(PDF) Studie Multi-Touch
Technical Report PDF Available Studie Multi-Touch
September 2009 DOI: 10.13140/RG.2.2.32460.41600 Authors: Jasmin Link Fraunhofer Institute for Industrial Engineering IAO dieter spath Weisbecker Anette Fraunhofer Institute for Industrial Engineering IAO Uwe Laufs Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Show all 8 authors Hide Download full-text PDF Read full-text Download full-text PDF Read full-text Download citation Copy link Link copied Read full-text Download citation Copy link Link copied References (6) Figures (6)Figures
Abbildung 38: Multi-Touch Wall von Jeff Hahn 56 … Abbildung 48: Virtuelles Multi-Touch-Keyboard für das iPhone 73 … Abbildung 49: Die Anwendung MultiKey 75 … Abbildung 51: Multi-Touch-Bildbearbeitungstool Photoshop MT 79 … +1 Abbildung 55: Modellierungstool an der Ruhr-Universität Bochum 84 … Figures - uploaded by Jasmin Link Author content All figure content in this area was uploaded by Jasmin Link Content may be subject to copyright.Discover the world's research
20+ million members 135+ million publications 700k+ research projects Join for free Public Full-text 1 Content uploaded by Jasmin Link Author content All content in this area was uploaded by Jasmin Link on Dec 14, 2016 Content may be subject to copyright. FR AUN H OFE R -I N STIT U T FÜ R A RB E I T S W I R T S C HA F T UN D O R GAN I S A T IO N I A O M u l t i - Tou c h Studie Technologie, Hard-/Software und deren Anwendungsszenarien D ieter Spath, Anette Weisbecker (Hrsg.), Uwe Laufs, Micha Block, Jasmin Link, Antonino Ardilio, Andreas Schuller, Janina Bierkandt Multi-T ouch T echnologie, Hard-/Softwar e und deren Anwendungsszenarien Dieter Spath, Anette Weisbecker (Hrsg.), Uwe Laufs, Micha Block, Jasmin Link, Antonino Ardilio, Andreas Schuller , Janina Bierkandt Fraunhofer IAO, Stuttgart überarbeitete V ersion, April 2010 Impressum Kontaktadresse: Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) Nobelstr. 12 70569 Stuttgart Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. e.h. Dieter Spath Dr.-Ing. habil. Anette Weisbecker Autoren: M.Comp.Sc. Dipl.-Ing. (FH) Uwe Laufs B.Sc. Micha Block Dipl.-Ing. Jasmin Link Dipl.-Ing. Des. Antonino Ardilio Dipl. Inf. Andreas Schuller M.Sc. Janina Bierkandt Erscheinungsjahr: September 2009, Überarbeitung April 2010 © Fraunhofer IAO www.hci.iao.fraunhofer.de www.swm.iao.fraunhofer.de www.innovation.iao.fraunhofer.de Alle Rechte vorbehalten Dieses Werk ist einschließlich all er seiner Teile urheberrechtlich geschützt. Jede Ver wertung, die über die engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes hinausgeht, ist ohne schriftliche Zustimmung der Herausgeber unzulässig und strafbar. Dies gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen sowie die Speicherung i n elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen und Handelsnamen in dieser Studie berechtigt nicht zu der Annahme, dass solche Bezeichnungen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und deshalb von jedermann benutzt werden dürften. Soweit in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze, Vorschriften oder Richtlinien (z.B. DIN, VDI) Bezug genommen oder aus ihnen zitiert worden ist, kann der Herausgeber keine Gewähr für Richtigkeit, Vollständigkeit oder Aktualität übernehmen. Die Bereitstellung der Daten in dieser Studie beruht auf A ngaben Dritter und erfolgt ohne Anspruch und Garantie auf Richtigkeit, Aktualität oder Vollständigkeit der Daten Dritter. Der Herausgeber bzw. die Autoren übernehmen keine Haftung für eventuell verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Fol gen aufgrund fehlerhafter Angaben Dritter. Die Daten wurden im Zeitraum 01. Januar 2008 bis 01. Januar 2009 erhoben. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Multi-Touch Technologien 3 2.1 Bewertungskriterien für Multi-Touch Technologien 3 2.2 Beschreibung der Technologien 5 2.3 Vergleich und Bewertung 19 3 Multi-Touch Hardware 21 3.1 Beschreibung der Hard ware-Systeme 21 3.2 Hardware-Übersicht 38 3.3 Vergleich und Bewertung 41 4 Multi-Touch Software 43 4.1 Betriebssysteme 43 4.2 Multi-Touch Anwendungsfelder 44 4.3 Vergleich und Bewertung 55 5 Markt- und Anwendungspotenziale 57 5.1 Vorgehen 57 5.2 Technologieanalyse 58 5.3 Applikationsanalyse 58 5.4 Marktanalyse 60 5.5 Bewertung 66 6 Multi-Touch am Fraunhofer IAO 69 6.1 Human Computer Interaction 69 6.2 Softwaretechnik 70 6.3 Multi-Touch Entwicklungsplattform MT4j 71 7 Zusammenfassung 72 7.1 Multi-Touch Technologie 72 7.2 Multi-Touch Hardware 73 7.3 Multi-Touch Software 73 7.4 Potenzial, Defizit und Ausblick 74 8 Literaturverzeichnis 76 9 Abbildungsverzeichnis 77 10 Tabellenverzeichnis 79 Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 1 1 Einleitung Alle sprechen davon, einige haben´s schon, und diejenigen die´s noch nicht h aben, wollen´s unbedingt ha ben: »MULTI-Touch«! Unter anderem aus diesem Grund entscheiden sich Kunden, Projektpartner und Kollegen dazu eines dieser »Multi-Touch Systeme« anzuschaffen. Der Begriff »Multi-Touch« wird für berührungssensitive Eingabegeräte verw endet, die bei einer Mensch-Computer-Interaktion me hrere Berührungspun kte, also »multiple touches«, gleichzeitig erfassen und verarbeit en können. Als Paradebeispiele: das Apple iPhone und der Microsoft Surface. Die ve rwendete Technologie für »Multi-To uch« fasziniert gleichermaßen Anwender und Entwickler durch neu artige Interaktionsformen, innovative Anwendu ngsszenarien und eine markante User- Experience. Die Konzeption der Multi-Touc h-Systeme erfordert jedoch ein solides Basiswissen über deren Technologie und stel lt für Entwickler einige Stolperfallen. Bereits der Kaufentscheid für die geeignete Sys temhardware sollte gut durchdacht sein: Auf dem Markt werden zur Realisierung von Multi-Touch- Systemen aktuell an die sieben unterschiedliche optische und kapa zitive Basistechnologien angeb oten, Tendenz steigend. Wer auf der diesjährigen Cebit´09 nachgeschaut hat, der müsste diese auch alle bei verschiedene n Herstellern und Resellern entd eckt haben; oder auch nicht. Denn, welche Technologie sich hinter der Sc hale eines dieser geschlossen en Systeme verbirgt, kann meist nur vermutet werden. Anhand des Bauvolumens und der Konstruktion können zwar einige Technologien ausgeschlossen werden, jedoch zei gt lediglich ein Blick hinter die Schale welche Technologie, oder Kombination aus Technologien, das System »multi-touch« fähig m acht. »Die verwendete Basistechnologie des Multi-Touch-Sys tems interessiert mich doch als Entwickler überhaupt nicht.« Diese sollte jedoch interessieren, denn gerade die zugrunde liegende Technologie, ob ein optisches Verfahren wie »Diffused Illumination«, »Frustrated Total Internal Re flection«, »Infrared-Light-Plane« oder ein kapazitives Verfahren wie »Projektiv-Kapa zitiv« oder »Oberflächenwellen-Kapazitiv«, entscheidet über Leistung und Funktionalität, und diese sind von System zu System sehr unterschiedlich. Die Technologie ist so mit ausschlaggebend, ob ein System beispielsweise »echt multi-touch«, oder nur »dual-touch« fähig ist (Erkennung von maximal zwei Touch-Punkten). Ebenso erkennen manche Technologien optisch detailliert aufliegende Objekte wie Marker oder Geräte, ande re dagegen lediglich grobe Umrisse. Jede Technologie ist auch an ein bestimmtes Bauvolum en und eine vordefinierte Konstruktion gebunden. Wer sich also ein Multi-Touch-System zulegen möchte, sollte sich im Vorfeld Gedanken machen wie und wo das System einges etzt wird, und in welcher Art und Weise wie viele Nutzer damit interagieren. Soll das Sy stem zur kollaborativen Arbeit von vielen Anwendern gleichzeitig gen utzt werden, oder lediglich von zwei Anwendern, beispielsweise Berater und Kunde? Handelt es sich um eine Nutzerinteraktion mittels Mult i-Touch-Gesten in einem Single-User Kontext, oder wird Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 2 in einem Multi-User Kontext mit lediglich Single- oder Dual-Touch interagiert? Diese Leitfragen und einige mehr sollten vor der Konzeption eines Multi-Touch-Systems beantwortet werden. Jedes dieser Anwen dungsszenarien, ob Single- oder Multi-User, ist an besondere Anforderungen seitens de r Hardware und Interaktion gekoppelt. An dieser Stelle muss leider erwähnt werd en: Es gibt bislang keine »Universal- Technologie«, die allen Anforderungen an Bauvolum en und Konstruktion, Funktionalität und Nutzerinteraktion gerecht wird. Deshalb ist es umso wichtiger das Multi-Touch-System bestmöglich auf das Anwendungsszenario hin auszuwählen und abzustimmen. Auch Eigenschaften wie Vandalensicherh eit und die Störanfälligkeit gegenüber Umwelteinflüssen, Lichteinstrahlung und el ektrischer Ladung spielen eine wich tige Rolle, da Multi-Touch Technologien häufig Infrarotlicht oder Spannungsmessung verwenden. Das Fraunhofer IAO vermittelt in dieser Studie solides Basiswissen un d mögliche Einsatzgebiete der Technologie »Multi-Touch«. Die Studie informiert über di e aktuellen Technologien und deren zugrunde liegende Hardware, besc hreibt Multi-Touch- Softwarelösungen und zeigt in einer umfassenden Marktanalyse mögliche Anwendungsszenarien auf. Die folgenden Themenschwerpunkte bilden di e Basis dieser Studie: – Stand der Technik im Umfeld von »Multi-Touch« : Eine Untersuchung der existierenden Technologien, auf deren Basis Multi-Touch -Funktionalität realisiert werden kann, soll Aufschluss über Funktionsumfang und Defizite d er einzelnen Technologien geben (Stand Januar 2009). – Auf dem Markt verfügbare Produkte (Hardware und Software) : Die Recherche existierender Hardwareprodukt e bildet das auf dem Markt vorhandene Hardware-Angebot ab. Anhand vorh andener Softwarelösungen sollen mögliche Anwendungsfelder der Multi-Touch Technologi en identi fiziert werden (Stand Januar 2009). – Betrachtung der Potenziale und Defizite von Multi-Touch : Anhand von Technologiepotenzialen und -defiziten im Vergleich zu anderen Technolo gien werden Erkenntnisse über spezifisch e Vor- und Nachteile von Multi-Touch gewonnen werden. Daraus schließend können Anwendungen identifiziert werd en, bei denen der Einsatz von Multi-Touc h einen konkreten Mehrwert gegenüber anderen Technologien bietet. – Marktanalyse mit Schwerpunkt auf möglichen Anwendungsszenarien : Eine Betrachtung verschiedener Marktsegmente soll Anwendungsfelder aufz eigen, die sich für einen Einsatz von Multi-Touch Systemen bes onders eignen. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 3 2 Multi-Touch Technologien In diesem Kapitel werden technische Grundlagen zu den einzelnen, auf dem Markt verfügbaren (Stand Januar 2009) Technologien erörtert. Da sich der Markt schnell entwickelt ist mit dem Erscheinen der Studie schon von tech nischen Neuerungen und weiteren Anbietern auszugehen, doch die grundsätzlichen Funktions prinzipien bleiben gültig. Anhand im Vorfeld identifizierter Bewert ungskriterien wurden die Technologien zur Realisierung von Multi-Touch Systemen untersucht und hinsichtlich ih rer Funktionsweise und Leistungsfähigkeit beschrieben. 2.1 Bewertungskriterien für Multi-Touch Technologie n Die Bewertung von Multi-Touch Technol ogien kann anhand der im Folgenden beschriebenen Kriterien erfolgen. Die Auswahl der Kriterien beruht auf einer Aufbereitung des Themenbereichs durch B ill Buxton, einem Multi-Touch-Experten der Microsoft Research Labs, vgl. [Buxton 08]. Anhand dieser Kr iterien können die durch die Technologien realisierbaren Funktionalitäten , sowie die potenziellen Einsatzbereiche bestimmt werden. Aufgrund des Bewertungsergebnisses einer bestimm ten Technologie kann meist auf die Eigenschaften eins konkreten Produkts, welches di ese Technologie verwendet, geschlossen werden, da die verwendete Technologie ausschlaggebend für die Leistungsfähigkeit eines Multi-Touch (MT) Syst ems ist. Auf diesem Wege kann die Auswahl der Hardware direkt entsprechend der anwendungsseitigen Anforderungen durchgeführt werden. Bewertungskriterium Erklärung Tracking 1 fortlaufender Bewegungen Die Möglichkeit zur Erkennung fortlaufender Bewegungen wird für eine Vielzahl von Multi- Touch-Funktionalitäten (z.B. das Verschieben von Objekten) benötigt. Anzahl gleichzeitig detektierbarer Punkte/Bewegungen Existierende Technologien unterscheiden sich in der gleichzeitig detektierbaren Anzahl an Bewegungen. Beispielsweise sind Systeme, die lediglich zwei Bewegungen gleichzeitig verarbeiten können für die kollaborative Nutzung nur sehr einge schränkt geeignet. 1 »Tracking« bezeichnet die kontinuierliche Verfolgung von Objekten, in diesem Fall von Berührungspunkten des Nutzers. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 4 Bekannte sensorische Einschränkungen Bei einigen Multi-Touch-Technologien existieren weitere Einschränkungen der Sensorik, beispielsweise »Blinde Stellen« die bei seitlich am Multi-Touch-Screen angebrachter Sensorik entstehen, wenn sich die Finger in einer ungünstigen Position befinden und andere Finger für die Sensorik »unsichtbar« machen. Berührungsfreiheit Bei Systemen, die kein Aufpressen der Finger erfordern, finden keine Verlust e von Bewegungsdaten statt, wenn der Benutzer z.B. bei schnellen Bewegungen nicht hinreichend stark auf den Multi-Touch-Scree n aufdrückt. Berührungs freie Systeme sind durch das Entfallen der Notwendigkeit, konstant aufzudrücken zude m angenehmer in der Benutzung. Erkennung von Umrissen (MT-Screen erkennt Umrisse von Gegenständen ja / nein) Einige Multi-Touch-Technologien können auch eingesetzt werden, um die Umrisse und Positionen von auf dem Display befindlichen Gegenständen zu erkennen. Dies ermöglicht weitere Funktionalitäten, beispielsweise im Zusammenhang mit der Nutzung in Kombination mit mobilen Endgeräten oder anderen auf einem Multi-Touch-Screen platzierten Gegenständen. Zuordnung von Bewegungen zu Personen möglich Die meisten Multi-Touch-Technologien können nicht zuordnen, welche der detektierten Bewegungen zu welchen Personen/Händen gehören . Hierdurch ergeben sich Problem e bei der Auswertung einiger Steuerungsgesten, falls mehr als eine Person an einem Multi-Touch-Screen arbeitet. Auch zeichnen mit Stift möglich Einige Multi-Touch-Technologien können auch Berührungen durch feine Gegenstände wie eine Stiftspitze erkennen und bieten hierdurch weitere Einsatzmöglichkeiten. Latenz Möglichst geringe Verzögerungszeiten der Sensorik ermöglichen die flüssige Nutzung von Multi-Touch-Screens. Präzision Bezüglich der Ge nauigkeit der erkannten Fingerpositionen bestehen ba uartbedingt teils deutliche Unterschiede zwischen de n verschiedenen Technologien. Bildschirmdiagonale Einige Multi-Touch-Technologien sind nur für kleine, andere besonders für große Displayflächen geeignet bzw. wirtschaf tlich sinnvoll herstellbar. Andere sind unter Kostenaspekten betrachtet erst bei gro ßen bis extrem großen Bildschirmdiagonalen sinnvoll. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 5 Bauvolumen (Abmessungen des gesamten Aufbaus) Die verwendete Technologie entscheidet über das minimale Bauvolumen des Gesamtgeräts. So sind beispielsweise Technologien, die Rückprojektion erfordern, aufgrund des notwendigen Abstands zwischen Projektionsfläche und Projektor nicht flach realisierbar. Andere Technologien können in Kombination mit Flachbildschirmen z.B. als Aufsatz (Panel) genutzt werden. Tabelle 1: Bewertungskriterie n für Multi-Touch Systeme 2.2 Beschreibung der Technologien Im Folgenden werden die wesentlichen Multi-Touch-Technologien und Verfahren untersucht und beschrieben sowie Aufbau und Funktionsweise darau f beruhender Produkte beschrieben. Die Bewertung der te chnischen Eigensch aften wird anhand der in Kapitel 2.1 erläuterten Bewertungskriterien vorgenommen. 2.2.1 Diffused Illumination Diffused Illumination (DI) ist eine der einfac hsten und kostengünsti gsten Lösungen, um ein Multi-Touch fähiges System zu bauen. Die teuerst en Bestandteile sind ein Beamer zur Rückprojektion des Bildes und eine Kamera (USB Kamera) zur Aufn ahme der Berührungspunkte. 2.2.1.1 Aufbau Das Bild des Projektors wird, wie in Abbildung 1 dargestellt, auf eine matte Acrylplatte projiziert. Optional kann ein Spiegel verwende t werden, um die Bauhöhe des Tisches zu verringern. Des Weiteren werden im Bild rot gekennzeichnete Infrarotstrahler eingesetzt, welche die Platte möglichst gleichmäßig bestrahlen. Eine Kam era observiert die Acrylplatte aus der Sicht des Projektors. Diese soll jed och nicht das sichtbare Licht aufnehmen, sondern ausschließlich das re flektierte infr arote Licht, das durch Annäherung an die Platte und deren Berührung reflektiert wird. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 6 Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Diffused Illumination Aufbaus 2 Die meisten Kameras besitzen einen eingeba u ten Infrarot-Filter (IR-Filter), der verhindert, dass infrarote Stra hlung in den Sensor der Kamera gelangt. Dieser Filter wird ausgebaut und durch einen ersetz t, der das sichtbar e Licht filtert und ausschließlich infrarotes Licht durchlässt. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen derartigen Filter zu realisieren. Eine Möglichkeit ist die Verwendung eines schwarze n, belichteten Fotofilms, der ü ber die Linse geklebt wird. Mit Hilfe von schwar zen Permanentmarkern und transparenter Klebefolie kann der gleiche Effekt erziel t werden. Wenn bessere Ergebnisse erzielt werden sollen, so kann auch ein Bandpassfilter v erwendet werden. Der Vorteil ist, dass die Strahler und der Filter bezüglich der We llenlänge des infraroten Lichts aufeinander abgestimmt werden können und somit optimale Ergebnisse bei der Aufnahm e erzielt werden. Eine ausführliche Bauanleitung fi ndet sich beispielsweise in [Franke08]. 2.2.1.2 Funktionsweise Bei der Annäherung eines Fingers an die Pl atte wird zunehmend infrarotes Licht reflektiert und von der Kamera aufgenommen. B erührungspunkte erscheinen nun als helle Flecken auf dem Bild der Kamera. Da im Sonnenlicht sehr hohe Anteile infraroter Strahlung enthalten sind, ist Bei der Annähe rung eines Fingers an die Platte wird zunehmend infrarotes Licht reflektiert und von der Kamera aufgen ommen. 2 Quelle: [Bader 08] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 7 Berührungspunkte erscheinen nun als helle Flec ken auf dem Bild der Kamera. Da im Sonnenlicht sehr hohe Anteile infraroter Strahlung enthalte n sind, ist ein Betrieb im Freien nicht möglich. Optimal ist ein möglichst dunkler oder mit küns tlichem Licht (ohne infrarote Anteile) bestrahlter Raum . Die Schwierigkeit in der Erkennung von Berührungen liegt in der Kalibrierung der Strahler. Das abgestrahlte Licht muss möglichst gleichmäßig auf die gesamte Fläche des Schirms verteilt werden, sod ass im von der Kamera aufgenommenen Bild keine hellen Flecken entstehen. Da in der anschließenden Bildverarbeitung zum Tracking nach hellen Punkten gesucht wird, würden diese sonst stören. Die Qualität der Berührungserkennung hängt maßg eblich von der eingesetzten Kamera ab. Diese hat ein e beschränkte Auflösung, sowohl was die Anzahl der Bildpunkte angeht, als auch die Bildfrequenz. Eine zu geringe Auflösung erschwert das Zuordnen der exakten Koordina ten einer Berührung. Bei vielen Kameras geht eine hohe Auflösung der Bildpunkte zu Lasten der Bildwied erholrate, und die Latenz der Bildübertragung steigt. Latenz und Bildwiederholrate sind entscheidende Faktoren des Trackings. Abbildung 2: Abstand der Punkte bei gleicher Bewegungsgeschwindigkeit 3 Die Bildwiederholrate ist wichtig, da eine Kamera lediglich Einzelbilder und keine Bewegungen liefert. Ist ein Punkt auf dem ersten Bild sichtbar und auf dem nächsten Bild an einer anderen Stelle ein Punkt, muss entschieden werden, ob es sich um den selben Punkt handelt, oder ob dies ein neue r Punkt, also eine neue Berührung ist. In der Regel wird dies über den Abstand de r beiden Punkte geschätzt. Ab einem bestimmten Schwellenwert wird der Punkt im neuen Bild als neue Berührung gewertet. Bei hoher Bildwiederholrate kann somit ein niedrigerer Schwellenwert gewählt w erden, da die Bilder in zeitlich geringerem Abst and aufeinander folgen. Der zurückgelegte Weg bei einer Bewegung zwischen zwei aufeinander folgenden Bildern ist bei gleicher Bewegungsgeschwindigkeit geringer. 2.2.1.3 Technische Eigenschaften Bewertungskriterium Wert Tracking fortlaufender Bewegungen Ja Anzahl gleichzeitig detektierbarer Punkte/Bewegungen Beliebig (nur eingeschränkt durch Qualität und Rechenaufwand bei Bewegungsauswertung) 3 Quelle: [Bader 08] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 8 Bekannte sensorische Einschränkungen Meist Tageslichtempfindlichkeit, Notwendigkeit zur Anpassung an Umgebungslicht. Kann prinzipiell mit Oberflächenfilter behoben werden. Berührungsfrei Ja Erkennung von Umrissen Ja Zuordnung von Bewegungen zu Personen möglich Nein (evtl. Zuordnung von Fingern zu Händen möglich) Auch zeichnen mit Stift möglich Einges chränkt (dicke Stiftspitze erforderlich) Latenz Abhängig von verwendeter Kamera (geringe Latenzzeiten möglich) Präzision Abhängig von ve rwendeter Kamera (hohe Präzision möglich) Bildschirmdiagonale (Größe des Benutzerinterfaces) Geeignet für große und überdimensionale Displays Bauvolumen (Abmessungen des gesamten Aufbaus) Mit größerer Vorrichtung (Keine Flachbauweise möglich) Tabelle 2: Eigenschaften des Verfahrens Diffused Illumination 2.2.2 Frustrated Total Internal Reflection 2.2.2.1 Aufbau Der Frustrated Total Internal Reflection (FTIR) Aufbau ist dem DI Aufb au sehr ähnlich, unterscheidet sich aber im Beleuchtungsve rfahren, und als Folge dessen auch in der Beschaffenheit der Projektion sschicht. Während bei DI di e Projektionsfläche au s der Richtung des Projektors mit infraroter S trahlung beleuchtet wird, ist beim FTIR- Verfahren die Infrarot-Beleuchtung seitlich an den Rändern des Displays mon tiert. Die Lichtquellen, meist LEDs, geben ihre Strahlung vom Rand aus in eine klare Acrylglas Platte ab. Die FTIR Technik basiert auf dem physikalischen Effekt der Totalreflexion, der dafür sorgt, dass das Licht die Platte vom Rand aus gleichmäßig a usleuchtet (siehe Abbildung 3). Die LEDs werden sowohl von oben als auch unten abgedeckt, sodass keine infrarote Strahlung dire kt zur Kamera gelangt. Da bei diesem Aufbau im Unterschied zu DI-Verf ahren eine klare und keine matte Scheibe zum Einsatz kommt, kann diese die »lichtleite nde« Schicht nicht gleichzeitig als Projektionsfläche benutzt werden. Es ist also eine zusätzliche Projektionsschicht nöti g. Diese kann entweder unter der lichtleit ende n Schicht angebracht werden, wodurch ein unerwünschter Versatz zwischen Bild- und Berühreben e entsteht, oder darüber. In diesem Fall spielt die Materialauswahl eine en tscheidende Rolle, da bei Berührung über die Projektionsschicht der Kontakt zur lichtleitend en Schicht hergestellt werden muss, um das Licht zu brechen, gleichzeitig dü rfen die Schichten nicht aneinande r kleben bleiben, wenn die Berührung endet oder sich der Punkt verschiebt. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 9 Abbildung 3: Schematische Darstellung eine s auf Totalreflexion basierenden Aufbaus 4 2.2.2.2 Funktionsweise Der Effekt der Totalreflexion beruht auf der Tatsache, dass Licht am Übergang zwischen zwei optisch unterschiedlich dichten Medien abhängig vom Winkel in dem es auftrifft, gebrochen wird. Beim Übergang von einem optisch dichteren Medium zu einem optisch dünneren Medium tritt der Effekt auf, dass ein Lichtstrahl der in einem bestimmten Winkel auf diese Grenzfläc he trifft, dabei an dieser vollständig reflekt iert wird. Zu der mit reflektiertem Licht »gefüllten« Scheibe wird an den Berührpunkten Kontakt hergestellt. Abbildung 4 zeigt einen Querschnitt durch die Projektion sfläche, und eine LED, die seitlich in die Scheibe strahlt. Im oberen Bild werden die Lichtstrahlen (rot eingezeichnet) an den Grenzflächen der S cheibe vollständig reflektiert. Das infrarote Licht verlässt die Scheibe nich t. Im unteren Bild berührt ei n Finger die Projektionsfläche. In diesem Bereich findet keine Totalreflexion an de r Scheibe statt und das Licht trifft auf den Finger. Dieser reflektiert einen Teil des Lichtes senkrecht durch die Scheibe hindurch zur Kamera. Der Grund für die Verhinderung der Totalreflexion ist, dass sich zwischen der Acrylplatte und dem Finger keine Luft mehr befinde t. Somit existiert an dieser Stelle kein Übergang zu einem optisch dünneren Medium mehr. 4 Quelle: [Bader 08] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 10 In anderen Bereichen, z.B. der Glasfaser-Übertragungstec hnik, wi rd dieser Effekt ebenfalls genutzt. Hierbei werden Lichtwellen innerhalb eine r transparenten Faser über lange Strecken fast verlustfrei übertr agen. Diese etablierte Technik bildet die »Backbone« des heu tigen Internets. Abbildung 4: Schematische Darstellung des Ef fekts der unterbrochenen Totalreflexion 5 FTIR erkennt keine Objekte die sich über der Proje ktionsfläche befinden, sondern lediglich tatsächliche Berührpunkte. Diese si nd, wie im DI Verfahren beschrieben, mit Hilfe von Bildverarbeitung auswertbar. Di e Filterung kann einfacher durchg eführt werden, da sich Berührpunkte stark von der Umgebung abheben. Diese Technologie wurde insbesondere durch Jeff Han bekannt, dessen Demonstrationen über die Videoplattform »y outube« bereits früh ein breites Publikum fanden. 2.2.2.3 Technische Eigenschaften Bewertungskriterium Wert Tracking fortlaufender Bewegungen Ja Anzahl gleichzeitig detektierbarer Punkte/Bewegungen Beliebig (nur eingeschränkt durch Qualität und Rechenaufwand bei Bewegungsauswertung) Bekannte sensorische Einschränkungen Tageslichtempfindlichkeit, Notwendigkei t zur Anpassung an Umgebungslicht. Kann prinzipiell mit Oberflächenfilter behobe n werden. Berührungsfrei Nein Erkennung von Umrissen Nein (Erkennung nur bei bestimmten Materialeigenschaften und hinreichendem Gewicht möglich) Zuordnung von Bewegungen zu Personen möglich Nein 5 Quelle: [Bader 08] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 11 Auch zeichnen mit Stift möglich Eingeschränkt (Dicke Stiftspitze und geeig netes Material erforderlich) Latenz Abhängig von verwendeter Kamera (geringe Latenzzeiten möglich) Präzision Abhängig vo n ve rwendeter Kamera (hohe Präzision möglich) Bildschirmdiagonale (Größe des Benutzerinterfaces) Geeignet für große und überdimensionale Displays Bauvolumen (Abmessungen des gesamten Aufbaus) Mit größerer Vorrichtung (Keine Flachbauweise möglich) Tabelle 3: Eigenschaften de s Verfahrens Frustrated Total Int ernal Reflection 2.2.3 Projektiv-Kapazitive Verfahren 2.2.3.1 Aufbau In mobilen Geräten werden meist kapazitive Verfahre n eingesetzt, da diese Technologie den Anforderungen an eine kompakte Baufor m sowie an eine zuverlässige Erk ennung auch unter Tageslichteinfluss gerecht wird. Über da s eigentliche Display werden verschiedene transparente Schichten mi t Sende- und Empfangsantennen gelegt. Gemessen werden Spannungen in de n Empfangsantennen, die auf Grund der kapazitiven Kopplung zwischen Sender und Empfänger auftreten. Abbildung 5 veranschaulicht den Aufbau eines projekt iv-kapazitiven Multi-Touch-Displays. Abbildung 5: Darstellung eines projektiv -kapazitiven Multi-Touch Screens 6 6 Quelle: [Bader 08] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 12 Die unterste Schicht besteht hierbei aus eine m regulären Flüssigkristalldisplay. Darüber verlaufen in vertikaler Richtung die tran sparenten Empfangsantennen. An diesen Antennen werden Spannungsänderun gen gemessen. Die Antennen sind vom darunter liegenden Display isoliert, ebenso die Sendeantennen, an denen Spannung anliegt um ein elektrisches Feld zu erzeugen. Es en tsteht eine kapazitive Kopplung zwische n Sender und Empfänger. Die oberste Schich t dient zum Schutz der Antennen und kann zusätzlich zur Entspiegelung des Displays genutzt werden. 2.2.3.2 Funktionsweise Durch Berührung mit einem Finger lässt die kapazitive Kopplung in den umgebenden Bereichen des Bildschirms nach. Anhand des Spannungsabfalls können exakte Druckpunkte ermittelt werden. Die Auflösung be schränkt sich nicht auf die Anzahl der Sende- und Empfangsantennen pro Flächene inheit, sondern ist genauer: Da die gemessenen Spannungen genau bestimmt werden können, kann mit Hilfe bikubischer Interpolation der genaue Aufenthaltsort des Fingers berechnet werden. Beschreibunge n der Funktionsweise von projektiv-kapazitiven Verfahren finden sich in [Trümper 07] und [Wilson 08]. 2.2.3.3 Technische Eigenschaften Bewertungskriterium Wert Tracking fortlaufender Bewegung en Ja Anzahl gleichzeitig detektierbarer Punkte/Bewegungen Prinzipiell beliebig Bekannte sensorische Einschränkungen Verdeckungseffekte (Ghosting 7 ) Berührungsfrei Ja Erkennung von Umrissen Nein Zuordnung von Bewegungen zu Personen möglich Nein Auch zeichnen mit Stift möglich Ja, wenn Stift aus elektrisch leitfähigem Material besteht Latenz Gering Präzision Hoch (aber Parallaxefehler durch Trennung von Sensorik und Display) Bildschirmdiagonale (Größe des Benutzerinterfaces) Geeignet für kleine Displays (Handy, Notebook, Desktop-Monitore) Bauvolumen (Abmessungen des gesamten Aufbaus) Flach Tabelle 4: Eigenschaften des projek tiv-kapazitiv en Verfahrens 7 Ghosting: Die Hardware kann aufgrund der »flachen« Abtast ung getrennt detektierte Berührungs punkte auf der X-Achse nicht eindeutig den zugehörigen Punkten auf der Y-Achse zuordnen. Bei zwei realen Berühru ngspunkten ( . ` ) liefert das Sys tem vier Berührungsevents ( : : ). Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 13 2.2.4 LED Matrix 2.2.4.1 Aufbau Bei einer LED Matrix handelt es sich um ei ne Matrix aus Leuchtdioden (LEDs), die auf einer geraden Fläche aufgespannt wird. Die Leuchtdioden kön nen sowohl als Anzeigemedium mit sehr geringer Auflösung diene n, als auch als Sensoren für die Verfolgung von Fingerbewegungen. Die LEDs müssen hierzu separat angesteu ert werden können. Abbildung 6: Musikinstrument Yamaha Tenori-on mit LED- Matrix-Technologie 8 2.2.4.2 Funktionsweise Da jede LED gleichzeitig auch als Fotodiode genutzt werden kann, ist es nicht nur möglich Bilder auszugeben, sondern auch die Einstrahlung von Licht zu messen. Da LEDs gepulst betrieben werden können, ist schnell es Umschalten beider Betriebsarten möglich. Zur Messung der Helligkeit wird die Zeit gemessen, bi s die zuvor angelegte Spannung auf einen bestimmten Minimalwert fällt. Je h eller die Umgebung, desto schneller fällt die Spannung ab. Wenn die einzelnen LEDs der Matrix unterschiedlich gepulst werden, z.B. jede zweite LED Licht aussendet und die restlichen die Lichteinstrahlung messen, kann die Entfernung eines Objekts anhand der reflektier ten Strahlung bestimmt werden. Die Auflösung ist bedingt durch die Größe der LEDs sehr gering, gerade wenn farbige Bilder dargestellt werden. Dunkle Be reiche im Bild sind von einer Erkennung ausgeschlossen, da unzureichend Licht re flekti ert wird. Dementsprechend sind die 8 Quelle: http://www.heise.de/newst icker/Digitales-Musikinstrument-f uer-kreative-Fin ger--/meldung/109455 Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 14 Nutzungsmöglichkeiten dieser Technologie se hr ei ngeschränkt. Als kostengünstiges Eingabegerät oder zur Realisierung von Benu tzeroberfläch en für Spezialanwendungen, bei denen die gegebenen Einschränkungen nicht relevant sind, sieh e Abbildung 6, kann der Einsatz sinnvoll sein. 2.2.4.3 Technische Eigenschaften Bewertungskriterium Wert Tracking fortlaufender Bewegung en Ja Anzahl gleichzeitig detektierbarer Punkte/Bewegungen Beliebig (Abhängig von Anzahl der LEDs) Bekannte sensorische Einschränkungen Sensorische Auflösung extrem gering, keine Erkennung möglich auf dunklen Displaypunkten Berührungsfrei Ja Erkennung von Umrissen Prinzipiell ja (bei extrem geringer Auflösung) Zuordnung von Bewegungen zu Personen möglich Nein Auch zeichnen mit Stift möglich Nein Latenz Gering Präzision Extrem gering Bildschirmdiagonale (Größe des Benutzerinterfaces) Klein Bauvolumen (Abmessungen des gesamten Aufbaus) Flach bis mittel Tabelle 5: Eigenschaften des Verfah rens LED Matrix 2.2.5 Infrarot-Lichtvorhang 2.2.5.1 Aufbau Bei diesem Verfahren wird ei n flacher »Lichtvorhang « aus infrarotem (IR) Licht über einer Glasplatte aufgespannt. Die als Lichtquell e dienenden IR-Leuchtdioden sind aufgereiht an zwei nicht gege nüberliegenden Seiten des Displa ys oder des Rahmens angebracht, die Empfangseinheit en (IR-Licht-Detektoren) an den entsprec hend gegenüberliegenden Seiten. Diese Tec hnik ermöglicht einen flachen Aufbau und ein e völlig transparente berührun gsempfindliche Fläche. Da es sich um ein optisches Verfahren handelt, bei dem keine Projekto ren oder Kameras verwendet werden, sind sehr geringe Bauvolumen möglich (circa 5-20mm). 2.2.5.2 Funktionsweise Die transparente Glasoberfläche ist bei di esem Verfahren passiv, bei großen Ausführungen wird sie in manchen Fällen auch weggelassen. Sie bildet ledi glich eine Auflagefläche für den Benutzer und dient zum Schutz des eigentlichen, darunterliegenden Displays. