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

Heute werden 3D-Modellierungssysteme (3D-CAD-Systeme) hauptsächlich in Verbindung mit 2D-Ein- und -Ausgabegeräten verwendet, was zur Folge hat, daß 3D-Interaktionen aus einer Sequenz von 2D-Eingaben zusammengesetzt werden müssen. 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 ermöglicht. Benutzer-zentrierte Ansätze erfordern die Berücksichtigung der wahrnehmungs- psychologischen und motorischen Fähigkeiten sowie Einschränkungen des Menschen. Benutzer-zentrierte Systeme laden zum experimentellen Erforschen der System- eigenschaften ein. Sie sollen ein flexibles Maß an Kooperationsunterstützung sowie Immersion bieten und dem Benutzer einen unmittelbareren Umgang mit dem System ermöglichen. Übertragen auf ein Modellierungssystem bedeutet dies, daß eine integrierte Betrachtung der Anforderungen von CAD, Virtueller Realität (VR) und computer-unterstützter Zusammenarbeit (CSCW) erforderlich ist. VR-Technologie, wie z.B. 3D-Eingabegeräte, haben in der Vergangenheit ihre Intuitivität für herkömmliche Interaktionen in VR, wie Greifen und Bewegen, bereits unter Beweis gestellt. Aber 3D-Eingabegeräte sind für Modellierungs- aufgaben bislang nicht in größerem Umfang akzeptiert. Das ist darauf zurück- zuführen, daß die bislang entwickelten 3D-Interaktionstechniken die CAD-spezifischen Anforderungen, wie Präzision und Effizienz, kaum in Betracht zogen. Aus diesem Grund wurden im Rahmen der Arbeit neuartige 3D-Interaktions- techniken insbesondere für die Volumenmodellierung entwickelt, die die Reiz-Reaktions-Korrespondenz wahren, direkte Manipulationen unterstützen und Präzision sowie Effizienz bieten. Diese Interaktionstechniken wurden mit entsprechenden Visualisierungstechniken kombiniert, die die Form von Objekten und deren räumliche Relationen augenfällig darstellen. Darüber hinaus wurde eine Systemarchitektur für benutzer-zentrierte Modellierungssysteme erarbeitet, die die Anforderungen von CAD, VR und CSCW gleichermaßen erfüllt. Eine prototypische Umsetzung zeigt direkt- manipulatives, kooperatives Modellieren mit 3D-Eingabegeräten in einer verteilten virtuellen Umgebung mit unterschiedlichem Maß an Immersion. Mit den entwickelten Interaktionstechniken konnte gezeigt werden, daß 3D-Eingabegeräte auch im Konstruktionsprozeß, wo Präzision eine Kernforderung ist, Vorteile bieten können. Ein neues Interaktionsparadigma, die Topologie- basierte eingeschränkte Modifikationstechnik (TCBM) ist der Schlüssel, um Eingabegeräte mit 6 Freiheitsgraden für CAD-spezifische Modifikationen zu nutzen, die oft nur eine geringere Anzahl von Freiheitsgraden benötigen. Die TCBM nutzt die 6 Freiheitsgrade von 3D-Eingabegeräten zur nicht-modalen, gesten-basierten Interaktion. Ein flexibles Diskretisierungsschema sorgt für die im detaillierten Konstruktionsprozeß benötigte Präzision der Interaktionen. Die Kombination dieser neuen Techniken und Algorithmen ermöglicht eine effiziente und präzise geometrische Modellierung mit 3D-Eingabegeräten