Typen und Beispiele

Isometrische Geräte
Isometrische Geräte sind besonders für die Navigation und zum Manipulieren von 3Dobjekten geeignet, da sie sowohl die drei Achsen als auch die Drehung um diese unterstützen. Fast alle isometrischen Geräte bieten zusätzlich die Möglichkeit, über frei programmierbare Tasten Befehle abzusetzen (Derkau, 2001).

Der Spaceball ist ein Beispiel für ein isometrisches Gerät. Hierbei handelt es sich um eine Kraft/Drehmoment–Steuerkugel. Eine kleine Kugel wird dabei auf einer Basis montiert. Die Steuerknöpfe sind ebenfalls auf der Basis angebracht. Virtuelle Bewegungen werden gelenkt, indem der Benutzer die Kugel dreht, nach oben zieht oder vorsichtig nach vorne, hinten, links, rechts und nach unten drückt. Durch Klicken der Knöpfe lassen sich die einzelnen Funktionsweisen ändern und Gegenstände bewegen.

Vorteile:

  • sehr intuitiv zu bedienen
  • schnell und genau
  • relativ preiswert

Nachteile:

  • Translation (Verschiebung innerhalb des Koordinatensystems) und Rotationsbewegungen (d.h. die Drehung eines Objektes um eine oder mehrere Achsen eines Koordinatensystems) sind schwer voneinander zu trennen, d. h. es ist schwer möglich, mit diesen Geräten die Rotation von Objekten zu steuern, ohne zugleich auch eine Translation auszulösen
  • Programmierbare Funktionstasten können dieses Problem durch eine Begrenzung der Freiheitsgrade lösen.
  • eingeschränkte Beweglichkeit, da es ein tischgebundenes Gerät ist

Einsatzgebiete:

  • Desktop-VR
  • Rotation einer Ansicht (z. B. CAD-Anwendungen)

 

Datenhandschuh
Der Datenhandschuh hat sich im Laufe der Zeit zum wohl gängigsten Eingabegerät in virtuellen Umgebungen entwickelt. Der aus leichtem Lycra-Gewebe bestehende Datenhandschuh erfasst die Position der Hand sowie die Krümmung der Finger. Die Position wird über einen elektromagnetischen Tracker bestimmt, während für die Ermittlung der Fingerkrümmung fiberoptische, elektrische und mechanische Messmethoden in Frage kommen.

Bei der fiberoptischen Variante wird durch ein Glasfaserkabel Licht gesendet und mit einem Sensor abgetastet, verengt sich nun das Kabel durch Krümmung, so wird weniger Licht durchgelassen und die einzelnen Krümmungswinkel der Finger können berechnet werden. Glasfaserkabel haben den Nachteil, dass sie für viele Einsatzzwecke zu bruchempfindlich sind und zudem nach circa 30-minütigen Intervallen eine Rekalibrierung des Handschuhs erfolgen muss.

Elektrische Krümmungsmessungen werden über Metallbänder und deren Widerstandsänderung realisiert. Dieses Messverfahren ist wesentlich genauer und bedarf auch einer weniger häufigen Rekalibrierung.

Der mechanische Datenhandschuh ist nicht nur teuer sondern auch durch sein oberhalb des Handschuhs angebrachtes Exoskelett unhandlich aber dafür sehr präzise. Außerdem müssen sie auf jeden Benutzer angepasst werden. Dafür ist keine Rekalibrierung während der Anwendung erforderlich.

Vorteile:

  • einfache Nutzung:
  • zur Navigation reicht das Zeigen in die entsprechende Richtung
  • zur Selektion von Objekten greift man einfach danach
  • intuitives Agieren in dreidimensionalen Welten
  • geringes Gewicht des Datenhandschuhs
  • hoher Tragekomfort
  • Einsatz der eigenen Hand fördert die Immersion

Nachteile:

  • Arbeiten mit ausgestreckter Hand kann ein rasches Ermüden bewirken
  • Hygiene und Passgenauigkeit
  • je nach Messverfahren zum Teil langsame und ungenaue Navigation

Einsatzgebiete:

  • Datenmodellierung
  • Fernsteuerung und Programmierung von Roboterarmen

 

Datenanzug
Diese Geräte übertragen die Fähigkeiten des Datenhandschuhs auf den ganzen Körper. Mit dem fiberoptischen Verfahren werden, wie beim Datenhandschuh, die Krümmungswinkel der wichtigsten Gelenke des Körpers gemessen. Elektromagnetische Sensoren bestimmen die Position der wichtigsten Körperpartien im Raum.

Vorteile:

  • über 50 Freiheitsgrade

Nachteile:

  • sehr teuer in Anschaffung und Unterhalt
  • Bruchgefahr der Glasfaserkabel
  • eingeschränkte Bewegungsfreiheit durch schwere Kabel
  • Verrutschen des Anzugs kann enorme Messfehler verursachen
  • aufwendige Anpassung und Kalibrierung

    Einsatzgebiete:
  • Spezialanwendungen wie Motion Tracking bei der Charakteranimation
  • Rehabilitation

 

Wand
Der Wand (Stab, Stift) ist ein einfaches, billiges aber vor allem sehr wirkungsvolles Interaktionsinstrument. Wands sind Trackingsensoren, die meist noch über frei programmierbare Funktionstasten verfügen. Im Gegensatz zu isometrischen Geräten lassen sich Wands frei im Raum bewegen. Sowohl die Position als auch die Ausrichtung des Sensors lassen sich direkt auf die angesteuerten Objekte übertragen. Die Leistung der verschiedenen Systeme hängt vorwiegend von den Parametern des verwendeten Trackingsystems ab.

