Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Augmented-Reality-Technologien sind eine neue Stufe in der Entwicklung der Verbindung zwischen Technologie und der realen Welt. Sie helfen dabei, eine Computerdarstellung auf den realen Raum und die Welt zu projizieren. Diese Technologie bietet viele Möglichkeiten in verschiedenen Bereichen des menschlichen Lebens. Sie findet breite Anwendung in der Medizin, der Fertigung, dem Militär und der Spieleindustrie. Für die Ausführung dieser komplexen Technologie ist jedoch eine enorme Rechenleistung erforderlich. Obwohl sich die Industrie für mobile Geräte ständig in diese Richtung bewegt, können sie nicht die notwendige Leistung für die Ausführung großer Aufgaben bieten. Ziel dieser Arbeit war es, zu untersuchen, wie sich der Streaming-Ansatz auf Probleme wie Rechenkomplexität und fehlende Rechenleistung auswirkt. Zur Durchführung einer vergleichenden Analyse wurden zwei Anwendungen auf der iOS-Plattform erstellt. Die erste Anwendung verwendet Bibliotheken für AR-Technologien und führt alle Funktionen zum Finden von Oberflächen und Zeichnen von Objekten auf der Client-Seite aus. Die zweite Anwendung verwendet einen Streaming-Ansatz, um Daten an den Server zu übertragen, und erhält als Ergebnis ein vorgefertigtes Bild, das einfach durch die reale Darstellung von der Kamera ersetzt wird. Alle komplexen Rendering-Operationen, die Berechnung der Objektpositionen und die Transformationen ihrer Positionsmatrizen finden auf der Serverseite statt, wodurch die Belastung des Client-Geräts verringert und mehr Möglichkeiten bei der Arbeit mit AR-Technologien erreicht werden können.
The impact of personalized avatars and full face tracking on virtual body ownership, presence and anthropomorphism. - Ilmenau. - 55 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
In dieser Arbeit werden die Auswirkungen personalisierter Avatare und vollständigem Gesichts-Tracking auf Body Ownership, Presence und Anthropomorphism analysiert. Es wird eine technische Pipeline zur Erstellung fotorealistischer 3D-gescannter Avatare vorgestellt, die mit Bewegungs-, Gesichts- und Augen-Tracking ausgestattet sind und zur Selbststeuerung in der virtuellen Realität verwendet werden können. In dieser Studie wurden vier Avatarmodelle untersucht, darunter ein personalisierter Cartoon-Avatar, der mit einem Avatar-Generator unter Verwendung eines Bildes vom Gesicht des Benutzers erstellt wurde und ein fotorealistischer 3D-gescannter Avatar. Die Bewegung jedes Avatars wurde getrackt und es gab zwei Varianten: eine mit und eine ohne Gesichts- und Augen-Tracking Funktionen. Die Avatare wurden in einer Virtual-Reality-Umgebung hinsichtlich ihrer wahrgenommenen Body Ownership, Presence und Anthropomorphism anhand einer Stichprobe von 12 Teilnehmern bewertet, die vor einem Spiegel vordefinierte Bewegungen und Emotionen ausführten. Die gescannten Avatare erhöhen den Body Ownership im Vergleich zu den Cartoon-Avataren deutlich. Alle Avatar Varianten hatten den gleichen Einfluss auf die wahrgenommene Presence in der virtuellen Umgebung. Die Gesichts-Tracking-Variante hatte keinen signifikanten Einfluss auf die untersuchten Faktoren. Der Uncanny-Valley wurde für den gescannten Avatar vermutet, aber nicht bestätigt.
