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Philipps-Universität Marburg
Abstract
Diese Dissertation ist eine kumulative Arbeit im Bereich der Mensch-Computer-Interaktion und untersucht sowie evaluiert haptische Steuerungen und deren Anwendungen. Sie besteht aus drei wissenschaftlichen Arbeiten: Die erste Arbeit, ”Haptic and Auditive Mesh Inspection for Blind 3D Modelers” (ASSETS 2020), beschreibt die Implementierung einer neuartigen haptischen Schnittstelle für blinde 3D-Modellierer. Das beschriebene System ist das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit mit der Blindenschule Marburg (BLISTA) und ermöglicht es blinden Nutzern, virtuelle 3D-Meshes auditiv und taktil zu inspizieren. Dieses haptisch-auditive Mesh-Inspektionssystem wurde in einer Studie mit 20 blinden Teilnehmenden evaluiert und mit dem Stand der Technik verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass unser neuartiges System die Fehlerquote senkt, die Geschwindigkeit erhöht und die Nutzerzufriedenheit verbessert. Aufbauend auf der Idee des haptischen Modellierens stellt die zweite Arbeit, ”Digitizing Interlocking Building Blocks” (VMV 2023), eine neue haptische Schnittstelle in Form digitalisierbarer Klemmbausteine vor und verfolgt damit das Ziel einer intuitiven, taktilen Mensch-Computer-Interaktion. Dieser Teil konzentriert sich auf die Hardware- und Softwareentwicklung eines solchen Systems und diskutiert dessen Implementierung, Komponenten und mögliche Anwendungen. In der dritten Arbeit, ”Using Interlocking Building Blocks as a Game Interface” (GAMES: Research and Practice 2025), wird das zuvor entwickelte System der Klemmbausteine weiter verbessert. Eine umfassende Nutzerstudie wird im Kontext eines Puzzlespiels durchgeführt, das mit unserer Schnittstelle gesteuert wird. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen eine signifikante Verbesserung der Nutzerleistung sowie gesteigerte Nutzererfahrungsmetriken im Vergleich zu einer herkömmlichen Computermaus. Zudem werden die Vorteile der Schnittstelle analysiert und mögliche zukünftige Entwicklungen diskutiert. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass der Einsatz haptischer Schnittstellen und speziell für Haptik entwickelte Software die
Mensch-Computer-Interaktion erheblich verbessern kann. In unseren Anwendungen steigern haptische Schnittstellen die Effizienz, Genauigkeit, das Engagement sowie die allgemeine Nutzererfahrung im Vergleich zum Stand der Technik.
This thesis is a cumulative work in the area of computer-human interfaces and explores
and evaluates haptic controllers and their applications. It consists of three papers: The
first paper, ”Haptic and Auditive Mesh Inspection for Blind 3D Modelers” (ASSETS
2020), is an implementation of a novel haptic interface for blind 3D modelers. The de-
scribed system is the result of a close cooperation with Marburg’s school for the blind
(BLISTA) and implements a system that allows blind users to inspect virtual 3D meshes
in an auditive and tactile way. This haptic and auditive mesh inspection system is eval-
uated in a study with 20 blind participants and compared to another state-of-the art
system, showing that our novel system improves error-rate, speed, and user satisfaction.
Building upon the idea of haptic modelling, the second paper, ”Digitizing Interlock-
ing Building Blocks” (VMV2023), introduces a new haptic interfaces in the form of
digitizable interlocking building blocks, furthering the goal of intuitive tactile computer-
human interaction. This part focuses on the hardware and software development of such
a system and discusses its implementation, components, and potential applications. In
the third paper, ”Using Interlocking Building Blocks as a Game Interface” (GAMES:
Research and Practice 2025), we improve on the previously built interlocking building
block system and conduct an extensive user study in the context of a puzzle game that
is controlled with our interface. The results of this study show significant improve-
ment in user performance and elevated user experience metrics, when compared to a
conventional computer mouse. We further analyze the interface’s benefits and discuss
potential future work. The results of this thesis indicate, that when haptic interfaces
and software designed for haptics are applied, the experience of computer-human inter-
action can significantly improve. We show, that in our applications, haptic interfaces
increase effectiveness, accuracy, engagement, and overall user experience, compared to
other state-of-the-art systems.