Collaboration in Co-located Automotive Applications

Salzmann, Holger

Virtual reality systems offer substantial potential in supporting decision processes based purely on computer-based representations and simulations. The automotive industry is a prime application domain for such technology, since almost all product parts are available as three-dimensional models. The consideration of ergonomic aspects during assembly tasks, the evaluation of humanmachine interfaces in the car interior, design decision meetings as well as customer presentations serve as but a few examples, wherein the benefit of virtual reality technology is obvious. All these tasks require the involvement of a group of people with different expertises. However, current stereoscopic display systems only provide correct 3D-images for a single user, while other users see a more or less distorted virtual model. This is a major reason why these systems still face limited acceptance in the automotive industry. They need to be operated by experts, who have an advanced understanding of the particular interaction techniques and are aware of the limitations and shortcomings of virtual reality technology. The central idea of this thesis is to investigate the utility of stereoscopic multi-user systems for various stages of the car development process. Such systems provide multiple users with individual and perspectively correct stereoscopic images, which are key features and serve as the premise for the appropriate support of collaborative group processes. The focus of the research is on questions related to various aspects of collaboration in multi-viewer systems such as verbal communication, deictic reference, embodiments and collaborative interaction techniques. The results of this endeavor provide scientific evidence that multi-viewer systems improve the usability of VR-applications for various automotive scenarios, wherein co-located group discussions are necessary. The thesis identifies and discusses the requirements for these scenarios as well as the limitations of applying multi-viewer technology in this context. A particularly important gesture in real-world group discussions is referencing an object by pointing with the hand and the accuracy which can be expected in VR is made evident. A novel two-user seating buck is introduced for the evaluation of ergonomics in a car interior and the requirements on avatar representations for users sitting in a car are identified. Collaborative assembly tasks require high precision. The novel concept of a two-user prop significantly increases the quality of such a simulation in a virtual environment and allows ergonomists to study the strain on workers during an assembly sequence. These findings contribute toward an increased acceptance of VR-technology for collaborative development meetings in the automotive industry and other domains.

Virtual-Reality-Systeme sind ein innovatives Instrument, um mit Hilfe computerbasierter Simulationen Entscheidungsprozesse zu unterstützen. Insbesondere in der Automobilbranche spielt diese Technologie eine wichtige Rolle, da heutzutage nahezu alle Fahrzeugteile in 3D konstruiert werden. Im Entwicklungsbereich der Automobilindustrie werden Visualisierungssysteme darüber hinaus bei der Untersuchung ergonomischer Aspekte von Montagevorgängen, bei der Bewertung der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Fahrzeuginterieur, bei Designentscheidungen sowie bei Kundenpräsentationen eingesetzt. Diese Entscheidungsrunden bedürfen der Einbindung mehrerer Experten verschiedener Fachbereiche. Derzeit verfügbare stereoskopische Visualisierungssysteme ermöglichen aber nur einem Nutzer eine korrekte Stereosicht, während sich für die anderen Teilnehmer das 3D-Modell verzerrt darstellt. Dieser Nachteil ist ein wesentlicher Grund dafür, dass derartige Systeme bisher nur begrenzt im Automobilbereich anwendbar sind. Der Fokus dieser Dissertation liegt auf der Untersuchung der Anwendbarkeit stereoskopischer Mehrbenutzer-Systeme in verschiedenen Stadien des automobilen Entwicklungsprozesses. Derartige Systeme ermöglichen mehreren Nutzern gleichzeitig eine korrekte Stereosicht, was eine wesentliche Voraussetzung für die Zusammenarbeit in einer Gruppe darstellt. Die zentralen Forschungsfragen beziehen sich dabei auf die Anforderungen von kooperativen Entscheidungsprozessen sowie den daraus resultierenden Aspekten der Interaktion wie verbale Kommunikation, Gesten sowie virtuelle Menschmodelle und Interaktionstechniken zwischen den Nutzern. Die Arbeit belegt, dass stereoskopische Mehrbenutzersysteme die Anwendbarkeit virtueller Techniken im Automobilbereich entscheidend verbessern, da sie eine natürliche Kommunikation zwischen den Nutzern fördern. So ist die Unterstützung natürlicher Gesten beispielsweise ein wichtiger Faktor und es wird dargelegt, welche Genauigkeit beim Zeigen mit der realen Hand auf virtuelle Objekte erwartet werden kann. Darüber hinaus werden Anforderungen an virtuelle Menschmodelle anhand einer Zweibenutzer-Sitzkiste identifiziert und untersucht. Diese Form der Simulation, bei der die Nutzer nebeneinander in einem Fahrzeugmodell sitzen, dient vor allem der Bewertung von Mensch-Maschine-Schnittstellen im Fahrzeuginterieur. Des Weiteren wird das neue Konzept eines Mehrbenutzer-Werkzeugs in die Arbeit mit einbezogen, da hier verdeutlicht wird wie die Simulation von Montagevorgängen in virtuellen Umgebungen mit passivem haptischem Feedback zu ergonomischen Verbesserungen entsprechender Arbeitsvorgänge in der Realität beitragen kann. Diese Konzepte veranschaulichen wie VR-Systeme zur Unterstützung kollaborativer Prozesse in der Automobilbranche und darüber hinaus eingesetzt werden können.

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Salzmann, Holger: Collaboration in Co-located Automotive Applications. 2010.

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