Metaverse and the future of healthcare: an analysis of extended reality and its benefits for older adults’ well-being. - Ilmenau. - 115 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Einleitung: Die Überalterung der Bevölkerung stellt eine Herausforderung für alle Bereiche der Gesellschaft dar. Ältere Generationen werden im Laufe der Zeit einen großen Teil der Weltbevölkerung ausmachen, und eines der Probleme, mit denen die Gesellschaft derzeit konfrontiert ist, besteht leider darin, dass die Pflegesysteme für diese Senioren immer noch hauptsächlich auf Modellen aus dem 20. Jahrhundert basieren, die sowohl für das Personal als auch für die Gesundheitszentren und die Behörden kostspielig und zeitaufwändig sind. Um die Belastung durch die Pflege zu verringern und gleichzeitig den Bedürfnissen dieser wachsenden Bevölkerungsgruppe gerecht zu werden, muss das Gesundheitssystem die Menschen in die Lage versetzen, eine aktivere und positivere Rolle für ihre eigene Gesundheit und ihr Wohlbefinden zu übernehmen. Um älteren Menschen zu helfen, gesund zu altern und ihre Lebensqualität zu verbessern, wurde vorgeschlagen, dass eine stärkere soziale Teilhabe und stimulierende körperliche Aktivitäten durch Technologie einen großen Unterschied für ihre körperliche und geistige Gesundheit ausmachen können. Die Nutzung von Umgebungen wie VR und AR, um ältere Menschen zur aktiven Teilnahme an sozialen und körperlichen Interaktionen zu ermutigen, ihre Gesundheit, Mobilität und Gehirnfunktion zu verbessern und die Einsamkeit zu verringern, wird zu einem Schlüsselthema für moderne und zukünftige globale Gemeinschaften.Forschungsziele: Mit dem Ziel, einige der Lücken im Zusammenhang mit der Nutzung von Metaverse für das Wohlbefinden und die Gesundheitsversorgung älterer Menschen zu schließen, schlägt diese Arbeit vor, den aktuellen Stand der Technologie und die greifbaren Vorteile der Verbesserung der Langlebigkeit älterer Menschen besser zu verstehen; Datensicherheit, Datenschutz und Nutzerrechte zu analysieren, indem auch die Ethik innerhalb des Metaverse erörtert wird; und schließlich die Zugänglichkeit, Anpassungsfähigkeit und das Design der Technologie nicht nur im Hinblick auf die wahrgenommene Nutzbarkeit und Benutzerfreundlichkeit, sondern auch im Hinblick auf den Zugang und die Verfügbarkeit zum Kauf zu diskutieren.Methoden: Um die Hauptziele dieser Studie zu unterstützen, werden drei verschiedene Methoden verwendet. Daher wird im dritten Kapitel eine umfassende induktive Literaturrecherche durchgeführt, um Lücken im Bereich des Metaversums, AR/VR und der Gesundheitsversorgung für ältere Erwachsene zu finden. Im vierten Kapitel werden Interviews mit drei Experten auf dem Gebiet der XR und des Gesundheitswesens geführt, in denen die Befragten ihre Beiträge und Erkenntnisse vorstellen und die sich abzeichnenden Trends erläutern. Schließlich wird im fünften Kapitel dieser Arbeit ein persönliches Interview mit 40 älteren Erwachsenen, die in städtischen Gebieten in Deutschland leben, vorgestellt, in dem sie ihre Gefühle und Vorschläge zur Nutzung neuer Technologien und zu ihrer eigenen Gesundheitsversorgung äußern.Schlussfolgerung: Es wurde festgestellt, dass das Metaversum das Potenzial hat, das Leben älterer Menschen zu verbessern, indem es die aktive Teilnahme älterer Menschen am Prozess des gesunden Alterns erleichtert und potenziell positive Auswirkungen auf ihre Kommunikation, Gesundheit, Mobilität, Arbeit, Wohnen, soziale Interaktion, Freizeitgestaltung und Selbstverwirklichung hat. Es wurde auch festgestellt, dass sich das Metaversum zwar noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase befindet und es noch einige Einschränkungen gibt, dass die XR-Technologien aber bereits recht weit fortgeschritten und einsatzbereit sind und dass zu erwarten ist, dass die Qualität der Entwicklung in naher Zukunft zunehmen wird.
Evaluation of Ultrasound as Haptic Feedback for Grasping in Augmented Reality. - Ilmenau. - 37 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Der Tastsinn (oder Haptik) ist ein wichtiger Bestandteil eines immersiven Erlebnisses in AR (Augmented Reality). Ohne haptisches Feedback müssen sich die Nutzer ausschließlich auf visuelles Feedback verlassen, was insbesondere bei kleinen Objekten, die von den eigenen Händen verdeckt werden können, schwierig sein kann. Mid-air Geräte könnten eine freihändige Möglichkeit bieten, haptisches Feedback zu geben, das sich natürlich anfühlt und intuitiv verstanden wird, sowie die Immersion und Griffpräzision in virtuellen Umgebungen zu erhöhen. In dieser Arbeit wird Ultraschall als haptisches Feedback für das Greifen und Bewegen virtueller Objekte in AR evaluiert. Es wurde eine Nutzerstudie mit 20 Teilnehmern durchgeführt. Diese hatten die Aufgabe, virtuelle Würfel anzuheben, während sie verschiedene Arten von Feedback erhielten. Dazu gehörten haptisches Ultraschall-Feedback, visuelles Feedback in Form eines Aufleuchtens des Würfels, eine Kombination aus haptischem und visuellem Feedback und Abwesenheit von Feedback. Die Zeit bis zum Abschluss der Aufgabe und die Griffgenauigkeit (als Differenz zwischen der Objektgröße und dem Abstand zwischen Daumen und Zeigefinger beim Greifen) wurden aufgezeichnet und ausgewertet. Zusätzlich mussten die Teilnehmer einen Fragebogen zu ihrer Meinung über das Ultraschall-Feedback ausfüllen. Es wurde unter allen Arten von Feedback kein Unterschied in der Zeit für die Aufgabenbewältigung festgestellt. Allerdings gab es signifikante Unterschiede bei der Griffgenauigkeit: Vorhandenes Feedback verbesserte die Genauigkeit erheblich, was dessen Bedeutung in virtuellen Szenarien unterstreicht. Allerdings gab es keinen nennenswerten Unterschied zwischen den verschiedenen Feedback Typen. Der Fragebogen ergab, dass das bevorzugte Feedback der kombinierte Fall war, was darauf hindeutet, dass haptisches Feedback ein guter unterstützender Reiz zu anderen Arten von Feedback sein könnte. Die Ultraschallhaptik könnte in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, da das Gefühl an der Hand von den Teilnehmern im Allgemeinen gut wahrgenommen und als nützlich beschrieben wurde. Aufgrund der geringen Stichprobengröße von 20 Personen sind weitere Studien erforderlich.
