Stand der Technik bei Mensch-Maschine-Interfaces
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- Herta Kruse
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1 Stand der Technik bei Mensch-Maschine-Interfaces Ulrich Schwanecke HS RheinMain, Wiesbaden 24. Januar
2 Mensch-Maschine-Interaktion Echtzeit U. Bildverarbeitung Schwanecke (HS WS RheinMain) 2008/2009 STAR MMI 24. Januar
3 Mensch-Maschine-Interaktion wird zu Mensch-Computer-Interaktion 3
4 Kurzer Ausflug in die Historie Gottfried Wilhelm Leibniz entwickelt Duales Zahlensystem und eine Rechenmaschine für alle Grundrechenarten (arbeitet mit Staffelwalzen) Arabische Zahlen ermöglichen schriftliches Rechnen Erste vollständige Zahlensysteme in Babylonien, Ägypten Maschine zur Addition und Subtraktion von Zahlen von Blaise Pascal Programmwalze mit gespeichertem Ablaufprogramm (Wegemesser) von Heron von Alexandria Rechenbuch von Al Chwarismi (Algorithmus) Dezimales Zahlensystem in Indien Gründung von IBM (International Business Machines) Herman Hollerith verwendet elektrische Lochkartenmaschine bei der Volkszählung George Boole formuliert die Boolsche Algebra Alessandro Volta erfindet die erste funktionierende Batterie IBM stellt erstmals Computer in Serie her FORTRAN ist erste Programmiersprache für wissenschaftliche Anwendungen, COBOL für geschäftliche Programme ENIAC - Erster voll funktionsfähiger Digitalcomputer (Röhrenrechner) Erster funktionsfähiger Transistor (Bell Labs) Konrad Zuses Z1 entsteht TRADIC Erster Computer mit Transistoren Virtual Reality (Jaron Lanier) Entwicklung des ICs durch Robert N. Noyce & Jack Kilby Vorstellung des ersten iphones Entwicklung des W3 am CERN Ivan Sutherland entwickelt erstes interaktives Programm (Sketchpad) Apple führt Siri ein Google Glass Microsoft HoloLens Ivan Eduard Sutherland, Sketchpad: A man-machine graphical communication system, PhD Thesis,
5 Taxonomie der Benutzungsschnittstellen Kommandozeilen Benutzerschnittstellen (Command Line Interface (CLI)) Zeichenorientierte Benutzerschnittstellen (Text User Interface) Grafische Benutzeroberflächen (Graphical User Interface (GUI)) WIMP Interfaces Windows Icons Menus Pointer wikipedia.org 5
6 Taxonomie der Benutzungsschnittstellen Kommandozeilen Benutzerschnittstellen (Command Line Interface (CLI)) Zeichenorientierte Benutzerschnittstellen (Text User Interface) Grafische Benutzeroberflächen (Graphical User Interface (GUI)) Gegenständliche Benutzerschnittstellen (Tangible User Interface (TUI)) Systemfunktionalität wird durch physische Objekte verkörpert 6
7 Tangible User Interface (TUI) ReacTJ: Echtzeit U. Bildverarbeitung Schwanecke (HS WS RheinMain) 2008/2009 STAR MMI 24. Januar
8 Taxonomie der Benutzungsschnittstellen Kommandozeilen Benutzerschnittstellen (Command Line Interface (CLI)) Zeichenorientierte Benutzerschnittstellen (Text User Interface) Grafische Benutzeroberflächen (Graphical User Interface (GUI)) Gegenständliche Benutzerschnittstellen (Tangible User Interface (TUI)) Systemfunktionalität wird durch physische Objekte verkörpert Sprachbasierte Benutzerschnittstellen (Voice User Interfaces (VUI)) Benutzer kommuniziert per gesprochenem Wort mit dem System Apple Siri Microsoft Cortana Google Now Google Home Blackberry Assistant Amazon Alexa 8
9 Taxonomie der Benutzungsschnittstellen Kommandozeilen Benutzerschnittstellen (Command Line Interface (CLI)) Zeichenorientierte Benutzerschnittstellen (Text User Interface) Grafische Benutzeroberflächen (Graphical User Interface (GUI)) Gegenständliche Benutzerschnittstellen (Tangible User Interface (TUI)) Systemfunktionalität wird durch physische Objekte verkörpert Sprachbasierte Benutzerschnittstellen (Voice User Interfaces (VUI)) Benutzer kommuniziert per gesprochenem Wort mit dem System Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain Computer Interface (BCI)) Konservierung menschlichen Bewusstseins Wiederherstellung von Körperfunktionen Cochlea-Implantate, Auditorische Hirnstamm-Implantate Retina-Implantate, Visual Cortex-Implantate C. E. King, et. al. The feasibility of a brain-computer interface functional electrical stimulation system for the restoration of overground walking after paraplegia; Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation,
10 Brain Computer Interfaces (BCIs) Christine E. King, Po T. Wang, Colin M. McCrimmon, Cathy CY Chou, An H. Do and Zoran Nenadic; The feasibility of a brain-computer interface functional electrical stimulation system for the restoration of overground walking after paraplegia; Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation,
