Bedienung digitaler Menschmodelle zur Absicherung manueller Montagetätigkeiten durch Virtual-Reality-Interaktion:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Fraunhofer Verlag
2021
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| Schriftenreihe: | Berichte aus dem Produktionstechnischen Zentrum Berlin
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| Beschreibung: | 186 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm x 14.8 cm |
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| adam_text | I Inhaltsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis..................................................................................................5 III Tabellenverzeichnis..................................................................................................... 10 IV Abkürzungsverzeichnis............................................................................................... 11 V Danksagung................................................................................................................. 12 VI Zusammenfassung....................................................................................................... 13 VII Abstract........................................................................................................................15 1 Einleitung.................................................................................................................... 17 1.1 Motivation und Hintergrund.........................................................................................17 1.2 Methodisches Vorgehen...............................................................................................19 1.3 Wissenschaftlicher Beitrag und Gliederung................................................................20 1.4 Eingliederung der Arbeit in die Virtuelle Produktentstehung.................................... 20 2 Stand der Technik und Forschung...............................................................................22 2.1 Virtuelle
Umgebungen.................................................................................................22 2.1.1 Head-Mounted-Displays.............................................................................................24 2.1.2 CAVE.......................................................................................................................... 27 2.1.3 Powerwall.................................................................................................................... 28 2.2 User-Interfaces.............................................................................................................29 2.2.1 WIMP-Interfaces......................................................................................................... 29 2.2.2 Natural-User-Interfaces............................................................................................... 32 2.2.3 Reality-Based-User-Interfaces.................................................................................... 35 2.3 Interaktion in VR......................................................................................................... 37 2.3.1 Begreifbare User-Interfaces........................................................................................ 38 2.4 Hardware zum Finger- und Hand-Tracking............................................................... 40 2.5 Greifen in virtuellen Umgebungen..............................................................................45 2.6 Usability und User-
Experience...................................................................................52 2.7 Digitale Absicherung von Montagetätigkeiten.......................................................... 54 2.8 Digitale Menschmodelle für die Absicherung von Montagetätigkeiten....................58 2.9 Usability von DMM und die Anwendung von Virtual Reality..................................62 2.10 Zusammenfassung: Stand der Forschung und Ableitung der Forschungsfragen..... 62 3 Methode Instruktion DHM..........................................................................................66 3.1 Aufgabenanalyse des DMM IMMA.......................................................................... 66 2
I Inhaltsverzeichnis 3.1.1 Möglichkeiten zum Datenaustausch von VR-Umgebung zur IMMASimulationssoftware.................................................................................................... 68 3.2 Anforderungsermittlung durch Fokusgmppe............................................................. 69 3.3 Virtual-Action-Tracking-System............................................................................... 72 3.4 Interaktionsmodell zur Instruktion digitaler Menschmodelle....................................74 3.5 Zusammenfassung....................................................................................................... 77 4 Empirische Studien......................................................................................................79 4.1 Studie 1 : Nutzerstudie zu visuellem Feedback zur Effizienzsteigerung bei der Instruktion von digitalen Menschmodellen................................................................ 79 4.1.1 Hypothesen...................................................................................................................80 4.1.2 Technischer Versuchsaufbau und Implementierung...................................................80 4.1.3 Design und Ablauf der Untersuchung.........................................................................82 4.1.3.1 Subjektive Messerhebung............................................................................................82 4.1.3.2 Objektives Messkriterium............................................................................................83 4.1.4 Design und
