Interactive data annotation for virtual reality applications

• Interaktive Datenannotation für Anwendungen der Virtuellen Realität

Pick, Sebastian; Kuhlen, Torsten (Thesis advisor); Preim, Bernhard (Thesis advisor)

Aachen (2019, 2020)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019

Kurzfassung

Virtuelle Realität (VR) bietet die einzigartige Möglichkeit Datensätze auf eine höchst immersive und interaktive Art zu explorieren. Ein Kernaspekt des Explorationsprozesses ist der Erwerb von Einblicken und Erkenntnissen bzgl. der involvierten Daten. Hierbei ist es die Aufgabe sogenannter Annotationssysteme es seinen Nutzern zu ermöglichen diese Erkenntnisse festzuhalten und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzurufen. Obwohl VR-basierte Annotationssysteme über viele Jahre hinweg ein Gegenstand der Forschung waren, bleiben wichtige Probleme ungelöst. Viele Interaktionslösungen fokussieren sich auf isolierte Probleme bei nur begrenzter Anwendbarkeit. Auch werden Designs ganzheitlicher Arbeitsabläufe, welche essenziell für eine einheitliche Bereitstellung aller relevanter Operationen sind, nicht behandelt. Parallel dazu sind verfügbare Präsentationsansätze für den Einsatz in immersiven virtuellen Umgebungen (IVU) gar nicht oder nur partiell geeignet. Letztendlich wird das Design von Annotationssystemen zumeist dadurch verkompliziert, dass sie im Kontext von Anwendungsszenarien, welche unterschiedliche oder veränderliche Anforderungen aufweisen, zum Einsatz kommen sollen. In dieser Arbeit ist es mein Ziel die genannten Probleme zu adressieren. Dazu stelle ich ein Annotations-Framework vor, welches explizit dafür entworfen wurde, entsprechend der wechselnden Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsszenarien konfigurier- und erweiterbar zu sein. Es basiert auf einem speziellen Datenmodell, welches nicht nur die Integration der von Annotationen benötigten Datentypen ermöglicht, sondern auch die Integration von Techniken um diese aufzeichnen und darstellen zu können. Ich verwende dieses Datenmodell, um eine flexible Lösung für das Design ganzheitlicher Interaktionsabläufe zu entwickeln. Sie deckt alle wichtigen Operationen zur Erstellung, Modifikation und Begutachtung beliebiger Annotationstypen innerhalb einer IVU ab. Um einsatzbereite Interaktionstechniken zur Aufzeichnung von Annotationsinhalten bereitstellen zu können, identifiziere ich die wichtigsten Datentypen und entwerfe darauf aufbauend geeignete Interaktionskonzepte. Zudem führe ich eine zweistufige Präsentationsstrategie für den Zugriff auf und die Anzeige von beliebigen Annotationsinhalten ein. Während die erste Stufe den Zugang zu einer Auswahl an Inhalten über eine frei wählbare Darstellungsform ermöglicht, erlaubt die zweite Stufe den Zugriff auf alle Annotationsinhalte auf einheitliche Art und Weise. Darüber hinaus stelle ich einen neuartigen Layout-Ansatz für Annotationen vor, welcher Verdeckungen durch oder von Annotationen verhindert, um den visuellen Zugriff auf diese wie auch auf die eigentlichen Daten sicherzustellen. Um die Praktikabilität meiner Lösungen zu untersuchen, behandle ich eine Reihe technischer Analysen und Nutzerstudien. Diese werden durch die Besprechung konkreter Anwendungsbeispiele abgerundet, welche unterschiedliche Teilmengen von Techniken verwenden und dadurch die Nützlichkeit und Flexibilität meines Frameworks veranschaulichen.

Einrichtungen

• Fachgruppe Informatik [120000]
• Lehr- und Forschungsgebiet Virtuelle Realität und Immersive Visualisierung [124620]