As traffic gets more and more complex, companies and researchers are developing cutting edge technologies that aim for making driving safer. Today, head-up displays (HUDs) make it possible to display driving-related information directly in the driver’s primary field of view (FOV). A promising advancement of this technology is the implementation of augmented reality (AR) and thus, showing virtual ...
Abstract (English)
As traffic gets more and more complex, companies and researchers are developing cutting edge technologies that aim for making driving safer. Today, head-up displays (HUDs) make it possible to display driving-related information directly in the driver’s primary field of view (FOV). A promising advancement of this technology is the implementation of augmented reality (AR) and thus, showing virtual information in a contact analogue way, directly superimposed on the real-world environment, aiming to enhance driver safety and comfort. However, there are still technical limitations to consider, such as a limited FOV or inaccurate positioning of the virtual content due to inaccurate sensory data. In this dissertation, four empirical studies were conducted to create a navigation concept for augmented reality head-up display (AR HUD) that supports the driver in the best way possible. In the first study, two 3D projects for creating and comparing AR HUD concepts were developed. The exemplary use cases were navigation, lane departure prevention (LDP), and collision prevention assist (CPA). In addition, this concept development approach was compared to another popular design method which is based on the mapping of virtual objects onto real driving scenes. The results of this expert evaluation contain suggestions on how to improve the approach using a 3D tool and on how an ideal concept development process for AR HUD could look like. For the following study, a pure contact analogue navigation concept for AR HUD was developed. The aims of this study were to find ways to reduce masking effects without impairing the displayed navigation information and collect expert knowledge concerning AR HUD concept development. In the subsequent study, a revised navigation concept was developed and compared to the first one. The results show that the participants prefer the revised version of the concept. Eventually, the improved concept was compared to a static HUD navigation to evaluate, how the new technology performs against an already existing one. All of these field studies were conducted with a prototype vehicle that contained a complete AR HUD testing environment. Based on the field studies, design guidelines for the use case navigation were summarised and described.
Translation of the abstract (German)
Mit dem immer komplexer werdenden Verkehr sind Unternehmen wie Forscher bestrebt, neue Technologien zu entwickeln, welche das Fahren sicherer machen sollen. Head-up Displays (HUDs) bieten die Möglichkeit, relevante Informationen direkt im Sichtfeld des Fahrers (Field of View, FOV) anzuzeigen. Ein großer Vorteil dieser Technologie ist die Integration von Augmented Reality (AR). Damit können ...
Translation of the abstract (German)
Mit dem immer komplexer werdenden Verkehr sind Unternehmen wie Forscher bestrebt, neue Technologien zu entwickeln, welche das Fahren sicherer machen sollen. Head-up Displays (HUDs) bieten die Möglichkeit, relevante Informationen direkt im Sichtfeld des Fahrers (Field of View, FOV) anzuzeigen. Ein großer Vorteil dieser Technologie ist die Integration von Augmented Reality (AR). Damit können virtuelle Daten direkt in die reale Umgebung eingebunden werden, mit dem Ziel, Fahrsicherheit und -komfort zu erhöhen. Dabei sind jedoch weiterhin verschiedene Einschränkungen zu beachten, wie ein limitierter Anzeigebereich, oder ungünstige Platzierung der virtuellen Information aufgrund ungenauer Sensordaten. In dieser Dissertation wurden vier empirische Studien durchgeführt, um ein Navigation-Konzept für Augmented Reality Head-up Display (AR HUD) zu entwickeln, das den Fahrer auf bestmögliche Weise unterstützt. Die erste umfasst Entwicklung und Evaluation zweier 3D Projekte zum Erstellen und Vergleichen von AR HUD Konzepten. Die exemplarischen Anwendungsfälle waren Navigation, Lane Departure Prevention (LDP) und Collision Prevention Assist (CPA). Zusätzlich wurde dieser Konzeptentwicklungsansatz einer weiteren verbreiteten Entwicklungsmethode gegenübergestellt, die auf dem Einbetten von virtuellen Objekten in Realfahrszenen basiert. Die Ergebnisse dieser Expertenevaluation beinhalten Vorschläge, wie man den Ansatz basierend auf 3D Projekten verbessern kann und wie ein idealer Konzeptentwicklungsprozess für AR HUD aussehen könnte. Für die nächste Studie wurde ein komplett kontaktanaloges Navigationskonzept für AR HUD entwickelt. Das Ziel dieser Feldstudie war es, Wege zur Reduzierung der Maskierungseffekte zu finden, ohne die angezeigten Navigationsdaten zu beeinflussen. Dabei sollten auch Expertenmeinungen zur Entwicklung von AR HUD Konzepten gesammelt werden. Das nächste Experiment umfasst die Erstellung eines überarbeiteten AR HUD Konzepts und dessen Vergleich mit dem vorherigen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Teilnehmer das überarbeitete Konzept bevorzugen. Zuletzt erfolgte die Gegenüberstellung des verbesserten Konzeptes zu einem statischen HUD, um zu untersuchen, wie die neue Technologie gegenüber einer bereits existierenden abschneidet. Sämtliche Feldstudien wurden mit einem Fahrzeugprototypen durchgeführt, der über eine vollständige AR HUD Testumgebung verfügt. Die beschriebenen und zusammengefassten Konzeptentwicklungs-Guidelines für den Anwendungsfall Navigation basieren auf diesen.
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