05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access Interactive visualizations for multivariate weather data on smartwatches(2024) Rohwer, Jakob MoritzDer Markt für Smartwatches wächst schnell und birgt viel Potenzial. Doch der kleine Bildschirm der Geräte stellt Entwickler vor neue Herausforderungen, wenn es um Visualisierung geht. Das gilt insbesondere für komplexere Darstellungen. Für Wetterdaten gibt es viele komplexere Möglichkeiten der Visualisierung, sei es der Temperaturverlauf dargestellt als Diagramm oder die Luftfeuchtigkeit als Fortschrittsanzeige. In dieser Arbeit wird die neue Wetterapplikation WeDaVis vorgestellt, welche neue Arten der Visualisierung für Wetterdaten benutzt. Wie die Ergebnisse unserer Studie gezeigt haben, präferierten die Teilnehmer keine bestimmte Art der Datenrepräsentation, sondern stattdessen hingen die Präferenzen von der Art der Wetterinformation ab. Teilnehmer präferierten die Visualisierungen von WeDaVis bei eher ungewöhnlicheren Daten, wie zum Beispiel der Windstärke oder dem Luftdruck. Textbasierte Darstellungen wurden präferiert, wenn es um bekanntere Informationen, wie die Temperatur, ging. Weitere Ergebnisse der Studie zeigten, dass Möglichkeiten der Interaktion visualisiert werden sollten, denn sonst hatten die Teilnehmer Probleme, diese wahrzunehmen. Da sich die Interessen der Teilnehmer für verschiedene Wetterinformationen unterschieden, sollten Applikationen dementsprechend anpassbar sein, und sollten ungefähr sechs Datenrepräsentationen auf einem Bildschirm anzeigen. Da das Forschungsgebiet der Wetterinformationen relativ neu ist, strebte dieses Projekt an, zu dieser Forschung beizutragen, indem wir versucht haben, eine möglichst effiziente Wetterapplikation zu entwickeln, die auf die Benutzung auf der Smartwatch abgestimmt ist.Item Open Access Visuelle Unterstützung bei der Planung der Bildentwicklung in Lateinformationschoreografien(2023) Schmierer, FabianDas Gebiet der Visualisierung von Teamsportdaten wächst in den letzten Jahren stetig. Grund dafür sind die steigende Popularität und Kommerzialisierung von Sportarten wie Fußball. Für Randsportarten existieren indes jedoch kaum digitale Lösungen. Eine dieser Sportarten ist der Lateinformationstanz. In dieser Arbeit soll deswegen ein digitales Werkzeug entwickelt werden, mit dem Choreografien für Lateinformationen erstellt, analysiert und mit den Tänzern kommuniziert werden können. Der Fokus liegt hierbei insbesondere auf der Erstellung von Bildern einer Choreografie und der Bildentwicklung. Dieser Prozess wird bisher nur von einfachen Programmen unterstützt, mit welchen man die Positionen der Tänzer in einem Koordinatensystem einzeichnet und dies dann in einer 2D- oder 3D-Ansicht betrachtet. In Zusammenarbeit mit drei Formationstrainern wurden deshalb Anforderungen erhoben, die ein Programm zur Bildentwicklung erfüllen sollte. Anschließend wurden die Anforderungen in einem webbasierten Prototypen implementiert. Der Prototyp wurde daraufhin in einer qualitativen Studie mit vier Domänenexperten evaluiert. Hierbei stellte sich heraus, dass Choreografien mit dem Prototyp ohne großen Aufwand editiert und analysiert werden können. Als positive Merkmale wurden insbesondere die gewählten visuellen Kodierungen und die Möglichkeiten zur Analyse der Choreografie von den Teilnehmern hervorgehoben. Die Spezifikation von Bildübergängen, das visuelle Erkennen von Kollisionen und die Erstellung von Posen im 3D-Modus wurden ebenfalls gelobt. Jedoch brauchen diese Funktionen Überarbeitungen im Bereich des Interaktionsdesigns. Eine Zeitleiste, bestehend aus Takten mit jeweils acht Schlägen, in der die zeitliche Verordnung der Bilder eingetragen ist, wurde als zu vereinfacht bezeichnet. Basierend auf dem Feedback wurden abschließend neun Designrichtlinien herausgearbeitet, welche für digitale Werkzeuge zur Bildentwicklung