Referat in Datenverarbeitungstechnik von Dirk Hofmann (März/2009) Der WIRED GLOVE 1. Die Ideen Die Anfänge Anmerkung:Die Bezeichnungen Data.- bzw. Cyber.-glove.

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1 Referat in Datenverarbeitungstechnik von Dirk Hofmann (März/2009) Der WIRED GLOVE 1. Die Ideen Die Anfänge Anmerkung:Die Bezeichnungen Data.- bzw. Cyber.-glove sind Eigentum von Sun Microsystems und der Immersion Corporation

2 ?Warum ? ein so aufwändiges Dateneingabegerät? ?Wann ? hat alles angefangen? ?WER? ist der Erfinder?

3 Dr. Gary Grimes 1979 Veröffentlichte Dr. Grimes für AT&T Bell Labs das neue revulutionäre Eingabegerät. Er suchte nach Eingabemöglichkeiten die weniger eingeschränkt waren und die neuen Möglichkeiten der Computer besser ausnutzten als Maus, Tastatur und Joystick. 1993 erfand er die “caller location on emergency 911“ das Zentrale Notruferfassungssystem der USA

4 !Jetzt&Später ! 2. Momentane Anwendungen Was bringt die Zukunft

5 Aktuel l Im Moment wird der Wired golve überwiegend im Bereich der Virtuellen Realität des Computer Unterstützten Design und der Bewegungserfassung Eingesetzt. In der Virtuellen Realität ist es so möglich mit normalen Bewegungen der Hand in einer 3Dimensionalen künstlichen Umgebung zu interagieren um sich zu bewegen Dinge zu greifen und diese zu bewegen außerdem ist es möglich Tastsinn zu Simulieren dazu später mehr

6 Aktuel l Im Computer unterstützten Design ist es dadurch wie mit einem echten Modell einzelne Teile an einander zufügen zu versetzen ohne dieses Modell produzieren zu müssen indem man einfach seine Hände benutzt statt aufwendiger anderer 3D- Eingabegeräte und dennoch einen plastischen Eindruck erhält. Genauso beim Training von Handbewegungen bei empfindlichen oder sehr schwierigen Situationen (wie bei Chirurgischer Ausbildung) spielen von Musikinstrumenten lernen oder im Handwerk, dies ist allerdings noch in der Entwicklung.

7 In naher Zukunft Denkbar ist in naher Zukunft das der Wired glove die Maus und oder Tastatur ersetzt, wenn durch die Einführung von 3D Ausgabegeräten 3dimensionale Eingaben erforderlich werden. Wie zuvor erwähnt, ist es auch im Gespräch das im Operationssaal der Zukunft die Ärzte durch Roboter ihre Operationen ausführen werden. Diese kann man natürlich nur mit einem 3dimensionalen Eingabegerät steuern das auch Tastsinn simulieren können muss. Zusätzlich ermöglicht es das Fern- steuern von Operationen (Der Spezialist in Peking operiert in Deutschland via Fernsteuerung)

8 Die Funktionsweise 3. Motion tracking Die Hardware

9 Motion tracking (Bewegungserfassung) Die genaue Bestimmung der Position und Ausrichtung eines frei positionierbaren & beweglichen Objektes oder Person zu einem festen Bezugspunkt oder innerhalb eines festgelegten Bereiches

10 Hierfür muss man die sogenannten 6degree-of-freedom (6-DOF) oder die absolute Position & Ausrichtung erfassen. Erfassung von x,y und z Koordinaten also die Position im Dreidimensionalen Raum Bewegungserfassung Und die Ausrichtung im Roll-Nick-Gier-Winkel

11 Systeme für Bewegungserfassun g Erfassung über Infrarot Relativ günstig Akzeptable Genauigkeit (ca. auf 2mm und 0.1°) Ausreichende Latenzzeit (20-80Millisekunden ab 50 Millisekunden registriert ein Mensch Verzögerungen)

12 Systeme für Bewegungserfassun g Erfassung über Infrarot Sender gängig bei kommerziellen Produkten wie Nintendo Wii Hierbei sendet das Handgerät Infrarotsignale, an eine Empfangseinheit. Die aus den Daten die Position, anhand der gefundenen Infrarotsender ermitteln kann, weil diese Teilweise durch die Ausrichtung des Senders verdeckt werden.

13 Systeme für Bewegungserfassun g Mechanisches Erfassen Sehr kurze Reaktionszeiten (bis unter 5 Millisekunden) (leider akkumuliert sich die Ungenauigkeit dadurch muss oft neu kalibriert werden) Eingeschränkter Aktionsradius (Wird derzeit von der NASA in Trainingslaboren für Weltraumeinsätze verwendet)

14 Systeme für Bewegungserfassun g Mechanisches Erfassen Hierbei werden an einem Mechanischen Arm die Bewegungen nachgemessen. Aber da bei mechanischen Messungen immer Ungenauigkeiten auftreten und diese bei jeder Bewegung auftreten läuft die Kalibrierung schnell „aus dem Ruder“. Außerdem beschränkt der mechanische Sensor die Bewegungsfreiheit, kann aber durch die Vorhandene physische Verbindung sehr einfach mit einer Kraftrückkopplung (Force feedback) Ausgerüstet werden.

