Virtuelle Realität

Interaktion: Selektion

Dr. Thies Pfeiffer

AG Wissensbasierte Systeme, Technische Fakultät, Universität Bielefeld

Termin: Freitags, 10:15 Uhr

Raum: S2-121

Überblick

Inhalte der letzten Veranstaltung: Interaktion/Navigation

  • Navigationsverfahren
    • Laufen/Walking
    • Steuern
    • Planen
    • Manipulieren

Überblick

Inhalte dieser Veranstaltung

  • Selektionsverfahren für die Virtuelle Realität

Interaktion: Selektion

Selektion

Selektion

  • Auch bekannt als Picking oder Zielauswahl (target acquisition)

Selektion

Selektion: Teilaufgaben

  • Indikation des Objektes
  • Bestätigung der Selektion
  • Rückmeldung des Systems

Selektion: Parameter

Parameter der Selektion

  • Objekteigenschaften
    • Entfernung und Richtung des Zielobjektes
    • Größe des Zielobjektes
  • Kontexteigenschaften
    • Dichte der Objekte in der lokalen Umgebung des Ziels
    • Anzahl der Zielobjekte
    • Sichtbarkeit des Zielobjektes

Selektion: Eigenschaften der Eingabegeräte

Eigenschaften der Eingabegeräte

  • Freiheitsgrade
  • Grad der Integration der Freiheitsgrade
    • Wieviele Freiheitsgrade können gleichzeitig manipuliert werden?
    • Typischerweise gilt: je besser die Integration, desto einfacher zu bedienen

Selektion: Berühren / Touching

Berühren / Touching

  • Informationen
    • isomorphe Bewegung eines Berührpunktes
    • Indikation und Auswahl durch "Berührung" des Zielobjektes (technisch: Kollision des Berührpunktes mit dem Objekt)
  • Vorteile
    • intuitiv
  • Nachteile
    • Midas-Touch: versehentliches Berühren, z.B. während der Navigation
    • nur im Nahbereich in Reichweite der Arme einsetzbar

Selektion: Zeigen / Pointing

Zeigen / Pointing

  • Informationen
    • Auswahl von Objekten jenseits der Reichweite
    • erfordert Akt der Indikation über eine Positions- und Richtungsangabe
    • erfordert eine Auswahl, z.B. über Schalter oder Sprachbefehl
    • Vielzahl von Verfahren bereits entwickelt
  • Unterscheidungsmerkmale der Verfahren
    • Art der Richtungsangabe
    • Form des Auswahlvolumens
  • Vorteile
    • besser als berührungsbasierte Verfahren: höhere Reichweite und geringere Bewegung
  • Nachteile
    • Operationsraum nur kreisförmig
    • Spätere Translation erst einmal nur kreisförmig um den Nutzer und Rotation nur um eine Achse

Selektion: Put-that-there

Put-that-there

  • Informationen
    • Klassiker von 1980
Put-That-There, Bolt 1980, Chris Schmandt (1979)

Selektion: Pointing / Ray-Casting

Pointing / Ray-Casting

  • Informationen
    • Benutzer zeigt auf Zielobjekt mit einem virtuellen Strahl
    • Strahl gibt die Richtung an
    • zum Beispiel über ein Tracking der Handposition und -orientierung
    • Darstellung des Strahls entweder als kurzes Liniensegment, oder als unendlicher Strahl
  • Definition: $\vec{p}(d) = \vec{p_{pos}} + d \vec{p_{orient}}$
  • Nachteile
    • Genauigkeit sinkt mit steigender Entfernung durch Meßfehler und Unruhe in der Hand
Ray-Casting (0:54)

Selektion: Zweihändiges Zeigen / Two-handed Pointing

Zweihändiges Zeigen / Two-handed Pointing

  • Informationen
    • Variante des einhändigen Zeigens
    • erste Hand gibt den Ursprung an
    • zweite Hand bestimmt durch relative Position zur ersten Hand die Richtung
  • Definition: $\vec{p}(d) = \vec{p_{pos1}} + d (\vec{p_{pos2}} - \vec{p_{pos1}})$
  • Vorteile
    • Distanz der Hände kann zur Festlegung der Entfernung verwendet werden (aktives Ende des Zeigestrahls)
    • Einbezug der Orientierung der Hände kann zur Krümmung des Strahls verwendet werden, um Hindernisse zu umgehen