angewandt werden können.Item Open Access Augmented reality to improve electroencephalography (EEG) cap preparation(2024) Bocksch, YannikEEG (Electroencephalography) cap preparation requires a significant amount of time before actual measurements can be performed. It takes even longer for EEG caps that need some form of conductive gel or saltwater to decrease contact impedance between the electrodes and the scalp. In this thesis, several methods for detecting electrodes in a camera image and identifying detected electrodes are developed and evaluated for performance and reliability. Additionally, an application is developed that leverages augmented reality to visualize important values, like the impedance of electrodes, directly in the view of the operator. The proposed application runs on the Microsoft Hololens 2 that is used by the operator to overlay a visualization of impedance values of the electrodes over the electrodes themselves, which lets the operator see those values immediately. This reduces the time required to look at a separate device that shows impedance values and locate electrodes on the cap that require additional preparation. However, the identification of electrodes from the camera image does not work reliably enough with the proposed methods, and several ArUco markers, placed in predefined locations on the EEG cap, are used for aligning the virtual representation of the electrodes with the real electrodes.Item Open Access Visueller Vergleich von Tänzer-Trajektorien in Lateinformationschoreographien(2023) Riedlinger, AlexanderIn der Welt des Sports hat die Visualisierung von Mannschaftssportdaten in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Grund dafür ist die zunehmende Popularität und Kommerzialisierung des Sports. Fast 1,5 Milliarden fußballinteressierte verfolgten im vergangenen Winter das Finale der Fußballweltmeisterschaft in Katar 1. Sport erlebt eine nie dagewesene Relevanz. Sportvisualisierungen finden im Sport ein breites Publikum und werden in der privaten Analyse am Stammtisch ebenso eingesetzt wie im Training durch das Trainerteam. Im Lateinformationstanz ist diese Form der Analyse jedoch noch unterentwickelt und es gibt kaum Lösungen für den Vergleich der Trajektorien einer Tanzformation. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Werkzeug zur visuellen Vergleichsanalyse von Tänzer-Trajektorien in Lateinformationschoreographien zu entwickeln. Damit sollen Trainerinnen und Trainer unterstützt werden, Abweichungen von definierten Positionen innerhalb der Formationsbilder und Asynchronität der getanzten Choreographie schnell zu erkennen, um die Leistung der Tänzerinnen und Tänzer gezielt zu verbessern. In Zusammenarbeit mit Formationstrainerinnen und -trainern wird ein dreistufiger Prozess zur Extraktion, Transformation und Visualisierung von Trajektorien in einem webbasierten Prototyp entwickelt. Die verwendeten Visualisierungen und die Benutzbarkeit des Prototyps wurden in einer Anwendungsfallanalyse untersucht und die Grenzen und Herausforderungen dieses Ansatzes diskutiert. Die Ergebnisse sollen nicht nur als Grundlage für weitere Forschung dienen, sondern auch die Wahrnehmung und Entwicklung des Lateinformationstanzes fördern.Item Open Access Ego-Graph-basierte visuelle Exploration semantischer Wissensgraphen(2022) Gruhnert, Jan RobertWissensgraphen erfreuen sich in der Forschung großer Beliebtheit, da sie Weltwissen repräsentieren. Um diese riesigen Strukturen für den Menschen verständlich aufzubereiten ist ein weit verbreiteter Ansatz, der des Knoten-Kanten Diagramms. Diese Diagramme werden häufig durch kräfte-basierte Layoutalgorithmen generiert. Ein Nachteil dabei, ist die zunehmende Unübersichtlichkeit des Diagramms, bei immer größer werdenden Graphen. Dabei gibt es durchaus Szenarien, in denen man nicht am gesamten Graphen interessiert ist, sondern nur an