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Blinde
oder stark sehbehinderte Personen haben erhebliche Probleme, moderne
elektronisch gesteuerte Geräte
oder Informations- oder Kommunikationsmittel wie Personal Computer
(PC) zu bedienen, da diese Geräte
im wesentlichen optische Eingabegeräte wie Maus, Trackball oder
Touchpad gesteuert werden, die die visuelle Navigation auf dem Computer-Desktop
und die Bedienung von Programmen ermöglichen. Es besteht daher ein
großer
Bedarf an einer blindengerechten Benutzerschnittstelle für die Navigation
und die Kontrolle von Computern und anderen elektronisch- oder computer-gesteuerten
Geräten.
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Die
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der blindengerechten
Benutzerschnittstelle die optische Navigation über Maus, Trackball oder Touchpad
durch eine für
Blinde fühlbare
Rückkopplung über Force-Feedback-Geräte ersetzt
wird, die zusätzlich
durch 3D-Sound über Kopfhörer unterstützt wird.
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Kontrollgeräte, die
ein haptisches Feedback liefern, sind an sich nichts Neues. In der
einfachsten Form sind es z. B. Schalter mit einem Schalthebel, die über die
Position des Hebels eine Aussage über den Schaltzustand liefern,
oder etwa Drehregler, die deutlich einrasten. Werden diese Kontrollelemente motorisch
gesteuert, ist auch eine Interaktivität zwischen Gerät und Nutzer
denkbar. Ein solcher Ansatz ist z. B. im Verfahren nach
DE 199 06 535 A1 zu
finden. Ein solches Verfahren genügt zwar einfachen Regelungsansprüchen, erlaubt
aber keine weitergehende Interaktivität, wie sie zum Beispiel bei
Computern und ihren Benutzerschnittstellen gefordert ist.
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Bekannt
ist der Einsatz von Force-Feedback-Geräten in PC-Spielen, in der Robotik,
in wissenschaftlichen oder medizinischen Anwendungen. So gibt es
Beschreibungen zu haptischen Computerschnittstellen, die mit Hilfe
einer speziellen Force-Feedback-Maus realisiert werden und fühlbare Signale
für den
Anwender übertragen
(vgl. Patent Nr.
US
6,219,034 B1 oder Patent
6,717,573 B1 ). Beide Patente beschreiben
allerdings jeweils eine Vorrichtung, die explizit die Interaktion
mit einer grafischen Bedieneroberfläche unterstützt. Beide Patente beschreiben
damit Verfahren, die nicht für
erblindete und sehbehinderte Menschen konzipiert sind, sondern im
Gegenteil für
sehende Menschen, die mit einer grafischen Benutzeroberfläche arbeiten.
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Ein ähnliches
Gerät,
ein haptischer Trackball, wird in Patent
US 0174340 A1 beschrieben.
Ein Trackball ist mit einer Maus vergleichbar, deren Ball oben liegt
und je nach Konstruktion mit der Handfläche, dem Daumen oder den anderen
Fingern bedient wird. Auch dieses Gerät wurde nicht für blinde
Anwender konzipiert, sondern soll sehende Anwender bei der Bedienung
einer grafischen Oberfläche
unterstützen.
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Das
Verfahren nach
DE
198 58 647 A1 geht insofern über die oben genannten Verfahren
hinaus, als es in die Maustasten eine „Mini-Braille-Tastatur” einbaut,
die einem blinden Anwender Hinweise über das unter dem Mauszeiger
liegende Kontrollelement geben.
