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Reconstruction and inverse rendering of daily objects in indoor scenes. - Ilmenau. - 64 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Das Erstellen realistischer Bilder war schon immer ein Hauptaugenmerk beim Studium der Computergrafik. Diese Arbeit zielt darauf ab, beide Methoden der Einzelobjektrekonstruktion und des inversen Renderns von Innenszenen auf verbrauchsarme Weise zu kombinieren, wobei nur mehrere Eingangsbilder eines einzelnen Objekts und der Hintergrundszene mit der Methode das Objekt in das Hintergrundfoto einfügen können fotorealistische Qualität. Bei dem Verfahren wird nur eine Seite des Objekts für das Rendering rekonstruiert, was die Anforderungen an den Aufnahmeaufbau senkt und die Effizienz der praktischen Anwendung erhöht. Die resultierenden synthetischen Bilder wurden jeweils für reale Objekte und synthetische Objekte unter verschiedenen Umgebungsbedingungen durch ein Online-Benutzerstudienverfahren erstellt und bewertet, und das Ergebnis wurde mittels Differenz-Mittelwert-Meinungswert (DMOS), einem subjektiven Bildbewertungsverfahren, analysiert. Das Ergebnis zeigt, dass das Verfahren für synthetische Ground-Truth-Objekte hauptsächlich das gleiche Maß an Realismus erreicht, während das Verfahren für reale Objekte in den meisten Fällen auch einen geringen Unterschied des realistischen Sinns beibehalten kann. Abschließend wurden die Grenzen und die zukünftige Arbeit dieser Methode diskutiert.



Khan, Asad Hussain;
Extraction of materials with proper BRDF description to create and implement a realistic impression in virtual world by utilizing ConvNet. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Unsere Welt besteht aus Tausenden von verschiedenen Materialklassen, den Materialien, die wir in unserem täglichen Leben sehen. Um diese Materialien in einer virtuellen Welt nachzubilden, wurde bisher wenig getan. Wissenschaftler haben an verschiedenen Techniken gearbeitet, um ein solches Modell zu erstellen und zu entwickeln, das alle Details aus einem einzigen Bild wiederherstellen kann, um ein Materialbild zu erstellen und zu rendern, das auf ein bestimmtes Objekt/Mesh in der virtuellen Welt gewickelt werden kann. Ein Ansatz, der leicht und einfach mit weniger Berechnungen zu erwerben ist. In dieser Studie wird ein solcher Ansatz vorgestellt und eine Methodik entwickelt und implementiert, mit der räumlich variierende bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktionen (SVBRDFs) aus einem einzigen Eingabebild gewonnen werden können. Sie arbeitet mit der Vorhersage von vier PBR-Materialien, d.h. normal, diffus, rau und spiegelnd, die unter bestimmten Beleuchtungsbedingungen gerendert werden können, um einen realistischen Eindruck in der virtuellen Welt zu vermitteln. Der vorgeschlagene Rahmen arbeitet mit einer U-Net-Architektur mit bestimmten Aktivierungsfunktionen und Verlusten. In dieser Arbeit werden vier verschiedene Modelle vorgestellt, wobei jedes Modell für eine Vorhersage einer anderen Parameterkarte arbeitet. Die Ergebnisse der Modelle werden dann mit den beiden anderen State-of-the-Art-Ansätzen verglichen. Der vorgeschlagene Ansatz scheint jedoch vielversprechend in Bezug auf Genauigkeit und Modelleffizienz, die keine speziellen Verarbeitungstechniken erfordert.



