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Ubiquitous Computing(Ubiquitäre Informationstechnologien)Vorlesung im WS 02/03
Michael BeiglUniversität KarlsruheInstitut für TelematikTelecooperation Officewww.teco.uni-karlsruhe.de
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-2
Aufbau der Vorlesung
Grundlagen
Geräte
mobil, persönlich, eingebettet
Wearable
Vernetzung
Kontext
Geräte
digitale WeltKontext
reale Welt
Interaktion Vernetzung
(vorverarbeitete)Information
Information
Interaktion
Anwendungen
Anwendungen
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Wearable Computing Einleitung
Computer, der/die am Körper getragen wird/werden§ Insbesondere zur Unterstützung des „mobilen“ Menschen
Einsatzbereiche§ Notizen, „Mitschneiden“§ Touristenführer§ Reparatur- und Wartungsservice§ Militär§ Gesundheitsbereich
besondere Schwierigkeiten§ darf während der Tätigkeit nicht stören§ tragbar§ keine Monitor / Keyboard Interaktion§ nicht immer Online
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Wearable Computing Übersicht
§ Historie§ Wearable Computer
? Unterschied zu „Personal Computern“? 2 Problembereiche: Energie und Ergonomie
§ Generalisten: Multimedia / Video / Cyborgs? Integrierte Wearable Geräte? Verteilte Wearables? Anwendungen, HCI, Technologie
§ Spezialisten: Audio, Kontext/Affective, Amplified Reality, Uhr? Anwendungen, HCI, Technologie
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Historie
§ 1966 (C): E. Thorp, C. Shannon: Analoger SchuhComputer für Roulette
§ 1966 (F): D. Sutherland erfindet das Head-Mounted Display (HMD)
§ 1968 (F): D. Engelbart demonstriertfunktionierendes Chord
§ 1977 (C): HP verkauft die HP 01Taschenrechner-Uhr
Quelle: hpmuseum.orgUbiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-6
Historie
§ 1981 (C): Steve Mann entwickelt als Schüler tragbaren Rechner umPhototechnik zu steuern
§ 1984 (F): William Gibson schreibt Neuromancer
§ 1990 (C): G. Maguire und J. Ioannidis demonstrieren das StudentElectronic Notebook (Private Eye und mobile IP)
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Energie
Lösung: Mensch alsEnergiequelle
Problem§ Nur ein Teil der Energie kann
verwendet werden um dasSystem Mensch nicht zustören§ Effizienz der Technologie zur
Gewinnung der Energietypisch zwischen 5-25%§ => Oft nur etwa 1%
verwendbarQuelle: Morton 1952
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Energie
Lösung: Menschals Energiequelle§ aufgewendete
Energie zumaximal nutzbareEnergie (inKlammern)
Quelle: Morton 1952
Quelle: T. Starner
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Energie
Technolgie§ Piezoelektische Energiegewinnung im Schuh§ Beispielrechnung (Träger 52 kg schwer, T. Starner) im Schnitt:
§ Leistung bei Tastaturanschlag (T. Starner) im Schnitt
§ Effizienz bei Piezotechnolgie: 11% => ca. 2 mW
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Problembereich 2:Anbringung und ErgonomieGemperle (1998): Designing for Wearability§ Mehr Infos unter http://www.ices.cmu.edu/design/wearability
Design-Überlegungen§ placement: Wo wird das Gerät angebracht§ form language: Geräteform§ human movement: Beweglichkeit für Gerät§ proxemics: Anbringung als “Teil” des Körpers§ sizing: “Größenkompatibel” mit versch. Personen§ attachment: Befestigungspunkte
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Anbringung und Ergonomie
Entwurfskriterien§ Plazierung am Körper
Körperstellen mit großer Oberfläche, wenig Bewegung,wenig Varianz bei versch. Menschen; Gewichtsverteilung
§ Formsprache und GrößeKonkav nach innen, konvex nach außen, organischgeformt, weich, für verschiedene Größen/angepaßt an..
§ Menschliche Bewegungum aktive Stellen herum entwerfen; Raum schaffen, inden sich der Körper hineinbewegen kann
§ Wahrnehmung des KörpersAura um den Körper berücksichtigen, die als körpereigenempfunden wird
§ Befestigung am Körper„um den Körper wickeln“, mehrere Befestigungspunkte
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Generalisten
Generalisten: Multimedia / Video / Cyborgs§ Cyborg Begriff aus Science Fiction (M. Clines, 1960)
§ Ersatz und Erweiterung menschlicher Sinne um spezifischeFähigkeiten von Technologie (hier: des Rechners)§ Grundidee so alt wie die Sehhilfe§ insbesondere Überlagerung des SehsinnsTechnolgie§ PC ähnliche Wearable Geräte: Zentraler
Rechner und „dumme“ Peripherie§ Verteilte Wearables: Zusammenschluß
von verschiedenen Geräten wie Uhr,PDA, Sportmeßgeräten
Anwendungen, HCI, Technologie
Quelle: MIT Media Lab Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-16
§ Viele Schnittstellen: Firewire, USB, RS232, PCMCIA, Wavelan, 16 KanalA/D Wandler (für interne Spannungsüberwachung), JTAG, Auto PowerDown§ Stereo Audio, DVI 128 bit/1024x768§ 11.1 Wh Lithium Ionen, ca. 15x8x3 cm. 270g OHNE Batterie§ Power460mA bei 12V mit Microdrive und Wavelan, ohne Display
Konzept§ Monolitischer Aufbau, Standard Software (Linux)§ Klein, damit gut anbringbar§ Relativ sparsam, damit kompakt baubar, wenig
Wärmeableitungsprobleme
Quelle CMU: http://www.wearablegroup.org
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Multimedia Technolgie
Mithril von MIT§ ARM (SA 1110) basierte Zentrale (CERF
Board)§ Zusätzliche Peripherie über Bus§ Teilselbständige Peripherie z.B. SAK Board
für Sensor-Überwachung§ Verteilte Komponenten
über den Körperermöglichenergonomische Anbringung§ Body Bus für Komm.
