Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR) are truly exciting technologies for artificial sensory stimulation. Especially because they can provide immersive and interactive experiences (closed-loop). We have observed rapid progress in the development of these technologies in the last three decades, especially in the domain of visual stimulation. AR/VR solutions have been proposed for a wide range of tasks, from military training to health care and from industrial manufacturing to animal behavior studies. Although such applications are proven to be useful and cost-effective, many do not make it beyond the scope of research labs. Lack of attention towards workflow integration is considered one of the major causes behind lower acceptance of AR/VR applications. This is especially true when users intend to use the application as a tool for a specific purpose e.g. a visualization or a measurement device. In such cases, it is extremely important to understand the application domain and to work with the end-users for developing useful AR/VR solutions. In this thesis, we will discuss the importance of developing workflow specific solutions for the application of AR/VR. Our research focuses on two very different application domains of AR/VR: industrial manufacturing and animal behavior studies. We show that closed-loop visual stimulation techniques of AR and VR are useful for these domains as interactive visualization tools. However, the users of both domains have very specific requirements. They want to deploy AR/VR tools for assistance in their tasks and expect the tools to be compatible with existing workflows. We show that it is possible to design customized solutions by working closely with the users, understanding their practices, and the environment. Industrial users want to use interactive visualizations tools for industrial processes without losing reliability and accuracy provided by existing techniques. We worked closely with industrial partners and proposed alternative solutions with AR techniques while maintaining the working principle of existing methods. We developed Spatial Augmented Reality based solutions for the process of alignment and marking. Our methods are designed to replace the existing methods. At the same time, we have replicated their working principle to meet the requirements of the end-user. Similarly, biologists want to use interactive visualizations tools with live animals to design novel experimental techniques for studying animal behavior. Biologists already use VR setups customized to their needs but existing techniques have many limitations e.g. limited tracking methods, small setups, etc. We identified that close cooperation between technology experts and biologists is needed to solve many limitations. In this spirit, we prepared a literature review for the technology experts to enhance their contribution to the topic. We also developed new methods for tracking multiple animals in large spaces. Furthermore, we developed several design concepts using our tracking solutions as example use cases for motivating the next generation of behavior experiments using XR technologies.     «

Augmented Reality (AR) and Virtual Reality (VR) are truly exciting technologies for artificial sensory stimulation. Especially because they can provide immersive and interactive experiences (closed-loop). We have observed rapid progress in the development of these technologies in the last three decades, especially in the domain of visual stimulation. AR/VR solutions have been proposed for a wide range of tasks, from military training to health care and from industrial manufacturing to animal be...     »

Augmented Reality (AR) und Virtuelle Realität (VR) sind sehr aufregende Technologien zur künstlichen Stimulation der Sinne. Immersive und interaktive Erfahrungen (Closed-Loop) ermöglichen können. Wir haben in den letzten drei Jahrzehnten rasche Fortschritte in der Entwicklung dieser Technologien beobachtet, insbesondere im Bereich der visuellen Stimulation. AR/VR-Lösungen wurden für ein breites Spektrum von Aufgaben vorgeschlagen: von der militärischen Ausbildung bis zur Gesundheitsversorgung und von der industriellen Fertigung bis zu Verhaltensstudien an Tieren. Obwohl sich diese Anwendungen als nützlich und kosteneffektiv erwiesen haben, verlassen viele nicht die Forschungslabore. Die mangelnde Aufmerksamkeit in der Integration von Arbeitsabläufen gilt als eine der Hauptursachen für die geringere Akzeptanz von AR/VR-Anwendungen. Dies gilt insbesondere dann, wenn Benutzer beabsichtigen, die Anwendung als Werkzeug für einen bestimmten Zweck, z.B. eine Visualisierung oder ein Messgerät, einzusetzen. In solchen Fällen ist es äusserst wichtig, das Anwendungsgebiet zu verstehen und mit den Endnutzern zusammenzuarbeiten, um nützliche AR/VR-Lösungen zu entwickeln.In dieser Doktorarbeit werden wir die Bedeutung der Entwicklung von arbeitsablauf-spezifischen Lösungen für die Anwendung von AR/VR diskutieren. Unsere Forschung konzentriert sich auf zwei sehr unterschiedliche Anwendungsbereiche der AR/VR: industrielle Fertigung und Tierverhaltensstudien. Wir zeigen, dass Closed-Loop-Techniken der visuellen Stimulation von AR und VR für diese Bereiche zum Zweck der interaktiven Visualisierung nützlich sind. Die Benutzer beider Bereiche haben jedoch sehr spezifische Anforderungen. Sie wollen AR/VR-Werkzeuge als Unterstützung ihrer Aufgaben einsetzen und erwarten, dass die Werkzeuge mit bestehenden Arbeitsabläufen kompatibel sind. Wir zeigen, dass es möglich ist, massgeschneiderte Lösungen zu entwerfen, indem wir eng mit den Nutzen zusammenarbeiten, und um ihre Praktiken und die Umgebung zu verstehen. Industrielle Nutzer möchten interaktive Visualisierungstools für industrielle Prozesse nutzen, ohne die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der vorhandenen Techniken zu verlieren. Wir haben eng mit Industriepartnern zusammengearbeitet und alternative Loesungen mit AR-Techniken vorgeschlagen, wobei das Arbeitsprinzip der bestehenden Methoden beibehalten wurde. Wir haben auf Spatial Augmented Reality basierende Loesungen fuer den Prozess der Ausrichtung und Markierung entwickelt. Unsere Methoden sind so konzipiert, dass sie die bestehenden Methoden ersetzen und gleichzeitig haben wir deren Arbeitsprinzip replizieren, um den Anforderungen der Endnutzer gerecht zu werden. Auf ähnliche Weise wollen Biologen interaktive Visualisierungstools bei lebenden Tieren einsetzen, um neue experimentelle Techniken zur Untersuchung von Tierverhalten zu entwerfen. Biologen verwenden bereits VR-Setups, die auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind. Jedoch haben die bestehenden Techniken viele Einschränkungen, z.B. begrenzte Trackingmethoden, kleine Setups, usw. Wir haben festgestellt, dass eine enge Zusammenarbeit zwischen Technologieexperten und Biologen erforderlich ist, um viele dieses Einschränkungen zu beheben. In diesem Sinne haben wir eine Literaturübersicht für die Technologieexperten erstellt, um ihren Beitrag zum Thema zu unterstützen. Wir entwickelten ausserdem neue Methoden zur Verfolgung mehrerer Tiere in großen Gebieten. Darüber hinaus entwickelten wir verschiedene Designkonzepte unter Verwendung unserer Tracking-Lösungen wie z.B. als Anwendungsfaelle für die Motivation der nächsten Generation von Verhaltensexperimenten mit XR-Technologien.     «

Augmented Reality (AR) und Virtuelle Realität (VR) sind sehr aufregende Technologien zur künstlichen Stimulation der Sinne. Immersive und interaktive Erfahrungen (Closed-Loop) ermöglichen können. Wir haben in den letzten drei Jahrzehnten rasche Fortschritte in der Entwicklung dieser Technologien beobachtet, insbesondere im Bereich der visuellen Stimulation. AR/VR-Lösungen wurden für ein breites Spektrum von Aufgaben vorgeschlagen: von der militärischen Ausbildung bis zur Gesundheitsversorgung un...     »