Investigating Smart Wearable Solution Combining Augmented Reality and Haptic Feedback for Disaster Solutions. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022
Jedes Jahr wird die Menschheit mit mehreren Katastrophen konfrontiert. Um effiziente technologische Lösungen für solche Situationen bereitzustellen, werden kontinuierlich Fortschritte gemacht. Die Studie konzentriert sich auf die Erforschung der Benutzerfreundlichkeit und der Arbeitsbelastung von HoloLens 2 und haptischem Feedback für Ersthelfer in Katastrophensituationen. Die Studie wird im Rahmen des EU-PathoCERT-Projekts durchgeführt, das Technologien für die Notfallhilfe bei Kontamination mit Krankheitserregern entwickelt. Die Studie befasst sich mit der Kombination von HoloLens 2 und haptischem Feedback zur Unterstützung von Ersthelfern in Such- und Rettungsszenarien bei Wasserkontaminationen. Die Haptik und die AR-Anwendung sind so konzipiert und integriert, dass sie eine Navigation zum Zielort ermöglichen, unterstützt von Warnungen und Hinweisen im Zusammenhang mit Erregerwarnungen und Kontaminationsgebieten. Die Teilnehmer erleben die Navigations- und Warnszenarien, um Feedback für die ausgewählten Fragebögen zu geben. Die Auswertung der Fragebögen und die statistische Analyse ergaben, dass die Teilnehmer im S&R-Szenario mit haptischem Feedback leichter und mit geringerer Arbeitsbelastung arbeiten können. Zukünftige Arbeiten würden die Echtzeitnavigation zusammen mit dem haptischen Feedback und dem globalen Positionierungssystem einbeziehen, um das Anwendungssystem weiter zu verbessern.
The Influence of Virtual Environment Design on Social Presence in Virtual Reality. - Ilmenau. - 76 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
In dieser Bachelorarbeit wurde der Einfluss von Virtual Enviroment (VE) Design auf soziale Präsenz untersucht. Mehrere Gestaltungsdimensionen, Raumgröße, Raumfarbe, Innenarchitektur und interaktives Objektdesign wurden bewertet. Mithilfe von zwei unterschiedlich gestalteten Räumen, in denen die verschiedenen Gestaltungsdimensionen implementiert wurden, konnte ein Experiment durchgeführt werden. In beiden Räumen wurde soziale Präsenz mithilfe des Social Presence Gaming Questionnaire gemessen und verglichen. Zusätzliche Daten wie Proxemics von Benutzern wurden verwendet, um den gemessenen Effekt zu erklären. Die gesammelten Daten zeigten, dass die soziale Präsenz tatsächlich durch das VE-Design beeinflusst werden konnte. Es scheint, dass vor allem Größe und Farbe die wahrgenommene soziale Präsenz der VE-Nutzer beeinflusst haben.
Verbesserung der Barrierefreiheit für Menschen mit einer Beeinträchtigung des Sehvermögens am Beispiel der Web-Anwendung myplano2. - Ilmenau. - 66 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2022
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit bestand darin, die Probleme bei der Barrierefreiheit für Menschen mit einer Sehbehinderung am Beispiel der Web-Anwendung myplano2 zu identifizieren und konkrete Verbesserungsmöglichkeiten abzuleiten. Dazu wurden drei Forschungsfragen in Bezug auf die Analyse des Ist-Zustandes, die Konstruktion des Soll-Zustandes und die Filterung der Kernpunkte gestellt. Um diese Fragen zu beantworten, wurde eine qualitative Studie mit sieben Personen mit einer Sehbehinderung durchgeführt. Zur Datengewinnung wurden ein Usability Test sowie ein leitfadengestütztes Interview verwendet, welche sich an den Richtlinien der Web Content Accessibility Guidelines orientierten. Die verwendete assistive Software beschränkte sich auf zwei Screenreader (JAWS, NVDA) und eine Vergrößerungssoftware (Zoomtext), da die teilnehmenden Personen ihre persönlich präferierten Hilfsprogramme nutzten. Die entstandenen Ergebnisse geben die Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Web-Anwendung myplano2 im Sinne der Barrierefreiheit wieder. Die wichtigsten Erkenntnisse lagen in der Bedienbarkeit der Tabellen sowie der Verbesserbarkeit der Navigation durch zusätzliche Überschriften. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass die teilnehmenden Personen die Barrierefreiheit in der untersuchten Anwendung unterschiedlich wahrnahmen. Die Ergebnisse wurden dem verantwortlichen Unternehmen für die Weiterentwicklung von myplano2 zur Verfügung gestellt.
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.
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.
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.