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 als nah gelegene. Der so entstehende Tiefeneffekt besitzt für die 3D-Wahrnehmungen einen beachtlichen Stellenwert und gelangt häufig unbewusst zum Einsatz, wenn scheinbar unschlüssige Szenen (relative Größen- und Distanzunklarheiten, auch in der realen Welt) durch die Bewegungsparallaxe zur Auflösung bebracht werden. [15] Für eine VR-3D-Szene bedeutet dies, dass die virtuellen Objekte, abhängig von der Betrachterposition und seiner Blickrichtung (Ermittlung ist jeweils Aufgabe des Trackings), bei Eigenbewegung oder Translationen in der Szene in Position und Lage ein korrektes Echtzeit-Update erfahren (Perspektiv- & Positionsupdates). Daraus ergibt sich auch das Problem bei fehlendem Tracking. Insbesondere bei Consumer-HMDs spielt es zumeist keine Rolle, wohin der Kopf gedreht wird oder in welche Richtung sich der Benutzer bewegt, die Abbildungen auf den Displays bleiben konstant. Durch die fehlende Bewegungsparallaxe sinkt schließlich der Immersionsgrad. Abb. 32, Bewegungsparallaxe Kinetischer Tiefeneffekt Der „kinetic depth effect“ (KDE; Wallach, O'Connell 1953) bezeichnet die Entstehung von Plastizität aufgrund der Rotation von Objekten. Am einfachsten lässt sich dieses Phänomen verbildlichen, indem man z.B. die Projektion eines komplexen 3D-Wireframe-Modells betrachtet. Es wirkt i.A. stark planar, ein räumlicher Eindruck entwickelt sich nicht oder nur extrem schwer. Rotiert nun aber das 3D-Wireframe-Modell, entwickelt sich umgehend ein räumlicher Eindruck, der jedoch genauso schnell wieder verschwindet, sobald die Rotation stoppt. Auch bei Vollkörpern kann man beobachten, dass das räumliche Verständnis des Betrachters erheblich wächst. [15] Daher ist es sehr bedeutsam, dass vor allem komplexe Objekte z.B. bei Begutachtungen oder visuellen Bewertungen auf Bedarf beliebig rotiertet werden können. Eine Anforderung sowohl an das Szenen- und Interaktionsdesign, als auch an die Interface- und Funktionsgestaltung der jeweiligen VR-Applikation. „Umweltbezogene Interpretation / ökologischer Ansatz“ [15] (nach Gibson, 1979) Hierbei beruht die räumliche Wahrnehmung auf globalen Rezeptionsprozessen. Es werden nicht mehr einzelne Objekte als raumbildend verstanden, sondern der allgemeine Zusammenhang aller in der realen oder virtuellen Szene befindlichen Gebilde, also der „Gesamteindruck“. [15] Der maßgebliche Wahrnehmungsprozess wird in der Literatur als „bottom-up“-Methode beschrieben (Gibson 1955, Marr 1976). Danach erfolgt ein „datenbasiertes“ Analysieren der Szene (Positionen, Orientierungen, Bewegungen, Formen, Farben, Tiefeneindrücke, Texturen etc.), dem ein Zusammensetzen der Detaileindrücke zu einem Gesamtbild folgt. Auf die 3-Dimensionalität bezogen wird die Raumwahrnehmung durch die Kombination von „räumlich individuell angeordneten Punkten“ etabliert. [15] Dem gegenüber steht die hierarchisch wissensbasierte „top-down“-Methode, die besagt, dass der Mensch, geprägt von persönlichem Vorwissen und Erfahrungen, grundsätzlich von bestimmten Erwartungen und Vorstellungen während der Wahrnehmung ausgeht. Damit verbunden ist eine Strategie, die des Erkennen von Objekten schon anhand von sehr 32
Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004 rudimentären Anhaltspunkten erlaubt. Die Verfeinerung erfolgt zu einem späteren Zeitpunkt und erst danach findet das Bilden des Gesamteindruckes statt. [15] Aktuell ist jedoch nicht belegt, dass entweder die eine oder die andere Methode pragmatischen Gesichtspunkten vollständig genügt. Viel mehr verheißen jüngere Ansätze, dass die beiden Methoden situationsbedingt (bottom-up für Unbekanntes, top-down für Bekanntes) oder auch in Kombination angewendet werden. Ergänzend dazu stützt die Horizontbildung als perspektivischer Kombinationseffekt zusätzlich die umfassende Raumerfahrung. Der bis ins Unendliche laufende Horizont grenzt dabei das „Oben“ und das „Unten“ einer Szene, eines Bildes ab. Unterstützend wirkt sich in jedem Fall der „optische Fluss“ („optic flow“) aus, der entsteht, wenn man sich z.B. über die komplette Szene hinweg bewegt. Der erzielte Mehrwert liegt dabei v.a. in der globalen Bewegungsparallaxe. Im VR-Umfeld lässt sich speziell der zuletzt genannte Fakt sinnvoll einsetzen, wenn man neue Objekte, neue Szenen oder generell neue Umgebungen einführen möchte. Es handelt sich dabei also um ein fundamentales Designhilfsmittel zur Verständnisschaffung und Immersionsförderung. Abb. 33, Umweltbezogene Interpretation Nachdem nun die wichtigsten Wahrnehmungsprinzipien beleuchtet und ihre Relevanz für die VR dargestellt wurde, folgt eine Aufstellung der für diese Arbeit wichtigsten VEs. Ergonomiebedingte Einflüsse auf die 3D-Wahrnehmung werden essentieller Inhalt der folgenden Kapitel sein. 1.2.5 Relevante Systeme Wenn man bedenkt, wie hochvariabel VEs gestaltet sein können, liegt es nahe, speziell die ergonomischen Betrachtungen auf jene Systeme zu begrenzen, die allgemein akzeptiert sind und sich bereits im kommerziellen Einsatz befinden. Außerdem beschränkt der Rahmen dieser Arbeit eine Ausweitung auf möglicherweise interessante, aber noch sehr experimentelle Systeme. Die folgenden spezifischen VEs sollen im Fokus dieser Arbeit stehen: 33
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