es, die reale Welt mit virtuellen Datenräume durch visuelle Augmentierungen zu kombinieren. Somit werden alltägliche Umgebungen in Benutzeroberflächen beliebiger Art, Größe und beliebigen Inhalts verwandelt. In der Vergangenheit war die Entwicklung von Augmented Reality hauptsächlich technologiegetrieben. Folglich fanden head-mounted Mixed Reality Geräte immer häufiger in der Forschung, Industrie oder im privaten Bereich anwendung. Da die Geräte jedoch immer auf den Menschen ausgerichtet sind, wird es immer wichtiger die menschlichen Faktoren in solchen Anwendungen und Umgebungen genau zu untersuchen. Die Nutzung von Augmented Reality kann von einer einfachen Informationsanzeige bis hin zur Darstellung und Analyse von Informationsvisualisierungen reichen. Die wachsende Datenverfügbarkeit, -menge und -komplexität verstärkte den Bedarf und Wunsch, durch solche Visualisierungen Erkenntnisse zu gewinnen. Diese wiederum können die menschliche visuelle Wahrnehmung und die durch Augmented Reality bereitgestellte natürlichen Interaktion und die Darstellung dreidimensionale and stereoskopische Daten nutzen.
In meiner Dissertation möchte ich das Verständnis dafür vertiefen, wie Augmented Reality-Anwendungen gestaltet werden müssen, um menschliche Faktoren und Ergonomie optimal zu berücksichtigen, insbesondere im Bereich der visuellen Datenanalyse. Hierbei stütze ich mich in meiner Arbeit auf drei Forschungsfragen: (1) Wie können solche Anwendungen menschenzentriert gestaltet werden? (2) Welchen Einfluss hat die reale Umgebung auf solche Anwendungen? (3) Wie können AR Anwendungen mit existierenden Systemen und Geräten kombiniert werden?
Um diese Forschungsfragen zu beantworten, untersuche ich verschiedene menschliche und Umgebungseigenschaften, die sich auf die Augmentierungen derselben Umgebung auswirken können. Für menschliche Faktoren untersuche ich die Kompetenz im Umgang mit Visualisierungen als ``Visualization Literacy'', die visuelle Wahrnehmung von Visualisierungen, und physische Ergonomie wie Kopfbewegungen. In Bezug auf die Umgebung untersuche ich zwei Hauptfaktoren: den Einfluss des visuellen Hintergrunds auf das Lesen und Arbeiten mit immersiven Visualisierungen und die Möglichkeit der Verwendung alternativer Platzierungsbereiche in Augmented Reality. Um zukünftige Augmented Reality-Systeme zu erforschen, habe ich schließlich Hybride Benutzerschnittstellen und Konfigurationstools für immersive Umgebungen entworfen und implementiert. Während der verschiedenen Projekte habe ich empirische, qualitative und iterative Methoden bei der Untersuchung und Gestaltung von immersiven Visualisierungen und Anwendungen eingesetzt. Damit trage ich zum Verständnis bei, wie Entwickler menschliche und umbebungsbezogene Parameter für die Gestaltung und Erstellung zukünftiger AR-Anwendungen, insbesondere für die visuelle Datenanalyse, nutzen können.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:88995 |
| Date | 06 February 2024 |
| Creators | Satkowski, Marc |
| Contributors | Dachselt, Raimund, Schmalstieg, Dieter, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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