Kooperation Porsche Engineering Services GmbH

THINK OUTSIDE
THE BOX
BACHELORPRÄSENTATION
«BE-GREIFBARMACHEN»
Die historische Entwicklung von AR / VR Technologien
zur Erzeugung, Simulation und Optimierung des
virtuellen und realen Produktes.
Gestaltung und Optimierung der Mensch-Maschine-Interaktion
in der Erweiterten Reälität (AR) und Reälität
«DeepSpace»
Umsetzung und Gestaltung eines
Augmented Reality (AR) Demonstrators
«GEST-i»
Die natürliche Art Geräte zu steuern
(Gestensteuerungsarmband) JULIA VIERTMANN
Universität der Künste Berlin
Berlin, 07.10.2014
Prof. Achim Heine
Prof. Holger Neumann
Dipl. Des. MA Dirk Winkel

THEORIE
ENTWURF
THINK OUTSIDE
THE BOX
Motivation und Zielsetzung
Marktanalyse -
Nutzen von AR / VR im Bereich
Produktverkauf und in Entwicklungsprozessen
Historische Entwicklung Definition: VR / AR
MMI -
Benutzerschnitstelle
AR Demonstrator -
Entwicklung eines Prototyps
Gestensteuerungsarmband -
Produktentwicklung
Kurzfilm: « GEST-i »
Produktinszenierung
User Interface - Entwurfsidee
Darstellung - „Nicht sichtbare Vorgänge“
Kurzfilm: AR Demonstrator
Bachelor of Arts · Julia Viertmann · Universität der Künste Berlin · Abschlusspräsentation · Berlin, Oktober 2014
INHALT

«DESIGNER SIND JA LÄNGST NICHT MEHR NUR
GESTALTER IM SINNE DER FORM,
DESIGNER SIND EIGENTLICH VOR ALLEM AUCH DENKER.
LEUTE, DIE SOLCHE VERÄNDERUNGEN AUFNEHMEN,
VERARBEITEN, IN KONZEPTE VERWANDELN UND
DARAUS VORSCHLÄGE MACHEN.
DAS SIND DIE DESIGNER.»
2012
Konstantin Grcic
THINK OUTSIDE
THE BOX

B E - G R E I F B A R M A C H E N
THINK OUTSIDE
THE BOX
Die historische Entwicklung AR / VR Technologien zur Erzeu-
gung, Simulation und Optimierung des virtuellen und realen
Produktes.

„SICHTBAR MACHEN
WAS NOCH NICHT EXISTIERT,
‘DREHEN UND WENDEN‘
UM ALLE GESICHTSPUNKTE
ZU KENNEN , ZU VERÄNDERN [...].“
GRUNDLAGEN -
HISTRORISCHE ENTWICKLUNG
MIXED REALITY
REALITÄT VIRTUALITÄTAR VR
THINK OUTSIDE
THE BOX

VIRTUELLE REALITÄT
TAUCHE EIN IN EINE
VOM COMPUTER
GESCHAFFENE,
INTERAKTIVE,
DREIDIMENSIONAE
WELT
I M M E R S I O N
THINK OUTSIDE
THE BOXGRUNDLAGEN -
BEGRIFFSDEFINITION DER
VIRTUELLEN REALITÄT (VR)

GRUNDLAGEN -
BEGRIFFSDEFINITION DER
ERWEITERTEN REALITÄT (AR)
THINK OUTSIDE
THE BOX
Definition nach
Ronald t. Azuma:
• Kombiniert die
reale und
virtuelle Welt in
einer realen
Umgebung
• Interagiert mit
dem Benutzer in
Echtzeit

THINK OUTSIDE
THE BOXTECHNISCHE GRUNDLAGEN -
HISTRORISCHE ENTWICKLUNG
1950er 1960er 1970er 2009 Heute1980er 1990er
Morton Heilig 1957 - 1962
Sensoroma
Ivan Sutherland 1966
Head-Mounted-Display (HMD)
Universität Illinoise
1990
CAVE
(Cave Automatic
Virtual Enviroment)
2013
Architonic App
lighting design

THINK OUTSIDE
THE BOXMARKTANALYSE -
NUTZEN VON AR / VR IM BEREICH
PRODUKTVERKAUF UND IN PRODUKT ENTWICKLUNGSPROZESSEN
Augmented Reality IKEA App -
Einrichten
Augmented Reality Uhren App -
Online Einkauf im Internet.
Individualisierung und „anprobieren“
von Produkten.
Augmented Reality für die Spielzeugindustrie -
LEGO‘s Digital Box; Vorschau von Verpackten
Produkten.

