Virtuelle Realität

Interaktion: Manipulation

Dr. Thies Pfeiffer

AG Wissensbasierte Systeme, Technische Fakultät, Universität Bielefeld

Termin: Freitags, 10:15 Uhr

Raum: S2-121

Überblick

Inhalte der letzten Veranstaltung: Interaktion/Selektion

  • Parameter/Teilaufgaben
  • Eigenschaften der Eingabegeräte
  • Typische Probleme
  • Verschiedene Verfahren
    • Pointing
    • Virtuelle Hand
    • World in Miniature
    • Blickbasierte Interaktion

Überblick

Inhalte dieser Veranstaltung

  • Manipulationsverfahren für die Virtuelle Realität
    • Kanonisch oder Anwendungsspezifisch
    • Parameter, Probleme, Eigenschaften der Geräte
    • Manipulationsverfahren für kanonische Manipulationen

Interaktion: Manipulation

Manipulation

Manipulation

Manipulation ist eine Handlung, die dazu führt, dass sich während oder nach der Manipulation der Zustand von Objekten in Relation zur Umwelt ändert.

Eigene Definition

Definition nach Bowman und Kollegen (2005)

Als Manipulation bezeichnet man die Handhabung räumlich steifer Objekte, d.h. ohne Verformungen.

  • Die Effektivität einer Manipulationsinteraktionsform hängt von der Manipulationsaufgabe ab.
    • Wie bei einem Werkzeug!
    • Daher Achtung: hat man erst einmal einen Hammer, könnten alle Sachen plötzlich wie Nägel aussehen...
  • Für viele Manipulationsaufgaben wurden daher spezialisierte reale Interaktionsgeräte geschaffen.

Manipulation

Manipulation: Kanonisch oder Anwendungsspezifisch?

  • Kanonische Manipulationsaufgaben
    • Idee: alle Manipulationsaufgaben lassen sich auf einen Kern an Basismanipulationsaufgaben zurückführen
    • Selektion
    • Positionierung
    • Rotation
    • Skalierung (kann in der Regel auf Kombination der anderen Basismanipulationen abgebildet werden)

Manipulation: Parameter

Parameter der Manipulation

  • Selektion $\to$ siehe letzte Veranstaltung
  • Positionierung
    • Distanz und Richtung der Ausgangsposition
    • Distanz und Richtung der Zielposition
    • Abstand von Ausgangs- und Zielposition
    • Sichtbarkeit von Ausgangs- und Zielposition
    • Sichtbarkeit auf dem Translationsweg
    • Angestrebte Genauigkeit der Ausführung und der Zielerreichung
  • Rotation
    • Distanz zum Objekt
    • Ausgangsorientierung
    • Zielorientierung
    • Umfang der Rotation
    • Angestrebte Genauigkeit der Ausführung und Zielerreichung

Manipulation

Manipulation: Kanonisch oder Anwendungsspezifisch?

  • Anwendungsspezifische Manipulationsaufgaben
    • Problem: kanonischer Ansatz muss zwangsmäßig Abstrahieren und kann damit nicht die maximal mögliche Leistung bringen
      • wäre z.B. bei Tele-Operationen in der medizinischen Anwendung sicher nicht gewollt

Manipulation: Eigenschaften der Eingabegeräte

Eigenschaften der Eingabegeräte

  • wie bei der Selektion
    • Freiheitsgrade
    • Grad der Integration der Freiheitsgrade
      • Wieviele Freiheitsgrade können gleichzeitig manipuliert werden?
      • Typischerweise gilt: je besser die Integration, desto einfacher zu bedienen
  • isomorphe Messung der Änderungen (z.B. Bewegung) oder isometrische (z.B. Drücken eines Joysticks)
    • isomorpher Ansatz besser für Postionsänderungen (Zhai und Milgram 1993)
  • Form des Gerätes
    • Beispiel: Rotation eines Objektes mit Datenhandschuh vs. 3D Ball (im Präzisionsgriff)

Manipulation: Typische Probleme

Typische Probleme bei der Manipulation

  • Zittern (durch Tracking-System oder natürliches Zittern)
  • Umschalten zwischen aktiver Manipulation und passiver, insbesondere bei physikalischer Simulation

Manipulation: Vorstellung verschiedener Verfahren zur kanonischen Manipulation

Manipulation: Zeigen / Pointing

Zeigen / Pointing

  • Selektionsprozess: siehe letzte Veranstaltung
  • Nach der Selektion ist das Zielobjekt an die Bewegung des Eingabegerätes gekoppelt
  • Operationsraum nur kreisförmig
  • Spätere Translation erst einmal nur kreisförmig um den Nutzer und Rotation nur um eine Achse
  • Lösungsansatz: Angelrute (Distanz änderbar durch weiteres Interaktionsgerät)

Manipulation: Virtuelle Hand

Virtuelle Hand

  • Selektionsprozess: siehe letzte Veranstaltung
  • Nach der Selektion ist das Zielobjekt an die Bewegung des Eingabegerätes gekoppelt
  • Leichte Positionierung und Rotation

Manipulation: HOMER

HOMER

  • hand-centered object manipulation extending raycasting
  • entwickelt von Bowman und Hodges 1997
  • Selektion mittels Raycasting
  • Manipulation dann mit Virtueller Hand, die zum Selektionspunkt springt
  • Reichweite der Manipulation wird durch lineare Skalierung vergrößert
    • linearer Faktor wird zum Zeitpunkt der Selektion als Quotient aus Abstand zum Objekt und Abstand vom Eingabegerät zum Benutzer bestimmt
    • Problem: durch die Zustandsabhängigkeit des Skalierungsfaktors ist diese Operation nicht invertierbar

Manipulation: Scaled-World Grab

Scaled-World Grab

  • entwickelt von Mine et al. 1997
  • Selektion mittels Image Plane (andere aber auch möglich)
  • Dann Skalierung der Welt, so dass das selektiertes Objekt nun am Finger anliegt
  • Manipulation dann mit normaler Virtueller Hand geschehen
  • Interessant: solange das Zentrum der Skalierung zwischen den beiden Augen des Betrachters liegt, stellt dieser die Skalierung häufig nicht fest, da sich die Welt visuell nicht verändert.
  • Problematisch: auch hier können Objekte aus dem Nahbereich nur schwer weiter weg positioniert werden.

Manipulation: Voodoo Dolls

Voodoo Dolls

  • entwickelt von Pierce et al. 1999
  • Selektion über Image Plane
  • Idee: die Manipulation wird an virtuellen Kopien der selektierten Objekte durchgeführt, die in der Hand erscheinen
  • Hinzu kommt, dass mit beiden Händen gearbeitet wird
  • Nicht-Dominante Hand wählt Objekt als Referenz, das Original wird jedoch nicht verändert
  • Dominante Hand wählt zu manipulierendes Objekt, das in Relation zur Referenz verändert wird

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Inhalte dieser Veranstaltung

  • Manipulationsverfahren für die Virtuelle Realität
    • Kanonisch oder Anwendungsspezifisch
    • Parameter, Probleme, Eigenschaften der Geräte
    • Manipulationsverfahren für kanonische Manipulationen

Ausblick

Termin 10/2 - Visionen in den Medien

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