11 Taxonomie der Benutzungsschnittstellen Kommandozeilen Benutzerschnittstellen (Command Line Interface (CLI)) Zeichenorientierte Benutzerschnittstellen (Text User Interface) Grafische Benutzeroberflächen (Graphical User Interface (GUI)) Gegenständliche Benutzerschnittstellen (Tangible User Interface (TUI)) Systemfunktionalität wird durch physische Objekte verkörpert Sprachbasierte Benutzerschnittstellen (Voice User Interfaces (VUI)) Benutzer kommuniziert per gesprochenem Wort mit dem System Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain Computer Interface (BCI)) Konservierung menschlichen Bewusstseins Wiederherstellung von Körperfunktionen Cochlea-Implantate, Auditorische Hirnstamm-Implantate Retina-Implantate, Visual Cortex-Implantate Ergonomische Bedienung von Computern C. E. King, et. al. The feasibility of a brain-computer interface functional electrical stimulation system for the restoration of overground walking after paraplegia; Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation,
12 Taxonomie der Benutzungsschnittstellen Kommandozeilen Benutzerschnittstellen (Command Line Interface (CLI)) Zeichenorientierte Benutzerschnittstellen (Text User Interface) Grafische Benutzeroberflächen (Graphical User Interface (GUI)) Gegenständliche Benutzerschnittstellen (Tangible User Interface (TUI)) Systemfunktionalität wird durch physische Objekte verkörpert Sprachbasierte Benutzerschnittstellen (Voice User Interfaces (VUI)) Benutzer kommuniziert per gesprochenem Wort mit dem System Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain Computer Interface (BCI)) Bedienung eines Computers direkt über (bewusste) Gedanken Wahrnehmungsgesteuerte Benutzerschnittstellen (Perceptual User Interface) Kombination von GUI, VUI und Gestenerkennung 12
13 Taxonomie der Benutzungsschnittstellen Kommandozeilen Benutzerschnittstellen (Command Line Interface (CLI)) Zeichenorientierte Benutzerschnittstellen (Text User Interface) Grafische Benutzeroberflächen (Graphical User Interface (GUI)) Gegenständliche Benutzerschnittstellen (Tangible User Interface (TUI)) Systemfunktionalität wird durch physische Objekte verkörpert Sprachbasierte Benutzerschnittstellen (Voice User Interfaces (VUI)) Benutzer kommuniziert per gesprochenem Wort mit dem System Gehirn-Computer-Schnittstellen (Brain Computer Interface (BCI)) Bedienung eines Computers direkt über (bewusste) Gedanken Wahrnehmungsgesteuerte Benutzerschnittstellen (Perceptual User Interface) Kombination von GUI, VUI und Gestenerkennung Natürliche Benutzerschnittstellen (Natural User Interface (NUI)) Ermöglichen intuitiven Umgang mit interaktiven Geräten 13
14 Intuitive Bedienbarkeit Intuition direkte und augenblickliche Erkenntnis, die ohne Reflexion, Nachdenken oder logisches Folgern zu Stande kommt geht häufig einher mit unbewusster Informationsverarbeitung Gestaltung intuitiver Benutzungs- schnittstellen stützt sich auf Benutzer-Vorwissen, das schnell und automatisch verarbeitet wird The only real valuable thing is intuition - Albert Einstein 14
15 Intuitive Bedienbarkeit 15
16 Benutzer-Vorwissen ändert sich Echtzeit U. Bildverarbeitung Schwanecke (HS WS RheinMain) 2008/2009 STAR MMI 24. Januar
17 Erweiterung von Touch Interfaces Interaktionsoberfläche wird zu Interaktionsraum 17
18 Dynamic Shape Display 18
19 Lichtfelder (Kameras und Displays) 19
20 Haptic Fairy Lights in Femtoseconds: Aerial and Volumetric Graphics Rendered by Focused Femtosecond Laser Combined with Computational Holographic Fields 20
21 Virtual Reality (1995) Nintendo s Virtual Boy (~180$) Hardware NEC V810 (32bit, 20MHz, RISC, ca. 18MIPS) 1MB Speicher Rote Displays (384x224 Pixel) 16Bit Stereo-Sound Kaum überzeugende 3D Effekte Technik nicht ausgereift Kopfschmerzen schon nach kurzer Zeit Warnhinweis: Sollte nicht von Kindern verwendet werden! Nur ca. 20 Spiele Nintendos größter Flop unter anderem Entlassung von Gunpei Yokoi (Erfinder des Game-Boys) 21
22 Virtual Reality (2017) Occulus VR The Rift ~700 HTC HTC Vive ~800 Sony Playstation VR ~400 Samsung Gear VR Google ~100 (+ Handy) Cardboard ~10 + Handy (z.b. S6, ~35GFLOPS) 22
23 Anforderungen an VR Systeme Hören Sehen Schmecken Problemloses Eintauchen in eine virtuelle Welt erfordert das Ansprechen möglichst vieler Sinne Tasten Riechen 23
24 Flexible Spaces 24
25 Von VR zu Augmented / Mixed Reality Die grundlegende Idee: Umgebungswahrnehmung + Zusatzinformation = AR Kamera Semitransparente Brille Marken Mikrofon 25
26 Augmented / Mixed Reality Tjaden, H.; Schwanecke, U., Schömer, E.: Real-Time Monocular Segmentation and Pose Tracking of Multiple RheinMain Objects; University ECCV of (4), Applied 2016, Sciences
27 Mixed Reality Microsoft HoloLens Optik See-through (2 x HD 16:9) Automatic pupillary distance calibration Sensoren 1 IMU 4 environment cameras, 1 depth camera 4 microphones 1 ambient light sensor Human understanding Spatial sound Gaze tracking Gesture input Voice support Input / Output Built-in speakers Wi-Fi 27
28 Mixed Reality Microsoft HoloLens Optik See-through (2 x HD 16:9) Auto pupillary distance calib. Sensoren 1 IMU 4 env. cams, 1 depth cam 4 microphones 1 ambient light sensor Human understanding Spatial sound Gaze tracking Gesture input Voice support Input / Output Built-in speakers Wi-Fi 28
29 Vielen Dank 29
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