Ubiquitous Annotation Visualization - Concept and Rapid Prototyping Framework

Jentsch, Marc; Giretti, Alberto; Jarke, Matthias

doi:HT018608031

Ubiquitous Annotation Visualization - Concept and Rapid Prototyping Framework = Allgegenwärtige Anmerkungsvisualisierung – Konzept und Rahmenwerk für die schnelle Prototyperstellung

Jentsch, Marc

2015

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Marc Jentsch

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2015

Umfang268 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Jarke, Matthias (Thesis advisor) ; Giretti, Alberto (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-02-19

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-012122
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/464318/files/464318.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/464318/files/464318.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Informatik (frei) ; rapid prototyping (frei) ; ubiquitous computing (frei) ; augmented reality (frei) ; ambient displays (frei) ; software framework (frei) ; visualization (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Ubiquitous Computing lässt die Grenze zwischen Virtualität und Realität verschwimmen. Computer und virtuelle Inhalte verschmelzen mit der echten Welt. Beispielsweise nutzen Ambient Displays die gesamte physische Umgebung als Schnittstelle zu digitalen Informationen oder Augmented Reality Systeme überlagern Objekte der realen Welt mit virtuellen Inhalten. Das Wissen über Gemeinsamkeiten dieser Technologien würde ihren Entwicklungsaufwand verringern. Diese Arbeit untersucht die Ubiquitous Computing Domäne auf Ähnlichkeiten in Bezug auf Visualisierungsmethoden. Die Identizierung und Klassizierung der wichtigsten Ansätze deckt ein häufig verwendetes Konzept auf: Physische Objekte werden mit virtuellen Informationen angereichert. Wir nennen dieses neuartige Sammelkonzept Ubiquitous Annotation Visualization (UbiAV). Ein Vorteil des Wissens über Gemeinsamkeiten dieser Visualisierungsmethoden ist, dass Anwendungsentwickler aus ähnlichen Visualisierungsoptionen für ihre Anwendung wählen können. Sie wissen aber nicht immer, welcher Ansatz sich für die jeweilige Anwendung am besten eignet. Daher müssen sie verschiedene UbiAV Ansätze ausprobieren, wenn sie deren Effekt auf die jeweilige Anwendung beurteilen möchten. Das kann umständlich und zeitaufwändig sein, sobald eine Anwendung für jede Visualisierung angepasst werden muss. Ferner fehlt den Entwicklern ggf. das nötige Fachwissen, um die Visualisierung zu implementieren und die Einarbeitung in die Technologie benötigt Zeit. Daher wählen sie eventuell per Zufall eine ggf. suboptimale Visualisierung aus statt einenVergleich durchzuführen, was die Qualität der Nutzererfahrung reduzieren kann. Die vorliegende Arbeit spezifiziert das UbiVis Software Framework, welches dieses Rapid Prototyping vereinfachen möchte. Die Architektur trennt die Anwendungslogik und die Visualisierung in gekapselte Komponenten und denfiniert eine Standardschnittstelle zwischen ihnen. Somit können Entwickler die Visualisierung austauschen, ohne die Anwendungslogik anpassen zu müssen. Eine Standardprozedur denfiniert, wie Entwickler schnell und einfach das Framework einsetzen können, ohne dass eine langwierige Einarbeitungnotwendig wäre. Da die technische Umgebung des Frameworks ebenfalls indieser Arbeit spezifiziert ist, kann es direkt praktisch angewandt werden. UbiVis sieht Visualisierungskomponenten als gekapselte, austauschbare Bibliotheken vor. Sofern diese frei verfügbar sind, können Entwickler eine Visualisierung für ihre Anwendung einsetzen, ohne etwas über deren Implementierung zu wissen. Als wichtigen Beitrag dieser Arbeit stellen wir Bibliotheken bereit, welche die wichtigsten UbiAV Ansätze bedienen. Ferner spezifizieren wir ein Konzept des Ausbaus dieser initialen Bibliotheken. Es ermöglicht jedem Entwickler, dem Framework weitere Bibliotheken hinzuzufügen und öffnet es damit der Möglichkeit, neue Visualisierungstechnologien zu unterstützen. Um zu validieren, ob UbiVis das Rapid Prototyping von UbiAV Anwendungen unterstützt, werden mehrere Beispiele in unterschiedlichen Domänen entwickelt. Wir zeigen dann, wie die bereitgestellten Bibliotheken für den Austausch von Visualisierungsansätzen genutzt werden können. Dabei muss der Anwendungscode nicht verändert werden.Des Weiteren demonstrieren wir die Erweiterbarkeit der initialen Bibliotheken. Dazu erstellen wir innerhalb der Regeln des Frameworks eine neue Bibliothek, die wir auf die Beispielprogramme anwenden. Abschließend ermitteln wir in mehreren praxisorientierten Nutzerseminaren, inwiefern das Frameworks einfach anzuwenden ist.

Ubiquitous computing is about blurring the boundaries between virtuality and reality. Computers and virtual content are merged with the real world. For instance, ambientdisplays use the entire physical environment as interface to digital information or augmentedreality systems show virtual content over real world objects. Gaining knowledgeof commonalities among these technologies would reduce their development eort. This thesis investigates the ubiquitous computing domain regarding similarities in visualizationmethods. The identication and classication of the most important approachesreveal a recurring concept: Real world objects are visually augmented by virtual information. We call this novel umbrella concept ubiquitous annotation visualization (ubiAV). As advantage of knowing of commonalities among these visualization methods, applicationdevelopers can choose from similar visualization options for their application. But they do not always know which approach ts best for a particular application. Hence, if they want to evaluate a visualization's eect on a particular application, they have to try different ubiquitous annotation visualization approaches. This can be time-consumingand cumbersome because the application might need to be adapted to each visualization.Moreover, a developer might lack the knowledge how to implement the visualization, and getting to know the technology takes time. As a consequence, she might refrain from comparing and instead choose a maybe suboptimal visualization arbitrarily, which could decrease the quality of the user experience.This thesis species the UbiVis software framework, which aims at facilitating this kind of rapid prototyping. The framework's architecture separates the application logic and visualization into encapsulated components and denes a standard interface between them. This allows developers to exchange and evaluate visualizations without having to adapt the application logic. A standard procedure defines how developers can quickly and easily apply the framework. So, lengthy familiarization with the technology is not necessary. This thesis also species a technical environment so that UbiVis can be applied in practice. UbiVis intends that visualization components are encapsulated as exchangeable libraries. If the libraries are freely available, developers can apply a visualization for their application without knowing implementation details. A major contribution of this thesis is the delivery of a set of libraries for supporting the most important ubiquitous annotation visualization approaches. We also specify a concept for extending this initial set of libraries. This specication allows every application developer to add further libraries,which opens the framework to support new ubiquitous annotation visualization technologies. In order to validate whether UbiVis supports rapid prototyping of ubiquitous annotation visualization applications, we develop several examples in dierent domains. Then, we show how the provided libraries can be used for exchanging ubiquitous annotation visualization approaches without having to change application code. We further demonstrate the extensibility of the set of libraries by developing a new library within the rules of the framework and by applying it to the developed applications. Finally, we evaluate in a set of practical user workshops to which degree the framework is easy toapply.

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