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 15 Jeder IR-Leuchtdiode ist eine Empfangs einhei t auf der gegenüberliegenden Seite zugeordnet. Beim Touch auf die Glasplatte werden bestimmte IR-Leichtdioden verdeckt und für ihre Empfangseinheiten unsichtbar. Jedem Berührungspunkt s ind somit zumindest zwei verdeckte IR-Leuchtdioden in X- und Y-Richtung zugeordnet. Die Größe des berührenden Objekts ist bestimmt durch die Anzahl der ve rdeckten Lichtquellen. Eine Stiftspitze verdeckt beispiels weise nur jeweils eine Lichtquelle in X- und Y-Richtung, eine Hand eine ganze Reihe von Lichtquellen. Es lässt sich somit der Umfang von Objekten erkennen, je doch nicht die exakten Konturen. Nachteil dieses Verfahrens sind Abschattungs effekte und »Ghost Touc hes«, ähnlich wie bei kapazitiven Verfahren. Werden zwei ode r mehr Punkte »zeitgleich« erkannt, kann das System nicht feststelle n, welcher der Y-Werte zu welchem X-Wert gehören. Das Resultat bei zwei Punkten sind beispielsweise 2 korrekt erkannte Punkte und zwei »Ghost Touches«, also insgesamt 4 Punkte. Fehl er treten ebenfalls auf, wenn sich zwei oder mehr sich bewegende Punkte auf der Werte-Achse X und/oder Y kreuz en. Beim Kreuzen geht die korrekte Zuordnung der X- zu Y-Werte verloren. Den sich kreuzenden Punkten wird dann ein X- oder Y-Wert des anderen Punkts zugeordnet. Diese Phänomene treten sehr häufig auf, können jedoch zum Teil softwareseitig korrigiert werden. Abbildung 7: Funktionsprinzip des Infrarot-Lichtvorhangs 9 2.2.5.3 Technische Eigenschaften Bewertungskriterium Wert Tracking fortlaufender Bewegungen Ja 9 Quelle: http://inexio.co.kr/image/pd1.jpg Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 16 Anzahl gleichzeitig detektierbarer Punkte/Bewegungen 2 Bewegungen Bekannte sensorische Einschränkungen Verdeckungseffekte (Ghosting) Berührungsfrei Ja Erkennung von Umrissen Eingeschränk t (Umfang erkennbar, jedoch keine exakten Konturen) Zuordnung von Bewegungen zu Personen möglich Nein Auch zeichnen mit Stift möglich Ja Latenz Gering Präzision Hoch (aber auftrete n von Parallaxefehlern durch räumliche Trennung von Display und Sensorik) Bildschirmdiagonale (Größe des Benutzerinterfaces) Geeignet für alle Displaygrößen Bauvolumen (Abmessungen des gesamten Aufbaus) Flachbauweise möglich Tabelle 6: Eigenschaften des Ve rfahrens Infrarot-Lichtvorhang 2.2.6 Laser Light Plane Auch bei dieser Multi-Touch-Technologie komm t Infrarotlicht zum Einsatz. Abgesehen von der Art und Weise, wie die Fingerspitze n mit infrarotem Licht beleuchtet werd en, ist die Laser Light Plane (LLP) bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise mit den Verfahren FTIR und DI identisch. Hier we rden jedoch ein oder mehrere Lasermodule verwendet, die mit Hilfe einer aufgesetzten, spezielle n Linienlinse, eine Fläche aus Infrarotlicht über der Oberfläche des Disp lays aufspannen. Durchbricht etwas diese Fläche, so kann die Infrarotkamera dies erke nnen und die Punkte können berechne t werden. Abbildung 8: Laser Light Plane Methode – Ein Finger bricht die vom Infrar ot-Laser aufgespannte Lichtfläche und reflektiert Lich t Richtung Kamera 10 10 Quelle: [Ruff 08] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 17 2.2.6.1 Technische Eigenschaften Bewertungskriterium Wert Tracking fortlaufender Bewegungen Ja Anzahl gleichzeitig detektierbarer Punkte/Bewegungen Beliebig (nur eingeschränkt durch Qualität und Rechenaufwand bei Bewegungsauswertung) Bekannte sensorische Einschränkungen Abschattungseffekte möglich Berührungsfrei Ja Erkennung von Umrissen Ja (ei ngeschränkt durch Abschattungseffekte) Zuordnung von Bewegungen zu Personen möglich Nein Auch zeichnen mit Stift möglich Eingeschränkt (dickere Stiftspitze erford erlich) Latenz Abhängig von verwendeter Kamera (geringe Latenzzeiten möglich) Präzision Abhängig von ve rwendeter Kamera (hohe Präzision möglich) Bildschirmdiagonale (Größe des Benutzerinterfaces) Geeignet für große und überdimensionale Displays Bauvolumen (Abmessungen des gesamten Aufbaus) Mit größerer Vorrichtung (keine Flachbauweise möglich) Tabelle 7: Eigenschaften des Verfahrens Laser Light Pl ane 2.2.7 Infra Red Light Plane Ein weiteres Multi-Touch-Verfahren ist die IR Ligh t Plane (IRLP). Technisch und bezüglich der Funktionsweise ähnelt das Verfahren stark dem IR-Lichtvorhang (vgl. Kapitel 2.2.5), allerdings unterschei det sich das Verfahren im Aufbau. 2.2.7.1 Aufbau Beim IRLP Verfahren befinden sich zwei Sensor/Emitter-Module in zwei gegenüberliegenden Seiten der Multi-T ouch-Oberfläche. Die in den Modulen integrierten Emitter spannen einen Lichtvorhang über die Bildsc hirmfläche auf, Unterbrechungen der Lichtfläche werden v on den ein gebauten Sensoren erkannt und mittels komplexer Algorithmen zu Bewegungsd aten umgerechnet. Dies ist notwendig, da es durch den Aufbau zu optischen Verz errungen kommt und Effekte, die durch das Umgebungslicht auftreten, nachträg lich herausgerechnet werden müssen. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 18 Abbildung 9: Einbau eines Infra Red Light Plane Rahmens in ein Standard LCD Display 11 Abbildung 10: Infrarot-Emitter und -Sensor 12 2.2.7.2 Technische Eigenschaften Bewertungskriterium Wert Tracking fortlaufender Bewegungen Ja Anzahl gleichzeitig detektierbarer Punkte/Bewegungen 2 (durch algorithmische Eliminierung von Verdeckungseffekten) Bekannte sensorische Einschränkungen Verdeckungseffekte Berührungsfrei Ja Erkennung von Umrissen Ja Zuordnung von Bewegungen zu Personen möglich Nein Auch zeichnen mit Stift möglich Ja Latenz Gering Präzision Hoch Bildschirmdiagonale (Größe des Benutzerinterfaces) Geeignet für kleine und große Displays Bauvolumen (Abmessungen des gesamten Aufbaus) Flachbauweise möglich Tabelle 8: Eigenschaften des Verfahrens Infra Red Light Plane 11 Quelle: http://www.nextwindow.com /website_graphics /2101_overview.png 12 Quelle: http://www.nextwindow.com/websi te_graphics/1900_solidwr ks_corner_200w.gif Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 19 2.3 Vergleich und Bewertung Die vorgestellten Verfahren unterscheiden sich in vielen Bereichen sehr stark voneinander. Die Eignung der einzelnen Technologien is t stark vom geplanten Einsatzbereich und Anwendungsfall sowie den daraus resultierenden Anford erungen abhängig. Dies betrifft wesentliche technischen Eigenschaften von Multi-Touch- Hardware, wie etwa die benötigte Bildschirmgröße und das Bauvolumen, di e Anzahl simultan detektierbarer Bewegungen, sowie di e Tageslichttauglichkeit. Während die Rückprojektionsverfahren wie FTIR, DI und LLP ausschließlich für große und statische Bildschirme geeignet sind, rich ten sich kapazitive Verfahren primär an kleine, mobile Geräte. Bedingt durch de n Minimalabstand zwischen Projektor und Projektionsfläche ist bei den Verfahren FTIR , DI und LLP ausreichend Platz in der Tiefe notwendig. Die Transportfähigkeit bei so lchen auf Rückprojektion beruhenden Verfahren ist daher bei großen Bildschirmdiagonalen nur eingesch ränkt gegeben. Da die Erkennung von Bewegungen mit Hilfe von IR-Strahlung erfolgt, ist ein Betrieb im Freien oder hell beleuchteten Räumen ohne spezielle Oberflächenfilter nicht möglich, da Sonnenlicht intensives IR Licht aussendet und sonst Berührpunkte nicht mehr von der Umgebung unter scheidbar sind. Kapazitive Verfahren sind hingegen unempfindlich gegenüber externen Lichtquellen und deshalb auch im Freien ohne Beeinträch tigung der Sensorik nutzbar. In Sachen Skalierbarkeit im Verhältnis zum Preis punkten Rückproj ektionsverfahren. Unter Verwendung eines hochauflösenden Projektors und höherwertigen Kam eras oder auch mehreren Projektoren und Kameras können extrem große Bilddiagonalen realisiert werden. Kapazitive Verfahre n in vergleichbarer Größe wären hingegen deutlich kostspieliger und sind zudem momentan nicht auf dem Markt verfügbar. Während die Herstellung kapazitiver Multi-Touch-Screens industrielle Fertigungsverfahren erfordert, können FTIR, DI und LLP Schirme auch im Eigenbau gefertigt werden. Im Internet finden sich hierzu zahlreiche Anleitungen und Erfahrungsberichte. Auch die kamera- und rückprojektionsbas ierten Infrarot-Verfahr en FTIR, DI und LLP unterscheiden sich in einigen rele vanten Punkten untereinander. Mit DI können nicht nur Berührpunkte festge stellt werden sondern auch Objekte oder Marker, die sich unmittelbar über der Pr ojektionsfläche befinden, erkannt werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Hände zu erkennen und die Berührpu nkte den jeweiligen Händen zuzuordnen, was für die Realisierung von Mu lti-User-Anwendungen einen Vorteil im Zusammenhang mit der Auswertung von Steuerungsgest en darstellt. Sowohl DI als auch LLP ermöglichen die berührungsfreie Nutzung, bei der Anwend er keinen Mindestdruck auf die Berührungssensitive Fläche ausüben muss, und eine leichte Berührung ausreicht. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 20 Eine Besonderheit im Umfeld der infrarotba sierten Multi-Touch-Technologien stellt der IR-Lichtvorhang dar. Da hier die Sensorik nicht unter der Bildschirmfläc he sondern an den Rändern darauf angebracht ist, sind diese Verfahren sehr fü r die Montage auf herkömmlichen Flachbildschirmen geeignet. Die Bautiefe ist dabei sehr gering. Ein wesentlicher Nachteil des Verfah rens hingegen ist die eingeschränk te Multi-Touch Fähigkeit , da es gerade aufgrund der seitlich angebrachten Sensori k zu Verdeckungseffekten durch die Finger ko mmt (Ghosting), und dadurch in der Regel lediglich zwei Finger gleichzeitig zu verlässig detektiert werde n können. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 21 3 Multi-Touch Hardware Das Kapitel Hardware beschreibt exemplaris ch die im Studienzeitraum auf dem M arkt verfügbaren und angekündigten Multi-To uch Produkte (Stand Januar 2009). Die Hardwareprodukte wurden analysiert und anhand der Technologie-Kriteri en bewertet. Dabei spielen die verwendete Technologie, die Kosten und die Integrierbarkeit in andere Systeme eine zentrale Rolle. Es w i rd dabei grundsätzlich unterschieden, ob die Hardware »offen« verfügbar, ode r »geschlossen« in einem Gesa mtsystem integriert ist. Offene Systeme bestehen häufig lediglic h aus der Komponente »Di splay«, die zur Realisierung eines Multi-Touch fähi gen Systems benötigt wird. Andere Systemkomponenten wie Rechner und Peripheri e werden hier zusätzli ch benötigt. Im Gegensatz dazu stellen geschlossene System e Gesamtlösungen dar, die ohne w eitere Komponenten eingesetzt werden können, jedoch auch häufig bestimmte Einschränkungen in der Erweiterbarkeit imp lizieren. Die Hardw areprodukte werden erst getrennt beschrieben und bebildert, später in einer Tabelle anhand der Technologie- Kriterien gegenüber gestellt und verglichen. Die Entwicklung neuer Hardwa reprodukte mit bekannten Technologien, aber auch mit neuartigen Technologien, schreitet rasant voran. Aus diesem Grund sind die hier beschriebenen Hardwarelösung als Beispiele für bes timmte Hardwareausführungen und Bauvolumina zu verstehen. Es erscheinen regelmäßig neue Hardwareprodukte auf dem Markt, die sich jedoch häufig in eine der beschriebenen Ausführung en einordnen lassen. Ebenso schnell verschwinden angebot ene Lösungen wieder oder werden durch neue ersetzt. Maßgeblich zur Bestimmung der Hardwareprodukte ist wieder die verwendete Basistechnologie für die Umsetzung der Multi-Touch -Funktionalität. 3.1 Beschreibung der Hardware-Systeme 3.1.1 Apple - iPhone Das iPhone von Apple gilt als bislang beka nntestes Multi-Touch -Gerät. Die Oberfläche des Smartphones besteht anders als bei bish erigen Mobiltelefon-Generationen l ediglich aus einem großen kapazitiven Multi-Touch-Display. Die Bedienung erfolgt primär du rch Interaktion mit dem Display durch Single- und Multi-Touch-Gesten, am Gerät sind nur wenige Tasten angebracht. Durch das bereits veröffentlichte Software Developer Kit (SDK) lassen s ich eigene Anwendungen für das iPhone programmieren. Dabei kann beispielsweise direkt auf die Daten der Touchpunkte auf dem Display und des Neigungssensors zugegriffen werden. Das iPhone stellt eine solide Basis da r, um eigene Multi-Touch-Anwendungen prototypisch auf einem mobilen Gerät umzusetzen und zu testen. 13 13 Vgl. http://www.apple.com/de/iphone Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 22 Abbildung 11: Das Mobiltelefon »iPhone« mit Multi- Touch-empfindlichem Display Abbildung 12: Das Display ist mit Folienschichten überzogen, die kapazitiv Berührungspunkte erkennen 14 Abbildung 13: Die Steuerung mit Single- und Multi-Touch-Gesten 15 3.1.2 Dell - Latitude XT Das Notebook Latitude XT von Dell verwe ndet eine ebenfalls kapazitive Display- Oberfläche aus dem Hause N-Trig. 16 Die Softw are im Lieferumfang beschränkt sich auf Single-Touch Anwendungen unter Windows Vista. Mit dem neuen Treiber ist das Display auch für Multi-Touch verwendbar (Stand November 2008). Die Touch- Funktionalität kann mit den Fingern oder einem speziellen Stift genutzt werd en. Vorteil des Systems ist die Kombinati on aus 12.1 Zoll Multi-Touch-Display und kompakter Dell Notebook-Hardware. Das Display kann gekippt und gedreht werden, jedoch nicht komplett abgekoppelt werden. Aufgrund der Displaygrö ße und Einbauform eignet sich das System nur bedingt für M ultiuser Anwendungen. 14 Quelle: http://static.howstuf fworks.com/gif/iphone-11.gif 15 Quelle: http://setupmac.com /images2/iphone-pinch.jpg 16 Siehe auch www.n-trig.com Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 23 Dennoch kann das Latitude XT als leist ungsstarkes, kompaktes u nd transportables Gesamtsystem verwendet werden, ohne dass zusätzlic he Hardware für den Betrieb benötigt wird. 17 Abbildung 14: Dell Latitude XT mit schwenkbarem Display 18 Abbildung 15: Dell Latitude XT als »Tablet PC« 19 3.1.3 Microsoft - Surface Der Multi-Touch-Tisch »Surface« von Microsof t mit einer Bilddiagonalen von 3 0 Zoll ermöglicht aufgrund seiner Größe eine Interaktion durch mehrere Nutzer gleichzeitig. Dieses geschlossene Gesamtsystem ist konzip iert für kollaborative Aufgaben im Bereich Freizeit und Arbeit. Das System basiert auf Rückprojektion und der Diffused Illumination (DI) Technologie. Surface stellt ein Gesamtsystem dar mit integriertem Rechne r und Projektionseinheit dar. Microsoft bezeich net diese neue Systemform als »Surface Computing«. Der Multi-Touch-Tisch hat die Maße eines kleinen Couch-Tischs u nd kann aufgrund der horizontalen Ausrichtung der Projektionsfläche von allen Seiten b etrachtet und bedient werden. Dies ermöglicht den Nutzern sich um den Tisch zu versammeln und gleichzeitig zu interagieren. Die verwendete Technologie DI ermöglicht eb enfalls das Erkennen von Gegenständen, die auf der Projektionsfläche platziert werden mi ttels visueller Objekterkennung. Angedacht ist auch eine kabellose Daten übertragung (beispielsweise mittels RFID, Bluetooth). Surface nutzt dies für die Kommunika tion mit externer Hardware wie Digitalkameras, Mobilfunkgeräten u nd Mediaplayern. Die visuelle Objekterkennu ng erfolgt durch Tags, die auf der Unterseite der Objekte angebracht sind, ebenso kön nen Umrisse erkannt werden. Mit den verw endeten »Domino-Tags« lassen sich standardmäßig 256 Objekte erkennen und verfolgen. 20 17 Siehe auch http://www.dell.com/tablet 18 Quelle: http://blog.bluefur.com/wp -content/uploads/2008/03/dell-xt.png 19 Quelle: http://www.dell.com/downloads/gl obal/corporate/press/ lat_xt_open_flat .jpg 20 Siehe auch http://www.microsoft.com/surf ace/index.html Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 24 Abbildung 16: Micr osoft Surface PC 21 Abbildung 17: Funktionsprin zip Microsof t Surface PC 22 Abbildung 17 zeigt den Aufbau eines Microsoft Surface Tisches. Der Index (1) zeigt die horizontale Projektions- und Interaktionsfläc he, die von einem herkö mmlichen Beamer (4) bestrahlt wird. (2) stellt eine Infrarot-Lichtquelle mit 850nm Wellenlänge, die Projektionsfläche gleichmäßig ausleuchtend, dar. Der Index (3) zeigt 4 Sensoren (Kameras mit einer Auflösung von 1280x960), die von Finger oder Objekt reflektiertes infrarotes Licht aufnehmen. Die integrierte Rech eneinheit ist ein handelsüblicher PC mit einem Core 2 Duo Prozessor, 2GB Arbeit sspeicher, einer 256MB Grafikkarte, sowie WiFi und Bluetooth. Der PC sendet das zu projizierende Bild an den Beamer und verarbeitet die Rohdaten der IR-Sensoren (vgl. [Derene 07]). Das Produkt Surface ist mittlerweile als »stand alone« Version und in Kombination mit einem Developer Kit erhältlich. 3.1.4 IntuiLab - Intuiface Multi-Touch Tisch Der Hard- und Softwareanbieter IntuiLab bietet die Gesamtlösung »Intuiface« an, die eine Hard- und Software-Plattform darst ellt, um explizit Multi-User Touch- Anwendungen zu realisieren. Im Moment führt IntuiLab zwei Multi-Touch Tische (genannt Intuiface 1G und 2G) mit 40 und 45 Zoll Bildschirmfläche. Die Tisc he basieren vermutlich auf FTIR Technologie. Das Bauvolumen entspricht dem eines klei nen Tischs (110x90x90cm, bzw. 140x96x95cm). Im Gegens atz zum Microsoft Surface erfolgt die Nutzung im Stehen. 