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Problematisch
für blinde
Benutzer ist bei all diesen Verfahren allerdings, dass eine Maus
angehoben und versetzt werden kann. Durch das Anheben und Versetzen
einer Maus wird aber eine absolute Positionierung in einem virtuellen
Raum oder auf einer virtuellen Oberfläche (das Anheben und Versetzen
der Maus ändert
die Cursorposition auf dem Bildschirm nicht) verhindert. Damit ist
für Blinde
keine Korrelation zwischen der Position der Maus auf dem Schreibtisch
und der Position im virtuellen Raum erkennbar. Die beschriebenen
Technologien der oben genannten Patente sind für Blinde daher ungeeignet (aber
dafür ja
auch nicht konzipiert). Dies trifft auch für das Verfahren nach
DE 198 58 647 A1 zu,
da die Maus zwar auf dem Bildschirm über einem Objekt „eingefangen” wird,
die Hand des Anwender aber aufgrund des Bewegungsimpulses inzwischen
weitergeführt
wird. Al lerdings wird in diesem Verfahren zur Vermeidung dieses
Effektes und zur besseren Identifizierung von Bedienelementen die
Cursorgeschwindigkeit auf dem Bildschirm verändert. Ein solches Verfahren
ist mit einem Joystick nicht realisierbar, da er eine absolute Positionierung
wiedergibt. Dies geht nur mit einem relativ positionierbaren Eingabegerät, wie etwa
einem Trackball oder einer Maus, bei denen je nach Anwendung die
Mausbewegungen auf dem Schreibtisch große oder kleine Bewegungseffekte
auf dem Bildschirm verursachen. Bei dem Verfahren nach
DE 198 58 647 A1 führen allerdings
die für
den blinden Anwender nicht sichtbaren oder anderweitig erkennbaren
Geschwindigkeitsveränderungen
bei den Mausbewegungen zur Orientierungslosigkeit, da kein eindeutiger
Zusammenhang zwischen Mausbewegung und Entfernung zwischen den Bedienelementen
besteht. Das beschriebene Verfahren beschreibt zudem kontinuierlich
eine grafische – und
damit visuelle – Oberfläche mit „üblichen Icons” und Zeigersymbolen
wie Cursor oder Fadenkreuz. Das vorgestellte „Einfangen” des Cursors als quasi „Ein-Zonen-Modell” erlaubt
zudem keine (fühlbare)
Identifikation des Bedienelemente-Typs wie sie das Drei-Zonen-Modell
der Erfindung bietet. Damit beschreibt dieses Verfahren wie in der
Aufgabe beschrieben zwar eine verbesserte Bedienung einer normalen
grafischen Oberfläche,
nicht aber ein für Blinde
angepasstes Verfahren.
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In ähnhicher
Weise wird nach
DE
44 00 790 A1 verfahren. Auch hier geht es im wesentlichen
um „taktiles,
kinästhetisches
Feedback” als
Unterstützung
im Rahmen einer grafischen Benutzeroberfläche. Hier geht es insbesondere
um feinmotorische Steuerung und Feedback. Abgesehen davon, das dieses
Verfahren nicht für
Blinde konzipiert ist, ist eine solche feinmotorische(An-)Steuerung
für Blinde nicht
unproblematisch, da Blindheit häufig
eine Folgeerscheinung anderer Krankheiten, Dispositionen oder Unfälle ist,
die zum Teil mit einer verminderten motorischen Kontrolle einhergeht.
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Das
Problem der absoluten Positionierung ist mit einem FFC wie einem
Pantograph (Touching and Hearing GUI's: Design Issues for the PC-Access System,
Centre for Information Technology Innovation, Vancouver 1996) gelöst. Allerdings
wird der Einsatz dieses Gerätes
insbesondere in Zusammenhang mit einer Braille Lese- und Anzeige
gesehen, und ist damit nicht geeignet für blinde Menschen, die Braille
nicht beherrschen. Die absolute Positionierung ist auch in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 038 335
A1 gelöst,
da hier ein Joystick favorisiert wird. Zusätzlich wird dort das haptische
Signal durch eine akustisches Signal verstärkt. Allerdings sind die Verfahren
zu allgemein beschrieben und geben eher den alllgemeinen Stand der
Technik wieder als das ein neues Verfahren vorgestellt wird.
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Eine
andere Möglichkeit,
Force-Feedback-Technologie anzuwenden, ist es, zum Beispiel Bildelemente
oder eine Benutzeroberfläche
mit Hilfe kleiner ausfahrbarer Pins (ähnlich einer Braille-Tastatur)
darzustellen. Diese Technologie wird nach
DE 195 05 875 A1 als Lesegerät eingesetzt
und setzt Braille-Kenntnisse voraus. Ein alternatives Lesegerät für blinde
Menschen, die kein Braille beherrschen, beschreibt
DE 199 49 636 A1 . Diese
Verfahren beschreiben allerdings nur Lesegeräte und erlauben keine Steuerung
des Computers über
Force-Feedback-Technologie.
