Handschuhe
Unsere Hände sind auch nichts anderes wie eine Schnittstelle zwischen unserem Gehirn und der darum liegenden Umwelt. Wir brauchen sie für die verschiedensten Dinge. Wenn wir ein Buch aus dem Regal nehmen und aufschlagen um unser Gehirn mit Informationen zu füttern brauchen wir die Hände. Fast jedes Mal, wenn wir unsere Umwelt genauer bearbeiten wollen brauchen wir die Hände dazu.
Nun hat sich mittlerweile auch in der Computerwelt eine sog. Virtuelle Realität etabliert. Wie der Name schon sagt handelt es sich dabei um eine Realität, die jedoch in Wirklichkeit keine ist. Es handelt sich dabei um eine Welt die den "Grenzen" des Computers nicht entfliehen kann. Es ist jedoch möglich sie dem Menschen darzustellen und es ihm zu erlauben interaktiv in diese Welt einzugreifen. Für diese Interaktionen braucht man jedoch wieder Eingabegeräte. Da lag es für die Forscher nahe, zunächst die Hände als Eingabemedium für virtuelle Manipulationen zu betrachten. Die von den Entwicklern gebauten Geräte, die Handbewegungen in für den Computer verständliche Signale umwandeln, sehen meistens aus wie Fingerhandschuhe.
Obwohl die Eingabehandschuhe, die wir im folgenden Abschnitt näher kennenlernen werden, leicht unterschiedlich arbeiten, haben sie doch einen gemeinsame Eigenschaft: Der Handschuh nimmt Handbewegungen auf und wandelt sie in für den Computer verständlichen Signalen um, die dann natürlich auch zum Computer übertragen werden. Die Computertechnik ist nun schon so weit, daß diese Signale fast Zeitgleich in die Bewegungen einer virtuellen Hand übersetzt werden können. Ohne diese Eigenschaft wäre ein Einsatzgebiet für den "Eingabehandschuh" nicht gegeben. Stellen wir uns mal die Situation vor, daß eine Fingerbewegung der echten Hand erst nach Ablauf von einer Minute in die Bewegung einer Virtuellen Hand "übersetzt" wird. Unter solchen Voraussetzungen ist ein effektives Arbeiten nicht mehr möglich.
Meist kann der Benutzer seine Virtuelle Hand sogar im Raum schweben sehen. Das unterstützt die Hand-Auge-Koordination, die für das Hantieren mit virtuellen Geräten notwendig ist. Wenn Sie zum Beispiel den virtuellen Graph einer mathematischen Gleichung greifen wollen, müssen sie wissen, wo Ihre Hand im Verhältnis zum Graph ist.
Der DataGlove
Das erste wichtige Eingabegerät dieser Art, das von der Firma VPL Research entwickelt wurde, nennt sich DataGlove. Das Gerät wird in der ganzen Welt größtenteils zur Forschung und Produktentwicklung in vielen Anwendungsgebieten eingesetzt.
Der DataGlove mag vielleicht für den ein oder anderen sehr einfach aussehen (siehe Abbildung 13-1), aber ich kann Ihnen versichern, daß eine sehr komplexe Technologie dahintersteckt.
Der Handschuh besteht aus einem leichten Lycra-Gewebe und schmiegt sich eng an die Hand. Finger– und Handbewegungen werden von einem Sensor und einem Satz kunststoffüberzogener faseroptischer Kabel auf den Fingerrücken gemessen. Die Faserkabel messen das Beugen und Strecken der Finger einschließlich Daumen. Jedes Kabel führt zu einer kleinen elektronischen Platine an der Vorderseite eines Steuerkastens. Jede Faser führt von der Schnittstellenplatine durch einen langen Abschnitt beweglicher Gewebeleitungen zu einem Handgelenk-Anker auf dem Handschuh. Von hier aus laufen die Kabel über den Handrücken bis über die Fingerknöchel und von dort zurück an die Schnittstelle. In der Schnittstellenplatine ist jedes Kabel an einem Ende mit einer Leuchtdiode bestückt, das gegenüberliegende Ende an einen Fotosensor angeschlossen. Die Steuereinheit wandelt die Lichtenergie, die der Fotosensor empfängt, in mengenmäßig bestimmbare elektrische Signale. Wenn Sie einen Finger krümmen, während Sie den DataGlove tragen, tritt das Licht, das von der Leuchtdiode durch das faseroptische Kabel fließt, aus kleinen Öffnungen in der Kabelhülle aus. Je stärker Sie den Finger krümmen, desto größer wird das Loch im Kabelmantel und desto mehr Licht tritt aus. Entsprechend weniger Licht erreicht dann den Fotosensor, und das elektrische Signal wird schwächer.
Ein Computer verarbeitet dann den ganzen Lichtfluß und berechnet daraus wie weit welcher Finger gebeugt werden muß. Jeder Finger hat mindestens zwei Kabel, eines am unteren und eines am mittleren Knöchel (mit Ausnahme vom Daumen, da er nur ein Knöchel hat). Um die Meßgenauigkeit zu erhöhen, fügt man manchmal auch mehrere Kabel an. Das jedoch reicht nicht aus um die Bewegung einer Hand im Raum nachzubilden, da durch die eben beschriebene Methode nur die Bewegung der Finger messen kann. Deshalb kommt ein zweites Meßwerkzeug hinzu. Und zwar handelt es sich hierbei um einen magnetischen Lage – und Richtungssensor. Dieser Sensor mißt die absolute Position (x, y und z) und die Bewegungsrichtung (drehen, neigen und beugen) der Hand. Beide Meßmethoden zusammen können fast jede mögliche Bewegung der Hand verfolgen.
Der DataGlove läßt sich ganz einfach benutzen. Man muß den Handschuh eigentlich nur anschließen, ihn sich überziehen und ihm letztendlich durch einige Bewegungen der Hand wichtige Parameter übergeben. Diese Parameter bilden dann Musterdaten über das Bewegungsspektrum Ihrer Hand.
Der PowerGlove
Der PowerGlove ist eine Gemeinschaftsentwicklung von VPL und AGE (Abrams-Gentile Entertainment). Er ist deutlich billiger als der DataGlove. Dieser Datenhandschuh wurde ursprünglich für die Nutzung an Nintendo Spielen entwickelt, er findet aber aufgrund des Preises Einsatz in anderen VR-Systemen.
Abbildung 13-2. PowerGlove
Die Beugesensoren des PowerGlove funktionieren völlig anders, als die des DataGlove. Schmale Plastikstreifen, welche mit leitfähiger Tinte überzogen sind, werden im Handschuh über die Handrücken gelegt. Der durch die Tinte fließende Strom verändert mit der Bewegung seinen Widerstand. Über diese Widerstandsänderung werden vom Rechner die Bewegungen der Hand ermittelt. Im Gegensatz zum magnetischen Tracking beim DataGlove wird die Position und Orientierung des PowerGlove über Positionsortung per Ultraschall vorgenommen. Jeder PowerGlove hat zwei Ultraschallsender. Die Signale werden über einen Empfänger am Monitor empfangen und in einer Steuereinheit in Positionsdaten umgerechnet. Mittlerweile wird der PowerGlove nicht mehr hergestellt. Allerdings gibt es neuere Entwicklungen im Datenhandschuhbereich die von der Unterhaltungsindustrie vermarktet werden und im Preisbereich um $ 100 liegen.