MARKTANALYSE -
NUTZEN VON AR / VR IM BEREICH
PRODUKTVERKAUF UND IN PRODUKT ENTWICKLUNGSPROZESSEN
THINK OUTSIDE
THE BOX
Design
Entwicklung
Funktion
Konstruktion
DESIGN-
ENTSCHEIDUNGEN
ENTWICKLUNGS-
ENTSCHEIDUNGEN
KONSTRUKTIONS-
ENTSCHEIDUNGEN
Konstruktion
Digital Mockup
DIGITAL MOCKUP (DMU)
ENTSCHEIDUNGEN
SERVICE &
LEHRUNTERSTÜTZUNG
Service
Training
VERKAUFS-
ENTSCHEIDUNGEN
Sale & Marketing
Präsentation
Konstruktion
Digital Mockup

VORTEILE & NACHTEILE
NUTZEFFEKTE DER AR / VR TECHNOLOGIE
VORTEILE
Interaktivität
Kontextdarstellung /
Visualisierung von Informationen
Präzises und detailliertes
Modellieren / Konstruieren
THINK OUTSIDE
THE BOX
THINK OUTSIDE
THE BOX
NACHTEILE
Ergonomische Einschränkungen
Technische Beschränkungen
Visuelle Darstellung /
Sichteinschränkungen
Überforderung durch zu viele
Zusatzinformationen
Gesetz und Recht
Haftung/ Personenschutz
Dreidimensionalität
Freie Bewegung im Raum
des Benutzers
Time - to - content

THINK OUTSIDE
THE BOX
1993
M. WELLNER
MENSCH-MASCHINEN-INTERAKTION (MMI)
«WE LIVE IN A COMPLEX WORLD, FILLED WITH
OBJECTS, TOOLS, TOYS, AND PEOPLE.
OUR LIVES ARE SPENT IN DIVERSE INTERACTION
WITH THIS ENVIRONMENT.
YET, FOR THE MOST PART, OUR COMPUTING
TAKES PLACE SITTING IN FRONT OF, AND STARING AT,
A SINGLE GLOWING SCREEN ATTACHED
TO AN ARRAY OF BUTTONS AND A MOUSE.»

THINK OUTSIDE
THE BOX
„DA WIR HOCH ENTWICKELTE FERTIGKEITEN ZUR INTERAKTION
MIT OBJEKTEN IN DER REALEN WELT ENTWICKELT HABEN –
FERTIGKEITEN ZU ERFORSCHEN, WAHRZUNEHMEN,
ABZUSCHÄTZEN, ZU MANIPULIEREN UND ZU NAVIGIEREN –
KÖNNEN WIR BENUTZUNGSSCHNITTSTELLEN EINFACHER
MACHEN, INDEM WIR AUF DIESEN FERTIGKEITEN AUFSETZEN [...].“ 2001
DOURISH
MENSCH-MASCHINEN-INTERAKTION (MMI)
1980er 1980er 1990er 2007 2007 2009 Heute / Zukunft
???

THINK OUTSIDE
THE BOXMENSCH-MASCHINE-INTERAKTION (MMI) -
BENUTERSCHNITSTELLE
«HANDS ARE
UNDERRATED
BECAUSE THEY ARE
POORELY
UNDERSTOOD.»
Mc Cullough - 1996
FOR MULTI-TOUCH
DEVICES
TOUCH
GESTURE
ICONS

MENSCH-MASCHINE-INTERAKTION
TANGIBLE USER INTERFACE - TUI
THINK OUTSIDE
THE BOX
GREIFBARE PHYSISCHE GEGENSTÄNDE FÜR:
• Die Interaktion mit digitalen
Repräsentationen
• Zur Repräsentation und Steuerung
digitaler Information / Eingabe- und
Ausgabeschnittstelle
• Die Direkte Manipulierbarkeit
TUI:
ALGO BLOCKS
NEC
COOPERATION
1995
TUI:
SENSEBOARD
HYROSHI ISHI
2001
MUI:
RADICAL
ATOMS
HYROSHI ISHI
2012
Durrell Bishops (1992)
Konzeptskizze der Marble Answering Machine
THINK OUTSIDE
THE BOX

THINK OUTSIDE
THE BOX
DeepSpace
Umsetzung und Gestaltung eines
Augmented Reality (AR) Demonstrators

