Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen

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Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004 eines Objektes beschreiben. Demzufolge zeigen „unterschiedliche Reflexionsintensitäten unterschiedliche Oberflächengradienten“ an. [15, Lambertsches Gesetz] Darüber hinaus tragen Licht und Schatten auch erheblich zur emotionalen Wahrnehmung (Stimmung) und dem damit verbunden realitätsbildenden Identifikationsempfinden bei. Nicht zuletzt ist es die von Licht und Schatten geprägte Welt, die uns täglich umgibt. Der erfahrungsbedingt subjektiv empfundene Tiefeneindruck von Szenen, in denen Licht und Schatten zum Einsatz kommen, wird von einer nahezu unabhängigen generischen Erwartung überlagert – und zwar dem Lichteinfall von oben. Schon die Sonne fördert täglich aufs Neue diese Grundintention, die bereits seit den 80ern erhebliche Einflüsse auf ergonomische Interaktionsdesigns im Office-PC-Bereich genommen hat (z.B. Licht/Schatten-Stilisierungen in grafischen Navigations-, Menü- und Steuerfunktionsinterfaces; siehe Grafik: Licht/Schatten 1). Unter dieser Prämisse wird an die VR-Grafik praktisch in jedem Anwendungsfall die Forderung gestellt, plausible Licht/Schatten-Verhältnisse zu repräsentieren. Dazu werden in der virtuellen Szene u.a. globale Lichter (ohne offensichtliche Quelle), Abstrahlungen sichtbarer Lichtquellen (Straßenlampen, Kontrollleuchten etc.) Hilfs-/Korrekturlichter und Reflexionssimulationen („reflection maps“) platziert. Häufig setzt man dabei weit mehr in Farbe und Leuchtkraft variierende Lichter ein, als in einer vergleichbaren Umgebungen in der Wirklichkeit zur Erzeugung des gleichen Eindrucks notwendig wären. Abhängig von den Rechnerkapazitäten, der Szenenkomplexität, den verwendeten Objektmaterialen, den Echtzeit- und Realitätsansprüchen, sowie den ergonomischen Maßgaben (Bildwiederholfrequenz, Kontrast, Helligkeit etc.), werden entsprechend „lichtsensitive“ Renderingmethoden (meist Gouraud-, selten Phong-Shading) eingesetzt. Raytrace, Radiosity und Particle Trace [23] als – in Aufzählungsreihenfolge ansteigend - extrem realitätsfördernde Globalbeleuchtungsrendervarianten sind aufgrund ihres immensen Rechenbedarfs allgemein nicht für hochauflösende Echtzeitumgebungen geeignet. Abb. 28, Licht/Schatten 1 Abb. 29, Licht/Schatten 2 Interposition/Occlusion Bei der Interposition handelt es sich um Objektüberdeckungen. Die Tiefenwahrnehmung entsteht dadurch, dass Objekte, die anderer Objektes zumindest partiell verdecken, als vordergründiger platziert wahrgenommen werden. Dieser Eindruck ist selbst dann gegeben, wenn die Objekte in Gestalt und abgebildeter Größe völlig identisch sind. Allein die Überschneidung bringt hier den Raumeffekt (vgl. Grafik: Interposition) und wird zunehmend bedeutsamer, je mehr sich die betreffenden Objekte aus dem disparitätischen Wahrnehmungsraum herausbewegen. 30
Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004 Innerhalb einer VR-Echtzeit-3D-Anwendung entscheidet der Z-Buffer während des Renderings, welches Objekt ggf. Überdeckungen besitzt und stellt entsprechende Bereiche nicht dar („backface culling“). Dies bedeutet jedoch nicht, dass die überdeckten Objektsegmente komplett aus dem Rendering ausgeschlossen werden, denn es besteht immer noch die Möglichkeit, dass sich bestimmte nicht sichtbare Flächen optischerweise indirekt auf andere auswirken (Reflexionen, Illuminationen etc.). Abb. 30, Interposition Gestaltprinzip Das Gestaltprinzip beschreibt die Bestrebung des Menschen, Gesehenes zu organisieren, zu antizipieren [„feature detection“, 24] und zu kategorisieren. [15] Sehen wird infolgedessen zu einem stark kognitiven Prozess, dessen Erfolg maßgeblich von den Erfahrungen und kognitiven Leistungen des Betrachters abhängt. Es werden Assoziationen gebildet, die wiederum die räumliche Wahrnehmung einerseits unterstützen oder überhaupt erst ermöglichen. Können keine adäquaten Verknüpfungen gebildet werden, verliert sich das Gesehene in Chaos und/oder Unverständnis. Aufgabe des Szenendesigners ist es also, den Benutzer einer VE mit Strukturen zu konfrontieren, die – früher oder später (je nach Zielsetzung der Repräsentation) – kognitiv entschlüsselt werden können. Also weder chaotische noch prinzipiell unlogische Anordnungen, damit die Rezeption schließlich in Verständnis münden kann. Abb. 31, Gestaltprinzip Bewegung/-sparallaxe Tiefeneindrücke werden auch dadurch gekennzeichnet, dass sich z.B. bei Kopfbewegungen/drehungen die Bewegungsgeschwindigkeit von Objekten durch das Blickfeldes mit zunehmender Entfernung verringert. Objekte werden demnach als näher positioniert empfunden, je schneller sie das Blickfeld passieren. Ebenso verhält es sich z.B. beim Schauen aus einem fahrenden Auto. Weiter entfernte Objekte scheinen langsamer vorbei zu „gleiten“, 31
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