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 optimalen Verwendung positioniert und gestaltet werden müssen, wie die Interaktion abhängig von den existenten Eingabesysteme erfolgen kann u.v.m. Navigation im VR-Umfeld steht aber auch für das orientierende Vorgehen des Benutzers in der virtuellen Welt. Folgende vier üblichen Modelle zur Navigation in der VR-Szene werden unterschieden: • 3D-Pan (3D-Schwenk): auf Bewegungen des Eingabegerätes hin wird die VR-Szene abhängig von den systembedingten Freiheitsgraden isomorph verschoben (Einsatz v.a. bei einzelnen und/oder kleineren Objekten) • World in Miniature (WiM): Veränderung des virtuellen Benutzerstandorts durch Anzeigen der neuen Zielposition auf einer z.B. gesondert eingeblendeten Miniaturversion der aktuellen VR-Welt (Einsatz z.B. bei größeren Szenen oder Szenen mit sehr komplexen Modellen) • Flymodell (Fliegemodell): durch Blickrichtung oder Zeigen (abhängig von Applikation und/oder verfügbarem Tracking) wird die komplette Szene kontinuierlich mit einer bestimmten Geschwindigkeit verschoben, die z.B. durch eine variable Entfernung des Eingabegerätes vom Körper vorgegeben werden kann (Einsatz v.a. bei Architektur- oder Geländemodellen) • Rotieren: ein selektiertes Objekt oder die gesamte Szene wird in dem Maße isomorph rotiert, wie ein bestimmtes Eingabegerät rotiert wird (allgemein ergänzendes Navigationprinzip) Manipulation Hierunter versteht man die Gesamtheit der Methoden, über die sich verändernd in die VR- Welt eingreifen lässt. Diesen Eingreifen kann im Wesentlichen direkt oder indirekt passieren, abhängig von der entsprechenden Objektdistanz. Die direkte Form der Manipulation betrifft alle Transformationen von Objekten, die sich ohne besondere virtuelle Hilfsmittel (Zeigestrahl etc., s.u.) im Aktionsraum des Benutzers selektieren lassen. Auf die Selektion folgt die direkte, meist isomorphe und damit auch intuitivste Variante der Manipulation. Entfernte Objekte bedürfen hingegen gesonderter Hilfsmechanismen zum Auswählen und Manipulieren. Die Auswahl kann erfolgen durch: • erweiterte Hand: virtuelle Repräsentation der Hand entfernt sich zunehmen von der realen Hand bis zum Erreichen des entfernten Objekts • Strahl: unendliche Verlängerung des von der Hand ausgehenden Zeigevektors, gewählt wird das auf dem Strahl am nächsten befindliche Objekt [38] • Zeigefinger: ein durch Blick- und Finger-/Handpunkt gebildeter Strahl, der prinzipiell genauso funktioniert wie der oben beschriebene Strahl Die Manipulation entfernter Objekte muss unter dem Gesichtspunkt zunehmender Ungenauigkeit gesehen werden. Spezielle Modifikationsmethoden setzen an diesem Problem an und versuchen so, die betreffenden Einflüsse zu kompensieren. Die drei meisteingesetzten Vorgehensweisen sind: • handzentrierte Objektmanipulation: das Manipulationszentrum des entfernten Objektes wird in das Objekt verlegt, während die Manipulation selbst von der Hand des Benutzers beschrieben wird (problematisch: auch hier kann v.a. eine sehr große Entfernung noch zu gewissen Genauigkeitsproblemen führen) 44
Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004 • Objektzoom: der Benutzer wird zum Objekt „befördert“, führt dort die Manipulationen aus und kehrt danach an seinen ursprünglichen Standort zurück (problematisch: Art des Zooms schnelle kontinuierliche Zooms können Cybersickness verursachen) • WiM: bestimmte Bereiche oder auch die gesamte Szene können zu Manipulationszwecken verkleinert und damit für den Benutzer direkt erreichbar dargestellt werden (problematisch: mangelnden Genauigkeit aufgrund miniaturisierter Darstellungen) Wie aus den Beschreibungen zu ersehen ist, bergen die meisten der aufgeführten Navigations- und Manipulationsmethoden Defizite in sich, die zu analysieren und prototypisch zu lösen Teil dieser Arbeit sein wird. Eine weitere Schwierigkeit im Zusammenhang mit der räumlichen Interaktion ist die hohe Anzahl an Freiheitsgraden, deren vollständige Beherrschung den meisten Benutzern große Probleme bereitet. Existierende Ansätze beschreiten daher den Weg der Beschränkung von Freiheitsgraden, abhängig vom Niveau der gewünschten Genauigkeit [38]. D.h., dass um so weniger Freiheitsgrade zur Verfügung gestellt werden, je genauer die Tätigkeit ausgeführt werden soll (Rasterungen, koordinatenbezogene Bewegungsconstraints etc.). Da Untersuchungen zu diesem Thema bislang kaum oder nur unzureichend durchgeführt wurden, soll auch dazu eine Randbetrachtung innerhalb dieser Arbeit stattfinden. 1.4 Pionierforschungsobjekt VR-Ergonomie Nachdem die Begriffe VR/VE und Ergonomie vorangehend in sehr umfassenden Ausführungen in ihren Einzelbedeutungen betrachtet wurden, soll an dieser Stelle deren Integration erfolgen. Prinzipiell versteht sich die VR-Ergonomie als eine noch sehr junge Spezialdisziplin der Arbeitswissenschaften. Sie versucht zunächst, die besonderen Anforderungen an Hard-, Software und Umgebungsbedingungen von VEs zu erarbeiten (vgl. 2), Empfehlungen für die Gestaltung zu formulieren und auf diese Weise Standards zu schaffen, an denen sich Forschung und Industrie orientieren können – oder vielmehr müssen. Ziel ist es überdies, arbeitsorganisatorische Optimierungen und prozessintegrative Effizienzsteigerungen zu erzielen, um die Potentiale von VR je nach Anwendungsgebiet voll ausschöpfen zu können. Der Pioniergedanke in diesem Zusammenhang erwächst v.a. aus der Tatsache, dass VR bis heute kaum irgendwelchen industriellen Standards unterliegt, bzw. sich teilweise adaptive Standards nur bedingt auf VR anwenden lassen. Zu neu ist das gesamt VR-Feld, zu speziell die Lösungen und somit zu unausgereift die Prozessintegration als wichtiges ökonomisches Argument für den Einsatz von VR. Weltweit werden deshalb inzwischen große Spezialistenkongresse abgehalten, auf denen immer häufiger neben den technoökonomischen Möglichkeiten und Visionen zunehmend auch ergonomiemotivierte Diskussionen geführt werden. Man darf es also als ein gutes Zeichen ansehen, dass man nun endlich damit beginnt, einer Technologie mit gewaltigen Potentialen die dringend notwendige Basis zu geben, von der aus der Einzug in die verschiedensten Bereiche erfolgen kann. Und diese Basis sind allgemeingültige Standards, auch und v.a. in Bezug auf die Ergonomie künftiger Systeme. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an, deren höhergelagertes Ziel darin bestehen wird, Impulse zu schaffen, an denen sich möglichst schon in naher Zukunft weiterführende Forschungsaktivitäten orientieren können. Sämtliche zu erarbeitenden Empfehlungen, Vorgehensmuster, Bewertungskriterien etc. finden bisher nirgendwo Entsprechungen und so ist jede/s ein innovativer Akt von großer Bedeutung. 45
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