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Design and evaluation of novel input devices and interaction techniques for large, high-resolution displays

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KÖNIG, Werner A., 2010. Design and evaluation of novel input devices and interaction techniques for large, high-resolution displays

@phdthesis{Konig2010Desig-6204, title={Design and evaluation of novel input devices and interaction techniques for large, high-resolution displays}, year={2010}, author={König, Werner A.}, address={Konstanz}, school={Universität Konstanz} }

Design und Evaluierung von neuartigen Eingabegeräten und Interaktionstechniken für große, hochauflösende Bildschirme eng 2011-03-24T16:10:11Z 2011-03-24T16:10:11Z König, Werner A. Große, hochauflösende Bildschirme (LHRD) ermöglichen sehr umfangreiche und komplexe Informationsräume auch mit hohem Detailgrad darzustellen allerdings geht dieser wesentliche Vorteil gegenüber konventionellen Bildschirmen auch mit neuen Herausforderungen in Bezug auf die Mensch-Computer Interaktion einher. Aufgrund der hohen Bildschirmauflösung in Kombination mit einer Darstellungsfläche von mehreren Quadratmetern übertreffen LHRDs die Fähigkeiten des menschlichen Sehvermögens hinsichtlich der notwendigen Sehschärfe und der physiologisch eingeschränkten Größe des Blickfeldes. Um sowohl das gesamte LHRD zu überblicken als auch die Informationen im Detail wahrnehmen zu können, müssen sich Benutzer vor LHRDs physisch im Raum bewegen. Konventionelle Eingabegeräte wie Maus und Tastatur schränken allerdings, aufgrund der Notwendigkeit einer Auflage zur Interaktion, die Mobilität des Benutzers deutlich ein. Dies verhindert nicht nur eine effiziente und ergonomische Bedienweise von Einzelbenutzern, sondern kann sich auch negativ auf die Produktivität und Kreativität im Rahmen interaktiver Gruppenarbeit auswirken.<br />Um uns dieser Problemstellung zu nähern und als Basis für die Entwicklung und die Erforschung alternativer Eingabegeräte im Allgemeinen, stellen wir eine Klassifikation des Entwurfsraumes für Eingabegeräte vor. Diese theoretische Grundlage ermöglicht die generelle methodische Entwicklung und Evaluierung von Eingabegeräten sowie deren systematische Beschreibung und Einordnung. Basierend auf dieser Klassifizierung beschreiben und untersuchen wir unsere Laserpointer Interaktion, welche mit dem Ziel entwickelt wurde auch den speziellen Anforderungen für die Bedienung von LHRDs hinsichtlich Mobilität, Genauigkeit, Interaktionsgeschwindigkeit und Skalierbarkeit zu entsprechen. Im Vergleich zu der indirekten Bedienung mit der traditionellen Maus erlaubt die Laserpointer Interaktion eine natürlichere und direktere Interaktionsform mittels absoluter Zeigegestik. Wir beschreiben verschiedene Entwicklungsstufen und Designvarianten der iterativ entwickelten Eingabegeräte sowie des dazugehörigen Software Toolkits. Dieses ermöglicht die kamerabasierte Positionsbestimmung von Reflexionspunkten auf LHRDs, welche durch einen oder mehrere infrarot emittierende Laserpointer verursacht werden. Um der hohen Auflösung von LHRDs Rechnung zu tragen, erlaubt das Software Toolkit die Integration von mehreren Kameras sowie die verteilte Bildanalyse mit mehreren Prozessoren auf einem oder mehreren vernetzten Computern. Die generelle Eignung der Laserpointer Interaktion für LHRDs wurde in Form eines kontrollierten Experiments auf Basis der ISO 9241-9 untersucht. Hierbei wurde unser interaktiver Laserpointer mit dem derzeitigen Standardeingabegerät, der Maus, zur Steuerung der Powerwall der Universität Konstanz verglichen. Obwohl der Laserpointer ohne stabilisierende Auflage frei im Raum bedient wurde, zeigen die Evaluationsergebnisse, dass dessen Performanz hinsichtlich Treffgenauigkeit und Geschwindigkeit nah an den Resultaten der Maus lagen (etwa 89% bei einer Interaktionsdistanz von 3 Metern).<br />Auf Basis unserer Untersuchungen identifizierten wir das natürliche Zittern der Hand und die limitierte Präzision der Handmotorik als einschränkende Faktoren für die Zeigeperformanz mit absoluten Eingabegeräten, welche vor allem bei größeren Interaktionsdistanzen und hohen Bildschirmauflösungen einen deutlich negativen Einfluss ausüben. Um auch bei diesen für LHRDs typischen Rahmenbedingungen die Zeigeperformanz weiter zu verbessern, erforschten wir unterstützende Interaktionstechniken. Hierbei entwickelten wir Adaptive Pointing, eine neue Interaktionstechnik, welche die Zeigeperformanz für absolute Eingabegeräte erhöht, in dem sie implizit den Control-Display Gain an das aktuelle Benutzerbedürfnis anpasst, ohne dabei die Erwartungen des Nutzers hinsichtlich eines absoluten Zeigeverhaltens zu verletzen. Um den Effekt dieser Interaktionstechnik zu untersuchen, verglichen wir Adaptive Pointing mit einer nicht modifizierten, absoluten Zeigetechnik im Rahmen eines kontrollierten Experiments unter Verwendung des interaktiven Laserpointers. Die Evaluationsergebnisse zeigen eine signifikante Verbesserung durch Adaptive Pointing hinsichtlich der Bewegungszeit (19%), Fehlerrate (63%) und Benutzerzufriedenheit.<br />Die Entwicklung neuartiger Eingabegeräte und Interaktionstechniken wird Hard- und Software-technisch nur ungenügend von den herkömmlichen Entwicklungsumgebungen unterstützt. Darüber hinaus ist hierfür detailliertes Wissen aus unterschiedlichsten Bereichen notwendig, wie Programmierung, Signalverarbeitung, Netzwerkprotokolle, Prototypenbau und Elektronik. Aus dieser Problemstellung heraus entwickelten wir die Squidy Interaktionsbibliothek, welche die Realisierung und Evaluierung von neuen Interaktionsformen unterstützt und durch die konsistente Vereinigung von zahlreichen heterogenen Software-Toolkits und Frameworks wesentlich vereinfacht... application/pdf König, Werner A. Design and evaluation of novel input devices and interaction techniques for large, high-resolution displays 2010 deposit-license

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