einzelnen Knoten und deren Nachbarn. In dieser Arbeit wird ein inkrementelles Verfahren vorgestellt, in welchem nicht der gesamte Graph visualisiert wird, sondern erst mal nur ein ausgewählter Startknoten. Ausgehend von diesem Startknoten ist es möglich, Nachbarknoten manuell zu expandieren und der Visualisierung hinzuzufügen. Die Auswahl der Knoten wird dabei den Nutzer*innen überlassen und findet mit Hilfe eines Knoten-basierten Menüs statt, in dem Nachbarknoten nach Kategorien ausgewählt werden können. Für die Umsetzung dieser Ego-Graph-basierten Exploration wurden mehrere verwandte Arbeiten untersucht, die eine ähnliche Herangehensweise vorgestellt haben. Daraus wurde dann experimentell ein eigener webbasierter Prototyp entworfen.Item Open Access Interaktives Raytracing auf CPUs für hochauflösende Remote-Displays(2021) Wolf, BenjaminIn dieser Arbeit wird untersucht, ob die detaillierte Visualisierung von wissenschaftlichen Datensätzen auf hochauflösenden, gekachelten Anzeigen in Echtzeit realisierbar ist. Dafür wird ein System zur Anzeige von großen Datensätzen, die mittels CPU-basiertem Raytracing gerendert wurden, implementiert und vorgestellt. Damit das vorliegende System auch auf großen, hochauflösenden Displays interaktiv genutzt werden kann, wird Foveated Rendering eingesetzt. Hierbei werden die nicht-uniformen Eigenschaften der menschlichen Netzhaut nachgeahmt, um die Anzahl der benötigten Strahlen für das Raytracing zu reduzieren und dadurch Rechenaufwand zu sparen. Häufig wird für das CPU-basierte Raytracing ein separates Cluster benötigt, welches sich nicht notwendigerweise am selben Ort wie das Display befindet. Aus diesem Grund werden gerenderte Frames über eine Netzwerkverbindung an den Remote-Standort übertragen. Um die benötigte Bandbreite möglichst gering zu halten, werden die Bilddaten vor der Übertragung mit geeigneten Methoden der Videocodierung encodiert. Im Vergleich zu vollständigem Raytracing kann die Bildfrequenz um etwa 50 \% gesteigert werden. Dadurch ist selbst auf hochauflösenden, gekachelten Anzeigen eine Darstellung nahezu in Echtzeit möglich.Item Open Access Disentangled face embeddings(2023) Linder, MichaelIm Bereich der Gesichtserkennung werden in modernen Modellen zur Gesichtserkennung so genannte Embeddings verwendet. Diese Embeddings sind eine Abbildung eines Bildes eines Gesichts in einen Vektor. Diese Vektoren können durch eine Abstandsmessung leicht miteinander verglichen werden. Anstatt das gesamte Gesicht einzubetten, werden in dieser Arbeit die Möglichkeit untersucht, einzelne Gesichtsmerkmale separat einzubetten und mit ihnen neuronale Netze zu trainieren. Jedes ausgewählte Gesichtsmerkmal wird auf einem separaten neuronalen Netz trainiert und erhält somit ein seperates Embedding. Die Ergebnisse der Genauigkeit der Gesichtserkennung können verglichen werden und analysiert werden. Um Ähnlichkeiten in unterschiedlichen Gesichtern zu finden, wird eine Nutzerstudie durchgeführt, die die Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Modells testet. Die Ergebnisse dieser Bachelorarbeit kann als Grundlage für zukünftige Arbeiten dienen und zeigt, was verbessert werden kann.Item Open Access Gaze estimation error prediction of information visualizations(2024) Zeng, SichunAs eye-tracking technology gains prominent attention in Information Visualizations (InfoVis) research, the need for high accuracy and precision in eye-tracking data becomes increasingly critical. Gaze estimation error is a concept used in eye-tracking, that refers to the difference between the estimated and the true gaze position and direction. Unlike interactions involving physical contact, the visual focus can only be determined through estimation, making gaze estimation errors inevitable. To minimize these errors, calibration is typically performed, where users are asked to look at five or more points