Selektion: Flashlight

Flashlight

  • Informationen
    • Statt eines Strahls wird ein Kegel als Auswahlvolumen eingesetzt
    • Analogie: Taschenlampe / Flashlight
  • Vorteile
    • Höhere Toleranz bei der Indikation der Zielobjekte
  • Nachteile
    • Mit zunehmender Distanz steigt die Schwierigkeit Objekte in dichten Umgebungen auszuwählen
    • Dann: bei mehreren Objekten das wählen, was näher an der Achse des Kegels liegt (Winkelmaß), bei gleichem Abstand zur Achse dasjenige wählen, was näher zum Zeigenden liegt

Selektion: Aperture

Aperture

  • Informationen
    • Variante des Flashlight-Verfahrens
    • ermöglicht zusätzlich noch die dynamische Veränderung des Öffnungswinkels
    • weiterhin wird noch eine Greiforientierung am Ende des Zeigestrahls modelliert: über die Ausrichtung zweier kleiner Blöcke (stilisierte Hand) kann zwischen verschiedenen Objekten als Ziel an Hand der Hauptachsen unterschieden werden
  • Vorteile
    • Besserer Umgang mit dichten Auswahlbereichen
    • Leichtere Unterscheidung zwischen sehr nahe gelegenen Objekten mit unterschiedlicher Hauptorientierung

Selektion: Image-Plane Techniken

Image-Plane Techniken

  • Informationen
    • 3D Auswahl über Selektion auf 2D Projektion (Image-Plane Ebene der Projektionstechnik)
    • Sticky-Finger-Technik: ähnlich zu Aperture, nur ersetzt hier das Auge die erste Hand
    • Head-Crusher-Technik: mit Daumen und Zeigefinger wird das Zielobjekt "umfasst"
  • Vorteile
    • Simulation von direkter Berührung
  • Nachteile
    • wie bei den Pointing-Verfahren
Image-Plane Techniken: Head-Crusher (4:31)

Selektion: Virtuelle Hand

Virtuelle Hand

  • Informationen
    • Darstellung einer virtuellen Hand an der exakten Position der realen Hand
    • isomorphe Bewegung
  • Vorteile
    • intuitiv
  • Nachteile
    • eingeschränkt auf Interaktion im Nahbereich (Reichweite)

Selektion: Go-Go Hand

Go-Go Hand

  • Informationen
    • Variante der Virtuellen Hand
    • angelehnt an Inspector Gadget
  • Vorteile
    • im Nahbereich intuitive Virtuelle Hand
    • im äußeren Nahbereich Skalierung bis in den Fernbereich durch nicht-lineare Übertreibung
    • Studien belegen, dass die Technik leicht verständlich ist
    • Nahtloser Übergang von Nah- zu Fernselektion
  • Nachteile
    • immer noch eingeschränkter Zugriff auf entfernte Objekte
    • Präzision im Fernbereich durch die Übertreibung gering
    • im Fernbereich der Zeigetechnik unterlegen
Inspector Gadget Trailer (0:28), Ausfahrbare Hand

Selektion: World-in-Miniature

World-in-Miniature

  • Informationen
    • verkleinerte Darstellung der Welt, bzw. eines Ausschnitts
    • evtl. Manipulation der Darstellung möglich (Exploration)
    • Interaktion mit den Minaturen möglich
  • Vorteile
    • gute Erreichbarkeit des Fernbereichs
  • Nachteile
    • nur für große Objekte geeignet
    • begrenzte Größe der Welt
World-in-Miniature (3:20)

Selektion: Blickbasierte Selektion

Blickbasierte Selektion

  • Informationen
    • basiert auf Pointing
    • bestimmt die Zeigerichtung über die Blickrichtung
    • Auswahl durch Verweilen (Dwelling), Blinzeln, Sprachkommando oder andere Schalter
  • Vorteile
    • schnell
    • genau
    • Hände frei für andere Interaktionen
  • Nachteile
    • gewöhnungsbedürftig
    • erhöhter Geräteaufwand
Blickbasierte Selektion

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Inhalte dieser Veranstaltung

  • Selektionsverfahren für die Virtuelle Realität

Ausblick

Termin 09 - Interaktion: Manipulation

  • Verfahren zur Manipulation in der virtuellen Welt

Termin 10/2 - Visionen in den Medien

  • Kurzer Überblick über Vision zum Thema Virtuelle Realität in den Medien