21 Quelle: Microsoft Pressebild , http://blogs.guardian.co.uk/technology/microsoftmilan.jpg 22 Quelle: http://www.popularmechanics.co m/technology/industry/4217348.html?page=2 Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 25 Es wird außerdem ein Software-Kit, genann t IntuiKit angeboten, dass die Entwicklung von Multi-Touch-Applikationen mit WPF (W indows Presentation Foundation), Adobe Air oder Perl ermöglicht. IntuiLab versteht sich als Hersteller von Gesamtsystemen und Anbieter von Programmierleistung und verkauft deshalb den Intuiface nur als Option mit ei nem Softwareentwicklungsauftrag oder »Intui face Presentation Manager« Software. Die Hardware ist ausdrücklich nicht als »stand alone« erhältlich. 23 Abbildung 18: Der Intuiface Multi-Touch Tisch mit einer Beispiel-Applikation 24 3.1.5 Evoluce – Multi-Touch-Terminal Evoluce (ehemals »Lumin«) ist eine in Deutschland bei München ans ässige Firma spezialisiert auf Projektionsdisplays. Angebot en wird als Serienversion ein 22 Zoll großes Display basierend auf einem LCD Screen kombi niert mit der DI Technologie mit mehreren Kameras zur Touch-Erkennung. Dies e Kombination ermöglicht eine geringere Bautiefe als es bei anderen Modelle mit Di oder FTIR Technologie ist. Laut Evol uce sind Touch-Displays mit Bautiefe von circa 20-30 cm möglich. Dank einer speziell en Filterfolie sind die Screen s tageslichttauglich. Die verwendete Technologie-Variante ermöglicht es theoretisch, eine unbeg renzte Anzahl von Touch-Punkten zu erfassen. Zudem können Touch-Pu nkte einer Hand 23 Siehe auch http://www.intuiface.com/index.php 24 Quelle: http://www.intuiface.com/images/sto ries/bruaursebtel.jpg Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 26 zugeordnet werden, Objektformen erkannt we rden und berührungslose Interaktion bei Annäherung statt finden. Es ist ebenfalls möglich den Screen als eine Art Scanner zu verwenden, mit dem aufliegende Objekte farbig abg escannt werden. Das Gesamtsystem kann in ein Terminal eingebau t werden mit integrierter Rechnerkomponente aus dem Ha use Apple (Mac Mini) oder als separates Touch-Display verwendet werden. Evoluce bietet ein umfangreiches Softwarepaket an, das aus dem Tracker, Beispiel-Anwend ungen (Google Earth MT, Photo Anwendung, Malen) und Bibliotheken für verschieden Programmiersp rachen bestehend. Dazu zählt auch die Umgebung Adobe Flash mit ActionScript3, auf deren Basis eigene Proto typen entwickelt werden können. Das 22 Zoll Modell liegt preislich bei 6000 Euro. Neben der 22 Zoll Variante werden beliebige kundenspezifische Modelle angeboten, mit einer Größ e von bis zu 100 Zoll. Auch eine zweite Serienvariante mit 42 Zoll ist verfügbar. 25 Abbildung 19: Evoluce Multi-Touch 26 Abbildung 20: Bauvolumen ei nes Multi-Touch Terminals 27 3.1.6 »Open Source Projekt« – CUBIT CUBIT ist ein Open Source Projekt und beschreibt den Eigenbau ein es Multi-Touch- Tischs ähnlich dem Microsoft Surface PC. Die St andard-Displaygröße beträgt 33 Zoll. Die einzelnen Bauteile kosten zusammen circa 1 500-2500 Euro inklusive Projektor. Dieser Eigenbau ordnet sich somit preislich deutlich u nter dem Microsoft Surface ein. Ein Vorteil ist die Leichtbauweise des CUBITs. Der Kasten besteht aus dünnen Kunststoffwänden und einer halbtransparenten Kunststofffläche, auf die das Bild projiziert wird. 28 Auf der Webseite wird ein »Touchkit« zum Bauen eines Tisches angeboten, welches jedoch noch um zusätzliche Komponenten ergänzt werden muss (Stand Oktober 2009). 25 Siehe auch http:// www.evoluce.com 26 Quelle: http://www.lumin.de /multitouch/images/mt05.jpg 27 Quelle: http://www.lumin.de /multitouch/images/mt04.jpg 28 Vgl. [Cubit 08] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 27 Abbildung 21: Version des Eyebeam CUBIT Multi-Touch-Tischs 29 3.1.7 Natural User Interface – Horizon Multi-Touch Termi nal Die Firma Natural User Interfaces (NUI) entst and aus Mitgliedern einer Multi-Touch Open Source Community. Sie ist in Schweden ansässig und hat sich auf die Hers tellung von Multi-Touch-Terminals und -Software spez ialisiert. Erhältlich ist ein 42 Zoll Multi- Touch-Terminal mit integriertem Rechner und Softwarepaket (Tracker, Beispielanwendungen wie Karten, Spiele und Simulationen) und ein e API. Eine Projektor-basiertes FTIR Verfahren wird verwendet, um Multi-Touch-Eingaben zu ermöglichen. Die Firma hat Verbindungen zur Open Source Community »NUI Grou p« 30 und kann damit auf ein breites Wissen und zahlreiche Konstruktions-Beispi ele zurückgreifen. Laut Hersteller ist de r Multi-Touch-Tisch vandal ensicher. Das Bauvolumen ist ähnlich dem des Intuiface Multi-Touch-Tisches. Neben dem Terminal bietet NUI maßgeschneid erte Lösungen an, wie horizontal oder vertikal ausgerichtete Projektionsflächen. 31 29 Quelle: http://www.netzwelt.de/im ages/articles/eyebe am-cubit-1210079467.jpg 30 Siehe auch http://nuigroup.com 31 Siehe auch http://www.natural-ui.com Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 28 Abbildung 22: Horizon Multi-Touch-Term inal von Natural User Interfaces 32 3.1.8 GestureTek – Multi-Touch Tische und Displays GestureTek ist eine in den USA ansässige Firma mit Fokus au f interaktive Displays und gestenbasierte Interaktion und bietet dafür Hard- und Softwarekom ponenten an. Die Hardware reicht von großen Multi-Touch- Tischen zu vertikalen Wand-D isplays und kleineren Kiosks. GestureTek versteht si ch als Lieferant von maßgeschneiderten Lösungen. Die Software und Hardwar e werden je nach Bedarf individuell entwickelt . 33 Abbildung 23: Multi-Touc h Tisch von GestureTek 34 32 Quelle: http://www.natural-ui .com/solutions/products.html 33 Siehe auch http://www.gesturetek.com/illumi nate/productsolutions_illuminatetable.php 34 Quelle: http://www.gesturetek.com/images/gest pt/productsolutions/illuminatetable_concept.jpg Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 29 Abbildung 24: horizontale Wand installation von GestureTek 35 3.1.9 Nexio – Touch Screen Frames und Touch Display s Die Firma Nexio vertreibt Multi-Touch fähige Rahmen und Displays in den Größen 1 0.4 Zoll bis 100 Zoll. Die Touch-Rahmen bestehen im Gegensatz zu den Displays lediglich aus einem Rahmen mit den Hardwareko mponenten darin, und eventu ell einer stabilisierenden Glasscheibe. Dieser Rahm en und kann beliebig über oder vor einer Projektionsfläche oder einem Display mont iert werden. Zur Erkennu ng wird bei den großen Displays das Verfahren »I nfrarot-Lichtvorhang« verwendet . Lediglich kleine Displays von 10.4 bis 15 Zoll arbeiten mit kapazitiver Erkennung. 36 Die kompletten Displays haben ein flaches Bauvolumen, ähnlich dem eines herkömmlichen TFT-Monitors. Die Touch-empfind liche Fläche befindet sich direkt über der Bildfläche, was sich positiv auf die Gena uigkeit bei der Interaktion mit dem Display auswirkt. Das Bauvolumen der Rahmen ist mit einer Höhe von circa 10mm sehr gering. Si e können somit gut und flexibel montiert werden. Anders als bei der V ersion mit integriertem Display muss hier jedoch darauf geachtet werden, dass die Touch- empfindliche Oberfläche aufgrund des Aufb au-Prinzips je nach verwendetem Display räumlich von der Bildfläche ge trennt ist. Bei wachsendem Abstand wi rd es für den Benutzer schwieriger, in den Eckbereichen des Rahm ens präzise auf Objekte zu zeigen, und es treten Parallaxefehler auf. Bei de r Montage eines Touch-Rahmens is t somit darauf zu achten, dass er möglichst nahe , parallel zum Displa y angebracht wird. Bei den größeren Displays und Rahmen, di e Infrarot-Technologie verwenden, kann wahlweise mit dem Finger, Stift oder andere n Objekten interagiert werden. Das erzeugen eines detektierbaren Berühr ungspunktes erfordert keine Kraft, da lediglich der hauchdünne Lichtvorhang durchbrochen werden muss. 35 Quelle: http://www.gesturetek.com/illuminate 36 Siehe auch www.nexiotouch.com Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 30 Abbildung 25: Ein auf ein beliebiges Display montierbarer Rahmen von Nexio 37 Abbildung 26: Die verwendete Technologie »IR-Lichtvorhang« ermöglicht eine flache Bauw eise der Nexio Touch-Rahmen 38 Abbildung 27: Nexio Touc h Screen »NEX Serie Industrie«, erhältlich in 10.4-19 Zoll 39 Abbildung 28: Nexio Touch Scre en »NOP Serie Industrie«, erhältlich in 15-19 Zoll 40 Der Hersteller Nexio hat für seine Touch-Disp lays und -Rahmen eigene Filter entwickelt, die sie ausfallsicherer gegen Tageslicht machen. Die Filter ermöglichen dadurch einen Einsatz der Technologie im Außenbereich. 41 Mit dem Gerät wird eine Programmierschnittstelle zur Verfügung gestel lt, die es ermöglicht, auf die Rohdaten zuzugreifen und eigene Interfaces zu programmieren. 37 Quelle: http://www.nexiotouch.com/components/com_virtu emart/shop_image/product/55dc3dce989106fcfc2 5feaea5d8c735.jpg 38 Quelle: http://inexio.co.kr/image/pd1.jpg 39 Quelle: http://www.nexiotouch.com/components/com_vir tuemart/shop_image/product/8e27854972879f8373104 3ab4bc5e24c.jpg 40 Quelle: http://www.nexiotouch.com/components/com_virtuem art/shop_image/product/20e7cf3f26f7 7dea9e1523ffa41e185e.jpg 41 Siehe auch http://www.nexiot ouch.com/content/view/24/1/ Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 31 3.1.10 NextWindow – Multi-Touch Displays und Rahmen Die Produkte von NextWindow sind den von Ne xio ähnlich. Sie verwenden ebenfall s eine optische Erkennung der Touch-Punkte mittels Infrarot, jedoch die Technologie »Infra Red Light Plane«. Über der Interakt ionsfläche wird mittels zweier »Infrarot- Sensoren« in den beiden oberen Ecken eine Lich tfläche aufgespannt (Bauteil enthält IR- Emitter und IR-Sensor). Die Sensoren in den Ec ken erfassen Störungen (die Touch- Punkte) in der projizie rten IR-Lichtfläche. Das Bauvolumen ist auch hier sehr gering mit 9mm zusätzlich zu der Glasscheibe. Diese sehr flache Ausführung ermöglicht bei einige n LCD Displays den Einbau in das Display- Gehäuse zwischen Frontblende und Display-Screen. Abbildung 29: Einbau eines flachen NextWindow Touch Rahmens in ein Standard LCD Display 42 Abbildung 30: Infrarot-Emitter und -Sensor in den NextWindow Touch Displays und Rahmen 43 Die NextWindow Touch-Displays und -Rahmen sind erhältlich in den Größen von 30 Zoll-120 Zoll, auf Wunsch auch Sondergrößen. Bei der optischen Erkennung ist kei n hoher Druck auf die Interaktionsfläche nötig und es können beliebige nicht- transparente Objekte zur Interaktion genutzt werd en (Finger, Stift, Handschuh, etc.) Wie beim Nexio wird eine transparente Glasscheib e als Träger verwendet. NextWindow stellt zum Touchscreen eine USB Schnittstelle, die die Rohdaten bei Touch-Interaktion zur Verfügung stellt. Es können somit eigene Interfaces programmiert werden. 44 42 Quelle: http://www.nextwindow.com /website_graphics /2101_overview.png 43 Quelle: http://www.nextwindow.com/websi te_graphics/1900_solidwr ks_corner_200w.gif 44 Siehe auch http://www.next window.com/products/index.html Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 32 Abbildung 31: Next Window Touch Frame 45 Abbildung 32: Installation eines NextWindow Multi-Touch Frames vor einem Monitor 46 3.1.11 Interactive Display s – Multi-Touch Rahmen, Displays und Folien Die Firma Interactive Displays GmbH mit Sitz in Off enbach bei Frankfurt ist kein Hardware-Hersteller an sich, vertreibt jedoch interess ante Lösungen für verschiedene Anwendungsszenarien. Auch Displays- und Rahmen des Herstellers Ne xtWindow werden angeboten. Neben den Displays und Rahmen bietet die Interactive D isplays GmbH verschiedene Klebefolien auf Basis oberflächenkapazitiver Tec hnologie an. Die Folien werden von innen auf eine Glasscheibe geklebt u nd können wahlweise mit einem Display oder einer Rückprojektion mit Bildinhalt en gefüllt werden. Der Hersteller der Folien wird nicht genannt. Aktuell unterstützt der Treiber nur Single-Touch Eingaben. Technisch sind die Folien auf oberflächen kapazitiver Basis nach Modifizierung des Treibers und Filterung der Ghosting Eff ekte Dual- und bedingt Multi- Touch fähig. 47 Abbildung 33: Touch-empfindliche Folie 48 Abbildung 34: Montage der Folie auf Rückseite einer Glasscheibe 49 45 Quelle: http://www.nextwindow.c om/new_shared/2150_branded.jpg 46 Quelle: http://www.nextwindow.com /website_graphics/2400_solution.jpg 47 Siehe auch http://www.intera ctive-displays.de/de/loesungen 48 Quelle: http://www.interactive-disp lays.de/img/content_box_folie2.gif 49 Quelle: http://www.interactive-displ ays.de/img/content_box_folie.gif Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 33 Abbildung 35: Anwendung an einer 100 Zoll Scheibe im Format 16:9 50 3.1.12 Albatron – Multi-T ouch Displays Der Hersteller Albatron stellte auf der Messe »Computex« 2008 ein 22 Zoll Multi-Touch Display vor, das wie die Lösungen von Ne xtWindow einen Infrarot-Lichtvorhang zu r Erkennung verwendet. Die Emitter und Sensoren sind ebenfalls in den Ec ken angebracht. Größere Displays mit Maßen von 24 Zoll und aufwärts benötigen einen weiteren Sensor in der Displaymitte. Das Ziel Albatrons ist es, ein Multi-Touch Display anzubieten, dass nur knapp 20 Prozent teurer ist, als herkömmliche Disp lays. Die verwendete Technologie ist laut Hersteller sehr günstig. Die Kosten des En dprodukts sollen somit rund 60 Prozent unter denen anderer Multi-Touch-Hard ware auf dem Markt liegen. 51 Bislang ist noch keine kommerzielle Ve rsion auf dem M arkt erschienen (Stand Dezember 2008). Abbildung 36: Albatron Multi-Touch Display 52 50 Quelle: http://www.interactive-displays .de/img/conte nt_box_schaufenster.g if 51 Vgl. [WiFu 08] 52 Quelle: http://www.tomshardware.c om/de/fotostrecken/Alb atron-Multi-Touch,0101-1 07893-0-2-3-0-jpg-.html Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 34 3.1.13 LG.Philips LCD - Multi-Touch Display Das Joint Venture LG.Philips LCD stellte auf der Messe CES 2008 ein 52 Zoll Multi- Touch-Display mit einer Auflösung von 1920 × 1080 Bildpunkten vor, sowie eine Kombination aus vier baugleichen 42 Zoll Displays mit der selben Auflösung. Die verwendete Technologie basiert laut Her ste ller auf Infrarotsensoren mit denen zwei Punkte erfasst und verfolgt werden können. Laut Angaben sollen sich die 42-Zo ll-Displays mit einem transflektiven Flüssigkristallschirm für den Einsatz bei Tageslicht eign en. Er reflektiert das Umgebungslicht und soll so eine sehr hohe Leuchtdichte von 1500 cd/m 2 erreichen. Die Displays werden noch nicht kommerziell verkauft und sind auch nicht online im Produktkatalog zu finden. 53 Abbildung 37: LG-Phillips LCD Multi-Touch-Display auf des CES 2008 54 3.1.14 Perceptive Pixel – Multi-T ouch Wall Die Multi-Touch Wall von Perceptive Pixel basiert auf der FTIR Tec hnologie, die vom Gründer Jeff Han entwickelt wurde. Seit Oktober 2007 werden für rund $100.000 Einzelstücke des Produkts angeboten, bisla ng ist keine Produktion in größerer Stückzahl gestartet. Auf der Internetseite von Perceptive Pixel sind keine Produktspezifikatio nen zu finden. Daraus ist zu schließen, dass sich diese Hardwarelösung noch immer im Entwicklungsstadium befindet. Eine Mar ktreife bleibt abzuwarten (Stand November 2008). 55 53 Siehe auch http://www.heise.de/newsticker/LG-P hilips-zeigt-52-Multi-Touch-Display--/meldung/101299 54 Quelle: http://www.lgphilips-lcd.com/adminContain/ files/(Photo)%2052-inch%20Multi-touch%20Screen.jpg 55 Siehe auch http://www.perceptivepixel.com Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 35 Abbildung 38: Multi-Touch Wall von Jeff Hahn 56 3.1.15 MultiTouch – Cell Die Firma Multi-Touch aus Finnland verfol gt einen interessanten Ansatz der DI- Technologie. Die Firma hat ein Konzept entw ickelt, bei dem sich modular mehr ere Multi-Touch »Zellen« (Cells) zu größeren Komponent en verbinden lassen. Es wird ein Komplettpaket aus Hardware und Software an geboten, sowie auch große, projekto r- basierte Multi-Touch-Wände als Gesamt-S ystem. 56 Quelle: http://www.digitaldrops.com.b r/drops/imagens/medi awall_jeff han.jpg Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 36 Abbildung 39: Zwei MultiTouch »Cells« modular miteinander verbunden 57 Im Gegensatz zu anderen Komponenten erke nnen die »Cells« die Orientierung einer Hand des Nutzers, und können die einzelnen Finger so einer bestimmten Hand zuordnen. Diese Möglichkeit ist besonders in Multi-U ser Szenarien wichtig, um einzelne Touch-Punkte verschiedenen Händen zuzuordnen. 