PROJEKT HINTERGRUND -
MOTIVATION UND ZIELSETZUNG
THINK OUTSIDE
THE BOX
Projekt e-Generation / Porsche Engineering Group GmbH
• Entwicklung des Porsche Boxsters E auf Basis Typ 981
• Vermittlung des Know-hows
in Hochvolt-Komponenten-Entwicklung
• Unterstützung bei SPEZIFISCHEN Aufgaben
• Schnellere
Informationsgewinnung
• Darstellung dreisimesionaler Modelle
ZIELSETZUNG

THINK OUTSIDE
THE BOXVISUALISIERUNG -
ANFORDERUNGEN DES DEMONSTRATORS
WAS SOLL DURCH DEN AR DEMONSTRATOR DARGESTELLT WERDEN?
• Visualisierung nicht sichtbarer
Daten zu Thermodynamik:
Klimatisierung
• Darstellung von Daten in Echtzeit:
Spannungen, Ströme und Ladezustand
• Konstruktion und
Aufbau der Batterie
• Anbindung und Integration
der Batterie im Fahrzeug
PORSCHE Boxster E
Batteriemodul

FÜR WEN SOLLEN DIE VISUALISIERUNGEN VON NUTZEN SEIN?
THINK OUTSIDE
THE BOXMOTIVATION - ZIELSETZUNG
ZIELGRUPPE / BENUTZER DES AR DEMONSTARAOTORS
WERKZEUG FÜR:
• Entwickler, Monteure u.
Produktdesigner
• Fort- und
Weiterbildungen
(Schulungen)
• Produkt-
Präsentationen
• Kunden und
Messebesucher

THINK OUTSIDE
THE BOXUMSETZUNG -
AR DEMONSTRATOR
ERSTELLEN EINES SOG. WIREFRAMES
GRUNDGERÜST DES GRAFISCHEN FRONTENDS
Erfassen darzustellender Informa-
tionen durch Absprache mit Kons-
truktion, Elektrik und Thermodyna-
mik
Bedienkonzept - Zustandsdiagramm.
(Visualisierungsprogramm ED Graph Editor)
Handzeichnung: Bedienoberfläche

UMSETZUNG -
AR DEMONSTRATOR
THINK OUTSIDE
THE BOX
Kombination des Wireframes, der
Anforderungen und dem
Zustandsdiagramm
„Mockup“ stellt
Grundfunktionalitäten wie
korrekte Wechsel von
Bildschirminhalten bei Klick auf
Schaltflächen dar.
(Programm:
Prototyper Free Edition)
FUNKTIONSMOCKUP

UMSETZUNG -
VORHANDENE HARD- UND SOFTWARE
THINK OUTSIDE
THE BOX
NUTZEN VON PORSCHE ENGINEERING-
EIGENENTWICKLUNGEN:
SCHNITTSTELLENSTEUERGERÄT
(µC- Board zur Implementierung verschiedener Steuer-
geräte-spezifischer Funktionen, z.B. Senden/Empfangen
von Daten über CAN)
ANDROID DATAVIEWER APP
(Bachelor-Thesis vom WS2012
Empfangen von CAN-Nachrichten per Bluetooth)
MARKER-BASIERTES TRACKING MIT
GLEICHZEITIGER DARSTELLUNG
DES 3D- MODELLS
(Entwicklung in Unity3D mittels Vuforia SDK Extension)
Problem: Hohe Anzahl an Polygonen
Reduktion der Polygone notwendig
Verringern der Komplexität

THINK OUTSIDE
THE BOXUSER INTERFACE
ENTWURFSIDEE UND GRAFISCHE DARSTELLUNG
Gestaltung:
puristisch und funktional
Spielerische Bedienung durch
Interaktionselemente in Kugelform
Pop Art: Silver Clouds (1966)
- Andy Warhol
Product Design: Mirror Ball (2003)
Tom Dixon
Glaskugel: Symbol für die Zukunft Seifenblasen: Symbol für das Spielerische
und die Leichtigkeit
Architektur: Das Atomium (1958)
- Brüssel

