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Stefan Does Virtuelle Präsenz – Ein-/Ausgabegeräte 1 / 37

Virtuelle PräsenzEin- und Ausgabegeräte


Übersicht● Eingabe● Ausgabe● Hybride Systeme● Zusammenfassung


Eingabe


Tracking (1)● Verfolgung bewegter Objekte im Raum● Trackingverfahren:

– optisch– mechanisch– elektromagnetisch– Ultraschall


Tracking (2)● Verfahren aufgeteilt in drei Schritte:

– Prädikation: rechnerische Vorhersage– Assoziation: Zuordnung früher gemessener

Objekte zu aktuell gemessenen Objekten– Innovation: gewichtete Zusammenführung von

Prädikation und aktuellen Messungen


Eye-Tracking (1)● Aufzeichnung von Blick-

bewegungen durch:– Retinal Nachbilder– Elektrookulogramme– Kontaktlinsenmethode– Cornea Reflex


Eye-Tracking (2)● Remote Eye Tracker

– Fixed-Camera– Tilting-Mirror– Pan-Tilt

● Head-mounted Eye Tracker– zusätzlich Video-

aufzeichnung des Sichtfeldes


Datenhandschuh / Datenanzug● Früher:

Biegesensoren● Heute:

Bewegungsmessung über faseroptische Kabel oder elektrische Widerstandsmessung

● Force Feedback


3D-Maus● Ursprünglich zur

Steuerung des Roboterarms der Space Shuttles entwickelt

● Heute hauptsächlich Einsatz im CAD-Bereich

● 6 Freiheitsgrade


Haptische Systeme● Möglichkeit des Erfühlens

und Veränderns durch “Berührung” virtueller Objekte

● Force Feedback● Einsatz unter anderem zur

Steuerung von Operationsrobotern


Spracheingabe (1)● Spracherkennung

schwierig● Sprecherabhängig vs.

sprecherunabhängig● Zum Teil Training des

Systems nötig● Geringer Wortschatz● Kontinuierliche Sprache

als Problem


Spracheingabe (2)● Homophone und

Phoneme als Problem● Verbesserung durch

Lippenlesen


● EEG:– Messung der

Hirnströme– Hohe zeitliche

Auflösung– Begrenzte räumliche

Auflösung

Gedankeneingabe (1)nicht-invasiv


Gedankeneingabe (2)nicht-invasiv

● fMRT:– Messung des

Sauerstoffgehaltes im Hirn

– höhere räumliche Auflösung

– recht geringe zeitliche Auflösung


Gedankeneingabe (3)invasiv

● Hirnstrommessung über ein Implantat direkt im Hirn

● Großes Gesundheitsrisiko!

● Meist kann nur ein Teil des Hirns erfasst werden


Ausgabe


3D-Wahrnehmung● Visuell:

– stereoskopisches Sehen– Texturen– Licht, Reflexionen und Schatten

● Akustisch:– Richtungshören und Entfernungshören


Curved Displays● Gebogene Leinwand● “Normale” Beamer● Überschneidungen der

Bilder um Verzerrungen zu verhindern


Shutterbrillen● Normaler Monitor zeigt

abwechselnd zwei verschiedene Bilder

● Brille verdeckt immer ein Auge

● Synchronisation mit Grafikkarte

● Halbe Framerate des Monitors pro Auge


Head-mounted Displays● Früher CRT, heute LCD

oder oLED Displays● Bildschirm nahe am Auge ● Dargestelltes Bild wirkt

sehr gross● Je Auge ein Bildschirm

--> räumliche Sicht● Bereits bis zu 1280x1024

Pixel Auflösung


virtual retinal Displays (1)● Projektion eines

Rasterbildes auf die Netzhaut

● Sehr helle LCDs oder Niedrigenergielaser

● Kleiner als HMD


virtual retinal Displays (2)● Bessere Qualität als

beste Monitore● Möglichkeit der

Einblendung von Zusatzinformationen in das normale Blickfeld--> Eyetap

● Einsatz in der Medizin und im Militär


3D-Monitore (1)● “Autostereoskopisches

Display”● Anzeige zweier Bilder

gleichzeitig● Aufteilung auf die Augen

durch Rastersystem● Kopfposition muss

bekannt sein--> Tracking nötig


3D-Monitore (2)● Multiview-Systeme:

