Entwurf und Realisierung eines Ergonomie-Mock-Ups unter Verwendung von Methoden der Virtuellen Realität

Schrader, Kai

In dieser Arbeit werden Möglichkeiten der Verwendung von Virtual Reality-Methoden zu Zwecken der ergonomischen Fahrzeuggestaltung untersucht. Es wird exemplarisch ein Ergonomie-Mock-Up aufgebaut, das einen ähnlich vollständigen Innenraumeindruck eines Automobils ermöglicht, wie dieses bisher nur durch aufwendige physikalische Aufbauten erreichbar war. Speziell Ergonomieanalysen mit subjektiver Bewertung von Sichtbedingungen, Bedieninteraktionen, Tätigkeitsabläufen bis hin zu einfachen Fahrszenarien werden durchführbar. Es gilt zunächst geeignete Komponenten zu wählen: Eine sog. Sitzkiste ermöglicht haptische Wahrnehmung. Sie gibt den Innenraum des darzustellenden Automobils vereinfacht wieder und kann Bedienelemente aufnehmen. Ein Head-Mounted Display dient der Grafik- und Audiowiedergabe. Es blockiert die Sicht auf die reale Versuchsumgebung. Durch die Verwendung eines 3D-Menschmodells kann der Benutzer trotzdem seine Körperhaltung sehen. Zur Nachführung des Menschmodells kommt ein optisches Trackingsystem zum Einsatz. Eine Fahrsimulation wird durch die Kopplung von Sensorikkomponenten mit einer Fahrdynamik-Software ermöglicht Der Systementwurf ist in drei Ebenen gegliedert: Der Kommunikationsentwurf erlaubt eine systemnahe Kopplung. Geometrie-, Sound- und Haptikentwurf definieren Modelle einer virtuellen Szene. Der Interaktionsentwurf verknüpft die Komponenten auf logischer Ebene miteinander. Echtzeit- und Einsatzfähigkeit des entstandenen Ergonomie-Mock-Ups werden getestet.

This work inspects existing VR-methods for their use in the field of ergonomic car design. For this reason an ergonomic mock-up is built up. The mock-up enables the sort of impression of the automobile’s interior which had previously only been possible through very elaborate physical models. In particular ergonomic investigations which subjectively evaluate visual conditions, user interaction and operation procedures and simple driving scenarios can be carried out. Suitable components had to be selected: Haptic perception is made possible via a so-called seat box which provides a simplified version of the interior of the vehicle and which can contain various control elements. A head-mounted display provides graphics and audio rendering. It blocks off the view of the actual test environment. By using a 3D human model, the user can still perceive his body as a graphical echo. An optical tracking system is used to record his movements. The coupling of sensory components from the seat box with a driving dynamics software finally enables a driving simulation to be carried out. The system design has been structured in three layers: The communication design allows connecting the components at system level. The geometry, sound and haptic design define models of the virtual environment. The interaction design connects the components at a logical level. Finally the author tests the real-time performance and usability of the developed ergonomic mock-up.

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Schrader, Kai: Entwurf und Realisierung eines Ergonomie-Mock-Ups unter Verwendung von Methoden der Virtuellen Realität. 2003.

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