Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen
Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen
Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004 vorgestellt. Über die Erhebungs- und Anwendungsstrategien soll es schließlich möglich werden, fundierte Maßnahmenkataloge zu erstellen. Die Beantwortung der Frage nach der Umsetzungen gefundener Maßnahmen ist nicht Bestandteil dieser Arbeit. 2.3.2.1 Hardware und Umgebung Nachdem anhand von expliziten Anforderungen sowohl der definitive Änderungsbedarf festgestellt, als auch der entsprechende Änderungsumfang anhand von technologischen, ökonomischen, selbst politischen Rahmenbedingungen klar definiert wurde, können spezielle Vorgehensweisen zur Behebung technischer Defizite aus ergonomischer Sicht analysiert werden. Dafür dienen v.a. die VDI-Richtlinien 2221 (Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte) und 2222, Blatt 1 (Methodisches Entwickeln von Lösungsprinzipien), die auch tragendes Element für die Systematisierungen in Kapitel 3 der vorliegenden Arbeit sind. Folgende Phasen lassen sich aus dem VDI-gemäßen Vorgehensmodell eines zyklischen Problemlösungsprozesses extrahieren [VDI 2221, Grundlagen der Methodik]: • Problemanalyse („[...] Gegenüberstellung mit mehr oder weniger Unbekanntem hinsichtlich der Lösung des Problems.“) • Problemformulierung („[...] Formulierung und vor allem Präzisierung des zu lösenden Problems aufgrund des vollständigeren Informationsstandes [...]“) • Systemsynthese („Beim Suchen nach Lösungen [...] werden Lösungsideen oder schon konkrete Lösungen erarbeitet und kombiniert. Wesentliches Merkmal ist das Entwickeln bzw. Erkennen [...] mehrerer Lösungen.“) • Systemanalyse („[...] wird dann dieses Lösungsfeld hinsichtlich der Eigenschaften seiner Lösungen analysiert, um die für eine Lösungsauswahl erforderlicher Informationen zu gewinnen.“) • Beurteilung und Entscheidung („[...] ist Grundlage für eine [...] Entscheidung über eine bevorzugte und zur Weiterführung der Systementwicklung geeigneten Lösung oder über einen Abbruch der Entwicklungen.“) Abb. 42, Systemtechnische Problemlösungszyklen 58
Diplomarbeit „Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen“ von Andreas Pusch, FHF 2003/2004 Es muss gerade bei der Modifikation technischer Systeme die modulare Integrität im Fokus der Anpassungsmaßnahmen bleiben. Dies bedeutet, dass es notwendig ist, bei der zyklischen Maßnahmenerfolgskontrolle auch potentielle Auswirkungen auf alle in der Systemhierarchie benachbarten Module zu betrachten, um dort ggf. Erfüllungsparameter zu überwachen. Weiterhin gilt insbesondere hier der Grundsatz vom „Erkennen der Kombinierbarkeit von Einzellösungen zu Teillösungen und Gesamtlösungen“ [VDI 2221, G.d.M.]. Entscheidend für viele Fälle im Bereich der VR-Hardware ist überdies die Maßgabe, gewisse Grundfunktionen von Geräten durch notwendige funktionelle Anpassungen optimalerweise nicht zu beeinflussen. Im folgenden Beispiel der in der CAVE eingesetzten Stereobrille zur Bildtrennung im passiven Projektionsmodus (gilt im übertragenen Sinne auch für die aktive Stereobrille) sollen die o.g. Schritte von der anforderungsbasierten Erfüllungsbewertung bis zum Lösungskonzept durchlaufen werden. Problemanalyse Die passive Stereobrille, die z.B. in der CAVE einerseits als binokularer Einzelbildseparator (vgl. 1.2.4), andererseits aber auch als Träger für den Kopfpositions-/lagesensor (elektromagnetisches Tracking, vgl. 1.2.2) dient, weist z.T. gravierende ergonomische Mängel auf und ist damit geradezu prädestiniert für eine exemplarische Behandlung. Umfassende Benutzerstudien ergaben folgende elementaren Defizite: • Auflagefläche auf der Nase ist zu schmal und zu hart, wodurch ein übermäßiger Schmerzdruck erzeugt wird • Gewicht des einseitig angebrachten (meist am vorderen Außenbereich des linken Bügels) Kopfpositions-/lagesensors und des von ihm ohne weitere Zugentlastungen vertikal freihängenden Kabels zum Rucksack bewirkt durch ein ungünstiges Drehmoment eine Schrägstellung der Brille und dadurch einen nochmals vergrößerten Schmerzdruck • zirkularen Polarisationsfilter auf den Gläsern bewirken visuelles Übersprechen