Eingabegeräte für Virtuelle Präsenz Mark Poguntke mp17@informatik.uni-ulm.de Proseminar Virtuelle Präsenz SS 2005 Universität Ulm 1 / 24
Themenübersicht 1. Interaktion in virtuellen Welten 2. Verschiedene Eingabegeräte 3. Tracking-Verfahren zur Positionsbestimmung im Raum 4. Anwendungsbereiche 2 / 24
1. Interaktion in virtuellen Welten Virtuelle Welten sind meist 3-dimensional Besondere Interaktionsgeräte erforderlich 3 / 24 Wünschenswerte Eigenschaften - intuitiv bedienbar - natürlich - Vermittlung des Gefühls der Anwesenheit in der virtuellen Welt
Interaktion in virtuellen Welten (2) 4 / 24 sechs Parameter, um räumliche Position und Bewegungen eindeutig darstellen zu können Six Degrees of Freedom 6 Freiheitsgrade bei den meisten Anwendungen virtueller Welten gewünscht
2. Verschiedene Eingabegeräte 5 / 24
3D-Mouse 6 / 24 Erweiterung des bekannten Mausprinzips um die dritte Dimension Zeigegerät in einer virtuellen Umgebung Postionsbestimmung im Raum, Interaktion durch Klicken, Ziehen,... Viele verschiedene Varianten und vergleichbare Geräte
Datenhandschuh (data glove) 7 / 24 Übersetzung realer Handbewegungen in die virtuelle Welt Anfassen/ Greifen/ Modifizieren virtueller Objekte Steuerung über definierte Gesten Hand- und Fingerbewegungen werden mittels verschiedener Techniken gemessen
Datenhandschuh (2) 8 / 24 Mit integrierten taktilen Feedbackmechanismen entsteht Gefühl, ein Objekt wirklich zu berühren (Force Feedback) Datenhandschuhe sind weit verbreitet und finden sich in unterschiedlichen Versionen und Preisen Force Feedback-Handschuh (mechanisch) Handschuh mit Glasfiberkabeln
Datenanzug (data suit) 9 / 24 Der reale Mensch will vollständig in die virtuelle Welt eintauchen Erweiterung des Prinzips Datenhandschuh auf den ganzen Körper Darstellung eines virtuellen Menschen möglich Vollständiger Eindruck virtueller Präsenz aber: recht unbequem
Laufband (treadmill) 10 / 24 Laufgeschwindigkeit und Richtung werden in die virtuelle Welt übertragen Realer Eindruck, sich von der Stelle zu bewegen Verschiedene Techniken Positionsbestimmung im Raum ohne zusätzliche sog. Tracking-Systeme
Haptische Eingaben 11 / 24 Berühren und Verändern virtueller Objekte über das Berühren entsprechender Eingabegeräte Festigkeit und Oberfläche von virtuellen Objekten untersuchen/ verändern Entwicklung von Haptik-Anwendungen z.b. in C++ mit GHOST SDK (General Haptic Open Software Toolkit)
Haptische Eingaben (2) 12 / 24 Sensable PHANTOM HapticMASTER Roboterarm
Biometrische Eingabe: Augen 13 / 24 Erkennung der Augenbewegung Aufnahme der Augen durch spezielle Kameraeinrichtungen Steuerung einer Anwendung durch Bewegen/ Fixieren der Augen Eye Tracking
Gedankeneingabe 14 / 24 Messung von Hirnströmen durch ein Elektroenzephalogramm (EEG) (nur) einfache Interaktion: Bewegung eines Zeigers, Auswahlfunktion Muss lange trainiert werden
Sprach- und Gestikeingabe 15 / 24 Der Mensch redet und gestikuliert... Sprache und Gestik in virtueller Realität als Interaktionsmittel wünschenswert Langes Trainieren des Systems nötig, wofür verschiedene Ideen vorliegen (neben reiner Akustik auch Lippenlesen durch Computer) Spracheingabe kann mit den vorgestellten Geräten leicht verknüpft werden Gestikeingabe über Datenhandschuh/-anzug
3. Tracking-Verfahren zur Positionsbestimmung im Raum 16 / 24
Tracking-Systeme 17 / 24 Tracking: Verfahren, um die Position und Orientierung des Benutzers im virtuellen Raum genau zu bestimmen. Verschiedene Techniken Auch bei Monitorbrillen (Head Mounted Displays): Bewegungen des Kopfes müssen sich auf das Sichtfeld auswirken, um einen realistischen Eindruck zu vermitteln
Mechanisches Tracking 18 / 24 Erste Form des Trackings Gerät, z.b. HMD oder Datenhandschuh, ist mit Gelenkarm fest verbunden Winkelveränderungen werden mittels optischer Sensoren gemessen und Position und Bewegung im Raum errechnet Preisgünstig, schnell und exakt Geringe Bewegungsfreiheit
Elektromagnetisches Tracking 19 / 24 Transmitter sendet niederfrequente Magnetfelder Das Gerät zur Positionsbestimmung (HMD, Data Glove,...) ist mit einem Receiver verbunden, der die Magnetfelder empfängt Positionsbestimmung mithilfe der Spannungssignale Hohe Genauigkeit, Bewegungsfreiheit Störanfällig, teilw. lange Verzögerung, teuer
Ultraschall Tracking 20 / 24 Sender am Eingabegerät sendet in sehr kurzen Abständen Ultraschalltöne aus Vier Mikrofone empfangen und bestimmen aus dem Zeitunterschied des eintreffenden Schalls Position und Bewegung im Raum Sehr preiswert, leichte Montage, Bewegungsfreiheit Störanfällig gegenüber akustischen Nebengeräuschen, geringere Genauigkeit
Optisches Tracking 21 / 24 Aktives Verfahren: Kameras am Gerät (z.b. HMD), InfrarotLeuchtdioden an Raumdecke, Positionsbestimmung durch Lage von Dioden Passives Verfahren: Reflektierende Markierungen am Gerät werden von einer Kamera erfasst, Bilderkennungsalgorithmen errechnen daraus die Position des Geräts Flexibel, Bewegungsfreiheit Hohe Verzögerungszeit (aufwändig)
Weitere Trackingverfahren 22 / 24 Kinematisch: Optische Sensoren erkennen Veränderungen im Drehverhalten eines am Interaktionsgerät befindlichen Kreiselkompasses Satellitenbasiert: Global verfügbares Satellitennavigationssystem GPS, nur bis auf einige Meter genau (Anwendung: Fahrzeugnavigation)
4. Anwendungsbereiche Medizin Militär Forschung und Industrie Architektur Unterhaltung/ Spiele Interesse an virtuellen Umgebungen steigt immer mehr 23 / 24
Zusammenfassung 24 / 24 Natürliche Bewegung in 6 Freiheitsgraden Interaktion in virtuellen Welten über besondere, multidimensionale Eingabegeräte Tracking-Verfahren, um Position und Orientierung im Raum in die virtuelle Welt zu übertragen Immer mehr Anwendungsbereiche der Interaktion in virtuellen Umgebungen