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

Heute werden 3D-Modellierungssysteme (3D-CAD-Systeme) hauptsachlich in Verbindung mit 2D-Ein- und -Ausgabegeraten verwendet, was zur Folge hat, das 3D-Interaktionen aus einer Sequenz von 2D-Eingaben zusammengesetzt werden mussen. 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 ermoglicht. Benutzer-zentrierte Ansatze erfordern die Berucksichtigung der wahrnehmungs- psychologischen und motorischen Fahigkeiten sowie Einschrankungen des Menschen. Benutzer-zentrierte Systeme laden zum experimentellen Erforschen der System- eigenschaften ein. Sie sollen ein flexibles Mas an Kooperationsunterstutzung sowie Immersion bieten und dem Benutzer einen unmittelbareren Umgang mit dem System ermoglichen. Ubertragen auf ein Modellierungssystem bedeutet dies, das eine integrierte Betrachtung der Anforderungen von CAD, Virtueller Realitat (VR) und computer-unterstutzter Zusammenarbeit (CSCW) erforderlich ist. VR-Technologie, wie z.B. 3D-Eingabegerate, haben in der Vergangenheit ihre Intuitivitat fur herkommliche Interaktionen in VR, wie Greifen und Bewegen, bereits unter Beweis gestellt. Aber 3D-Eingabegerate sind fur Modellierungs- aufgaben bislang nicht in groserem Umfang akzeptiert. Das ist darauf zuruck- zufuhren, das die bislang entwickelten 3D-Interaktionstechniken die CAD-spezifischen Anforderungen, wie Prazision und Effizienz, kaum in Betracht zogen. Aus diesem Grund wurden im Rahmen der Arbeit neuartige 3D-Interaktions- techniken insbesondere fur die Volumenmodellierung entwickelt, die die Reiz-Reaktions-Korrespondenz wahren, direkte Manipulationen unterstutzen und Prazision sowie Effizienz bieten. Diese Interaktionstechniken wurden mit entsprechenden Visualisierungstechniken kombiniert, die die Form von Objekten und deren raumliche Relationen augenfallig darstellen. Daruber hinaus wurde eine Systemarchitektur fur benutzer-zentrierte Modellierungssysteme erarbeitet, die die Anforderungen von CAD, VR und CSCW gleichermasen erfullt. Eine prototypische Umsetzung zeigt direkt- manipulatives, kooperatives Modellieren mit 3D-Eingabegeraten in einer verteilten virtuellen Umgebung mit unterschiedlichem Mas an Immersion. Mit den entwickelten Interaktionstechniken konnte gezeigt werden, das 3D-Eingabegerate auch im Konstruktionsprozes, wo Prazision eine Kernforderung ist, Vorteile bieten konnen. Ein neues Interaktionsparadigma, die Topologie- basierte eingeschrankte Modifikationstechnik (TCBM) ist der Schlussel, um Eingabegerate mit 6 Freiheitsgraden fur CAD-spezifische Modifikationen zu nutzen, die oft nur eine geringere Anzahl von Freiheitsgraden benotigen. Die TCBM nutzt die 6 Freiheitsgrade von 3D-Eingabegeraten zur nicht-modalen, gesten-basierten Interaktion. Ein flexibles Diskretisierungsschema sorgt fur die im detaillierten Konstruktionsprozes benotigte Prazision der Interaktionen. Die Kombination dieser neuen Techniken und Algorithmen ermoglicht eine effiziente und prazise geometrische Modellierung mit 3D-Eingabegeraten.