58 Die Cells liegen mit beispielsw eise 11.500 Euro für eine Zelle mit einer Diagonale von 46 Zoll, im oberen Preiss egment, ähnlich dem Microsoft Surface. Abbildung 40: Multi-User Szenario mit Cell- Modulen 59 Abbildung 41: Kombinationsbe ispiel von einzelnen Cell- Modulen 60 57 Quelle: http://www.blogcdn.com/de.enga dget.com/media/2008/09/multitouch2.jpg 58 Siehe auch http//multitouch.fi 59 Quelle: http://s3.amazonaws.com/multitouch/images/mt-projector-boxes.jpg 60 Quelle: http://s3.amazonaws.com/multit ouch/images/mt-lcd-box es-combinations.jpg Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 37 3.1.16 N-trig – Multi-Tou ch Panels N-trig entwickelt, produziert und verkauft Hardware um Benutzer eingaben zu digitalisieren. Dazu gehören auch Multi-T ouch Panels, die in ein vorhandenes Display oder ein Notebook eingebaut werden können. Auf der Homepage finden sich zahlreiche Informatio nen dazu, welche Interaktionstechniken mit Multi-Touch eröf fnet werden, jedoch nur spärlich zu d er Hardware an sich. Die Größe der kapazitiv arbeiten den Panels ist vermutlich auf die Größe 15 oder 17 Zoll begrenzt. Sie sind la ut Hersteller sehr flach und integrier en Touch-empfindliche Oberfläche und »Digita lisierer« in einer Hardwar ekomponente. Die Panels eignen sich für den Einbau in oder den dir ekten Aufbau auf Displays, können jedoch nur bedingt als zur Ergänz ung beliebiger Systeme genutzt werd en, da sie keinen stabilen Rahmen besitzen, wie die System e von Nexio oder NextWindow. 61 3.1.17 Stantum – Multi-Touch Di splay Stantum bietet Multi-Touch Varianten in v erschiedenen Größen an, oberflächen- kapazitive 2,5 bis 4,3 Zoll Touch-Glas-Displ ays sind zusammen mit einem »Mul ti Touch Development Kit« erhältlich. Ein größeres 12 Zoll Multi-Touch Display ist in der Entwicklung. Stantum richtet sich mit seiner Website vor allem an Firmenku nden, und möchte mit seinem Multi-Touch Framework Touch Park größtmöglichen Freiraum in der Anwendungsprogrammierung bieten. Gelief ert wird neben dem Touch-Display eine Vielzahl von Beispielanwendungen und ein Development Kit mi t Multi-Touch Treibern für Windows, Mac und Linux, sowie eine API (i nklusive Multi Cursor Library). Dieses Komplettpaket soll eine solide Basis für die Entwicklung von Multi-Touch Anwendungen bieten. Bislang werden leid er keine größeren Displays angeboten. 62 Abbildung 42: Stantum SMK 15,4 63 61 Siehe auch http://www.n-trig.com/ 62 Siehe auch http://www.stan tum.com/spip.php?article75 63 Quelle: http://www.stantum. com/IMG/jpg/SMK_15.4-2.jpg Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 38 3.2 Hardware-Übersicht 3.2.1 Bewertungskriterien Die Hardwareprodukte wurden anhand der folgenden Kriterien be wertet: Tabelle 9: Bewertungskriterie n der Hardware-Komponenten Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 39 3.2.2 Übersichtstabelle Die folgenden Tabelle zeigen die Einstufung de r verschiedenen Hardware- Komponenten in die Bewertungskriterien: Tabelle 10: Übersichtstabelle der Hardware-Komponente n, erster Teil Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 40 Tabelle 11: Übersichtstabelle der Hardware-Komponenten, zweiter Teil Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 41 3.3 Vergleich und Bewertung Es befinden sind mittlerweile einige unterschiedliche Multi-Touch Produkte auf dem Markt, die sich hauptsächlich durch die zugrunde liegende Multi-Touc h-Technologie unterscheiden. Jede Technolo gie besitzt char akteristische Vor- und Nachteile bezüglich Funktionalität, Größe der Interaktionsfl äche, Bauart und -volumen und Preis. Die Recherche zeigt, dass alle denkbaren Anforderungen an die Hardware nich t mit einer einzigen Hardware-Lösung abgedeckt werden können. Es ist vielmehr notw endig, die richtige Lösung für ein konkretes Anwendungsszena rio zu bestimmen. Produkte, die DI oder FTIR verwenden, si nd aufgrund der Kameras und Projektoren meist mit einem größeren Bauvolumen in der Tiefe verbunden. Anderersei ts sind mit diesen Technologien sehr große Interaktionsflächen möglich. Es können zudem theoretisch eine unbegrenzte Anzahl von Touch-Punkten und auch Objekte erfass t werden, sensorische Einschränkungen wie »G host Points« treten hi er nicht auf. Der Multi-Touch Tisch »Surface« von Microsoft bietet hi er eine weit ausgereifte Lösung, die für circa 15.000 Euro verkauft wird, ein Software Development Kit ist erhältlich. Fraglich bleibt, in wie weit dieses geschlossene System hard- und softwareseitig modifiziert werden kann. Das offene System »Cell« von MultiTouch verfolgt einen Ansatz bei dem einzeln e Komponenten modular kombiniert werden können. Die Größe und Form der Interaktionsfläche ist somit flexibel gestaltbar. Diese Lösung ist jedoch verhältnismäßig teuer und bislang nur aus Einzel bauteilen zusammensetzbar. Ein weiteres interessantes Produkt hat d er Hersteller Evoluce im Sortiment mit einem LCD-Screen in Kombination mit einer DI Technologie. Diese Produkte verbinden die Vorteile der optischen Erkennung DI (O bjekterkennung, Hand-Punkt-Zuordnung, berührungslose Interaktion) mit einer relativ geringen Bautiefe (20-30cm). Die Produkte dieser Serien bieten bislang die beste Komb ination aus Funktionalität und Bautiefe. Ein 22 Zoll Screen ist aktuell für circa 6.000 Euro zu kaufen, eine 46 Z oll Version ist angekündigt. Im Gegensatz dazu weisen Lösungen die kapazitiv arbeiten, ein deutlich geringeres Bauvolumen auf. Sie sind jedoch stark in de r Größe der Intera ktionsfläche auf derzeit circa 15 Zoll begrenzt. Für die Entwicklung von Multi-Touch A nwendungen bietet sich laut Hersteller das »Multi Touch Development Kit« von Stantum an, da es mit umfangreichen Entwicklertools und Bibliothek en ausgeliefert, eine solides Paket zum Entwickeln darstellt. Die Größe der Inter akt ionsfläche ist bislang jedoch begrenzt. Einzige Ausnahme, die Größe der Interaktions fl äche betreffend, bietet eine kapazitive Touch-Folie wie sie von der Firma Interactive Displays G mbH vertrieben wird. Folie in der Größe von 40 Zoll kostet circa 1.500 Euro, bei 60 Zoll sind es 1.900 Euro. Bislang ist der Treiber für die Folie jedoch nur Single- Touch fähig. Es bleibt abzuwarten, ob die Folie mit entsprechendem Treiber voll Multi-Touch fähig ist. Produkte auf Basis von Infrarot-Lichtvorha ng und -Lichtfläche weisen ebenfalls ein e geringe Bautiefe auf, sind transportabel und flexibel mit bereits bestehenden Projektions- und Displaykomponenten kombinierbar. Hier treten jedoch sensorische Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 42 Einschränkungen wie »Ghost Points« auf, die softwareseiti g behoben werden müssen. Viele Hardwaretreiber unterstützen deshalb standardmäßig nur zwei Touch-Punkte um diese Problematik zu umgehen. Eine Modifi zierung der Treiber ist meist no twendig. Zudem können Touch-Punkte nicht einer Hand oder Person zugeordnet werden un d keine Objekt-Umrisse erkannt werden. Für Anwendungsszenarien in denen eine Inte raktionsfläche bis 100 Zoll benötigt w ird und vorhandene Komponenten wie Displays oder Projektoren integriert werden soll en, bieten sich die Touch-Rahmen der Firma Nexio und NextWindow an. Beide liefern Rahmen bis 100 Zoll und eine API um eigene Anwendungen zu erstellen. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 43 4 Multi-Touch Software Ein wesentlicher Einflussfaktor für di e weitere Ve rbreitung von Multi-Touch- Technologie ist neben der in Kapitel 3 besc hriebenen Verfügbarkeit von Multi-To uch fähiger Hardware das Vorhandensein ei nes umfangreichen Softwareangebots. Besondere Bedeutung kommt hier der Unterstützun g von Multi-Touch durch Betriebssysteme zu, welche die Entwicklung von hardware-un abh ängig lauffähiger Anwendungssoftware ermöglicht. 4.1 Betriebssysteme Multi-Touch-Betriebssysteme sind eine wesentliche Grundlage für die weit ere Verbreitung von Multi-Touch-Technologie. Ein Multi-Touch-Betriebssystem ermöglicht, dass Anwendungen über standardisierte Sc hnittstellen mit beliebiger Multi-Touch- Hardware zusammenarbeiten können. Vom Herst eller der Hardware wird hierfür ein Treiber für das jeweilige Betriebssystem be reitgestellt. Durch diese Abstraktion der Hardware auf Betriebssystemebene k önnen Softwareanwendungen indirekt über das Betriebssystem auf die Multi-Touch-Hardware zugreifen. Durch diese Standardisierung wird Software auf allen Endgeräten lauffä hig, die das Betriebssystem unterstützen, sofern die notwendigen Treiber existieren. Neben der Verfügbarkeit preiswerter Multi- Touch-Hardware ist die Verfügbarkeit von Multi-Touch-Betriebssy stemen wesentliche Voraussetzung für die Verbreitung von Mult i-Touch auf dem Consum er-Markt, speziell im PC-Umfeld. Das bisher einzige verfügba re Multi-Touch fähige Betriebssystem MPX Linux, sowie das bisher angekündigte, jedoch noch nicht erhältliche Betriebssystem von Microsoft mit der bisherigen Bezeichnung Windows 7 werden im Folgenden beschrieben. 4.1.1 MPX Linux Erstes und bisher einziges Multi-Touch fähiges Betriebssystem im Umfeld von PC- Hardware ist Linux mit einer X-Server-Modifikati on, dem sogenannten Multi-Pointer X Server (MPX). MPX Linux ist in der Lage, mehrere Mauszeig er oder andere Eingabegeräte mit mehreren Bewegungsq uellen wie Multi-Touch-Screens zu verwalten. Zur direkten Nutzung kann die beliebte Linux-Distribution »Ubuntu« mit der MPX- Modifikation direkt per Download bezogen werden. 64 MPX-Linux-Varianten stellen eine Plattform dar, auf der Multi-Touch-Anwendungen betrieben werden können. MPX Linux hat in der momentan verfügbare n Version (Stand November 2008) noch Probleme mit der Verarbeitung von Steuerungsgesten, einige Mehrfingergesten werden noch fehlerhaft interpretiert. Der konkre te Anwen dungsnutzen von MPX Linux ist aufgrund der geringen Verfügbarkeit vo n Multi-Touch-Applikationen für das Betriebssystem sowie die häufig fehlende Treibe runterstützung der Multi-Touch Hardware bislang noch recht gering. 64 Siehe auch http://wearables.unisa.edu.au/mpx Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 44 Abbildung 43: Globusnavigation auf MPX-Linux 65 4.1.2 Microsoft Windows 7 »Windows 7«, der Nachfolger des aktuellen Microsoft-Betriebssystems »Windows Vista«, verfügt über Multi-Touch Unterstützung. 66 Windows 7 kommt aufgrund der Marktstellung von Microsoft Windows bei Betrie bssystemen eine Schlüssel rolle für den Erfolg von Multi-Touch-Technologien im PC-Consumer-Markt zu. Es kann davon ausgegangen werden, dass aufgrund der Marktdurchdringung von Mi crosoft Windows sowie dem bereits verfügbaren Multi-T ouch-Hardware die Markteinführung von Windows 7 deutlich zur weiteren Verbreitung von Multi-Touch auch im Consumer- Bereich beitragen wird. 4.2 Multi-Touch Anwendungsfelder Im Folgenden werden wesentliche Anwendun gsbereiche bereits existierender Multi- Touch-Anwendungen beschrieben und aufgezeigt. Die jew eiligen Anwendungsbereiche werden anhand identifi zierter, bestehender Applikationen aus diesen Bereichen illustriert. 4.2.1 Technologie-Demonstratoren Eine Vielzahl der existierenden Multi-Touch-Anwendungen verfolgen neb en der Darstellung der Interaktionsmöglichkeiten mi t Multi-Touch-Endgeräten an sich, kein erkennbares und konkretes Anwendu ngsziel. Ursprung dieser Technologie- Demonstratoren sind in der Regel For schungstätigkeiten im Bereich der Mensch- Maschine-Interaktion sowie studentische Projek te oder Projekte von Privatpersonen. Es 65 Quelle: http://www.golem.de/0707/53471.html 66 Vgl. [CT 08b] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 45 existieren des Weiteren diverse Anwendungen, bei den es sich schwerpunktmäßig um erneute Implementierungen so lcher, bereits bestehender Demonstratoren handelt. Zu den bekanntesten Multi-Touch Technologie-Demonstratoren zählen die Anwendungen des Teams von Jeff Han 67 , welche bereits im Jahre 2006, also noch deutlich vor der Markteinführung des iPhone s, ein hohes Maß an Au fmerksamkeit auf Multi-Touch-Technologie sowie die besteh enden Interaktionsmöglichkeiten gelenkt haben. Jeff Han demonstriert mit diesen Anwend ungen die Möglichkeiten bezüglich der Erstellung und der Nutzungsmöglichkeiten s ogenannter »Natural User Interfaces« mit Multi-Touch-Technologie. Hierbei er folgt die Steuerung durch intuitive Steuerungsgesten etwa zum hereinzoomen in Bil dschirmbereiche oder zum verschieben oder manipulieren von auf dem Bildschirm befindlichen Objekten mit einem oder mehreren Fingern. Abbildung 44: Multi-Touch De monstratoren von Jeff Han 68 4.2.2 Computerspiele Ein weiterer Einsatzbereich von Mult i-Touch-Technologie liegt im Bereich der Computerspiele. Insbesondere im Bereich der Spielesoftwa re für mehrere Spieler kann hier von den bestehenden Multi-User-Fäh igkeiten der Technologie Gebrauch gemacht werden. 4.2.2.1 Firefly Das erste Multi-Touch-Spiel fü r den Microsoft Surface P C (s iehe Kapitel 3.1.3) ist das Spiel Firefly. Das Spiel wurde in den Microsof t Labs entwickelt. Ziel des Spiels ist es, diverse auf der Oberfläche des Surfac e PCs befindliche Glühwürmchen mit den Fingern einzusammeln. Der Reiz des Spiels liegt, nebe n der Multi-Touch-Interaktion an sich, in der stattfindenden Reaktion der Glühwürm chen auf di e Berührungen der Spieler. Verglichen mit konventionellen, auf den Markt befindli chen Spielen, erfüllt Firefly die heute bestehenden Erwartungen im Bereich de r Computergrafik alle nfalls teilweis e. 67 Siehe auch http://w ww.cs.nyu.edu/~jhan 68 Quelle: http://www.cs.nyu.edu/~jhan/ftirtouch Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 46 Abbildung 45: Firefly, ein erstes Com puterspiel für den Microsoft Surface PC 69 4.2.3 Virtuelle Musikinstrumente Ein weiterer Bereich, in dem von Multi-To uch-Technologie Gebrauch gemacht wird, ist der Bereich der virtuellen Musikinstrumen te. Hierbei wird sowohl die Multi-User- Fähigkeit von Multi-Touch-Endgeräten als auch di e simultane Nutzungsmöglichkeit der Bedienelemente adressiert. 4.2.3.1 Reactable Beim Reactable 70 handelt es sich um ein virtuelles Musikinstr ument für die simultane Nutzung durch mehrere Nutzer. Ähnlich dem Surface PC von Microsoft kombiniert es Multi-Touch-Technologie mit Objekterken nung unter Verwendung optisch er Tags, den sogenannten »Fiducials«. Der Reactable wurde von der Music Technology Group am »Audiovisual Institute« der Universität Pompeu Faba entwickelt. Abbildung 46: Optisch lokalisierbare Tags (Fiducials) des Reactivision Tables 71 Durch Drehung und Positionierung der auf de m Tisch befindlichen Gegenstände sowie durch direkte Berührungen de r Oberfläche kann das Klangverhalt en des zum Tisch gehörigen Synthesizers beeinflusst und so ei ne interaktive Multi-Us er-Schnittstelle zur 69 Quelle: http://www.product-reviews.net/wp-content/userimages/20 08/02/firefly-microsoft-surface.jpg 70 Siehe auch http://mtg.upf.edu/reactable sowie http ://mtg.upf.es/reactable/pd fs/reactivision_tei2007.pdf 71 Quelle: http://mtg.upf.es/r eactable/?pic=reactivision02.png Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 47 Klangerzeugung bereitgestellt werden. Die dem Reactable zugrundeliegend e Software zur Fiduicial-Erkennung und zur Verfolgun g der Multi-Touch- Bewegungen kann im Gegensatz zur eigentlichen Reactable Musi k-Applikation kostenlos heruntergeladen werden. Abbildung 47: Der Reactable – ei n Interaktives Musikinstrument 72 4.2.3.2 Pianist - iPhone Piano Ein wesentlich simpleres, mobiles Musikinstr ument ist das virtuelle Keyboard für da s iPhone, das iPhone Piano. Abbildung 48: Virtuelles Multi-To uch-Keyboard für das iPhone 73 Hierbei wird die Multi-Touch Fähigkeit des iPhones genutzt, um wie bei einem echten Klavier mehrere Töne gleichzeitig anspiele n zu können. Die Software kann eher als 72 Quelle: http://www.reactable.com 73 Quelle: http://www.moocowmusic.com/Pianist Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 48 Demonstrationsanwendung und weniger als professionelles Musikinstrument angesehen werden. 4.2.3.3 MultiKey Ebenfalls eine Multi-Touch-Umsetzung einer Kl aviertastatur stellt das MultiKey Projekt 74 dar. Im Gegensatz zur Keyboard-Implementierung für d as iPhone, ist die Software auf gewöhnlicher PC-Hardware lauffähig und unt erstützt neben der Maussteuerung auc h die Nutzung des »TUIO« -Protokolls, dass im Umfeld der Multi-Touch Community im Open Source Umfeld recht verbreitet ist. Abbildung 49: Die Anwendung MultiKey 75 MultiKey zählt zu den Projekten von Priv atpersonen aus der Multi-Touch Community und hat ebenfalls Demonstrator-Charakter . Der Download und die Nutzung der Software ist kostenlos. 4.2.4 Grafikerstellung und -bearbeitung 4.2.4.1 Shared Design Space Das Projekt Shared Design Space 76 ist Teil d es Media Interaction Labs der Fachhochschule Oberösterreich 77 . Shared Design Space kombiniert ein en Multi-Touch- Screen mit digitalen Stiften zur Erstellung von Bildinhalten. Aufgrund der extremen Abmessungen des eingesetzten Tisches kann eine Vielza hl von Personen simultan an dem Tisch arbeiten und etwa Skizzen oder Zeichnungen erstellen. Die Software wi rd nicht kommerziell vertrieben. 