Kamera / Tracking Batterie -
Zulieferer / Bauteile
Hauptmenü
Batterie -
Spannung
Abteilungen /
Fachschaften
Batterie -
Strom
Batterie -
Anbindung an das Fahrzeug
Batterie
Kühlungssystem
Batterie -
Bauteile / Reperatur
Batterie -
Dimension / Gewicht
Tracking
Live-Daten
Tracking
Aufnamen / Animationen
Video, Film
Ladezustand
C
PLAY
LIVE
-+
HV Batterie
Ton
GRAFISCHE DARSTELLUNGSMÖGLICHKEITEN FÜR DIE PRODUKTIONSORTE DER BATTERIE /
ZULIEFERER
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
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75
50
25
0
28%
28%
28%
28%
28%
28%
28%
28%
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
INFO
User Interface Design f¸r den AR
Demonstrator f¸r das Projekt Deep
Space.
50%25% 100%0% 75%
Informationen
werden dem
Benutzer in
textlicher Form
eingeblendet.
Informationen ¸ber das
Batteriebauteil
Zulieferer
3/5
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
100
75
50
25
0
28%
28%
28%
28%
28%
28%
28%
28%
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10
INFO
User Interface Design f¸r den AR
Demonstrator f¸r das Projekt Deep
Space.
50%25% 100%0% 75%
Informationen
werden dem
Benutzer in
textlicher Form
eingeblendet.
Informationen ¸ber das
Batteriebauteil
Zulieferer
3/5User Interface Design für den
AR Demonstrator für das
Projekt Deep Space
GRAFISCHE DARSTELLUNGSMÖGLICHKEITEN FÜR DEN LADEZUSTAND DER BATTERIE
Symbole Unterstützen den Benutzer abstrakte und umfangreiche
Informationen schneller zu erfassen (Nicht nur für Fachpersonal).
THINK OUTSIDE
THE BOXUSER INTERFACE
ENTWURFSIDEE UND GRAFISCHE DARSTELLUNG

THINK OUTSIDE
THE BOXKURZFILM -
USER INTERFACE AR DEMONSTRATOR

DARSTELLUNG -
NICHT SICHTBARE VORGÄNGE
WIE SEHEN NICHT SICHTBARE VORGÄNGE
WIE TEMPERATUR- UND STROMFLUSS IN
EINER HV BATTERIE AUS?
Auswahl der Moodbilder für den
Vorgang nicht sichtbare Vorgänge
in der Batterie mit Animationen
sichtbar zu machen.
Temperatur: Farbe
Ladezustand: Flüssigkeit
Strom: Stromlinien
THINK OUTSIDE
THE BOX
THINK OUTSIDE
THE BOX
AUSGEWÄHLTE BEISPIELE UND DESSEN FUNKTION:
• Icon Batterie Autoanbindung
• Icon Ladezustand
• Icon Stromfluss

BATTERIEANBINDUNG -
VORSTELLUNG UND REALISIERUNG
THINK OUTSIDE
THE BOX

THINK OUTSIDE
THE BOXLADEZUSTAND -

THINK OUTSIDE
THE BOX
THINK OUTSIDE
THE BOXSTROMFLUSS -

THINK OUTSIDE
THE BOXKURZFILM -
STAND DES AR DEMONSTRATORS

THINK OUTSIDE
THE BOX
GEST-i
Die natürliche Art Geräte zu steuern
(Gestensteuerungsarmband)

THINK OUTSIDE
THE BOXINSPIRATION - PRODUKTENTWURF
WIE VERBINDEN WIR IN ZUKUNFT DIE REALE
UND DIE DIGITALE WELT, WENN WIR UNS
AKTUELL IMMER MEHR IN RICHTUNG
WEARABLE COMPUTING BEWEGEN?
Schauspieler Tom Cruse im Film Minority Report (2002). Gestensteuerung
PROJEKTE ZUR
MUSKELAKTIVITÄTSSTEUERUNG
MUCI
(engl. muscle-computer-interface) -
Microsoft Patents EMG Human 2008
EMG (Electromyographie) Sensoren:
Misst mit 95% Genauigkeit die
Position und Druck der Hand
MYO – Firma Thalmic Labs 2013
Muskelaktivitätssteuerung

SPORT
SCHWEISSBAND, IPHONE-BAND
MEDIZIN
BLUTDRUCKGERÄT,BANDAGE
KATEGORIEN
SCHMUCK
ARMBAND, ARMBANDUHR
AKTIV
KÖRPERAKTIVITÄT
PASSIV
SCHMÜCKEN, ZIEREN
BEREICHE
VERSTELLBARKEIT
VERÄNDERLICHKEIT - SYSTEME
KONISCHE FORM
INSPIRATION -
PRODUKTENTWURF
THINK OUTSIDE
THE BOX
THINK OUTSIDE
THE BOX