Ablauf der Studie.....................................................................................84 4.1.5 Ergebnisse....................................................................................................................86 4.1.5.1 Subjektive Ergebnisse..................................................................................................86 4.1.5.2 Objektive Ergebnisse....................................................................................................88 4.1.6 Diskussion....................................................................................................................90 4.1.7 Zusammenfassung und Einordnung in das Gesamtthema..........................................90 4.2 Studie 2: Expertenevaluierung des Systems durch Nutzerstudie und Workshop.... 91 4.2.1 Hypothesen................................................................................................................... 91 4.2.2 Technische Implementierung......................................................................................92 4.2.3 Design und Ablauf der Expertenuntersuchung.......................................................... 92 4.2.3.1 Fragebogen ISONORM................................................................................................94 4.2.3.2 Fragebogen meCUE..................................................................................................... 94 4.2.3.3 World Cafe.................................................................................................................. 95 4.2.4
Ergebnisse................................................................................................................... 95 4.2.5 Diskussion..................................................................................................................100 4.2.6 Zusammenfassung und Einordnung in das Gesamtthema........................................ 102 4.3 Studie 3: Grifferkennung in VR................................................................................103 4.3.1 Stand der Forschung.................................................................................................. 104 4.3.1.1 Einordung der Griffe in Grifftaxonomie....................................................................104 4.3.1.2 Grifferkennung mithilfe von Machine Learning........................................................106 З
I Inhaltsverzeichnis 4.3.2 Hypothesen.................................................................................................................ПО 4.3.3 Technische Implementierung.................................................................................... 110 4.3.4 Design und Ablauf der Studie..................................................................................115 4.3.5 Ergebnisse..................................................................................................................115 4.3.6 Diskussion..................................................................................................................115 4.3.7 Zusammenfassung und Einordnung in dasGesamtthema..........................................116 4.4 Studie 4: Vergleichende Untersuchung zur Instruktion von digitalen Menschmodellen über VR-Interaktion unddem WIMP-Interface........................... 117 4.4.1 Hypothesen.................................................................................................................117 4.4.2 Technische Implementierung.................................................................................... 118 4.4.3 Design und Ablauf der Untersuchung....................................................................... 120 4.4.4 Ergebnisse..................................................................................................................124 4.4.4.1 TCT............................................................................................................................125 4.4.4.1 Fehler bei der