Mehta, Abhimanyu;
Implementation and evaluation of various augmented reality based approaches for object assembly. - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Objekt Montage-und Wartungsanleitungen werden in der Regel in Bild- und Textform zur Verfügung gestellt. Diese Anleitungen dienen sowohl der Ausführung der Aufgabe als auch der Ausbildung. In einigen Situationen können sich diese Anweisungen, für eine optimale Wahrnehmungserkenntnis, als unzureichend erweisen. Mit Hilfe von Augmented Reality kann der Prozess, der Bereitstellung von Anweisungen an einen Benutzer, für die Aufgabe der Objektmontage verbessert werden. Diese Arbeit zielt darauf ab, drei solcher AR-basierten Ansätze zu implementieren, welche sich grundlegend voneinander unterscheiden und diese drei Ansätze einschließlich des traditionellen textbasierten Instruktionsansatzes, durch subjektives Testen, miteinander zu vergleichen. Die Ansätze werden basierend auf der für die Fertigstellung benötigten Zeit, den Fehlerraten, der Benutzererfahrung und den TLX-Werten verglichen. Es wurde festgestellt, dass der auf virtuelle menschliche Assistenz basierende Ansatz, im Vergleich zum herkömmlichen Ansatz, zu einem höheren Produktivitätsniveau und einer kürzeren Fertigstellungszeit führte. Die anderen beiden Ansätze, nämlich die Hervorhebung von Pfeilen und Zonen und die Welt-in-Miniatur-basierten Ansätze, führten ebenfalls zu einer kürzeren Fertigstellungszeit für die Montageaufgabe. Die Benutzer berichteten auch über mehr Sympathie für die AR-basierten Ansätze und verzeichneten weniger Fehler bei der Verwendung einiger der AR-basierten Ansätze. Diese Arbeit zielt darauf ab, optimale Anwendungsfälle für jeden dieser Ansätze zu beschreiben und gleichzeitig Einblicke in die Benutzererfahrung für alle vier getesteten Ansätze zu geben.



Mehta, Aakash;
Catching in AR : catching in AR with subjective evaluation. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Obwohl Augmented Reality (AR) und Virtual Reality (VR) in den letzten Jahren an Popularität gewonnen haben, ist wenig über ihre Fähigkeiten oder die Branchen, in denen sie eingesetzt werden können, bekannt. Diese Masterarbeit zielt darauf ab, eine AR-Anwendung zum Fangen eines virtuellen Balls zu entwickeln und zu evaluieren und Möglichkeiten zur Bereicherung von Interaktionen in AR zu erforschen. Auf der Grundlage eines Experiments von Pan et. al. [1], bei dem es um das Fangen eines Balls in einer Virtual Environment (VE) ging, ist der Forscher zu dem Schluss gekommen, dass ein greifbares Objekt zum Werfen und Fangen in VR dem Benutzer bei geringer Latenzzeit in seinem System eine schnelle Anpassung an das System ermöglicht. Daher ist es möglich, VR durch eine Kombination aus virtuellen und physischen Objekten zu bereichern. In diesem Zusammenhang wird die Leistung eines AR-Systems, das es den Nutzern ermöglicht, einen virtuellen Ball zu fangen, mit dem Fangen eines echten Balls in der physischen Welt mit der HoloLens2 von Microsoft verglichen. Zusätzlich wird der Einfluss der Anwesenheit des virtuellen Balls (Objekts) und die Auswirkung auf das menschliche Verhalten aufgrund der Variation der Große, der Geschwindigkeit und des Winkels (Flugbahn) des Balls in dieser Arbeit untersucht. Dazu wurde ein Experiment mit einem subjektiven Design (Anzahl der Teilnehmer = 19) und zwei Versuchen durchgeführt, bei denen die Teilnehmer gebeten wurden, einen virtuellen Ball und einen realen Ball zu fangen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Teilnehmer durch den ersten Versuch beeinflusst wurden, indem sie einen Trainingseffekt erhielten. Außerdem wurde festgestellt, dass die Teilnehmer abgeschwächte Strategien verwendeten, um die Aufgabe (Fangen) in AR auszufuhren.