15 Systeme für Bewegungserfassun g Magnetfeldmessung Die Magnetfeldmessung hat ebenfalls eine sehr geringe Latenzzeit, auch im Bereich um 5 Millisekunden. Jedoch da die sehr empfindlichen Messungen zu leicht von anderen Magnetfeldern wie Lautsprecher oder durch metallische Gegenstände gestört werden können,ist dieses System leider nur unter laborgleichen Bedingungen nutzbar. Daher ist das Einsatzgebiet eher eingeschränkt.

16 Ultraschall Zeitdifferenzmessung Bei dieser Technologie wird von einem Lautsprecher hochfrequenter Schall abgestrahlt und über die Flugzeit der Abstand zum 1.Sensor und über die Zeitdifferenz zwischen den Sensoren die Ausrichtung zum 1.Sensor. Insgesamt benötigt man 3 Sensoren. Leider ist diese Variante sehr Umwelt abhängig da Luftdruck und Temperatur sich auf die im Vergleich zu Funkwellen geringe Bewegungsgeschwindigkeit des Schalls auswirkt, daher sind auch hier Laborbedingungen nötig. Systeme für Bewegungserfassun g

17 Die Erfassung der Finger Jeder Finger hat eine eigene Glasfaserschleife mit Laserdiode an einem und dem Optischen Sensor am anderen Ende.

18 Die Erfassung der Finger Eine Laserdiode sendet Lichtimpulse Diese werden durch die Schleife auf einen Optischen Sensor geführt.

19 Die Erfassung der Finger Durch gezielte Schwachstellen in der Oberfläche entweicht Licht (um die Dämpfung zu erhöhen) normalerweise in eine Licht absorbierende Ummantelung.

20 Arten von Steuerungsbefehlen Um Steuerungsbefehle mit dem Wired Glove zu Erteilen benutzt man entweder Gestiken eine Art Zeichensprache „Symbolische Handlungen“. Das Zeigen auf eine Stelle um sich dorthin zu bewegen das Schließen der Hand um etwas festzuhalten Da beim Standardgerät jegliches Empfinden fehlt, registriert man seine Aktionen rein visuell. Deswegen ist der Umgang gewöhnungsbedürftig und erfordert etwas Training. Oder man verwendet ein force feedback eine Kraft Rückkopplung

21 Das Force feedback Besteht aus einzeln gesteuerten Seilzügen die den Widerstand Erzeugen der dem „Gespürten entspricht“ dieser muss vom System errechnet werden. Die Ausrüstung erhöht das Gewicht Der Handeinheit und ist etwas sperrig dafür kann man alles anfassen und spart sich das nutzen symbolischer Gesten. Arten von Steuerungsbefehlen

22 Tastempfinde n Tasten und fühlen simulieren über Pneumatik Luftdrucktechnick. Hierbei werden mit Kompressoren über Ventile und Schläuche kleine Stifte auf die Haut gedrückt und vermitteln dadurch die Oberflächenbeschaffenheit. Momentan noch keine praktische Anwendung.

23 MRF/ERF magnetorheologische Fluide (MRF) elektrorheologische Fluide (ERF) Flüssigkeiten die durch magnetischen Einfluss ihre Konsistenz verändert von flüssig zu annähernd fest stufenlos verstellbar damit ist es Möglich ohne unter Druck stehende Schläuche über ein Drahtgeflecht Punktweise „feste“ Oberfläche zu schaffen. Hier ist ein hohes Potential enthalten jedoch befindet sich diese Technik erst am Anfang und wird daher noch nicht in diesem Bereich eingesetzt Force feedback Kraft Rückkopplung

24 Technische Daten Im Querschnitt durch alle Systeme Die verwendeten Schnittstellen: (Übertragungsraten unidirektional ohne Force feedback) USB(nur P5) Funk(9600bps) und RS232(teilweise 2Kabel paralell19200bps) Die Geräte verfügen über eine eigene Prozessoreinheit um den Datenstrom so gering wie möglich zu halten.

25 Technische Daten Sensoren: Zwischen 1-3Glasfaserschleifen pro Finger Beugung(1-2) Spreizung der Finger(1 optional) Die Genauigkeit der Einteilung variiert je nach Software und Hardware gängig: 8 Bit die in 100 Zustände unterteilt werden circa auf 2 Millimeter & 0.1 Grad Fingertastsymulatoren befinden sich im Moment in der Erforschung, aber darüber gibt es noch keine veröffentlichten Daten.

26 Quellen & Ressourcen www.cis.uab.eduwww.cis.uab.edu Home site of Measurand www.nibis.dewww.nibis.de Home site of Metamotion www.schadowrobot.comwww.schadowrobot.com Wikipedia www.etc.tuiasi.ro www.angelfire.com www.hitl.washington.edu www.motion-capture-system.com www.geocities.com www.informatik.umu.se