Flying Joystick
Dies ist meist ein Griff, ähnlich einem Pistolengriff, an dem sich programmierbare Tasten befinden, die mit einer Hand betätigt werden können. Als Alternative zum Datenhandschuh sind Flying Joysticks sehr populär, da sie wesentlich billiger und robust sind.

Poolball
Hier wird eine hohle Billardkugel verwendet, in der sich ein elektromagnetischer Trackingsensor befindet. Ein oder mehrere Tasten ermöglichen das Ausführen von Drag- and Drop-Optionen.

3D Mouse
Dies ist eine Maus die frei im Raum bewegt und über Ultraschallsensoren positioniert werden kann.

Pick
Wands, die wie ein Armreifen oder ein Ring getragen werden und zusätzlich zum Trackingsensor einige Tasten zum Ausführen von Basisoperationenbesitzen.

Vorteile:

  • Bewegungsfreiheit
  • preiswert
  • robust
  • flexibler Einsatz möglich

Nachteile:

  • ja nach Trackingsystem zum Teil langsam und ungenau
  • hemmt je nach Einsatz die Immersion

Einsatzgebiete:

  • Cave
  • Unterhaltungsbereich

 

Biosensoren
Laut Wick und Farkas werden mit Biosensoren elektrische Nervenimpulse über Hautelektroden gemessen. Damit lassen sich wichtige Rückschlüsse über Muskelbewegungen oder Hirnaktivitäten ziehen, wie auch über die Emotionen des Benutzers.

Vorteile:

Hautelektroden können implantiert werden und sind somit ständig ohne weitere fremde Hilfe
verfügbar; z. B. wichtig bei medizinischen Anwendungen wie der Neuroprothese zur Aktivierung von
gelähmten Muskeln.

Nachteile:

  • sehr teuer

Einsatzgebiete:

  • Integration körperlich Behinderter über virtuelle Welten in den Alltag
  • Augenbewegungen können zur Navigation in virtuellen Welten benutzt werden

 

Virtuelle Tastaturen
Wie oben erwähnt eignet sich die Tastatur nicht zur Eingabe alphanumerischer Daten in dreidimensionalen Welten. Eine Lösung dieses Problems stellt die dreidimensionale Nachbildung von Tastaturen, die über einen Datenhandschuh bedient werden, dar.

Eine weitere Lösung ist die Einhandtastatur. Sie besteht aus einem Pistolengriff mit je einer Taste pro Finger. Mit jeder Taste lassen sich je sieben Zeichen erzeugen. Durch einen Schalter am Daumen lässt sich die Zeichenbelegung der restlichen Finger steuern. Insgesamt lassen sich dadurch 141 Zeichen erzeugen.

Vorteile:

  • mobile Dateneingabe
  • die nachgebildete dreidimensionale Tastatur erlaubt das Tippen, ohne physisch vorhanden zu sein

Nachteile:

  • bei der dreidimensionalen Tastaturnachbildung können nur wenige Zahlen und Buchstaben eingegeben werden.
  • Einhandtastatur ist sehr teuer
  • bei der Einhandtastatur braucht man eine lange Gewöhnungs- und Trainingsphase

Einsatzgebiete:

  • mobiler Einsatz
  • können auf die Bedürfnisse Behinderter Menschen adaptiert werden

 

Spracheingabe
Das Erkennen gesprochener Sprache gehört zu den schwierigsten Aufgaben der Signalverarbeitung und ist technisch zu komplex, um die dahinter stehende Technik in dieser Arbeit näher zu erläutern. Auf der Website von Spracherkennung.de mit dem Titel: „Grundlagen der Spracherkennung“ findet der näher Interessierte eine qualitativ hochwertig Darstellung. Man geht davon aus, dass die Spracherkennung in absehbarer Zeit Bestandteil verbreiteter Benutzerschnittstellen sein wird.

Vorteile:

  • relativ hohe Erkennungsrate und Geschwindigkeit
  • parallele Nutzung von auditiven und visuellen Kanal mit der „TextToSpeech“-Technik möglich

Nachteile:

  • dzt. noch sprecherabhängig
  • Erkennung von fließender Sprache noch verbesserungswürdig
  • dzt. noch eingeschränktes Vokabular

Einsatzgebiete:

  • bedienen von Computern per Spracheingabe
  • elektronischer Lernbegleiter
  • Anwendungen wie z. B. automatische Übersetzung in beliebige Sprachen

 

Manipulatoren
Der Vollständigkeit halber werden an dieser Stelle noch die Manipulatoren kurz angeführt. Es handelt sich hierbei um Eingabegeräte, die speziellen Zwecken dienen, also nicht universell einsetzbar sind. Mit ihnen können sehr spezialisierte Aufgaben bewältigt werden, so z.B. eine Operation am menschlichen Körper mithilfe von realistischen Nachbildungen entsprechender endoskopischer Geräte.