Mustansur, Habib;
Investigating the suitability of mid-air haptic feedback for augmented reality control elements. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die Eignungsprüfung von haptischem Mid-Air-Feedback (MAH) mit AR-Inhalten wurde in dieser Forschungsarbeit untersucht. Dabei wird die einfache AR-Benutzeroberfläche mit einem in der Luft erzeugten Feedback über ein ultrahaptisches Gerät laminiert. Microsoft Hololens 2 wurde für die Ausführung von AR-Anwendungen verwendet. Der Inhalt der Benutzeroberfläche wurde genau über dem ultrahaptischen Array in einer bestimmten Höhe positioniert, um maximalen MAH-Eingang vom Gerät zu erhalten. Die Teilnehmer konnten die Benutzeroberfläche sehen und fühlen, während sie das Mixed-Reality-Headset, d.h. die Hololens 2, trugen. Die Benutzeroberfläche umfasst die Bedienung von Kipptasten sowie einen weiteren Anwendungsfall, nämlich den Touch-Schieberegler. Darüber hinaus gab es zwei Testszenarien, mit und ohne MAH-Feedback. Die Teilnehmer mussten beide Szenarien erleben und wurden dann nach einer aufmerksamen, gemessenen und gründlich erklärten Prüfung durch die Teilnehmer gebeten, einen sorgfältig ausgewählten Fragebogen aus einer eng verwandten Forschungsarbeit von (Pintoet al., 2020) auszufüllen. Die Ergebnisse der Tests zeigten, dass die Genauigkeit, die Wahrnehmung von AR-Inhalten und die Aufgabenleistung der Benutzer mit MAH-Feedback zunahmen.



Böttcher, Gerd;
How to display your avatar? And why? A systematic analysis of the visualization of avatars in AR/VR. - Ilmenau. - 84 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Diese Arbeit untersucht die Effekte unterschiedlicher Darstellungen von Avataren in Virtual und Augmented Reality. Mittels einer strukturierten Inhaltsanalyse wurden 29 wissenschaftliche Artikel untersucht, die sich mit dem Thema Avatar in VR und AR befassten, um einen Überblick über den aktuellen Stand der Forschung in diesem Bereich zu geben. Die Arbeit umfasst eine tiefgehende Analyse der 29 Studien, um Auswirkungen von Avatar-Typ (z.B. Ganzkörper-Avatar, nur Hände und Kopf sichtbar) und Stil der Darstellung (abstrakt, Cartoon, realistisch) auf objektive und subjektive Kriterien, wie z.B. Leistung, Präsenz, Nutzererlebnis und Grad der Verkörperung in unterschiedlichen Anwendungsbereichen (z.B. Kommunikation, gemeinschaftliche Problemlösung, Spiel-ähnliche Szenarien) zu ermitteln. Die Inhaltsanalyse wurde durch Experteninterviews mit Wissenschaftlern erweitert, welche sich seit vielen Jahren mit dem Thema Avatare in VR beschäftigen, um weitere Erkenntnisse über die Darstellungsweise von Avatar, wichtige Kriterien und zukünftige Forschung zu erfahren.



