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Abstract: Multimodal Interaction Techniques for Scientific Data Visualization

Jannik Fiedler, Multimodal Interaction Techniques for Scientific Data Visualization, Fachhochschule Düsseldorf, Bachelorarbeit, 7.10.2014.

Visionen wie zum Beispiel Sutherland’s Vision in ”The Ultimate Display” beschreiben die Idee einer idealen Benutzerschnittstelle stets sehr ähnlich: Die Schnittstelle kann auf der einen Seite alles, was ein Nutzer macht, verstehen (Gesten, Sprache, Kopfbewegungen und sogar kleinste Augenbewegungen), während sie auf der anderen Seite ebenfalls mittels haptischen, visuellen und akustischen Feedback zum Benutzer zurück kommuniziert. Die Schnittstelle, die in diesem Szenario beschrieben ist, ist somit eine multimodale Benutzerschnittstelle – eine Schnittstelle, die viele verschiedenen Sinne für Kommunikation zum und vom Benutzer nutzt. Zu den Vorteilen einer solchen Schnittstelle gehören das volle Ausschöpfen der Wahrnehmungsfähigkeit des Benutzers und die intuitive und einfach zu lernende Art und Weise, für die natürlichen Benutzerschnittstellen bekannt sind (Benutzerschnittstellen, die eine Art von ”natürlicher” Interaktion bieten, welche der Benutzer bereits kennt und sie deshalb nicht erneut erlernen muss). Wenn man den Fakt, dass Menschen normalerweise bereits multimodal miteinander kommunizieren (mit Gesten, Sprache, Augenbewegungen etc.), betrachtet, ist offenbar, dass das simultane Benutzen mehrerer Modalitäten in einer Schnittstelle keine Nachteile im Bezug auf die kognitive Last verursacht. Da durch die Kombination mehrerer Modalitäten die Schnittstelle nur auf eine Eingabe des Benutzers reagiert, wenn dieser mehrere Modalitäten einsetzt, wird das System automatisch fehlertoleranter im Vergleich zu einer Benutzerschnittstelle, die nur eine Modalität benutzt (hier könnte bereits eine simple, nicht beabsichtigte Geste eine falsche Reaktion des Systems hervorrufen). Ein Anwendungsgebiet für diese multimodalen Benutzerschnittstellen wären zum Beispiel Systeme, die wissenschaftliche Daten visualisieren. Diese Daten werden meist aus Kalkulationen, Simulationen oder Aufnahmen gewonnen und sind in Rohform meist sehr groß. Diese große, komplexe und oft dreidimensionale Natur der Daten macht anspruchsvolle Visualisierungs– und Interaktionstechniken notwendig. Dadurch werden die Interaktionstechniken, die für Navigation in und Umgang mit den Daten benötigt werden, allerdings auch sehr komplex, was wiederum sehr gut mit multimodalen Interaktionstechniken gelöst werden kann. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf solchen multimodalen Interaktionstechniken für Visualisierungen wissenschaftlicher Daten. Insbesondere wird die Behauptung, dass eine synergistische Kombination von Modalitäten effektiver und intuitiver ist, als andere Kombinationen und gar keine. Nach einem umfangreichen Überblick über die Themen multimodale Interaktion und Visualisierung wissenschaftlicher Daten wird ein voll erweiterbares System dargestellt, welches solche Interaktionstechniken implementiert. Zum Abschluß wurde das System mit zwei verschiedenen Kombinationen von Modalitäten in Hinsicht auf intuitive und effektive Interaktion mittels einer Benutzerstudie evaluiert.

Keywords:

Multimodal, Interaction, Data Visualization

Betreuer:

Prof. Jens Herder, Dr. Eng./Univ. of Tsukuba
Dr. Dipl.-Inf. Stefan Rilling

Ort:

Die Arbeit wurde am Fraunhofer-Institut für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS durchgeführt.

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HSD FB 5 VSVR

26.01.2015

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