TU Darmstadt / ULB / tuprints

Effiziente 3D-Interaktions- und Visualisierungstechniken für benutzer-zentrierte Modellierungssysteme

Stork, André :
Effiziente 3D-Interaktions- und Visualisierungstechniken für benutzer-zentrierte Modellierungssysteme.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2001)

[img]
Preview
Dissertation - PDF
diss.pdf
Available under Simple publication rights for ULB.

Download (1535Kb) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Effiziente 3D-Interaktions- und Visualisierungstechniken für benutzer-zentrierte Modellierungssysteme
Language: German
Abstract:

Heute werden 3D-Modellierungssysteme (3D-CAD-Systeme) hauptsächlich in Verbindung mit 2D-Ein- und -Ausgabegeräten verwendet, was zur Folge hat, daß 3D-Interaktionen aus einer Sequenz von 2D-Eingaben zusammengesetzt werden müssen. Dies erfordert eine mentale Abbildung seitens des Benutzers. CAD-Systeme sind traditionell technologie-zentriert. Alternativ bietet sich ein benutzer-zentrierter Ansatz an, den den Mensch in den Mittelpunkt stellt und ein intuitiveren und effizienteren Mensch-Maschine-Dialog ermöglicht. Benutzer-zentrierte Ansätze erfordern die Berücksichtigung der wahrnehmungs- psychologischen und motorischen Fähigkeiten sowie Einschränkungen des Menschen. Benutzer-zentrierte Systeme laden zum experimentellen Erforschen der System- eigenschaften ein. Sie sollen ein flexibles Maß an Kooperationsunterstützung sowie Immersion bieten und dem Benutzer einen unmittelbareren Umgang mit dem System ermöglichen. Übertragen auf ein Modellierungssystem bedeutet dies, daß eine integrierte Betrachtung der Anforderungen von CAD, Virtueller Realität (VR) und computer-unterstützter Zusammenarbeit (CSCW) erforderlich ist. VR-Technologie, wie z.B. 3D-Eingabegeräte, haben in der Vergangenheit ihre Intuitivität für herkömmliche Interaktionen in VR, wie Greifen und Bewegen, bereits unter Beweis gestellt. Aber 3D-Eingabegeräte sind für Modellierungs- aufgaben bislang nicht in größerem Umfang akzeptiert. Das ist darauf zurück- zuführen, daß die bislang entwickelten 3D-Interaktionstechniken die CAD-spezifischen Anforderungen, wie Präzision und Effizienz, kaum in Betracht zogen. Aus diesem Grund wurden im Rahmen der Arbeit neuartige 3D-Interaktions- techniken insbesondere für die Volumenmodellierung entwickelt, die die Reiz-Reaktions-Korrespondenz wahren, direkte Manipulationen unterstützen und Präzision sowie Effizienz bieten. Diese Interaktionstechniken wurden mit entsprechenden Visualisierungstechniken kombiniert, die die Form von Objekten und deren räumliche Relationen augenfällig darstellen. Darüber hinaus wurde eine Systemarchitektur für benutzer-zentrierte Modellierungssysteme erarbeitet, die die Anforderungen von CAD, VR und CSCW gleichermaßen erfüllt. Eine prototypische Umsetzung zeigt direkt- manipulatives, kooperatives Modellieren mit 3D-Eingabegeräten in einer verteilten virtuellen Umgebung mit unterschiedlichem Maß an Immersion. Mit den entwickelten Interaktionstechniken konnte gezeigt werden, daß 3D-Eingabegeräte auch im Konstruktionsprozeß, wo Präzision eine Kernforderung ist, Vorteile bieten können. Ein neues Interaktionsparadigma, die Topologie- basierte eingeschränkte Modifikationstechnik (TCBM) ist der Schlüssel, um Eingabegeräte mit 6 Freiheitsgraden für CAD-spezifische Modifikationen zu nutzen, die oft nur eine geringere Anzahl von Freiheitsgraden benötigen. Die TCBM nutzt die 6 Freiheitsgrade von 3D-Eingabegeräten zur nicht-modalen, gesten-basierten Interaktion. Ein flexibles Diskretisierungsschema sorgt für die im detaillierten Konstruktionsprozeß benötigte Präzision der Interaktionen. Die Kombination dieser neuen Techniken und Algorithmen ermöglicht eine effiziente und präzise geometrische Modellierung mit 3D-Eingabegeräten.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Today, modeling systems, i.e. CAD systems, are mainly used in conjunction with 2D input and output devices. When using 2D input devices, 3D interactions have to be built-up as a sequence of 2D inputs. This requires a mental mapping on the user's side. Traditionally, CAD systems are technology-centered. User-centered approaches alternatively place the user at the center of interest and promise a more intuitive and efficient man-machine dialoque. User-centered approaches require to consider human perceptual and human motor capabilities and limitations. User-centered systems invite users to experimentally explore the systems' capabilities. They shall provide a flexible amount of cooperation and immersion. Thus, the user is more directly involved into the system. Transferring these requirements to modeling systems, there is a need for an integrated view of CAD, Virtual Reality (VR) and Computer Supported Cooperative Work (CSCW). VR-technology, such as 3D input devices, have already proven their intuitiveness for traditional interactions in virtual environments, such as grab and move. But 3D input devices are not yet accepted broadly for modeling tasks. Interaction techniques developed so far, consider CAD specific requirements such as precision and efficiency only to a limited extent. They do not render 3D input devices to their full potential. Thus, new interaction techniques, esp. for solid modeling, which maintain stimulus response compatibility, support direct-manipulation and provide precision and efficiency were developed. The interaction techniques are combined with appropriate visualization techniques that render the shape and the spatial relationships between objects more obviously. A system architecture for user-centered modeling systems was developed that simultaneously fulfills the requirements of CAD, VR and CSCW. The prototype that implements this architecture allows for direct-manipulative, collaborative modeling with 3D input devices within environments with different levels of immersion. Providing appropriate interaction techniques it could have been showed that 3D input devices can be used beneficial in the detailed design process where precision is a major requirement. A new interaction paradigm, the topologic- context based modification technique (TCBM), is a key in using 6 degrees of freedom (DOF) devices for CAD specific modifications which often only require lower DOF modifications. The TCBM utilizes the 6 DOFs of 3D input devices to perform lower DOF modifications by modeless, gesture-based interactions. A flexible discretization scheme provides the precision needed for detailed design. The combination of these new techniques and algorithms allows for efficient and precise modeling with 3D input devices.English
Uncontrolled Keywords: Mensch-Maschine Interaktion, Virtuelle Realität, 3D CAD, kooperatives Modellieren, Visualisierung
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Mensch-Maschine Interaktion, Virtuelle Realität, 3D CAD, kooperatives Modellieren, VisualisierungGerman
human computer interaction, Virtual Reality, CAD, CSCW, visualizationEnglish
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:20
Last Modified: 07 Dec 2012 11:46
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000109
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-1099
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Encarnacao, Prof. Dr.- J. L.
Advisors: Encarnacao, Prof. Dr.- J. L.
Refereed: 29 September 2000
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/109
Export:

Actions (login required)

View Item View Item