Bringing haptic general-purpose controls to interactive tabletops

Weiß, Malte Hanno; Borchers, Jan Oliver

doi:4269

Bringing haptic general-purpose controls to interactive tabletops = Entwicklung von haptischen Allzweck-Bedienelementen für interaktive Tische

Weiß, Malte Hanno (Author)

2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Malte Hanno Weiß

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2012

UmfangXXIX, 235 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Borchers, Jan Oliver (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2012-08-23

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-42690
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64944/files/4269.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Mensch-Maschine-Kommunikation (Genormte SW) ; Informatik (frei) ; interaktive Tische (frei) ; haptisches Feedback (frei) ; Allzweck-Bedienelemente (frei) ; interactive tabletops (frei) ; haptic feedback (frei) ; general-purpose controls (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 004

Kurzfassung
Interaktive Tische sind große horizontale Bildschirme, die es mehreren Personen ermöglichen, gleichzeitig und direkt mit digitalen Inhalten zu interagieren, sei es durch Berührung der Oberfläche, durch Manipulation physikalischer Objekte oder durch Gesten über dem Tisch. Im letzten Jahrzehnt hat sich nicht nur die Forschungsgemeinschaft intensiv mit diesen Geräten beschäftigt, auch erste kommerzielle Produkte wurden bereits veröffentlicht. Interaktive Tische kombinieren eine dynamische grafische Benutzeroberfläche, eine natürliche Art der Eingabe und eine Plattform, die sich für gemeinsames Arbeiten eignet. Allerdings bieten sie nur ein begrenztes haptisches Feedback. Im Gegensatz zu physikalischen Eingabegeräten, die die Bewegung des Benutzers führen, können graphische Eingabeelemente auf einem Bildschirm nicht ertastet werden und erfordern einen visuellen Fokus während der Bedienung. Aufgrund der großen Kontaktfläche von Fingern ist eine Eingabe durch Berührung der Oberfläche außerdem unpräziser als durch konventionelle Eingabegeräte wie Maus und Tastatur. Diese Doktorarbeit befasst sich mit dem Problem des eingeschränkten haptischen Feedbacks auf interaktiven Tischen, wobei wir das Hauptaugenmerk auf eine präsize Eingabe in Produktivitätsaufgaben richten. Wir führen physikalische Allzweck-Eingabegeräte ein, die die Vorteile von haptischem Feedback mit der dynamischen Natur von interaktiven Tischen verbinden. Unsere Eingabegeräte sind passiv, preiswert, leicht zu bauen und dabei nicht kabelgebunden. Da sie aus transparenten Materialien konstruiert sind, können sie die Rückprojektion von Tischen verwenden, um ihre visuelle Repräsentation dynamisch anzupassen. Dies macht sie zu wandelbaren Eingabegeräten, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden können. Des Weiteren beschreiben wir, wie diese Eingabegeräte über einen elektromagnetischen Aktuierungsmechanismus zu formverändernden Benutzerschnittstellen erweitert werden können. Dies erlaubt es, auf Software-Ebene ein Eingabegerät oder Teile davon zu bewegen, die Konsistenz zwischen seinem physikalischen und visuellen Zustand aufrechtzuerhalten und physikalische Eigenschaften zur Laufzeit zu verändern. Schließlich präsentieren wir eine Ausgabemethode, die im Nahbereich der Tischoberfläche haptisches Feedback erzeugt und nur eine geringe Ausrüstung des Benutzers erfordert. Diese Arbeit bietet eine Einführung in das Forschungsgebiet der interaktiven Tische und bettet unsere Beiträge in den Kontext bestehender Forschung ein. Wir beschreiben unsere Design- und Interaktionskonzepte sowie die dahinter stehende Hardware und Software-Technologie. Wir evaluieren unsere Beiträge mittels Benutzerstudien und Messungen und erbringen Nachweise für die Nützlichkeit unserer Techniken. Wir beschreiben außerdem potentielle Anwendungen mit einem Fokus auf Produktivitätsaufgaben. Schließlich beleuchten wir spezifische Herausforderungen bei der Implementierung, diskutieren Einschränkungen und bieten eine Perspektive auf jüngste Entwicklungen sowie zukünftige Trends im Gebiet des haptischen Feedbacks auf interaktiven Tischen.

Interactive tabletops are large horizontal displays that allow multiple users to simultaneously and directly interact with digital content by touching the surface, manipulating physical objects, or conducting gestures above the surface. In the last decade, these devices have aroused much interest in the research community, and first commercial products have been released. Interactive tabletops combine a dynamic graphical user interface, a natural way of input, and a platform that is suitable for collocated collaboration. However, they provide only limited haptic feedback. In contrast to physical controls that guide the users' motion, visual on-screen controls cannot be felt and require visual focus when being operated. Also, due to the large contact area of fingers, input by touch is less precise than by conventional controls, such as mice or keyboards. This thesis addresses the issue of limited haptic feedback on interactive tabletops, while focussing on precise input for productivity tasks. We introduce physical general-purpose controls that combine the benefits of haptic feedback with the dynamic nature of interactive tabletops. Our controls are passive, untethered, low-cost, and easy to prototype. Made of transparent materials and using the table's back projection, they can change their visual appearance on the fly and become versatile controls for various applications. Furthermore, we describe how to turn these controls into malleable user interfaces by employing an electromagnetic actuation mechanism. This allows to move a control or parts of it, to maintain the consistency between its physical and virtual state, and to change physical properties via software at run time. Finally, we present an output method that creates haptic feedback near the surface and only requires a minimal equipment worn by the user. The thesis provides an introduction to the field of interactive tabletops and embeds our contributions into the context of related work. We explain our design and interaction concepts, the underlying hardware engineering, and software technologies. We evaluate our contributions in user studies and measurements and provide evidence for the usefulness of our techniques. We also describe potential applications with focus on productivity tasks. Finally, we illuminate implementation challenges, discuss limitations, and provide a perspective on recent developments as well as future trends in the field of haptic feedback on interactive tabletops.

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