– 8-20 Teilbilder– Linienraster oder

schräg gestellte Streifenmasken

– für mehrere Benutzer sichtbar

– “Rundumsicht” wie bei Hologramm


Holographische Displays (1)● Mehrere Projektoren oder

Mikrodisplays hinter holographischem Bild-schirm

● Ablenkung des Lichts in verschiedene Richtungen

● Augen sehen verschiedene, zueinander passende Bilder


Holographische Displays (2)● Bei nur 2 Projektoren

lediglich ein Blinkwinkel möglich

● Bei vielen Projektoren “Rundumsicht”

● Einsatz beispielsweise in der Automobilentwicklung


Hybride Systeme


Locomotion Interfaces (1)● Fortbewegung durch

Laufen in virtueller Welt● Verschiedene Ansätze:

– Fahrrad– Laufband– Sphere– CirculaFloor

● Bildwiedergabe durch unterschiedliche Systeme


Locomotion Interfaces (2)Fahrrad

● Basierend auf normalem Hometrainer

● Kurven “fahren” durch Lenkerbewegung, Gewichtsverlagerung oder über extra Controller

● Mehrere Möglichkeiten der Bild- und Tonwiedergabe


Locomotion Interfaces (3)Laufband

● Basierend auf normalem Laufband

● Bewegung nur in eine Richtung (vor/zurück)

● Kurven “laufen” z.B. durch Handbewegungen

● Mehrere Möglichkeiten der Bild- und Tonwiedergabe


Locomotion Interfaces (4)Sphere

● Person innerhalb einer großen Kugel

● Kugel beweglich gelagert● Bewegungen in alle

Richtungen möglich● Head-mounted Display


Locomotion Interfaces (5)CirculaFloor

● Bestehend aus vier beweglichen Kacheln

● Arbeitet in zwei Phasen:– Tracking– Bewegen der Kacheln

● Anwender kann jederzeit in jede Richtung laufen

● Head-mounted Display


CAVE (1)● Vorbild: Holo-Deck aus

Star Trek● Mehrere Projektoren

projizieren “rundum”● Räumliches Sehen durch

Shutterbrille


CAVE (2)● Bewegung und

Interaktion durch Joystick● 8-Kanal-Sound-System● Tracking bietet

Möglichkeit, “hinter” Objekte zu schauen


Zusammenfassung● Tracking allgemein● Diverse Eingabesysteme● Grundlagen der 3D-Wahrnehmung● Diverse Ausgabesysteme● Hybridsysteme


noch Fragen?