Maier, Jana Elena;
The visual and olfactory influence on the perception of taste : a modulation of virtual reality and olfaction. - Ilmenau. - 150 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Die virtuelle Realität ist sowohl Gegenwart als auch Zukunft für die Interaktion zwischen Mensch und Computer. Unser menschlicher Geschmack wird durch den Konsum von Lebensmitteln hervorgerufen und ist einer der komplexesten Sinneseindrücke, der den visuellen Eindruck, den Geruch und die Geschmacksknospen auf der Zunge miteinander verbindet. Frühere Forschungen konzentrierten sich auf verschiedene Konstrukte und elektrische Stimulation, um die virtuelle Wahrnehmung des Essens zu beeinflussen. In der vorliegenden experimentellen Studie wird der Einfluss von visuellen und olfaktorischen Reizen auf die menschliche Geschmackswahrnehmung untersucht. Dazu werden (1) die Wahrnehmung kongruenter und inkongruenter Einflüsse, die (2) Auswirkung auf die Identifikation und Bewertung des Geschmacks sowie (3) die Möglichkeit eines Leitgefühls analysiert. Ein experimentelles Design wird entwickelt, bei dem die Wahrnehmung von 30 Teilnehmer*innen in drei Phasen verglichen werden. Die ersten beiden Bedingungen bestehen aus einer reinen Bild- und einer Geruchsbewertung, gefolgt von der dritten Bedingung, welche in der virtuellen Umgebung durchgeführt wird und bei der Probanden ein neutrales Produkt konsumieren. Sowohl kongruente als auch inkongruente Eindrücke ausgewählter Obst- und Gemüsesorten werden virtuell serviert. Mittels eines entwickelten Löffels erhalten die Teilnehmer*innen ein Geruchsfeedback. Probanden bewerten den Geschmack und identifizieren das Produkt. Ergebnisse zeigen eine starke Korrelation für das visuelle Produkt Banane mit inkongruenten olfaktorischen Einflüssen. Kommentare der Teilnehmer*innen bestätigen, dass ein Produkt mit kongruenten Einflüssen leichter zu identifiziert sei, während inkongruente Reize eher wahrgenommen und unterschieden werden. Dieses VR Experiment entwickelt eine neue Art Lebensmittel zu konsumieren. Technologische und praktische Hilfsmittel müssen in Bezug auf die menschliche Sinneswahrnehmung weiter untersucht und spezifiziert werden. Dann könnte dieser Ansatz neue Methoden zur Behandlung bei Fehlernährung und Übergewicht beitragen. Verschiedene wissenschaftliche Disziplinen beteiligen sich an der Herausforderung visuelle Eindrücke und Geruch im virtuellen Raum zu vereinen.



Kumari, Gunjan;
Implementation and evaluation of a low latency social XR platform featuring 3D pose estimation. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Evaluation einer Virtual-Reality-Anwendung mit einer geringen Latenz, die eine monokulare 3D-Posenschätzung enthält, mehrere Spieler unterstützt und für die Live-Fernkommunikation verwendet werden kann. Ein 3D Pose Estimation Framework wird verwendet, um die Pose des gesamten menschlichen Körpers zu extrahieren und die extrahierten Pose-Daten werden über ein Server-Client-Netzwerk an eine VR-Anwendung gesendet. Der Prototyp der VR-Anwendung wurde in Unity3D entwickelt und bildet die geschätzten Pose-Daten in Echtzeit auf die einzelnen Gelenke eines Avatars ab. Für das Kopfgelenk werden die Positionsdaten vom Head Mounted Display (HMD) extrahiert, um eine genauere Position und Orientierung zu erhalten. Die Verwendung von menschlichen 3D-Avataren mit voller menschlicher Gestalt ermöglicht ein realistisches Gefühl für die Interaktion mit dem Benutzer im virtuellen Raum. Die Latenz zwischen Bewegung und Wahrnehmung wird ebenfalls gemessen, um die Zeitverzögerung zwischen der vom Benutzer ausgeführten Aktion und dem entsprechenden im HMD angezeigten Inhalt zu berechnen. Zum Schluss wird eine subjektive Evaluationsstudie durchgeführt, um die Benutzererfahrung und die Benutzerfreundlichkeit des entwickelten Anwendungsprototyps zu untersuchen. Die Daten werden in qualitativer und quantitativer Form erhoben und decken verschiedene Aspekte der Erfahrung ab. Es wurden verschiedene Methoden angewandt, um die Daten von den Teilnehmern zu sammeln, wie z.B. Fragebögen, lautes Denken, Feedbacks usw. Insgesamt 26 Teilnehmer nahmen an der Evaluationsstudie teil und gaben trotz vieler Schwierigkeiten kritische Informationen über die Erfahrungen mit der Anwendung. Korrelationen zwischen den Fragebögen und ihren Unterkategorien wurden ebenfalls analysiert. Darüber hinaus werden auch Einschränkungen in der Anwendung diskutiert und zukünftige Arbeiten beabsichtigt.