on the screen to establish baseline data for ground truth. All following eye-tracking experiments are then based on this calibration data. However, there are situations where calibration is not practical, such as in some remote or online studies or during dynamic activities, where the calibration process cannot be reliably controlled. To address this limitation, this paper proposes VisCaiNet, a deep-learning model that predicts gaze estimation error through post-hoc analysis, using duration, scanpath, scanpath length, and Hit Any AOI Rate (HAAR) as input features, with calibration error as the output. It can effectively discern between high and low-quality gaze data based on the predefined calibration criteria, offering a solution to the challenges posed by variable conditions and unfeasible calibration situations.Item Open Access RAFT-based cost volume analysis for rectified stereo(2021) Schmid, JakobDas Stereokorrespondenzproblem ist ein wichtiges Thema im Bereich Computer Vision. Bei diesem Problem wird in einem Stereobildpaar die Verschiebung (Disparität) von Pixelpaaren gesucht, die den gleichen Punkt in einer Szene zeigen. Aus diesem Versatz kann die 3D-Position der aufgenommenen Objekte rekonstruiert werden. Basierend auf dem Recurrent All-Pairs Field Transform (RAFT), einer Deep Learning Methode, die sehr gute Ergebnisse beim optischen Fluss erzielt, wird eine Methode für die Stereokorrespondenz entwickelt. Dafür wird ein Korrelationsvolumen entwickelt, das die Einschränkungen der Epipolargeometrie für Stereobilder berücksichtigt. Für dieses Korrelationsvolumen werden verschiedene Lookup-Strategien getestet. Ein Lookup mit einem statischen Bereich um das Pixel, an dem die Disparität gesucht wird, kann nicht das volle Potenzial der iterativen Aktualisierungen von RAFT ausnutzen. Durch ein Lookup um die geschätzte Position des konjugierten Pixels kann dieses Problem behoben werden. In einem Test mit den Sintel, KITTI 2012 und KITTI 2015 Stereodatensätzen liefert das Stereokorrelationsvolumen mit dieser Lookup-Methode Verbesserungen im durchschnittlichen Endpunktfehler und im D1-Fehler gegenüber dem originalen RAFT Korrelationsvolumen.Item Open Access Der Einfluss von unterschiedlichem haptischem Feedback auf VR-Chirurgietraining(2022) Boppert, LeonDigitale Lehre wird nicht zuletzt durch die Corona-Pandemie ein global an Relevanz gewinnendes Thema. In diesem Rahmen wird zunehmend Forschung im Bereich der Virtual Reality (VR) betrieben, da diese als alternative und interaktive Lehrform genutzt werden kann. Hierbei kann VR unter anderem hilfreich sein, um abstrakte Fähigkeiten wie einen bestimmten Operationsablauf zu erlernen. Des Weiteren stellen haptische Geräte eine aufsteigende Technologie dar, um Lernprozesse in VR und die Nutzer-Erfahrung durch Immersion zu verbessern. Diese Arbeit gibt einen Einblick in die aktuellen Erkenntnisse von VR, kombiniert mit der Anwendung haptischer Geräte im Bereich der Chirurgie. Hierfür wurde ein VR-Trainingssystem für orthopädische Operationen im Knöchelbereich entwickelt, welches die Möglichkeit bietet Schneidebereiche für diesen Zweck zu erstellen und anschließend zu speichern. Dieses System ermöglicht das Operations-Training mit gängigen Controllern, sowie mit Exoskelett-artigen haptischen Handschuhen. Nach der Entwicklung wurden die diversen Geräte im Trainingssystem in Hinblick auf ihre Auswirkungen durch eine Nutzerstudie analysiert. Das Potenzial des Systems für die reale Anwendung konnte durch eine medizinische Expertin festgestellt werden, sowie die Erhöhung der Immersion durch die haptischen Handschuhe bei der Nutzerstudie. Die Controller hingegen wiesen eine höhere Usability und eine signifikant niedrigere Arbeitsbelastung auf. Die Verbesserung der Handschuhe kann im Rahmen weiterer Forschung zu einem immensen Nutzen für zukünftige Trainingssysteme in VR beitragen.