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Bildnachweis (1)Folie 1:http://www.gup.uni-linz.ac.at/cave/caveideal.jpghttp://www.gdv.uni-hannover.de/fileadmin/forschung/angebote/vergebeneThemen/phantom1.jpgFolie 3:http://www.vrlab.buffalo.edu/projects_group_manufacturing/interactive_nurb/vitualclay.jpghttp://fiff.informatik.uni-bremen.de/itb/pix/13abb1.jpgFolie 6:http://www.egr.vcu.edu/images/bme/research/eye_tracking_features.gifFolie 7:http://www.hhi.fraunhofer.de/english/im/products/headtracking/art/HeadEyeTracker.jpghttp://www.coli.uni-saarland.de/groups/MC/images/tracker.jpgFolie 8:http://www.5dt.com/products/images/hw_data_glove_wireless_01.jpghttp://www.ics.uci.edu/~kobsa/courses/ICS104/course-notes/dataglove.jpgFolie 9:http://www.vis.uni-stuttgart.de/ger/teaching/lecture/ss02/seminar_vr/V6-spacemouse.jpgFolie 10:http://www.gdv.uni-hannover.de/fileadmin/forschung/angebote/vergebeneThemen/phantom1.jpghttp://osl-www.colorado.edu/Research/haptic/photos/oldHardware/haptic_hand.jpgFolie 11:http://www.pathologen-luebeck.de/Methoden/Spracherkennung/Larsatspeech.jpgFolie 12:http://www.ee.fhm.edu/fb/lab/lbs/wimfs/tref03/tr030402.jpgFolie 13:http://www.br-online.de/wissen-bildung/thema/cebit-2006/foto/gedankenmaus.jpgFolie 14:http://www.hitl.washington.edu/projects/magnet/TODD_files/image001.jpghttp://www.csulb.edu/~cwallis/482/fmri/fmri.h3.gifFolie 15:http://www.spiegel.de/img/0,1020,664996,00.jpg (implantat-gehirnsteuerung.jpg)

Folie 16:http://www.cv.tu-berlin.de/forschung/AR/Nomad_VRD_Microvision.jpghttp://www.simhq.com/_technology2/images/technology_080a_001b.jpgFolie 18:http://www.frasca.com/body/TruVision170.Lo.jpghttp://www.digitalantics.co.uk/images/portfolio/accenture/test.jpghttp://www.panoramtech.com/resource/3.51.jpgFolie 19:http://www.svk-design.de/3d%20visualisierung/bilder/visuali_3d_videos_1.jpghttp://www.medizin.de/gesundheit/data_images/low/245-3D-foto1.jpgFolie 20:http://www.5dt.com/products/images/hw_hmd_003.jpghttp://um3d.dc.umich.edu/projects/sensics/hmd02_lg.jpgFolie 21:http://www.cs.nps.navy.mil/people/faculty/capps/4473/projects/fiambolis/vrd_pics/vrd_smallsystem.jpghttp://content.answers.com/main/content/wp/en/thumb/2/24/275px-Aimoneyetap.jpgFolie 22http://web.zpr.fer.hr/ergonomija/2003/rusinovic/kirurg.jpgFolie 23:http://www.ddd.com/japanese/images/monitor_bird.jpghttp://www.tweakers.net/ext/i.dsp/995750407.jpgFolie 24:http://www.inition.co.uk/inition/images/product_stereovis_philips_4you_2.jpgFolie 25:http://www-math.mit.edu/~dhu/Press/Press03/rawfeed_files/holotouch_operating_room.jpghttp://www.coolhunting.com/images/starwars_hologram1.jpegFolie 26:http://www.poc.com/images/emerging_products/3d_display/view_3d_with_naked_eye_b.jpg


Bildnachweis (2)Folie 27:http://www.rmh.de/media/intemplate/4_cave.jpghttp://ikuazu01.zuv.tu-berlin.de/images/Flugsimulator.jpghttp://www.isr.uni-stuttgart.de/print/lehre/lsim/Figs/LH_Flugsimulator2.jpgFolie 28:http://www.cs.utah.edu/research/areas/robotics/3screens_treadport.jpghttp://www.cs.utah.edu/~jmh/Photos/treadport-Colvin-BR.jpgFolie 29:http://images.nonpolynomial.com/nonpolynomial.com/projects/lifecycle/lifecycle9.jpgFolie 30:http://www.fml.mw.tum.de/LIZ/Newsletter/Newsletter%2001-2006/Laufband.jpgFolie 31:http://www.3dnews.ru/documents/8459/sphere_1.jpgFolie 32:http://intron.kz.tsukuba.ac.jp/vrlab_web/CirculaFloor/Circul1.jpgFolie 33+34:http://www.gup.uni-linz.ac.at/cave/caveideal.jpgFolie 37:http://www.tippy.de/motive/motive/danke.jpg

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