Geiger, Nico;
Ein Qualitätsvergleich neuronaler Netze bei der Konvertierung von SDR- in HDR-Panoramabilder. - Ilmenau. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2021

Diese Arbeit evaluiert das Qualitätspotential zweier neuronaler Netze und einem mathematischen Verfahren bei der Inversen Tone Mapping Operation (iTMO) von Panoramabildern. Die Frage, welches der drei iTMO JSI-GAN, ExpandNet und IornsRhee die höchste Qualität bei unterschiedlichen Bildhelligkeits- und Bildsättigungswerten erreicht, wird beantwortet. Dazu werden Hochkontrast-(HDR) Panoramabilder, von der Webseite www.hdrihaven.com, verwendet. Für die Verarbeitung in den drei iTMO werden die Bilder mit vier unterschiedlichen Tone Mapping Operatoren (TMO) in den Standard Dynamik Bereich (SDR) komprimiert. Anschließend werden die SDR-Bilder durch die iTMO zu HDR-Bilder konvertiert. Die konvertierten Bilder werden mit den Analyseverfahren Strukturelle Ähnlichkeit und Spitzen-Signal-Rausch-Verhältnis auf ihre quantitativen Eigenschaften ausgewertet. Es stellt sich heraus, dass das ExpandNet eine hohe Konvertierungsqualität bei hellen Bildern mit mittlerer bis hoher Sättigung zeigt. Die iTMO, JSI-GAN und IornsRhee zeigen gute Ergebnisse bei dunklen Bildern mit mittlerer bis niedriger Sättigung und zudem eine niedrige Qualitätsfluktuation. Auf Basis der quantitativen Resultate werden aus allen konvertierten Bildern Stichproben entnommen und qualitativ auf Artefakte untersucht. Das JSI-GAN zeigt dabei die meisten Bildartefakte. Das ExpandNet erreicht bei hellen, die iTMO JSI-GAN und IornsRhee bei dunklen SDR-Bildern die besten Ergebnisse.



Knutzen, Kathrin;
Me vs. us: the role of group identity on social presence and trust in collaborative virtual reality environments. - Ilmenau. - 133 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2021

Diese Masterarbeit befasst sich mit dem Einfluss der Theorie der sozialen Identität und möglicher Gruppencharakteristiken in kollaborativen Virtual-Reality-Umgebungen auf Vertrauen und soziale Präsenz. Neben (non)verbaler Kommunikation von Nutzer*innen tragen kontextuelle Informationen wie zwischenmenschliche Beziehungen von Akteur*innen zur sozialen Präsenz und Vertrauen bei. In einem Experiment mit einem Between-Subject-Design (n = 42) kooperierten Zweierteams in einer Multi-User-VR-Umgebung und spielten kooperative Puzzlespiele. Gruppen, die zusätzlichen sozialen Gruppencharakteristiken gemäß der Theorie der sozialen Identität (Informationen über Universitätszugehörigkeit und Nationalität) ausgesetzt sind, werden mit einer Gruppe ohne jene Charakteristiken verglichen. Es werden Effekte auf soziale Präsenz, teambasiertes Vertrauen und interpersonelles Vertrauen vor und nach kooperativen Aufgaben, sozialen Dilemmata, Spaß, Gruppenidentifikation und kooperativer Leistung untersucht. Es konnten keine signifikanten Effekte der Gruppencharakteristiken auf teambasiertes Vertrauen, Gruppenidentifikation, soziale Präsenz (gesamter Wert), Vergnügen, soziale Dilemmata und kooperative Spielergebnisse gefunden werden. Signifikante Unterschiede innerhalb der Proband*innen finden sich für Ergebnisse der kooperativen Aufgaben, teambasiertes Vertrauen und soziale Dilemmata. Die untersuchten Forschungsvariablen korrelieren signifikant miteinander, was darauf hinweist, dass weitere Studien notwendig sind, die sich auf ähnliche Forschungsschemata konzentrieren. Die Anwendbarkeit der Theorie der sozialen Identität im Kontext von VR und in postmodernen Gesellschaften wird diskutiert. Die Operationalisierung von sozialen Identitätsmerkmalen muss in zukünftigen Arbeiten untersucht werden.