PRODUKTENTWURF -
ARMRING
THINK OUTSIDE
THE BOX

PRODUKTENTWURF -
ERGONOMIE
THINK OUTSIDE
THE BOX

PRODUKTENTWURF -
SPORT
THINK OUTSIDE
THE BOX

PRODUKTENTWURF -
STATUSSYMBOL
THINK OUTSIDE
THE BOX

THINK OUTSIDE
THE BOXPRODUKTNAME
GEST-i (ENGL. GESTURES INTERACTION)
SICHTBAR
EMPATHIZE
BEDIENEN
FASSEN
GREIFEN
GESTURE
INTERACTION
GRIP
VIEW
HOLD
COMPUTER
TOUCH
DISCOVER
MUSCLE
ERGRÜNDEN
ERKENNEN
FEEL
EYE
WAHRNEHMEN
VERSTEHEN
HINEINVERSETZEN
TAKE
BEGREIFBAR
PERCEIVE
HAPTISCH
LOOK
CONSIDER
DIGITAL
COMPREHENSIBLE
SPOT
MYNAMEIS...
Mind-Map: GEST-i Zeichnungen für das Logo

VERSCHLUSS
VERSTELLBARES BAND
VIBRATIONSMOTOR
ZWISCHEN ELEMENT
ELASTISCHES BAND
FARBE INDIVIDUALISIERBAR
LEISTUNGS- UND
KOMMUNIKATIONSELEKTRONIK
ENERGIEVERSORGUNG
MICRO - USB
ANSCHLUSS
LITHIUM IONEN-AKKU
14 TAGE AKKULAUFZEIT
WIEDERAUFLADBAR
ELECTROMYOGRAPHY (EMG)
6 MUSKELAKTIVITÄTSSENSOREN
TITAN (ELEMENT)
PRODUKT - TECHNSICHE DATEN
MIT WELCHEN TECHNOLOGIEN
LÄSST SICH GEST-I VERBINDEN?
Es verbindet sich mit kompatiblen Technologien
über eine Bluetooth 4.0 Low Energy-Verbindung.
THINK OUTSIDE
THE BOX
BLUETOOTH VERBINDUNG
THINK OUTSIDE
THE BOX

KURZFILM: « GEST-I »
PRODUKTINSZENIERUNG
THINK OUTSIDE
THE BOX
Porsche Boxster E

THINK OUTSIDE
THE BOXWEGFINDUNG -
UNTERSTÜTZUNG

THINK OUTSIDE
THE BOX
VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT!

QUELLEN UND
LITERATURVERZEICHNIS
[1] VDI-Gesellschaft Fahrzeug und VerkehrsTechnik: Virtuelle Produktentstehung in der Fahrzeugtechnik:
Tagung Berlin 9. und 10. September. Düsseldorf VDI Verl., 1999. ISBN: 3-18-091489-0
[2] Holger, Jungk: Informationsmanagement zur Planung und Verfolgung von produktlebenszyklen. Zugl.:
Berlin, univ. Diss., 2007. Frauenhofer IRB Verlag, 2007. ISBN: 978-3-8167-7461-7
[3] Michael Alexander Bitzer: Entwicklung einer Methode zur prozessorientierten Planung und Optimierung
von Product Lifecycle Management - Lösungen am Beispiel der Automobilindustrie.
Fachbereich Maschinenbau und Verkehrstechnik, kaiserslautern, 2008. ISBN: 978-3-941438-00-2
[4] Israel, J. H.: Hybride Interaktionstechniken des immersiven Skizzierens in frühen Phasen der Produktentwicklung.
Stuttgart: Fraunhofer Verlag, 2011. ISBN: 3-8396-0330-7 (Hauptquelle)
1
ZITAT: VDI-Gesellschaft Fahrzeug und VerkehrsTechnik: Virtuelle Produktentstehung in der Fahrzeugtechnik:
Tagung Berlin 9. und 10. September. Düsseldorf VDI Verl., 1999. ISBN: 3-18-091489-0; Seite 125
[5] Eva Hornecker: Tangible User Interfaces als kooperationsunterstÄutzendes Medium. Dissertation. April 2004.
UniversitÄat Bremen
[6] Manela Wandler: Tangible Tiles: Ein Tangible User Interface zur Verwaltung und Manipulation von digitalen. August 2006.
[7] Haller, M., D. Leithinger, J. Leitner, T. Seifried, P. Brandl, J. Zauner und M. Billinghurst: The Shared Design Space. In: Proceedings
of the conference on Computer graphics and interactive techniques. SIGGRAPH 06 , 2006.
[8] Michael Alexander Bitzer: Entwicklung einer Methode zur prozessorientierten Planung und Optimierung
von Product Lifecycle Management - Lösungen am Beispiel der Automobilindustrie.
Fachbereich Maschinenbau und Verkehrstechnik, kaiserslautern, 2008. ISBN: 978-3-941438-00-2
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