Exploring the extension of AR-visualization and interaction for large physical spaces

Abstract

Während sich Augmented Reality (AR) heute oft auf die Interaktion und Überlagerung von klar erreichbaren Objekten konzentriert, stellt die Navigation in riesigen, informationsreichen Umgebungen eine besondere Herausforderung dar, vor allem wenn die virtuellen Objekte weit entfernt sind, sich überlappen oder sich in einer komplexen Umgebung befinden. Die Entwicklung einer Lösung, die die visuelle Unübersichtlichkeit minimiert und gleichzeitig die wichtigsten Informationen vermittelt, ist noch nicht vollständig realisiert. Diese Arbeit untersucht die Anwendung von AR für die Visualisierung von großen Bereichen mit hoher Informationsdichte, wie zum Beispiel Produktionshallen. Sie befasst sich mit den Einschränkungen bestehender AR-Lösungen und schlägt einen Ansatz vor, der einen vordefinierten Blickpunkt als Aussichtspunkt verwendet. Die Implementierung findet in einer Fabrikhalle statt, wobei AR Head-Mounted Displays (HMD) zur interaktiven Datenüberlagerung eingesetzt werden. Zu den Herausforderungen gehören geeignete Tracking-Techniken, die Visualisierung von Daten in großen physikalischen Dimensionen und die Interaktion des Benutzers mit teilweise verdeckten Informationen von verschiedenen entfernten Orten. Eine Nutzerstudie evaluiert die geeigneten Interaktionstechniken und den Gesamtnutzen. Insgesamt zielt diese Forschung darauf ab, die Visualisierung und Interaktion in industriellen und architektonischen Kontexten zu verbessern. Die Ergebnisse zeigen, dass das System für seine Zielanwendung als hilfreich wahrgenommen wird und dass ein 2D-Übersichtsmenü aufgrund seiner Zuverlässigkeit als allgegenwärtige Interaktionsmöglichkeit gewünscht wird. Für ein besseres Nutzererlebnis wird Head Gaze oder Eye-Tracking bevorzugt. Head Gaze ermöglicht eine präzisere Zielführung, während der Eye Gaze zu einem besseren Erlebnis, mehr Immersion und weniger körperlicher Anstrengung führt. Die weit verbreitete Hand Ray Interaktion schnitt am schlechtesten ab, weil die exakte Bewegung schwierig zu lernen war.

While present-day Augmented Reality (AR) often focuses on the interaction and superimposition of clearly reachable objects, navigating vast, information-rich environments presents unique challenges, especially when virtual objects are distant, overlapping, or in complex surroundings. Crafting a solution that minimizes visual clutter while conveying essential information has yet to be fully realized. This thesis explores the application of AR for visualizing information-dense large areas like production halls. It addresses the limitations of existing AR solutions and proposes an approach using a predefined viewpoint as a vantage point. The implementation takes place in a factory shop floor, utilizing AR Head-Mounted Displays (HMD) for interactive data superimposition. Challenges include suitable tracking techniques, data visualization in large physical dimensions and user interaction with partly occluded information of various distant locations. A user study evaluates suiting interaction techniques and the overall utility. On the whole, this research aims to enhance visualization and interaction in industrial and architectural contexts. Results show that the system is perceived as helpful for its target application and that an overview 2D menu, due to its reliability is desired as an omnipresent option for interaction. For a better user experience, head gaze or eye tracking is preferred. Head Gaze enables more precise pointing while eye gaze tends to lead to a better experience, immersion and less physical effort. The widespread far hand ray interaction performed worst, because the exact movement was difficult to learn.