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Braille-Tastatur
und das Pin-Verfahren zur Darstellung einer Benutzeroberfläche und
Elemente wie Bilder werden auch im Patent
US 6,278,441 B1 dargestellt,
das sich auch an sehende Anwender, aber vorzugsweise an sehbehinderte
und blinde Anwender richtet. Das Verfahren ist nicht nur technisch sehr
aufwendig und teuer, interessanterweise wird von einer direkten
Transkription von Buchstaben und Symbolen auf eine 40-Pin-Matrix
ausgegangen. Eine solche Verfahrensweise hat sich in der Blindenschrift als
untauglich erwiesen, dort arbeitet man eher „morsekode-artig” in einer
6-Pin-Matrix. Letztendlich handelt es sich bei diesem Patent um
ein ähnliches
Verfahren wie schon oben beschrieben nach
DE 198 58 647 A1 .
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Allen
oben beschriebenen Patenten und Techniken ist überdies gemeinsam, dass sie
von einer haptischen Repräsentation
einer vorhandenen grafischen Oberfläche (z. B. Windows) ausgehen. Grafische
Bedieneroberflächen
sind aber nicht für blinde
und sehbehinderte Menschen konzipiert. insofern können die
beschriebenen Identifikationssignale und Rückkopplungseffekte zwar die
Bedienung einer grafischen Oberfläche durch einen sehenden Menschen
unterstützen,
sind aber für
blinde Menschen nicht adäquat.
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Dies
soll an einem Beispiel verdeutlicht werden: Bei grafische Benutzeroberflächen liegen
Kontrollelemente in der Regel dicht zusammen, z. B. bei einer Schaltflächenleiste
in einem Programmfenster (vgl. 1).
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In
diesem Beispiel (Programm StarOffice) liegen in zwei Reihen jeweils
13 und 14 Buttons auf einer Fläche
von 360×60
Pixel zusammen. Das entspricht einer Größe von ca 30×30 Pixel
pro Button. Dies entspricht je nach Maus-Einstellung einem realen „Bewegungsrechteck” zwischen
1,5 × 0,25
und 8,5 × 1,4
cm bei einem Din A4 Grafiktablett (vgl. Zeichnung 1).
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Sinn
der Maus ist, mit möglichst
wenig Bewegung auch größere Entfernungen
auf dem Bildschirm bedienen zu können.
Weiträumige
Mausbewegungen sind auf Schreibtischen weder erwünscht noch sind sie aus ergonomischen
und gesundheitlichen Gründen
sinnvoll.
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Damit
wird aber die Identifikation einer solchen feinen Struktur für Blinde
nicht mehr nachvollziehbar, insbesondere wenn die Struktur mit einem relativ
großen
Arbeitsgerät
wie Maus, Pantograph oder Joystick übertragen wird.
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Typischerweise
sind in den beschriebenen Patenten und Techniken auch nur sehr allgemeine Force-Feedback-Signale
oder Reaktionen beschrieben. Ein spezifisches, für blinde geeignetes Force-Feedback-Verfahren
wird nicht dargestellt. Entsprechend sind dem Antragsteller zur
Zeit keine auf Force-Feedback beruhende Benutzerführungen für blinde
Anwender bekannt, die auf dem Markt erhältlich sind. Stand der Technik
ist vielmehr der Einsatz von so genannten Screenreadern, die machmal in
Kombination mit dem Navigationssystem „DAISY” eingesetzt werden. DAISY
ist allerdings nicht universell einsetzbar und generell ist der
Einsatz von Screenreadern sehr umständlich und langwierig, da Screenreader
eine Oberfläche
mit ihren Bedienelementen in der Regel von links nach rechts und
von oben nach unten vorlesen. Dies bedeutet, das der blinde Anwender
eventuell durch eine lange Liste von Elementen hindurch geführt wird,
bevor er an das Element gelangt, das er bedienen will.