74 Siehe auch http://ssandler.wordpress.com/catego ry/software/multikey 75 Quelle: http://img159.imageshack .us/img159/2546/multikeyv2pi9.jpg 76 Siehe auch http://www.office oftomorrow.org/index.php?id=8 77 Siehe auch http://www.fh-ooe.at Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 49 Abbildung 50: Shared Design Space 78 4.2.4.2 Photoshop MT Die Anwendung Photoshop MT ist ein Multi-Touch-Bildbearbeitungsprogramm un d bietet einige der bei Bildbearbeitungssoft ware gängigen Funktionalitäten. Photoshop MT lehnt sich bezüglich der Namensgebung an die bekannte Bildbearbeitungssoftware Adobe Photoshop an, steht allerdings mit nicht mit der Firma Adobe in Verbindung. Photoshop MT ist ein an der Hochschule für Gestaltung Schwäbisch Gmünd durchgeführtes Studentenprojekt. D ie Anwendung realisiert einige interessante A nsätze bezüglich der Nutzung von Menüs in Mu lti-Touch-Benutzungsschnittstellen. Abbildung 51: Multi-Touch-Bil dbearbeitungstool Photoshop MT 79 78 Quelle: http://mi-lab.org/projects/office-of-tomorrow/#sds 79 Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=12vFpBhWaVM Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 50 4.2.5 Engineering-Anwendungen Auch im Bereich der Engineering-Anwendungen existieren Multi -Touch-Applikationen. Im Rahmen eines Gemeinschaftsprojekts wurde am Fraunhofer IGD ein Multi-Touch- Tisch für die Interaktion in und mit virtuellen Umgebungen entwickel t. Es wurde als Anwendungsfeld die hochauflösende Echtzeitdatenvisualisi erung von Schüttgutanlagen gewählt. Hierbei kann durch die dreidime nsionale Darstellung der Fabrikanlage navigiert werden. Die Anlage wird hierbei in Aktion dargestellt und gewährt dem Nutzer so Einblicke in die Funktion der An lage. Die Software ist über das gewählte konkrete Anwendungsszenario hinaus prinzipiell geeignet in anderen Bereichen der Visualisierung virtueller Produktionsanlage n eingesetzt zu werden. Abbildung 52:Multi-Touch Engineer ing-Anwendung des Fraunhofer IGD 80 4.2.6 Terminalanwendungen Bei dem Anwendungsfeld der Terminalanwendungen handel t es sich um Anwendungen, die in Form von Terminals wie etwa Fahr kartenautomaten eine direkte Kundenschnittstelle darstellen. Microsofts Surface PC adressiert hier den Bereich der Produktauswahl und Konfiguration, beispielsweise in der Gastronomie. Bei von Microsoft ausgewählten Hotelketten werden Surface PCs genutzt, di e es den Ku nden des Hotels ermöglichen, Speisen und Getränke direkt am Multi-T ouch-Tisch darzustellen und auszuwählen. 80 Quelle: http://a4www.igd. fraunhofer.de/projects/48 Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 51 Abbildung 53: Microsoft Surf ace – Anwendung zur Produktauswa hl im Gastronomieumfeld 81 Eine ähnliche Anwendung des Surface PC ist die Auswahl und Konfiguration von Mobiltelefonen und den zugehörigen mögliche n Vertragsmodalitäten. Für die auf dem Tisch befindlichen Mobilgeräte werden hier Zusatzinformationen eingeblendet un d Auswahlmöglichkeiten über eingeblendete Menüs gegeben. Die Anwendung soll so Kunden in Mobiltelefongeschäften sowohl die Ansicht d es realen Geräts als auch weitere interaktive Funktionalitäten biete n. Besonderheit hier ist die Kombination von Multi-Touch und der Erkennung der Endgeräte auf dem Surface PC sowie d er Erkennung der Position der Endgeräte. Die Positionserkennung wird durch das Anbringen von optischen Tags an den M obilgeräten ermöglicht, welche durch Bildauswertungsverfahren die Positionsbestimmung sowie die Bes timmung der Drehung der Tags ermöglichen. Somit ist diese Funktionalität nicht mit beli ebigen Mobilgeräten möglich sondern erfordert, dass die Geräte zuvor mit d en Tags entsprechend präpariert wurden. Die Anwendung ist eine Spezi alanfertigung und wird nicht kommerziell vertrieben. Abbildung 54: Microsoft Su rface – Anwendung zur Auswahl von Mob iltelefon und Vertra gskonfiguratio n 82 81 Quelle: http://ak.buy.com/buy _assets/rsschannel/142/854150198/1.jpg Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 52 4.2.7 Informationsvisualisierung und -bearbeitung Im Folgenden werden bestehende Anwendungen im Bereich der Visualisierung und Interaktion mit Daten- und Informationsmengen beschrieben. 4.2.7.1 Modellierung Ein existierendes Anwendungsfeld im Bere ich der Informationsvisualisierung und - bearbeitung ist das kollaborative Erstellen und Bearbeiten von Modellen. An der Ruh r- Universität wurde eine Anwendung entwickel t, mit deren Hilfe Softw aremodellierung an einem großen Touch-Screen erfolgen ka nn. Hierfür werden Teile des Umfangs der im Softwaremodellierungsumfeld verbreit eten visuellen Modellierungssprach e UML 83 unterstützt. Abbildung 55: Modellierungstool an der Ruhr-Universität Bochum 84 Die Anwendung ist bislang nicht Multi-Touch fähig, jedoch ist die Erweiterung der Anwendung um Multi-Touch Fähigkeit en ge plant. Zukünftig soll die Anwendu ng die kollaborative Arbeit mehrerer Benutz er wie beispielsweise die von kleinen Entwicklungsteams unterstützen und so dazu beitragen, Teamarbeit im Bereich der Softwaremodellie rung produktive r zu machen. 85 Die Modellierungssoftware wird bislang nicht kommerziell vertrieben. 4.2.7.2 Visualisierung von geografischen Informationen Eine häufig realisierte, und häufig al s Demonstrationssoftware zu Multi-Touch- Hardware mitgelieferte Anwendung, ist die Globusnavigation. Bei dieser Anwendung 82 Quelle: http://www.youtube.com/watch?v=FlZxuqjJDgk 83 Siehe auch http://www.uml.org 84 Quelle: [CT 08a] 85 Siehe auch [CT 08a] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 53 werden, etwa beruhend auf dem Datenbestand von Google Earth 86 Landkarten oder auch dreidimensionale geografische Darstellungen der Erde bereitgestellt. Die Navigation im Kartenmaterial erfolgt hier bei durch Multi-Touch- Steuerungsgesten, um beispielsweise den dargestellten Kartenau sschnitt zu dreh en oder zu vergrößern. Abbildung 56: Google Earth – Anwendung auf einer Perceptive Pixel Wall 87 4.2.7.3 Informationsvisualisierung in Beratungssituationen Ein Bespiel aus dem Bereich Beratung ist das Projekt 180. 88 Hierbei handel t es sich um ein Studentenprojekt, dass an der Hochschule für Gestaltung und Kunst Zürich durchgeführt wurde. Die Anwendung soll in Beratungssituationen im Ban kenumfeld dem Berater ermöglichen, den gegenübersit zenden Kunden multimedial unterstützt und interaktiv zu beraten und zu informieren. Ein wesentliches Ziel des Projekts war es, anhand des gegebenen Anwendungsszenarios die Möglichkeiten zur simultanen Interaktion mit der Anwendung zu evaluieren. Das Projekt kann als Mischung aus Prototyp und Designstudie gesehen werden. 86 Siehe auch http://earth.google.de 87 Quelle: http://link.brightcove.com/s ervices/link/bcpid713271701/bclid713073346/bctid709364416 88 Siehe auch http://www.ti mroth.de/180/index.html Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 54 Abbildung 57: 180 – Designstudie ei ner Consulting-An wendung für Banken 89 4.2.7.4 Interaktive multimediale Moderationsunterstützung bei CNN Abbildung 58: Wand zur Moderationsunterst ützung und Informationsvisualisierung 90 Zur multimedialen Unterstützung der Moderation setzt der US-amerikanische Fernsehsender CNN einen großen Multi-Touch-Sc reen von Perceptive Pixel ein (siehe Kapitel 3.1.14). Auf dem Screen kann der M oderator durch die darges tellten Inhalte navigieren und beispielsweise die momentan relevanten Inhalte wie Karten, Grafiken und Bilder auswählen und gezielt vergrößern. 89 Quelle: http://www.timrot h.de/180/page0/page0.html 90 Quelle: http://images.bus inessweek.com/ss/08/07/0701_ surface_computing/4.htm Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 55 4.2.7.5 Visualisierung von vernetzen Informationen An der Universität Augsburg wurde zu sammen mit der TU München ein Tool entwickelt, dass die Visualisierung von ve rnetzten Daten sowie die Navigation im Informationsbestand an einem Multi-Touch-Tisch r ealisiert. Die Informationen werden hierbei in Form von grafischen Repräsentationen dargestellt. Die Kanten des Informationsnetzes werden durch Linien dargestellt. Abbildung 59: MindMap-ähnliche Anwendung der TU München und der Universität Augsburg 91 Existierende Probleme im Zusammenhang mit der Visualisierung vernetzter Daten, wie beispielsweise die möglichst überschnei dungsfreie Anordnung der Knotenelemen te durch Layout-Algorithmen, werden von der Anwendung nur am Rande adressiert. Das Tool ist das Ergebnis studentischer Akti vitäten an den beteiligten Universitäten und wird bislang nicht kommerziell vertrieben. 4.3 Vergleich und Bewertung Das Angebot an Multi-Touch fähigen Softwareprodukten ist momentan vom Umfang her noch sehr eingeschränkt. Existierende Softw are in diesem Bereich stammt häufig aus dem Forschungsumfeld oder wurde im Rahmen von Studentenprojekten o der Diplomarbeiten erstellt. Ein großer Teil dieser Software wird nicht kommerziell vertrieben. Das Angebot kommerzieller Multi-Touch f ähiger Software ist abgesehen von Anwendungen für das iPhone sehr geri ng. Ein Grund für das wenig umfangreic he Angebot kommerzieller Multi-Touch-Soft ware sind unter anderem die bislang fehlenden Standards im Bereich der Schnitts tellen und der Hardwareunterstützung. Es bleibt abzuwarten, welche Auswirkungen das Erscheinen der neu en Windows-Version und ihrer angekündigten Multi-To uch Fähigkeit hat (vgl. Kapitel 4.1.2), und in wie weit bereits existierende Multi-Touch Protokolle wie zum Beispiel TUIO als Eingabequelle integrierbar sind. Die kommerzielle Entwicklung und V erbreitung von Multi-Touch- 91 Quelle: http://channel8.msdn.com/Posts/Its-not- a-surface-its-a-ne w-kind-of-a-multi-touch-table Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 56 Software im PC-Umfeld erscheint auch im Zusammenhang mit der geringen Verbreitung entsprechender Hardware momentan noch als wenig attraktiv. Zudem wird kommerziell angebotene Mu lti-Touch-Software momentan häufig zusammen mit der entsprechenden Hardware als ge schlossenes Komplettsystem angeboten, oder die Hardware wird in Kombination mit einem Entwicklungsprojekt als kundenspezifisches, geschlossenes Gesamtsystem v ertrieben. Hierdurch wird die weitere Nutzung der Hardware durch andere Softwareanwendungen sowie die Eigenentwicklung von Multi-Touch-Software erschwert. Insgesamt verfügt die bestehende Softw are im Multi-Touch-Umfeld über einen geringen Reifegrad, verglichen mit konven tionellen, kommerziellen Anwendungen in PC-Umfeld. Zurückzuführen ist dies unt er anderem neben der noch sehr gering ausgeprägten Verfügbarkeit von Tools zur effizienten Entwicklung solcher Software auf die kaum verbreitete Erfahrung bezüg lich der Entwicklung von Multi-Touch- Anwendungen. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 57 5 Markt- und Anwendungspotenziale Im Folgenden werden weitere Analysen im Bezug auf Markt- und Anwendungspotenziale durchgeführ t. Die Analysen beruhen einerseits auf den in den vorherigen Kapiteln beschriebenen Recherchen bezüglich Technologien, Produkten und bestehenden Anwendungen. Darüber hinaus werden auch weitere denkbare Anwendungsbereiche miteinbezogen um weiterreichende Schlussfol gerungen zu erlauben. Um die Anwendungsfelder und damit das Marktpotenzial der Technologie sicher identifizieren zu können, ist ein zielgerichtetes Vorgehen mit Methoden d es Technologiemanagements notwen dig. Die Identifikation des Marktpotenzials soll der fundierten Verifikation von Anwendungen mit hohem Potenzial zur Umsetzung dienen und Marktchancen aufzeigen. Konkrete Produktid een werden auf ihre Umsetzbarkeit und ihren möglichen Erfolg am Markt hin untersucht. Die Vorgehensweise zur Ermittlung des Markt potenzials lehnt sich dabei stark an die der Technologiepotenzialanalyse an. 92 Der Einsatz d er Methodik zur Technologiepotenzialanalyse eignet sich be sonders gut, da die Eins atzfelder der Technologie für Multi-Touch-Anwendungen noch nicht klar abzus ehen sind und eine Vielzahl an attraktiven potenziellen A pplikationen identifiziert werden kann. Eine wesentliche Abweichung zur Technologi epotenzialanalys e stellt die Handhabung der Konkurrenztechnologie dar. Anst elle der Ermittlung und dem Vergleich konkurrierender Technologien und Mitbewerber, fließ en bereits bestehende Anwendungen abstrahiert als Beispiele in die Appli kationsanalyse mit ein. Bei emergenten Technologien – wie der Multi -T ouch Technologie – ist es zudem wenig Ziel führend, nach Technologien zu suchen, di e das gleiche Funktionsprinzip auf eine andere Art erfüllen. 5.1 Vorgehen Um das Potenzial einzelner Applikatione n bestimmen zu können, ist zuerst eine grundlegende Analyse des Marktes nötig. Etablierte An wendungen lassen Rückschlüsse auf die verwendeten Technologien zu und sp iegeln den Stand der Technik auf Niveau der Marktreife wieder. Technologien bilden oft die Basis neuer umsetzbarer Ideen. Hierbei muss jedoch immer ein Blick in die Zukunft geworfen werden, um nicht bereits im Anfangsstadium der Entwicklung, Einschränkungen durch entstehende Konkurrenztechnologien zu unterliegen. 92 Vgl. [Bullinger 08] Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 58 Durch die Identifizierung von Technologien in der Technologiephase lassen sich dann Produktideen in der Applikationsphase ge nerieren. Die Technologiepotenzi alermittlung gibt später unter zu Hilfenah me dritter Meinungen ein deta illiertes Bild für die Chancen einzelner Anwendungen. 5.2 Technologieanalyse Zur Ermittlung ganz grundlegender Funktionen wurde im ersten Schri tt ein Workshop mit dem gesamten Entwicklungsteam durc hgeführt. Die Teammitglieder komm en dabei aus den unterschiedlichsten Fachrich tungen (z.B. Softwaremanagement und - technik, Design, Naturwissenschaften). Damit wird das Pr ojekt aus extrem unterschiedlichen Perspektiven betrachtet und Übereinkünfte so wie Bedenken kon nten diskutiert werden. Als Informationsquelle diente, neben der Literatur, vor allem das Inter net um an möglichst aktuelle Informationen zu kommen. Neue Technologien und Produktanbieter sind hier noch lange vor dem Bericht in Printmedien zu finden. Im Internet veröffentlichte Videos verschaffe n zudem einen lebendigeren Eindruck mancher Produkte als ausführliche Artikelbeschreibung en es tun. Ein Erfahren von Multi-Touch Produkten ist am Besten Live möglich. Um sich über die Mar ktreife vorhandener Konzepte und unterschiedlicher Anbieter ein Bild zu machen, wurden Anschauungsobjekte von Prototypen in der Fraunhofer-Gesellschaft begutachtet und bei einem Messebesuch der IF A in Berlin auch die kommerzieller Hersteller. Aus der Technologieanalyse wurde ersichtlich, dass vorhandene Konzepte Sch wächen aufwiesen, die meist technologischer Art sind und sich im Umkehrschluss ein hoher Bedarf an Technologieentwicklung in diesem Bereich ableiten lässt. 5.3 Applikationsanalyse Die Vorgehensweise zur Applikationsanalyse- Phase teilt sich in 6 Teilschritte auf: 1. Sammlung aktueller Applikationen 2. Identifikation potenzieller Applikationen mit Institutions-in ternen Mitarbeitern 3. Identifikation potenzieller Applikationen durch Institutions-externe Branchen Experten 4. Zusammenfassung aller Applikationsideen 5. Vervollständigung und Quantifizierung der Anforderun gen bzw. Attribute 6. Ermittlung von Marktkennzahlen für die Applikationen Basierend auf der am Fraunhofer IAO ent wickelten Kreativitätsmethode »Branch force- fitting« wurden potenzielle heutige und zu künftige Applikationen iden tifiziert. Das Ergebnis dieser kreativen Phas e waren 160 versc hiedene Applikationen. Diese wurden in der folgenden Applikationstabelle zusa mmengefasst, und nach 8 Technologie- und 2 Marktkriterien individuell beurteilt. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 59 Abbildung 60: Auszug aus der Applikationstabelle Im nächsten Schritt wurden die Applikationen zu Clustern zusammengefasst un d die interessantesten Applikationscluster identifiziert. Diese wurden dann im Nachgang detaillierter betrachtet und nach Technol ogie- und Marktkriterien diskutiert und bewertet. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 60 Abbildung 61: MindMap de r Bewertungskriterien 5.4 Marktanalyse Bei der Marktanalyse stehen zwei Frages tellungen im Vordergrund: die Frage nach interessanten heutigen und zukünftigen Applikationen für die Technol ogie und die Frage nach den technologischen Anforderungen, die sich aus den po tenziellen Märkten ableiten. Beides lassen sich durch statistische Ausw ertung aus der Tabelle der Applikationsanalyse herbeiführen. Mit Hilfe eines Dendrograms lässt sich die Anzahl der möglichen Cluster bes timmen. Die Bestimmung erfolgt dabei immer subjektiv. In diesem Fall lassen sich 10 sinnvolle Cluster finden. Abbildung 62: Dendrogram mit bere inigten Applikationsclustern Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 61 An dieser Stelle bietet sich die Möglichkeit des »KMeans-Clustering«. Nach dem Bottom-Up Prinzip kann dann ermittelt werd en, welche Applikationsideen bei w elchen technischen Gegebenheiten in Frage kom men, oder aber was für Anforderungen eine Applikation an die jeweilige Technik stellt. Beispielsweise sucht ein Technologieanbieter Anwendungsmöglich keiten für seine Spezifikationen. Er bietet hochpräzis e Touch-Screens, die allerdings nur statisch verwendet werden können. Werden im KMean-Clustering diese Angaben als Achs en verwendet, ergibt sich ein Bild, an dem sich die Anwendungen entlang dieser Achsen anordnen. Ein interessantes Ergebnis wäre hier d as »Superpult Radio« einem Mischpult für Radiosender. Für die Ansteuerung der virtuellen Schiebe- und Drehregler bedarf es einer sehr hohen Präzision, und da sich das Mischpult meist in einem Tonstudio befindet, ist keine mobile Auslegung der Technik nötig. Also genau das, was de r Technologieanbieter sucht. Abbildung 63: Hochachse = Mobilität, nach oben hin abnehmend, Längsachse = erforderliche Präzision, nach rechts zunehmend Die Farben der einzelnen Punkte geben Auskunft über die Clusterzugehörig keit und identifizieren damit auch artverwandte Produktvorsc hläge. Anstelle der Clusterzugehörigkeit kann mit der Farbe auch ein weiter es Kriterium identifiziert werden. Beispielsweise stellt der gleiche Technologi eanbieter fest, dass er sich auf kleine Bildschirmdiagonalen festgelegt h at. Das Bild verändert sich, und unter diesen Kriterien kann dann die Applikation »Inter aktives Verkaufsangeb ot« identifiziert werden. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 62 Abbildung 64: Hochachse = Mobilität, nach oben hin abnehmend, Längsachse = erforderliche Präzision, nach rechts zunehmend 93 Anhand der Applikationstabelle kann unter Berücksichtigung marktrelevanter Kriteri en auch ein 3D-Bild erzeugt werden. Dazu werden drei Hauptaussagen über die Applikationen identifiziert. In diesem Beispiel sollen b esonders die Anwendungen hervorgehoben werden, welche ein hohes Marktpotenzial haben. Ein weiteres Kriterium soll über die Kosten zur Herstellung des Produkts Aufschluss geben, und ein drittes Kriterium wurde mit Hilfe des Programms selbst identifizi ert, indem nach der Hauptkomponente der Clusteranalyse gefors cht wurde. Dadurch konnte analysiert werden, dass die Mobilität der Applikationen einen wesentlichen Unterscheidungsfaktor darstellt, weshalb dies er auch als drittes Kriterium geführt wird. Die zuvor festgelegte Anzahl an Clustern wird farblich unterschieden. Um die unterschiedlichen Kriterien gleichwertig in der Zusammenfassung zu gewic hten, wurden die Werte in der Tabelle auf den Be reich 0-6 abgeglichen und anschließend der Durchschnittswert errechnet. Die Zugehöri gkeit der Applikationen zu bestimmten Clustern wurde bereits im KMean-Clustering bestimmt und kann einfach in die Applikationstabelle übertragen werde n. Anwendungen, die zuvor aussortiert wurden um sinnvolle Clustergrößen zu bilden, werden jetzt wieder mit in die Darstellung aufgenomm en. Damit ist gewährleistet, dass auch exotische Anforderungsprofile eine r Marktpotenzialanalyse unterworfen werd en und möglicherweise gerade deshalb hohes Potenzial in sich tragen. In Abbildung 65 ist ein Koordinatensystem mit den Achsen x = Kosten zur Herstellung des Produkts, y = Mobilität der Anwendung und z = Marktpotenzial dargestellt. Die Farben der Punkte geben Auskunft über die Clusterzugehörigkeit der einzelnen Applikationen. 93 Farbe = Bildschirmdiagonale (Farbs kala blau bis rot = klein bis groß) Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 63 Abbildung 65: Visualisierung der Applikationen Die Grafik macht die Beziehungen der Clu s ter leicht erkennbar und unterstützt die Entscheidung für oder gegen bestimmte Applikation en erheblich. Beispielsweise trennen sich die sehr mobilen Applikatione n (links in Abbildung 65) deutlich von den stationären Anwendungen (rechts in Abbildung 65). Anwendungen, die sich im oberen Teil der Grafik befinden, haben hohes Ma rktpotenzial, die am unteren Bildr and erreichen nur ein kleines potenzielles Kundensp ektrum. Wie eingangs erläutert, müssten sich im Bereich hohen Marktpotenzials Anwendungen wie die des abstrahierten »iPhone« find en, die exemplarisch eingebaut wurden, um die Qualität der Analyse zu bestätigen. Zur bessere n Übersicht wird das Bild auf zwei Achsen reduziert und die farbliche Darstell ung für das Marktpotenzial genutzt. Dabei steht die Farbe blau für geringes und die Fa rbe rot für sehr hohes Marktpotenzial. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 64 Abbildung 66: Beispiel »iPhone« Tatsächlich wurde im Bereich hohen Ma rktpotenzials die Applikation »Handy« identifiziert. Es ist zudem zu erkennen, dass es sich dabei um eine Anwendung preislich niedrigen bis mittleren Niveaus handelt. In Sachen Mobilität ist das Beispiel unter den Top-mobilen Anwendungen zu finden (0 steht fü r maximale Mobilität). Folgend sind noch zwei Beispiele für eine Applikation hohen und niedrigen Potenzials gegeben. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 65 Abbildung 67: Beispiel fü r hohes Marktpotenzial Bei diesem Positivbeispiel des Marktpotenzials handelt es sich um eine Applikation ähnlich des »Surface« von Microsoft. Abbildung 68: Beispiel für geringes Mark tpotenzial Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 66 In diesem Beispiel geht es um To uch-Steuereinrichtungen für Missionen im Weltra um. Deren wirtschaftliches Potenzial ist deutlich als sehr gering einzustufen, und auch die Herstellung birgt einen großen finanziellen Aufwand. 5.5 Bewertung Die ausführlichen Recherchen zur Technologie und Marktsituati on zeigen einen hohen Bedarf an Lösungen, der durch die vorhandenen Produkte nicht g edeckt werden kann. Es mangelt an praxisnahen Produkt en und Anwendungen im Soft- und Hardwarebereich. Weiterhin liefert die Analyse wichtige Date n um das Potenzial der Technologie und der damit verbundenen Software aufzuzei gen. Die in der Applikationsanalyse identifizier ten Anwendungsbeispiele setzten immer das Vorhandensein der So ftware auf dem jeweiligen System voraus. Das System, al so die verwendete Technologie mit ihren spezifischen Eigenschaften, ist nur Träg er des eigentlichen Anwendungsbeispiels und an die jeweiligen Umgebungsb edingungen angepasst. Beispiele für unternehmenskritische, int erne oder auch repräsentative Anwendunge n sind in der Applikationsanalyse unter den Begriffen »Chefsache« u nd »Unternehmensworkshop« geführt. Es liegt also nahe, deren Marktpotenzial anhand der beschriebenen Methode zu untersuchen. Rein auf das Marktpotenzial bezogen, ergibt sich unter entsprechender Ei nstellung der Achsen folgendes Bild. Abbildung 69: Marktpotenzial der Appli kationen und damit verbundener Software Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 67 Wie in vorangegangenen Beispielen steht auch hier ein hoher Zahlenwert für hohes Marktpotenzial. Klar zu erkennen ist, da ss sich die Applikation »Chefsach e« und »Unternehmensworkshop« (beide rechts oben in Abbildung 69) im Bereich hohen Marktpotenzials bewegen. Zum Vergleich wird hier nochmals die »Steuereinrichtung Space« (links unten in Abbildung 69) als marktwirtschaftliches Negativbeispiel geführt. Interessant ist an dieser Stelle auch die Auslegung des Systems, also des »Softwareträgers« hinsichtlich seiner Bauart und vielleicht eine erste Schätz ung zu den Kosten. Angenommen werden Endkundenpreise, Ma rgen etc. sind nicht berücksichtigt. Abbildung 70: Mobilität und angenommener Preis der Applikationen und der damit verbundenen Software Gut ersichtlich ist, dass sich die Applikatio nen (beide oben) bezüglich der prinzi piellen Auslegung (statische Bauweise) sehr ähnlich sind und sich im wesentlichsten nur im Preis unterscheiden. Dieser aber ist in bei den Fällen auf mittlerem Niveau angesiedelt. Als Gegenbeispiel wird wieder die Anwendung »Steuerein richtung Space« (unten in Abbildung 70) geführt. Zusammenfassend lassen sich die marktwirtsc haftlich interessanten Anwendungen in einer kleinen Übersicht darstellen. Gehen wir d avon aus, dass sich die Applikationen in sechs (folgend der farblichen Unterscheidung) Cluster hinsichtlich des Marktpotenzials unterscheiden lassen, befinden sich unsere Anwendungen »Chefsache« und Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 68 »Unternehmensworkshop« in den zwei inte ressantesten Clustern, oder in Zahl en ausgedrückt unter den Top 26 aus 160. Platzierung Applikation Anwendungsbeispiel Top 7 z.B.: Handy Exemplarisch das »iPhone« von Apple Digitaler Einkaufs wagen Zukunftsvision zu der es bereits Prototypen gibt Tagesnachrichten Zukunftsvision Speisekarte Ähnlich dem »Surface« von Microsoft Top 13 z.B.: Umfragesysteme Gesehen auf der IFA in Berlin und der orgatec in Köln Chefsache Repräsentative oder unternehmenswichtige Applikation Digitale »Brettspiele« Dazu existieren vor allem aus Bastlerkr eisen Prototypen Top 26 z.B.: Gerätesteuerun g Zahnarzt Zu kunftsvision Unternehmensworkshop Am Fraunhofer IAO in Entwicklung befindlicher Prototyp Translator Zukunftsvision Tabelle 12: Tabelle der marktwirtschaftlich in teressanten Anwendungen Abbildung 71: Marktpotenzial der »Chefs ache« und des »Unt ernehmensworkshops« In diesem Fall konnte also anhand der Applikationsan alyse über mögliche Szenarien, der Kombination aus umgebungsangepasster Technik und der damit v erbundenen Software, das Marktpotenzial ermittelt werde n. Die Höhe des Marktpotenzials macht deutlich, wie lohnend der Einsatz von Ressourcen and dieser Stelle is t. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 69 6 Multi-Touch am Fraunhofer IAO Multi-Touch als Technologie für Eingabegeräte reiht sich ras ant in die Gruppe der häufig verwendeten Eingabegeräte in de r Mensch-Computer-Int eraktion ein. Diese Tatsache eröffnet einen neues Gestaltungsraum für die Konzeption v on interaktiven Systemen, für Anwendungsentwickler und U sability Engineers. Am Fraunhofer IAO wird das Thema Mult i-Touch aus verschiedenen Persp ektiven betrachtet, aus der Mensch-Computer Intera ktion (Human-Computer Interaction), der Softwaretechnik und dem Softwarem anagement, und aus der Sicht des Markt - und Technologiepotenzials. Die Erge bnisse der Einzelbereiche liegen gesammel t in dieser Studie vor. Im Bereich Technologie- und Innovationsma nagement wurde die Technologiepotenzialanalyse durchgeführt (Kontakt: www.innovation.iao.fraunhofer.de). Im Bereich der Informations- und Kommunikationstechnik wurden mehrere Proj ekte durchgeführt, insbesondere der Bau von Hardware-Prototypen und die Konzep tion und Entwicklung von Multi-Touch Anwendungen. Es kann auf umfangreiche Er fahrung im Umgang mit verschiedenen Multi-Touch Technologien zurückgegriffe n werden, ebenso im Softwaremanagemen t und der Softwaretechnik, besonders in Bezug auf Architektur- und Softwaretechnikberatung, und im Bereich de r Human Computer Interaction auf Eben e der Konzeption, Entwicklung und Gestaltung von Multi-User und Multi-Touch Systemen. Abbildung 72: Eine am Fraunhofer IA O entwickelte Anwendung zur kollaborat iven Bildersuche basierend auf MT4J 6.1 Human Computer Interaction Im Bereich »Human-Computer Interaction” beschäftigt sich das Fraunhofer IAO in Bezug auf das Technologiefeld »Multi-Touch« mit der Konzeption, Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 70 Entwicklungsunterstützung und Evaluation von Multi-Touch System en. Dazu zählen insbesondere: – Gestaltung und Einsatz von Mu lti-Touch-Technologie und -Anwendungen nach Usability- und User-Experience Gesichtspunkten – Beratung zur Multi-Touch Technologie und Hardware: Welche Basistechnologie und Hardware eignet sich für welche Anwendungsszenarien? – Konzeption von und Entwicklungsunterstützung b ei Multi-Touch Applikationen nach Usability- und User-Experience Gesichtspunkten, mit Fokus auf Qualitätsmanagement und kollaborativ e Arbeitsumgebungen mittels Multi-Touch Systemen – Kombination von Multi-Touch Technologie mit Tangible Interfaces zur Unterstützung im Hardware-Prototyping und der Simulation u nd Evaluation von haptischen Benutzerschnittstellen Des Weiteren wird kontinuierlich an Studien zu den f olgenden Themen gearbeitet: Grafische Multi-Touch Oberflächen (Styleguide s), Interaktionsfeedbac k bei Multi-Touch und Gestenhilfen, Gestensets für bestimmte Applikationsgruppen und Anwendungsszenarien. Kontakt: www.hci.iao.fraunhofer.de 6.2 Softwaretechnik Das Fraunhofer IAO bietet Ihnen Bera tung und Unterstützung in wesentlichen Bereichen der Multi-To uch-Softwaretechnik: Architektur- und Softwaretechnikberatung: Am Fraun hofer IAO hat in einer Vielzahl von erfolgreich durchgeführten Projekten für Auft raggeber aus der Wirtschaft und der öffentlichen Verwaltung ein umfangreiches Know-How bei der Konz eption und Umsetzung von innovativen Softwarearchitekt uren aufgebaut. Im Bereich der Multi- Touch-Softwaretechnik liegt ei n besonderer Fokus auf der Integration in betriebliche Abläufe und bestehende Systemlandschaften. Das Fraunhofer IAO bietet verschiedene Dienstleistungen für die Entwicklung und dem Einsatz von Multi-Touc h Anwendungen: – Konzeption von innovativen Softwarearchitekturen für individuelle Multi-Touch Lösungen – Integration von Multi-Touch-Lösungen in die Systemlandschaft – Umsetzungsbegleitung und Qualitätsmanagem ent – Entwicklung und Gestaltung von Multi-Touch-Anwendungen sowi e Realisierung von Prototypen und Demonstratoren Kontakt: www.swm.iao.fraunhofer.de Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 71 6.3 Multi-Touch Entwicklungsplattform MT4j Die am IAO entwickelte Mult i-Touch Entwicklungsplattform »Multi Touch for Java« kurz MT4j basiert auf Open Source Komponenten und ist als Open Source verfügbar. MT4j vereinfacht und unterstützt die Entw icklung von Multi-Touch-Applikationen, und ist durch die Verwendung von Java auf dive rsen Betrieb ssystemen lauffähig. Durch Nutzung der Hardwarebeschleunigung moderner Grafi kkarten kann eine eindrucksvolle Grafikleistung, sowohl für zwei- als auch für dr eidimensionale Computergrafik erreicht werden. Durch die Verwendung von Java ist MT4j einer breiten Entwicklergem einde zugänglich. In Multi-Touch-Anwendungen hä ufig benötigte Funktionalitäten, wie die Auswertung von Multi-Touch Steuerungsgesten, sind bereits Bestandteil der Plattform, ebenso wie eine Vielzahl bereits vorhandene r Oberflächen-Komponenten, aus denen Multi-Touch Benutzungsschnittstellen zusammengesetzt werden können. MT4j verfügt über einen modularen Aufbau und ist erweit erbar. Es werden gängige Formate und Standards wie etwa SVG, OBJ, 3DS, zahl reiche Grafikformate und das TUIO-Protokoll unterstützt. Aufgrund des modularen und erweiterbaren Aufbaus der MT4j-Plattform ist diese an spezielle Bedürfnisse und Anforderungen anpassbar. Das Fraunhofer IAO bietet di e Erweiterung und Anpassung der MT4j-Plattform nach kundenspezifischen Bedürfnissen an. Die Plattform steht unter http://www.MT4j.org zum kostenlosen Download bereit. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 72 7 Zusammenfassung 7.1 Multi-Touch Technologie Es existiert mittlerweile eine Vielzahl an Technologien, die eine Realisierung von Multi- Touch Funktionalität ermöglichen. Die Tec hnologien können im Wesentlichen in zwei Kategorien unterteilt werden: Multi-Touch Technologien, welche Berührungspunkte visuell durch die Oberfläche erkennen : Diese Technologien basieren auf op tischen Tracking-Verfahren und bieten technisch die Möglichkeit, eine beliebige Anzahl von bewegten Berührungspunkten gleichzeitig zu erkennen. Einschränkungen ergeben sich durc h die Notwendigkeit, einzelne Berührungspun kte in kontinuierliche Bewegungen umzurechnen. Bei bestimmten Bewegungskon stellationen ist jedoch keine eindeutige Bewegungszuordnung möglich, dies erfordert heuristische Lösungsansätz e. Bei optischen Verfahren entsteht zudem ein nicht unerheblicher Rechenaufwand für die Bildauswertung. Abhängig von der Brennweite der Kamera- und Projektionskomponenten existiert ein Minde stabstand zwischen Touch-Fläche und Kamera, bzw. Beamer. Dies führt dazu , dass sehr flache Ausführungen, beispielswei se »Overlays« für Flachbildschirmen, technisch nicht realisierbar sind. Multi-Touch-Technologien mit seitlich zur Oberfläche angebrachter Sensorik, oder in der Fläche integrierte Sensorik : Diese Technologien ermöglichen die Realisierung sehr flacher Multi-Touch System e. Da die Senso rik jedoch die Oberfläche meist getrennt in X- und Y-Richtung »f lach abtastet«, treten bei mehreren Berührungspunkten Überdeckungseffekte (»Ghos ting«) auf. Dies hat zur Folge, dass mit vielen dieser Systeme maximal zwei Berührungspu nkte gleichzeitig sauber erkannt werden können. Überdeckungseffekte können teilweise durch Korrekturmech anismen ausgeglichen werden, jedoch wird dies durch jeden weiteren B erührungspunkt fehlerträchtiger. Aufgrund diese Einschränkung sind die Techn ologien besonders für kollaborative Nutzungsszenarien wenig g eeignet. Zudem treten teils sensorische Probleme in den Ecken dieser Screens auf. Anknüpfend an diese zwei Technologie-Ka tegorien kann mittlerweile eine dritte gebildet werden: Druckempfindliche Technologien. Diese vom Aufbau dem kap azitiven Verfahren ähnliche Technologien, detektieren neben der Position von Berührungspunkten auch deren Druck auf die Oberfläche. Erste Demos seh en vielversprechend aus, die Technologie befi ndet sich jedoch noch im Stadium eines Prototypen. An deren Weiterentwicklung, ursprünglich von der New York University, sind mittlerweile Touchco 94 und Microsoft beteiligt. 94 http://www.touchco.com/tech.html Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 73 7.2 Multi-Touch Hardware Bezüglich der funktionalen Anforderungen aus untersc hiedlichen Anwendungsszenarien existiert momentan noch kein marktreifes Prod ukt, dass in allen Bereichen überzeugt. Anhand bestimmter Anforderungen eines Szen arios kann jedoch die am Besten geeignete Technologie aus den zwei Technologie-K ategorien identifiziert werden, und damit eine geeignete Hardwa re-Lösung. Die Leistungsfähig keit der einzelnen Produkte lässt sich meist dire kt auf die verwendete Basistechnologie zurückführen. Folglich besitzen Produk te mit gleicher Technologie sehr ähnliche Merkmale bezüglich der Funktionalität, des Bauvolumen s, der Konstruktion und auch des Kostenrahmens. Die Integrationsfähi gkeit eines Systems und die Kopplung an andere Systeme ist maßgeblich davon abhängi g, ob die Hardware als »offenes« oder »geschlossenes« System verfügbar ist. Offe ne Systeme sind deutlich besser integrier- und koppelbar, da die Einzelkomponenten de s Systems nicht zwingend in Kombin ation miteinander verwendet werden müssen. Geschlos sene Systeme stellen dagegen einfache »Plug&Play« Lösungen dar, die meist ohne aufwändige Ko nfiguration und Integration auskommen. Latenz bei Aktionen und Verzögerung des Feedbacks während der Bedienung von verschiedenen Multi-Touch-Sy stemen lässt darauf schließen, dass viele Hardware- Lösungen noch nicht ausgereift sind. Dies zeigt sich ebenfalls in der Empfindlichkeit und Störanfälligkeit gegenüber Umwelteinf lüssen, wie beispielsweise direktem Sonnenlicht. 7.3 Multi-Touch Software Multi-Touch-Betriebssysteme : Besondere Relevanz im Bereich der Multi-Touch Software kommt der Unterstützung von Multi-Touch durch Betriebssy steme zu. Hierdurch wird ermöglicht, dass Software unabhängig von der bestehenden H ardware entwickelt werden kann und (bei verfügbar en Treibern für das Betriebssystem) auch lauffähig ist. Neben dem bereits e xistiere nden Betriebssystem MPX Linux verspricht das neue Betriebssystem Microsoft Windows 7 die Unterstützung von Multi-Touch- Funktionalität. Aufgrund der Marktstellung von Microsoft Windows auf dem Sekto r der Betriebssysteme kann zukünftig von einer größeren Verbreitung von Multi-Touch- Software ausgegangen werden kann. Multi-Touch-Anwendungen : Das Angebot an Multi-Touch Anwendungen, abgesehen von Anwendungen für Apples iPhone, ist momentan noch sehr begrenzt. Bestehende Multi-Touch Software ha t bislang, verglichen mit anderen Softwareprodukten, einen geringen Reifegra d und wird größtenteils nicht komm erziell vertrieben. Viele Anwendungen stellen ledi glich Technologie-Demonstratoren dar, welche die Multi-Touch Funktionalität zeigen, jedoch keinen oder einen sehr ge ringen Anwendungsnutzen besitzen. Professionelle, ko mmerzielle Produkt e werden bislang in der Regel von wenigen, großen Unte rnehmen vorangetrieben, wie etwa Terminalanwendungen für den Microsoft Surface. Wie in diesem Fall, sind die Softwarepakete zudem an konkrete Hardwareprodukte gekoppelt oder we rden nur als Gesamtpaket (Hardware und Entwic klungsdienstleistung) vertrieben. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 74 7.4 Potenzial, Defizit und Ausblick Aus Sichtweise der Human Computer Interaction besitzt Multi-Touch großes Potenzial und einige Vorteile im Vergleich zu andere n Interaktionstechniken. Durch die direkte Manipulierbarkeit von Inhalten »auf der graf ischen Repräsentation« können besond ers natürlich zu bedienende, intuitive Benutzung sschnittstellen realisiert werden. Hierbei können analog zur Interaktion mit realen Gegenst änden intuitive Steuergesten wie Drehen, Schieben und »Großziehen« von Obj ekten genutzt werden. Diese intuitiven Benutzungsschnittstellen bieten sich insbesondere für Anwendungss zenarien an, in denen die Benutzer nur wenig oder kein Erfahrungswissen aus dem Umgang mit d en Systemen haben (z.B. Automaten, Terminals, Kiosksysteme). Defizite in der Usability zeic hnen sich häufig aufgrund de s Fehlens von visuellem und haptischem Feedback ab. So ist beispiel sweise die Bedienung virtuelle r Tastaturen möglich, jedoch fehlt die Formhaptik der Ta sten und auch das haptische Feedbac k beim Betätigen einer Taste. Dies macht eine »blinde« Bedienung fast unmöglich. Haptische Bedienelemente sind ebenfalls wichtig, wenn beispi elsweise Maschinen bedient werden sollen, ohne gleichzeitig auf die Bedienoberfläc he zu blicken. Die fehlende Präzision der Finger bei der Touch-Interaktion muss ebenfa lls berücksichtigt werden, im Gegensat z zum spitzen und nahezu verdeckungsfreien Mauszeiger. Wesentliche Vorteile bieten die Mult i-Touch Technologien in kollaborativen Arbeitsumgebungen in denen ein System von mehreren Benutzer gl eichzeitig bedient werden soll. Hier gibt es verschiedene Szen arien: Mehrere Nutzer interagieren gleichberechtigt innerhalb einer Anwendung, oder sie werden vom System unterschieden und interagieren in verschiedenen Anwendungen, nutzen jedoch dasselbe Basissystem. Schwierigkeit treten je nach v erwendeter Technologie in der Zuordnung von Berührungspunkten zu ei nzelnen Personen oder Händen auf. Dies stellt besondere Anforderungen an die Gesten auswertung. Zudem müssen »Turntaking- Probleme« berücksichtigt werden, beispielsw eise die Frage: »Was passiert wenn zwe i Personen das selbe Objekt verschieben wolle n?« oder »wenn eine Person eine lokale Objektfunktion, eine andere Person gl eichzeitig eine globale Funktion wie Vergröße rn aller Objekte ausführt?« Durch die direkte Interaktion mit der grafischen Oberfl äche entfällt die Notwendigkeit für weitere Steuerungs- und Eingabegeräte. Andererseits erlauben es einig e Multi- Touch-Technologien (aus der Technologi e-Kategorie »optische Erkenn ung«) die Schnittstelle explizit durch eine Steuerun g mit »greifbaren, echten« Gegenständen, zu erweitern, die Objekte in der digitalen We lt beeinflussen können. Die Gege nstände werden dabei auf die Oberfläche gelegt . Grundsätzlich kann jeder Gegenstand zu r Interaktion benutzt werden, der entweder ei nen optischen Marker auf der Unterseite besitzt, oder eindeutig anhand dessen Kontur identifiziert werden kann (vgl. 4.2.3.1 Reactable). Weiterhin besteht die Mög lichkeit, elektronische Gerät e über Funkverbindung (z.B. RFID, WLAN, Blueto oth) mit dem Multi-Touch-System zu verbinden um diese eindeutig zu identifizieren und um D aten zu übertragen. Es bieten sich damit neue Möglichkeiten der Gestaltu ng von sogenannten »Tan gible Interfaces«. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 75 Die Untersuchung des Markt- und Anwendungspotenzials zeigt sowohl bestehende, als auch fiktive Anwendungen, gruppiert un d bewertet diese. Die Analyse zeigt, dass Multi-Touch weitaus größeres Potenzial besitzt, als in den bislang bekannten Informations- und Unterhaltungsanwendu ngen abgedeckt wird. Besonders bei Anwendungen in denen mehrere Nutzer mit einem Sys tem interagieren zeichnet sich ein bedeutender Vorteil der Te chnologie ab. Ebenso haben sich Eigens chaften wie »Vandalensicherheit« und die Möglichkeit der Abschottung eines Multi-Touch-Sys tems gegen Umwelteinflüssen als wichtige Merkma le herauskristallisie rt. Das Engagement namhafter Firmen wie Microsoft, ein massen taugliches System zu konzipieren, das in größerer Stückzahl produziert wird, verd eutlicht die steigende Verbreitung der Technologie und ebenfalls eine wachsende Relevanz für den Bereich d er Industrieanwendungen. Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 76 8 Literaturverzeichnis [Bader 08], Entwicklung eines virtuellen Eingabegeräts für Multitouc h Screens, Bachelor Thesis Fraunhofer IAO / HdM Stuttgart, 7.8.2008. [Bullinger 08], H.-J. Bullinger (Hrsg.): Foku s Technologie: Chancen erkennen Leistungen entwickeln, Carl Hanser Verlag, München 2008. [Buxton 08], Multi-Touch Systems that I Have Known and Loved, http://www.billbuxton.com/multitouchOverview.html, 22.8.2008. [CT 08a], P. König, U. Kuhlmann, Finger-fe rtig? Multitouch: Wunsch und Wirklichkeit, C’t Ausgabe 14/08 S.150-155, Heise Verlag, 2008. [CT 08b], H. Schulz, P. König, Innenleben - Technische Neuerungen in Windows 7, C’t Ausgabe 4/09, S.92, Heise Verlag, 2009. 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Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 77 9 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Schematische Darstellung eines Diffused Illuminatio n Aufbaus 6 Abbildung 2: Abstand der Punkte bei gleicher Bewegungsgeschwindigkeit 7 Abbildung 3: Schematische Darstellung eines auf Totalreflexion basierenden Aufbau s 9 Abbildung 4: Schematische Darstellung des Effekts der unterbrochenen Totalreflexion 10 Abbildung 5: Darstellung eines projekti v-kapazitiven Multi-Touch Screens 11 Abbildung 6: Musikinstrument Yamaha Tenori-on mit LED-Matrix-Technologie 13 Abbildung 7: Funktionsprinzip des Infrarot-Lichtvorhangs 15 Abbildung 8: Laser Light Plane Methode – Ei n Finger bricht die vom Infrarot-Las er aufgespannte Lichtfläche und reflektiert Licht Richtun g Kamera 16 Abbildung 9: Einbau eines Infra Red Light Plane Rahmens in ein Standard LCD Display 18 Abbildung 10: Infrarot-Emitter und -Sensor 18 Abbildung 11: Das Mobiltelefon »iPhone« mit Multi-Touch-empfindlichem Display 22 Abbildung 12: Das Display ist mit Folienschichten überzogen, die kapazitiv Berührungspunkte erkennen 22 Abbildung 13: Die Steuerung mit Si ngle- und Multi-Touch-Gesten 22 Abbildung 14: Dell Latitude XT mit schwenkbarem Display 23 Abbildung 15: Dell Latitude XT als »Tablet PC« 23 Abbildung 16: Microsoft Surface PC 24 Abbildung 17: Funktionsprinzip Microsoft Surface PC 24 Abbildung 18: Der Intuiface Multi-Touch Tisch mit einer Beispiel-Applikation 25 Abbildung 19: Evoluce Multi-Touch 26 Abbildung 20: Bauvolumen eines Multi-Touch Terminals 26 Abbildung 21: Version des Eyebeam CUBIT Multi-Touch-Tischs 27 Abbildung 22: Horizon Multi-Touch-Termi nal von Natural User Interfaces 28 Abbildung 23: Multi-Touch Tisch von GestureTek 28 Abbildung 24: horizontale Wandi nstallation von GestureTek 29 Abbildung 25: Ein auf ein beliebiges Display montierbarer Rahmen von Nexio 30 Abbildung 26: Die verwendete Technologie »IR-Lichtvorhang« ermöglicht eine flache Bauweise der Nexio Touch-Rahmen 30 Abbildung 27: Nexio Touch Screen »NEX Serie Industrie«, erhältlich in 10.4-19 Zoll 30 Abbildung 28: Nexio Touch Screen »NOP Serie Industrie«, erhältlich in 15-1 9 Zoll 30 Abbildung 29: Einbau eines flachen NextWindow Touch Rahmens in ein Standard LCD Display 31 Abbildung 30: Infrarot-Emitter und -Sensor in den NextWindow Touch Displays und Rahmen 31 Abbildung 31: Next Window Touch Frame 32 Abbildung 32: Installation eines NextWindow Multi-Touch Fram es vor einem Monitor 32 Abbildung 33: Touch-empfindliche Folie 32 Abbildung 34: Montage der Folie au f Rückseite einer Glasscheibe 32 Abbildung 35: Anwendung an einer 100 Zoll Scheibe im Format 16: 9 33 Abbildung 36: Albatron Multi-Touch Display 33 Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 78 Abbildung 37: LG-Phillips LCD Multi- Touch-Display auf des CES 2008 34 Abbildung 38: Multi-Touch Wall von Jeff Hahn 35 Abbildung 39: Zwei MultiTouch »Cells« modular miteinande r verbunden 36 Abbildung 40: Multi-User Szenario mit Cell-Modulen 36 Abbildung 41: Kombinationsbeispiel von einzelnen Cell-Modulen 36 Abbildung 42: Stantum SMK 15,4 37 Abbildung 43: Globusnavigation auf MPX-Linux 44 Abbildung 44: Multi-Touch Demonstratoren von Jeff Han 45 Abbildung 45: Firefly, ein erstes Computerspiel für den Microsoft Surface PC 46 Abbildung 46: Optisch lokalisierbare Tags (Fiducials) des Reactivision Tables 46 Abbildung 47: Der Reactable – ein Interaktives Musikinstrument 47 Abbildung 48: Virtuelles Multi-Touch-Keyboard für das iPhone 47 Abbildung 49: Die Anwendung MultiKey 48 Abbildung 50: Shared Design Space 49 Abbildung 51: Multi-Touch-Bildbearbeitungstool Photoshop MT 49 Abbildung 52:Multi-Touch Engineerin g-Anwendung des Fraunhofer IGD 50 Abbildung 53: Microsoft Surface – Anwendung zur Produktauswahl im Gastronomieumfeld 51 Abbildung 54: Microsoft Surface – Anwendung zur Auswahl von Mobiltelefon und Vertragskonfiguration 51 Abbildung 55: Modellierungstool an der Ruhr-Universität Bochum 52 Abbildung 56: Google Earth – Anwendung auf einer Perceptive Pixel Wall 53 Abbildung 57: 180 – Designstudie einer Consulting-Anwendun g für Banken 54 Abbildung 58: Wand zur Moderationsunterstützung und Inform ationsvisualisierung 54 Abbildung 59: MindMap-ähnliche Anwendung der TU München und der Universität Augsburg 55 Abbildung 60: Auszug aus der Applikationstabelle 59 Abbildung 61: MindMap der Bewertungskriterien 60 Abbildung 62: Dendrogram mit bereinigten Applikationsclustern 60 Abbildung 63: Hochachse = Mobilität, na ch oben hin abnehmend, Längsachse = erforderliche Präzision, nach rechts zunehmend 61 Abbildung 64: Hochachse = Mobilität, na ch oben hin abnehmend, Längsachse = erforderliche Präzision, na ch rechts zunehmend 62 Abbildung 65: Visualisierung der Applikationen 63 Abbildung 66: Beispiel »iPhone« 64 Abbildung 67: Beispiel für hohes Marktpotenzial 65 Abbildung 68: Beispiel für geringes Marktpotenzial 65 Abbildung 69: Marktpotenzial der Applikat ionen und damit verbundener Soft ware 66 Abbildung 70: Mobilität und angenommene r Preis der Applikationen und der damit verbundenen Software 67 Abbildung 71: Marktpotenzial der »Chefsache« und des »Unternehmensworkshops« 68 Abbildung 72: Eine am Fraunhofer IAO entwickelte Anwendung zur kollaborativen Bildersuche basierend auf MT4J 69 Fraunhofer IAO Studie Multi-Touch 79 10 Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Bewertungskriterie n für Multi-Touch Systeme 5 Tabelle 2: Eigenschaften des Ve rfahrens Diffused Illumination 8 Tabelle 3: Eigenschaften des Verfahrens Frustrated Total Internal Reflection 11 Tabelle 4: Eigenschaften des projektiv-kapazitiv en Verfahrens 12 Tabelle 5: Eigenschaften de s Verfahrens LED Matrix 14 Tabelle 6: Eigenschaften des Verf ahrens Infrarot-Lichtvorhang 16 Tabelle 7: Eigenschaften des Verfahrens Laser Light Plane 17 Tabelle 8: Eigenschaften des Verfahrens Infra Red Light Plane 18 Tabelle 9: Bewertungskriterie n der Hardware-Komponenten 38 Tabelle 10: Übersichtstabelle der Hardware-K omponenten, erster Teil 39 Tabelle 11: Übersichtstabelle der Ha rdware-Komponenten, zweiter Te il 40 Tabelle 12: Tabelle der marktwirtsch aftlich interessant en Anwendungen 68 - © Fraunhofer IAO Der Begriff „Multi-T ouch“ wird für berührungssensitive Eingabe- geräte verwendet, die bei einer Mensch-Computer-Interaktion mehrere Berührungspunkte, also „multiple touches“, gleichzeitig erfassen und verarbeiten können. „Multi-T ouch“ fasziniert gleichermaßen Anwender und Entwickler durch neuartige Interaktionsformen, innovative Anwendungsszenarien und eine markante User-Experience. Die Konzeption dieser Multi-T ouch Systeme erfordert jedoch ein solides Wissen über deren Basistechnologien und stellt für Entwickler einige Stolperfallen. Das Fraunhofer IAO vermittelt in dieser Studie umfangreiches Basiswissen und mögliche Einsatzgebiete der T echnologie „Multi-T ouch“. Die Studie umfasst Informationen über die aktuell verfügbaren T echnologien und deren zugrunde liegende Hardware, beschreibt Multi-T ouch-Softwarelösungen und zeigt in einer Marktanalyse mögliche Anwendungsszenarien auf.