Ziel: intuitive Bedienung, Bewegungsfreiheit. Virtuelle Präsenz, Winter 2010, P. Schulthess, VS Informatik, Ulm

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1 B. Überblick über die Technik B.1. Eingabegeräte B.1.1 Klassifizierung: HID (Human Interface Device) Kriterien: Diskrete vs. kontinuierliche Eingabe, Art und Weise der Eingabe, Freiheitsgrade. Ziel: intuitive Bedienung, Bewegungsfreiheit. C-1

2 B.1.2 3D-Maus Üblich für CAD-Systeme oder Bedienung von Roboterarmen. 6 Freiheitsgrade: Translation auf 3 Achsen, Rotation in 3 Achsen, Evtl. nicht Verschiebung, sondern Eingabedruck messen. C-2

3 B.1.3 Haptische Eingabegeräte Tastsinn zur Verfeinerung der Eingabe: Force Feedback ist gesteuert durch den Rechner, z.b. elektronisches Lenkrad, Fühlen virtueller Objekte. C-3

4 Positionsbestimmung (Tracking): Elektromagnetisch Mechanisch Akustisch Optisch Ergänzung der Messungen durch SW: Abschätzen der zukünftiogen Position, Zusammenfügen mehrerer Messkanäle, physikalisch/kinetische Plausibilität, relative Position mehrerer Objekte. C-4

5 B.1.4 Eye-Tracking Ableiten der Neuropotential bei den Augenmuskeln( Elektrookulogramm), Bestimmung der Augenposition mittels Kamera und Bildverarbeitung. Beobachten der Reflexe auf der Hornhaut-Oberfläche. Spezielle Kontaktlinsen Verspiegelt oder mit eingebauter Metallspule C-5

6 B.1.5 Bewegungsverfolgung Motion Tracking nicht gleich Motion Capturing (für Animationen). Übertragen der erfassten Bewegung (Gesicht und Körper). In beiden Fällen z.b.einsatz von Markierungspunkten C-6

7 B.1.6 Datenhansdschuh Messystem meldet Position der Gelenke und Anpressdruck der Finger. Feedback-System überträgt die Eigenschaften des virtuellen Gegenstandes. C-7

8 B.1.7 Datenanzug Funktion ähnlich Datenhandschuh. C-8

9 B.1.8 Spracherkennung Problem der fliessend gesprochenen Sprache. Phoneme: Lautelemente unterer Spracherkennungsebene, sprechen: s rechen: Homophone: gleich lautend, verschiedene Bedeutung. C-9

10 B.1.9 Gestenerkennung Gerätebasierte vs. kamerabasierte G.Erkennung Kontinuierliche vs. diskrete Gesten Motion Tracking/Capturing C - 10

11 B.1.10 Gehirn-Computer-Schnittstelle Noch sehr spekulativ. Vorstellung der Bewegung reicht zur Steuerung. Brain-Computer-Interface (BCI) Invasiv vs. Nicht-invasiv C - 11

12 B.1.11 Ausgabegeräte Wahrnehmung beruht auf den fünf Sinnen: Sehen (Optik) Hören (Akustik) Riechen (Olfatorik) Schmecken (Gustatorik) Tasten (Haptik) Auftreten der Simulatorkrankheit Symptome: Kopfweh, Schwindelgefühl, Desorientierung,... Ursachen der Simulatorkrankheit: Widersprüchliche Sinneseindrücke Konflikt mit Erfahrungswerten Schlechte Bildqualität Vektion (scheinbare Eigenbewegung),... C - 12

13 B.1.12 Optische Systeme Curved Displays, CAVE: Zusammenwirken mehrerer Projektoren. Head mounted displays (HMD). Virtual Retina Display: Bildprojektion direkt auf die Netzhaut. Stereoskopisches Sehen: Holographische Systeme Shutterbrillen 3D-Monitor C - 13

14 B.1.13 Curved Displays Komplette Ausfüllung des Sichtfeldes. Normale Beamer plus RT-Stitching. Gebogene Leinwand. C - 14

15 B.1.14 Cave CAVE = Cave Automatic Virtual Environment Spezialform von Curved Display C - 15

16 B.1.15 Head Mounted Display 2 Monitore direkt vor den Augen Meist kombiniert mit Trackingsystem. C - 16

17 B.1.16 Virtual Retina Displays Projiziert Rasterbild direkt auf Netzhaut. Dadurch exzellente Qualität möglich. Verwendung auch bei AR. Ohne Augenbewegung. C - 17

18 B.1.17 Holographische Displays Mehrere Projektoren benötigt falls allseitige Betrachtung gewünscht. Anzeige durch Streuung an transparentem Medium: Glas, Rauch, Wasser experimentell! Im Gegensatz zu traditionellen interferenzbasierten Hologrammen. C - 18

19 B.1.18 Stereoskopisches Sehen Unterschiedliche Perspektiven für beide Augen, Gegenseitige Verdeckung von Objekten, Richtungsabhängiges Bild, Tiefenwirkung. C - 19

20 B.1.19 Shutterbrillen Monitor zeigt abwechselnd verschiedene Bilder. Brille blendet jeweils ein Auge aus. Synchronisierung mit Grafikkarte. C - 20

21 B D-Monitore Autostereoskopisches Display (Teilutopie). 3D-Darstellung ohne zusätzliche Hardware. Linsenraster oder Streifenraster. Mehrbenutzerfähig. C - 21

22 B.1.21 Akustik Raumklang, Richtungs- und Entfernungshören. Subjektives Hörverhalten der Konsumenten. Lautsprecher bzw. -systeme: Surround-Kopfhörer Dolby 5.1-Systeme 3D Soundkarten C - 22

23 B.1.22 Haptik Tastsinn bzw. taktile Beeinflussung. Bewegungswahrnehmung (Kinästetisch) Verschiedene Interfaces: Akustische Wellen (Ultraschall) fühlbar machen, Magnetische Schwebeverfahren, Force Feedback-Systeme. C - 23

24 B.1.23 Hybridsysteme Kopplung von Ein- und Ausgabesystemen Locomotion Interfaces: Fahrräder / Fahrzeuge CirculaFloor Laufbänder Sphere => C - 24

25 B.1.24 CirculaFloor Freie Bewegung in der Ebene möglich. Mindestens 4 bewegliche Kacheln. Zwei Phasen, bzw. Regelkreis: Tracking, Positionsmessung, Nachführung. C - 25

26 B.1.25 Laufbänder Zumeist nur Bewegung in eine Richtung möglich Richtungsänderung durch zusätzliche Geräte Freie Bild- und Tonwiedergabe möglich. C - 26

27 B.1.26 Fahrräder Trittgeschwindigkeit und Fahrtrichtung abgreifen. Basieren auf normalem Hometrainer Aktives Fahrerlebnis. C - 27

28 B.1.27 Quellen / Weiterführende Links Anbieter zu Virtual Reality-Hardware mit Preisen Überblick über verschiedene (haptische) Interfaces Ultraschall-Haptik-Interface Virtuelles Tübingen Studierstube Augmented Reality Projects C - 28

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