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Ein
akustisches Feedback ist auf relativ einfache Weise möglich, wenn
sich die Maus über
einem Kontrollelement befindet. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel
in Patent
US 5,461,399 beschrieben. Diese
Verfahren sind in der Zwischenzeit durch Screenreader, die „vorlesen”, was sich
auf der Oberfläche
befindet, obsolet geworden. Hinzu kommt, das ein solches Verfahren
zwar die Identifikation eines Objektes erleichtern kann, wenn sich
der Benutzer über
dem Objekt befindet, aber keine Hilfe bietet, das Objekt überhaupt
erst einmal zu finden und anzuwählen.
Bei dem Verfahren nach
DE
198 58 647 A1 wird zwar das Auffinden eines Objektes erleichtert,
den Typ und die Funktion des Bedienelements erfährt der Anwender akustisch über Textausgabe
erst dann, wenn er das Objekt gefunden angewählt hat, bzw. sich über dem
Objekt befindet. Ein sehender Anwender erkennt dagegen auf einem
Blick, ob es sich bei einem Bedienelelement z. B. um einen aktive
oder deaktivierte – und
damit zur Zeit nicht nutzbare – Schaltfläche handelt
und würde
damit die deaktivierte Schaltfläche
gar nicht erst ansteuern. Für
einen blinden Anwender ist das Verfahren nach
DE 198 58 647 A1 daher
nicht optimal. Das Drei-Zonen-Modell der Erfindung bietet dagegen
eine ergonomischere Lösung,
da blinde Anwender mit diesem Verfahren den deaktivierten Status
der Schaltfläche
erkennen, ohne dass sie dazu erst die Schaltfläche anwählen müssten.
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Mittels
neuer Soundkartentechnologie ist es in Computern möglich, in
Echtzeit dreidimensional ortbaren Sound über einen Kopfhörer zu erzeugen. Hierbei
können
entweder Soundkarten-Technologien wie EAX-Sound oder die Kunstkopftechnologie
eingesetzt werden. Bekannt ist der Einsatz dieser Technologie in
PC-Spielen oder etwa in der Unterhaltungsindustrie, z. B. in der
Surround-Technologie in Filmen. 3D-Sound ermöglicht damit in der Theorie,
in einem virtuellen Raum Bedienelemente zu lokalisieren.
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Ein
solches Verfahren wird in Ansätzen
nach
DE 197 55 863
A1 benannt und beschreibt die Möglichkeit, mehrere versprachlichte
Tonelemente räumlich
akustisch im Raum getrennt zur selben Zeit darzustellen. Dies wird
durch eine Tonkulisse unterstützt.
Der Autor spricht dabei von dem „Cocktail-Party-Effekt”, der es
ermögliche,
eine Anzahl parallel verlaufender Gespräche in einer Tonkulisse auseinander
zu halten und zu verstehen.
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Dem
muss folgendes entgegengehalten werden.
- • Nicht alle
blinden und sehbehinderten Menschen sind von Geburt an blind oder
sehbehindert. Vor allem spät
erblindete Menschen entwickeln nicht mehr den Gehörsinn, wie
ihn von Geburt an Blinde entwickeln.
- • Viele
Blinde haben Mehrfachbehinderungen. Schwerhörigkeit oder der Ausfall eines
Ohrs machen würden
das Verfahren nach DE
19755863 A1 erschweren oder unmöglich machen.
- • Bestimmte
Töne und
Tonkulissen sind schwer zu orten. So sind z. B. tiefere Töne nicht
einwandfrei zu orten (von daher funktionieren Surroundsysteme mit
nur einem Basslautsprecher). Eine reine Soundorientierung ist daher
für blinde
und sehbehinderte Menschen unzureichend.
- • Eine
Geräuschkulisse
(Cocktail-Party-Effekt) wie oben beschrieben erschwert eher die
Orientierung für
Blinde. Auch blinde Menschen orientieren sich nicht nur nach Geräuschen,
sie benutzen haptische Gerätschaften,
z. B. den Blindenstock, um sich zu orientieren und die Umgebung
abzutasten.