der Komponenten
Quelle: http://www.media.mit.edu/wearables/mithril/Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-18
Verteilte
C. Randell, H. Muller, U.of Bristol
§ CyberJacket, BlazerJet, e-Gilet,eSleeve
§ zusammen mit HP Labs Bristol
§ PDA, GPS, GSM, Speech Recognition§ weniger Energieverbrauch durch
Verteilung der Funktionalität aufspezialisierte Einheiten
§ bisher noch chaotische VernetzungQuelle: http://wearables.cs.bris.ac.uk
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Erweiterte Realität
Augmented Reality (AR)§ Erweiterte Realität: Überlagerung und Erweiterung der durch
menschliche Sinne wahrgenommenen Realität§ Im Prinzip Sinn aller WearablesZwei Möglichkeiten§ Erweiterung der Geräte selbst -> Ubicomp§ Erweiterung durch persönliches Gerät -> WearableZweck§ Einblendung von Information (Überbrückt virtuelle und reale Welt)§ Erweiterte Wahrnehmung, z.B. Nachtsicht, biometrische
ParameterVorteil§ Benutzbarkeit: Arbeiten im Raum, direkte Einbeziehung der
Realität statt Abbildung§ Technik: I/O überall ohne Infrastruktur Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-20
§ Nutzung oft ähnlich gewohnter GUI NutzungEingabe§ Explizite Eingabe problematisch, da von realer Welt ablenkt§ Keine feststehendes Eingabegerät erfordert neue Interaktionstechniken§ ... Und erfordert deshalb oft Erlernen eines neuen Geräts§ Eingabetechniken für einhändige oder freihändige Interaktion
? Sprachbedienung? Spezialtastaturen? Zeigegeräte als Mausersatz
§ mehr Produkte auf http://www.tekgear.ca Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-30
Head Mounted Display
Ergonomie§ Gewicht nahe Schwerpunkt des Kopfes§ Maximale Auflagefläche ohne Muskeln§ Keine Sinne beinträchtigt
Quelle: www.ices.cmu.edu/design/wearability
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Displays für mobile Aktivität
See-through Displays§ Bsp. Sony Glasstron§ Stärken: Displaygröße
und -qualität? 30° Gesichtsfeld,
Farbe, SVGA§ Nachteile:
? eingeschränkte Sichtauf reale Welt (Ge-sichtsfeld, Lichtstärke)
? optimiert für andereAnwendungen (TV, Spiele,Augmented Reality [s.u.])
? sehr hohe Leistungsaufnahme (11W)
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-32
Displays für mobileAktivität
See-above Displays§ Bsp. Personal Monitor§ mehr periphere Sicht als bei
Sony Glasstron, aber einge-schränkt durch Abdeckung§ weniger Displayraum im
Gesichtsfeld, keine Über-lagerung virtueller undrealer Bilder
Aussenansicht
Innenansicht
Sichterlebnis
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-33
Displays für mobile Aktivität
Monokulare Displays§ Bsp. M1 Display, „Private Eye“§ 500 $§ auf einem Auge freie Sicht§ wenig Displayraum (8° FOV),
bei M1 niedrige Qualität§ Aufteilung: ein Auge für die reale
Welt, eins für die virtuelle? fragwürdiges Konzept
(dominantes Auge,3D-Sehen)
? hohe Belastung für Nutzer
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-34
Displays für mobile Aktivität
„Unsichtbare“ Monokulare Displays§ Entwicklungen von MicroOptical: Clip-On Display§ zwischen 900-1600 $ je nach Auflösung
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-35
Knöpfe, Joystick, Beschleunigungs- oder Neigungssensoren
Zweihändig§ Pen/Touch, Gesten, Keyboard
Wichtigste Vertreter§ QUERTY /Half-Q.§ Chords VIDEO§ Chord-Erweiterte, z.B. Twiddler§ Chord Einarbeitungszeit: ca 30 h für 36 Anschläge/min (etwa
Keyboard)Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-40
Audio Wearable
Nomadic Radio§ Sawhney & Schmandt, MIT MediaLab§ Audio-only Wearable für ubiquitäre Kommunikation§ Ausgabe: periphäre Geräusche (Cues) und Synthetische Sprache
(Benachrichtigung, Antworten auf Befehle)§ Eingabe:
Sprach-erkennung§ gerichtete
Lautsprecherin Kopfnähefür 360°gerichteteAusgabe
Quelle:web.media.mit.edu/~nitin/NomadicRadio
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-41
Nomadic Radio: Navigation
Aktive Interaktion§ Vokabular für Sprachnavigation
? 12 Meta-Kommandos, z.B. “Go to my {email / news / ...}”? ein Vokabular für alle Anwendungen, nicht modal
§ Räumliche Anordnung von Nachrichten in 3D-Audio? Body-stabilized, z.B. nach zeitlichem Eingang im Tagesverlauf
§ Simultanes Hören: z.B. Email im Vodergrund, News im Hintergrund
12.00 Uhr
15.00
18.00
9.00
Email14.30
News8.00
Ubiquitous Computing WS 02/03 Michael Beigl, TecO 5-42