Aufgabendurchfuhrung...................................................................... 126 4.4.4.2 Genauigkeit der Endposition..................................................................................... 127 4.4.4.3 NASA-TLX................................................................................................................128 4.4.4.4 Lemforderlichkeit.......................................................................................................131 4.4.4.5 Ergebnisse Abschlussfragebogen.............................................................................. 132 4.4.5 Diskussion..................................................................................................................133 4.4.6 Zusammenfassung und Einordnung in dasGesamtthema......................................... 136 4.5 Übertragbarkeit der Methodik auf andere Menschmodelle...................................... 136 4.5.1 Forschungsfrage.........................................................................................................137 4.5.2 Design und Ablauf der Untersuchung....................................................................... 137 4.5.3 Ergebnisse.................................................................................................................. 138 4.5.4 Diskussion..................................................................................................................139 4.5.5 Zusammenfassung und Einordnung in dasGesamtthema..........................................140 5 Zusammenfassung und
Diskussion........................................................................... 141 6 Fazit und Ausblick.....................................................................................................145 7 Literaturverzeichnis....................................................................................................147 8 Anhang....................................................................................................................... 158 4
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I Inhaltsverzeichnis II Abbildungsverzeichnis.5 III Tabellenverzeichnis. 10 IV Abkürzungsverzeichnis. 11 V Danksagung. 12 VI Zusammenfassung. 13 VII Abstract.15 1 Einleitung. 17 1.1 Motivation und Hintergrund.17 1.2 Methodisches Vorgehen.19 1.3 Wissenschaftlicher Beitrag und Gliederung.20 1.4 Eingliederung der Arbeit in die Virtuelle Produktentstehung. 20 2 Stand der Technik und Forschung.22 2.1 Virtuelle
Umgebungen.22 2.1.1 Head-Mounted-Displays.24 2.1.2 CAVE. 27 2.1.3 Powerwall. 28 2.2 User-Interfaces.29 2.2.1 WIMP-Interfaces. 29 2.2.2 Natural-User-Interfaces. 32 2.2.3 Reality-Based-User-Interfaces. 35 2.3 Interaktion in VR. 37 2.3.1 Begreifbare User-Interfaces. 38 2.4 Hardware zum Finger- und Hand-Tracking. 40 2.5 Greifen in virtuellen Umgebungen.45 2.6 Usability und User-
Experience.52 2.7 Digitale Absicherung von Montagetätigkeiten. 54 2.8 Digitale Menschmodelle für die Absicherung von Montagetätigkeiten.58 2.9 Usability von DMM und die Anwendung von Virtual Reality.62 2.10 Zusammenfassung: Stand der Forschung und Ableitung der Forschungsfragen. 62 3 Methode Instruktion DHM.66 3.1 Aufgabenanalyse des DMM IMMA. 66 2
I Inhaltsverzeichnis 3.1.1 Möglichkeiten zum Datenaustausch von VR-Umgebung zur IMMASimulationssoftware. 68 3.2 Anforderungsermittlung durch Fokusgmppe. 69 3.3 Virtual-Action-Tracking-System. 72 3.4 Interaktionsmodell zur Instruktion digitaler Menschmodelle.74 3.5 Zusammenfassung. 77 4 Empirische Studien.79 4.1 Studie 1 : Nutzerstudie zu visuellem Feedback zur Effizienzsteigerung bei der Instruktion von digitalen Menschmodellen. 79 4.1.1 Hypothesen.80 4.1.2 Technischer Versuchsaufbau und Implementierung.80 4.1.3 Design und Ablauf der Untersuchung.82 4.1.3.1 Subjektive Messerhebung.82 4.1.3.2 Objektives Messkriterium.83 4.1.4 Design und
Ablauf der Studie.84 4.1.5 Ergebnisse.86 4.1.5.1 Subjektive Ergebnisse.86 4.1.5.2 Objektive Ergebnisse.88 4.1.6 Diskussion.90 4.1.7 Zusammenfassung und Einordnung in das Gesamtthema.90 4.2 Studie 2: Expertenevaluierung des Systems durch Nutzerstudie und Workshop. 91 4.2.1 Hypothesen. 91 4.2.2 Technische Implementierung.92 4.2.3 Design und Ablauf der Expertenuntersuchung. 92 4.2.3.1 Fragebogen ISONORM.94 4.2.3.2 Fragebogen meCUE. 94 4.2.3.3 World Cafe. 95 4.2.4
Ergebnisse. 95 4.2.5 Diskussion.100 4.2.6 Zusammenfassung und Einordnung in das Gesamtthema. 102 4.3 Studie 3: Grifferkennung in VR.103 4.3.1 Stand der Forschung. 104 4.3.1.1 Einordung der Griffe in Grifftaxonomie.104 4.3.1.2 Grifferkennung mithilfe von Machine Learning.106 З
I Inhaltsverzeichnis 4.3.2 Hypothesen.ПО 4.3.3 Technische Implementierung. 110 4.3.4 Design und Ablauf der Studie.115 4.3.5 Ergebnisse.115 4.3.6 Diskussion.115 4.3.7 Zusammenfassung und Einordnung in dasGesamtthema.116 4.4 Studie 4: Vergleichende Untersuchung zur Instruktion von digitalen Menschmodellen über VR-Interaktion unddem WIMP-Interface. 117 4.4.1 Hypothesen.117 4.4.2 Technische Implementierung. 118 4.4.3 Design und Ablauf der Untersuchung. 120 4.4.4 Ergebnisse.124 4.4.4.1 TCT.125 4.4.4.1 Fehler bei der
Aufgabendurchfuhrung. 126 4.4.4.2 Genauigkeit der Endposition. 127 4.4.4.3 NASA-TLX.128 4.4.4.4 Lemforderlichkeit.131 4.4.4.5 Ergebnisse Abschlussfragebogen. 132 4.4.5 Diskussion.133 4.4.6 Zusammenfassung und Einordnung in dasGesamtthema. 136 4.5 Übertragbarkeit der Methodik auf andere Menschmodelle. 136 4.5.1 Forschungsfrage.137 4.5.2 Design und Ablauf der Untersuchung. 137 4.5.3 Ergebnisse. 138 4.5.4 Diskussion.139 4.5.5 Zusammenfassung und Einordnung in dasGesamtthema.140 5 Zusammenfassung und
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Beschreibung