- • Tonquellen,
die bildlich gesprochen hintereinander stehen, werden aus einer
Richtung kommend wahrgenommen. Für
einen blinden Menschen ist damit nicht erkennbar, ob es sich um
ein Soundgemisch aus nur einer Quelle oder aus mehreren hintereinander
befindlichen Quellen handelt. Dies erschwert die Identifikation
und Navigation.
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Die
Orientierung für
blinde Menschen innerhalb einer Benutzeroberfläche nur über 3D-Sound erscheint daher nicht möglich. Dem
Antragsteller sind zur Zeit keine auf 3D-Sound beruhende Benutzerführungen
für blinde
Anwender bekannt. Die Technologie ist bislang auch nicht mit den
akustischen Funktionen eines Screenreaders oder mit einem System wie
DAISY kombiniert worden.
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Zusammengefasst
erlauben die bislang beschriebenen und verfügbaren Verfahren keine befriedigende
Handhabung oder Kontrolle eines Computers oder computerunterstützten Gerätes für sehbehinderte
oder blinde Anwender. Hierzu sind insbesondere die in den Patenten
und Schriften genannten Force-Feedback-Steuerungen nicht geeignet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
anzugeben, das einen interaktiven Umgang von computerunterstützten Bedienelementen
für blinde
und sehbehinderte Anwender ermöglicht.
Weitere Aufgaben der Erfindung bestehen darin, ein Verfahren anzugeben,
dass es blinden und sehbehinderte Anwendern erlaubt, unterschiedliche
Typen von Bedienelementen auf einfache Weise zu identifizieren,
sowie unterschiedliche Funktionen und Arbeitsweisen der Bedienelemente auszuführen.
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Durch
die Erfindung soll erreicht werden, das blinde oder stark sehbehinderte
Menschen Computer und anderen Geräte einfach und interaktiv bedienen können. Mit
der Erfindung soll insbesondere erreicht werden, das blinde oder
sehbehinderte Computer-Anwender Standardbedienelemente wie Buttons, Schalter,
Auswahl- oder Checkboxen, sowie Standardfunktionen wie Drag&Drop (Ziehen und
Ablegen) genauso bedienen können
wie sehende Anwender. Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Merkmale
in Anspruch 1, 8, und 9, hinsichtlich der Identifikationsmerkmale
in Anspruch 3, 4 und 7, und hinsichtlich der Funktionsmerkmale in
Anspruch 5 und 6.
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Vorteile
der Erfindung bestehen darin, dass damit Blinden oder stark sehbehinderten
Menschen eine benutzerfreundliche Bedienung ermöglicht wird, die auf eine visuelle
Darstellung der Navigation und Kontrolle (z. B. über einen Bildschirm) verzichtet,
und dass das erfindungsgemäße Verfahren
kostengünstig
realisiert werden kann, da Force-Feedback-Gerate der Spiele-Industrie
und 3D-Soundkarten sehr preiswert sind.
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Das
Verfahren des Antragstellers nutzt dabei vorhandene Technologien
und ermöglicht
durch die Kombination aus Force-Feedback-Technologie und 3D-Sound-Orientierung
im virtuellen Raum eine angemessene und leicht bedienbare Benutzersteuerung
für blinde
oder sehbehinderte Menschen. In Verbindung mit einem absolut positionierbaren
FFC wie z. B. einem Joystick ist es damit möglich, die Richtung und Position
der Bedienelemente zusätzlich
mittels Force-Feedback anzuzeigen. Dies kann insbesondere auch bei
Blinden erforderlich sein, wo eine räumliche akustische Orientierung
z. B. aufgrund von Hörschäden nicht
möglich
ist. Damit entsteht eine blindengerechte, per Force-Feedback ertastbare
Benutzeroberfläche,
die sich nicht an vorhandenen grafischen Oberflächen orientiert, sondern mittels
klarer haptischer und akustischer Signale identifizierbar, navigierbar
und steuerbar ist. Das neue Verfahren geht damit über die
bekannte Technologie hinaus und erlaubt eine einwandfreie Orientierung
des erblindeten Menschen zur Handhabung und Kontrolle eines Computers
oder computer-unterstützten
Gerätes.