der Einzelbilder für das linke und das rechte Auge und einer damit verbundenen Störung der 3D-Wahrnehmung • Filter bewirken Lichtminderung und damit Kontrastreduktion, aber Farbverfälschungen Problemformulierung Auf die Problemanalyse kann nun die exakte Problemformulierung folgen. Dabei geht man im Regelfall so vor, dass die Einzelprobleme zunächst separat bearbeitet werden. Für den vorliegenden Fall sei deshalb beispielhaft die ungleichmäßigem Gewichtsverteilung gewählt. Die ungleichförmige Gewichtsverteilung (Links Rechts) muss ausgeglichen werden. Es muss eine Drehmomentverringerung/-verlagerung (Sensor, hängendes Kabel) erfolgen, um sowohl die stark linksseitige Schmerzbelastung, als auch die Schrägstellung der Brille auszuräumen. Der Sensor muss zur Kopfpositions-/Lageerkennung nutzbar und allgemein entfernbar bleiben. Darüber hinaus dürfen die grundlegenden Eigenschaften der Brille (aufsetzbar, tragbar, keine weitere Einschränkung des Gesichtsfeldes) nicht eingeschränkt werden und es dürfen keine neuen Belastungen hinzu kommen. Weiterhin sind sowohl limitierte Umsetzungszeit, als auch begrenzte Finanzen zu beachten. Systemsynthese Zwei zentrale Faktoren konnten identifiziert werden, die zur belastenden Gewichtsverteilung führen. Nachfolgend seien diese wichtigsten Faktoren genannt und Lösungsvorschläge erarbeitet: • Position des Sensors (Drehmoment, einseitiges Gewicht): In früheren Versuchen wurde festgestellt, dass eine Platzierung (augennah für korrekte Positionsbestimmung und damit Szenenberechnung) des Sensors mittig zwischen den 59
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Diplomarbeit „<strong>Untersuchungen</strong> <strong>zur</strong> <strong>ergonomischen</strong> <strong>Gestaltung</strong> <strong>von</strong> <strong>VR</strong>-<strong>Systemen</strong>“ <strong>von</strong> Andreas Pusch, FHF 2003/2004<br />
vorgestellt. Über die Erhebungs- und Anwendungsstrategien soll es schließlich möglich<br />
werden, fundierte Maßnahmenkataloge zu erstellen. Die Beantwortung der Frage nach der<br />
Umsetzungen gefundener Maßnahmen ist nicht Bestandteil dieser Arbeit.<br />
2.3.2.1 Hardware und Umgebung<br />
Nachdem anhand <strong>von</strong> expliziten Anforderungen sowohl der definitive Änderungsbedarf<br />
festgestellt, als auch der entsprechende Änderungsumfang anhand <strong>von</strong> technologischen,<br />
ökonomischen, selbst politischen Rahmenbedingungen klar definiert wurde, können spezielle<br />
Vorgehensweisen <strong>zur</strong> Behebung technischer Defizite aus ergonomischer Sicht analysiert<br />
werden. Dafür dienen v.a. die VDI-Richtlinien 2221 (Methodik zum Entwickeln und<br />
Konstruieren technischer Systeme und Produkte) und 2222, Blatt 1 (Methodisches Entwickeln<br />
<strong>von</strong> Lösungsprinzipien), die auch tragendes Element für die Systematisierungen in Kapitel 3<br />
der vorliegenden Arbeit sind.<br />
Folgende Phasen lassen sich aus dem VDI-gemäßen Vorgehensmodell eines zyklischen<br />
Problemlösungsprozesses extrahieren [VDI 2221, Grundlagen der Methodik]:<br />
• Problemanalyse („[...] Gegenüberstellung mit mehr oder weniger Unbekanntem<br />
hinsichtlich der Lösung des Problems.“)<br />
• Problemformulierung („[...] Formulierung und vor allem Präzisierung des zu lösenden<br />
Problems aufgrund des vollständigeren Informationsstandes [...]“)<br />
• Systemsynthese („Beim Suchen nach Lösungen [...] werden Lösungsideen oder schon<br />
konkrete Lösungen erarbeitet und kombiniert. Wesentliches Merkmal ist das Entwickeln<br />
bzw. Erkennen [...] mehrerer Lösungen.“)<br />
• Systemanalyse („[...] wird dann dieses Lösungsfeld hinsichtlich der Eigenschaften seiner<br />
Lösungen analysiert, um die für eine Lösungsauswahl erforderlicher Informationen zu<br />
gewinnen.“)<br />
• Beurteilung und Entscheidung („[...] ist Grundlage für eine [...] Entscheidung über eine<br />
bevorzugte und <strong>zur</strong> Weiterführung der <strong>Systemen</strong>twicklung geeigneten Lösung oder über<br />
einen Abbruch der Entwicklungen.“)<br />
Abb. 42, Systemtechnische Problemlösungszyklen<br />
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