Untersuchungen zur ergonomischen Gestaltung von VR-Systemen

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
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