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Bei
der Ausgestaltung der Erfindung kommen Bedienungselemente auf einer
virtuellen Oberfläche,
bzw. in einem virtuellen Raum zum Einsatz, die durch ein Drei-Zonen-Modell
gekennzeichnet sind, nämlich
Kern, innere und äußere Schale
(oder Ring), und die je nach Funktion unterschiedliche Force-Feedback-Signale
zur Orientierung und Bedienung für
den Anwender aussenden.
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Das
Verfahren des Antragstellers weist einem Bedienelement zusätzlich zu
dem Force-Feedback-Signal
eine akustische Ausstrahlung zu, die klar begrenzt ist und ebenso
wie das Force-Feedback-Verfahren durch ein Drei-Zonen-Modell gekennzeichnet
ist. Damit wird ein Cocktail-Party-Effekt vermieden, die Bedienelemente
werden erst erfahren, wenn man sich ihnen mit dem Eingabegerät nähert, und
sind damit klar voneinander abgrenzbar und ortbar. Die Kombination
von 3D-Sound und Force-Feedback-Effekt macht diese Elemente für blinde
und sehbehinderte Menschen auf der einen Seite leichter zugänglich als über nur
ein einziges Verfahren, gleichzeitig werden hörbehinderte Anwender nicht
von der Bedienung ausgeschlossen.
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Die
blindengerechte Benutzerschnittstelle für Computer besteht dabei aus
vier Komponenten:
- 1. Eingabe- und Ausgabegerät: Ein Eingabegerät (Joystick,
Gamepad, Steuerrad oder andere Geräte), das Force-Feedback-Technologie
unterstützt
und das eine absolute Positionierung im Raum oder auf einer Oberfläche erlaubt.
- 2. 3D-Soundkarte
- 3. Ausgabegerät:
Kopfhörer
- 4. Steuerungssoftware: Software, die die oben genannten Ein-
und Ausgabegeräte
kontrolliert und ansteuert und die Benutzung von Programmen (auch
das Betriebssystem) für
Blinde und stark sehbehinderte Menschen unterstützt und erleichtert.
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Die
Steuerung von Personal Computern oder anderen computergesteuerten
Geräten
wird normalerweise durch eine Maus oder vergleichbare Fernbedienung
realisiert. Dieses Eingabegerät
wird in der blindengerechten Benutzerschnittstelle durch einen Force-Feedback-Controller, z. B.
einem Joystick ersetzt.
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Force-Feedback-Controller
(FFC) sind auf der einen Seite Eingabegeräte, die als Maus-Ersatz dienen
können,
zum anderen arbeiten sie als Ausgabegeräte, da sie Motoren enthalten,
die eine haptische Rückkopplung
ermöglichen.
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Zentrales
Element der Force-Feedback-Steuerung ist ein virtuelles Bedienelement
oder Objekt, die aus drei Zonen besteht (vgl. Zeichnung 2):
- A) eine äußere Hülle oder
Region, die von innen nach außen
ein immer schwächeres
Force-Feedback-Signal aussendet
- B) eine innere Schicht, die ein sehr starkes Force-Feedback-Signal
erzeugt
- C) ein Kern, der kein Force-Feedback-Signal erzeugt.
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Diese
Konstruktion kann im Prinzip jede beliebige Form annehmen, sie ist
nicht auf eine quadratische oder rechteckige Form beschränkt.
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Das
Force-Feedback-Signal der Zonen A und B kann dabei entweder nach
außen
(abstoßende Wirkung)
oder nach innen zum Zentrum hin (anziehende Wirkung) gerichtet sein.
Damit lassen sich zunächst
einmal grundsätzlich
drei Objekttypen erzeugen, die über
einem FFC wie einem Joystick fühlbar sind,
aber zugleich völlig
unterschiedliche Wirkung und Funktion haben:
- 1.
Objekt mit Zugwirkung: Wenn man sich mit dem Joystick in dem Feld
A eines anziehenden Objektes befindet, ertastet man, dass man z.
B. ein aktives Objekt berührt
hat, da über
die Force-Feedback-Zugkraft ein leichter Sog (oder eine gewisse Klebrigkeit)
zum Zentrum des Objektes hin entsteht. Der Anwender hat nun die
Wahl, den Joystick entweder woanders hin zu führen, oder seine Hand von dem
Joystick in das Zentrum des Objektes führen zu lassen. Die Zugkraft
wird dabei immer stärker,
bis die Hand mit dem Joystick quasi in das kraftlose Feld A der
Mitte gezogen wird. Befindet man sich in Feld A, wirken die vormaligen
Zugkräfte
von Feld B als abstoßende
Kräfte und
man muss eine gewisse Kraft aufwenden, um das Objekt wieder zu verlassen.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass der Anwender eine klare Position
des Objektes erfühlt
und dort auch gehalten wird, um Aktionen ausüben zu können. Dieses Verfahren ist
eindeutiger und effektiver als z. B. ein einfacher Force-Feedback-Rütteleffekt,
der weiter keinen Hinweis auf die Position des Objektzentrums zulässt. Dieses
erleichtert das Auffinden der für
Blinde unsichtbaren Bedienungselemente erheblich. Zugleich ist diese
Lösung
gut für
Menschen geeignet, die aufgrund von nervösen Erkrankungen oder Muskelerkrankungen
oder aufgrund motorischer Probleme (die z. B. aufgrund eines Schlaganfalls)
nicht mehr einwandfrei Maus oder Tastatur bedienen können (vgl.
Zeichnung 3).
- 2. Objekt mit abstoßender
Wirkung: Wenn man sich mit dem Joystick in dem Feld A eines abstoßenden Objekts
befindet, ertastet man, dass man z. B. ein deaktiviertes Objekt
berührt
hat, da über die
Force-Feedback-Kraft eine leichter Gegendruck entsteht. Der Anwender
hat nun die Wahl, den Joystick entweder woanders hin zu führen, oder
seine Hand trotz Gegendruck von dem Joystick in das Zentrum des
Objektes zu führen.
Die Abstoßungskraft
wird dabei immer stärker,
bis die Hand den Joystick in das kraftlose Feld A der Mitte drückt. Befindet
man sich in Feld A, wirken die vormaligen Gegendruckkräfte von
Feld B als anziehende Kräfte
und man kann das Objekt wieder leicht verlas sen. Dieses allgemeine
Verhalten lässt
sich noch verstärken,
indem man den Kern klein hält.
Mit
diesem Verfahren kann zum Beispiel eine deaktivierte Schaltfläche simuliert
werden. In einer visuellen Benutzeroberfläche sind diese Schaltflächen „ausgegraut”, bzw.
farblos oder leicht transparent dargestellt, um anzuzeigen, dass
sie zur Zeit nicht bedient werden können. Wichtig für den Anwender
ist aber die Sichtbarkeit und damit das Wissen, das eine solche
Schaltfläche
mit einer Funktion existiert. In unserem Fall erhält der Anwender über die
Force-Feedback-Kraft die Information, dass das Objekt existiert
und über
die abstoßende
Wirkung, dass es sich um ein deaktiviertes Objekt handelt (vgl. Zeichnung
4).
- 3. Objekt mit kombinierter Kraftwirkung: Die Kraft-Ausrichtungen
von Bereich C und B können nicht
nur wie oben beschrieben einheitlich in eine Richtung gehen, sondern
sie können
auch entgegengesetzt ausgeführt
werden, um spezielle Schaltflächen
zu simulieren. So kann zum Beispiel die Kombination aus anziehenden
Bereich C und abstoßenden
Bereich B genutzt werden, um eine Schaltfläche darzustellen, deren Bedienung kritisch
ist, z. B. die Beenden- oder Exit-Schaltfläche (vgl. Zeichnung 5).
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Mit
den oben genannten Verfahren können beliebige
Objekte dargestellt und simuliert werden, z. B. Schaltflächen und
Bedienelemente, aber auch Objekte, die zum Beispiel Dateien oder
Verzeichnisse darstellen (in einer grafischen Benutzeroberfläche in der
Regel über
Icons symbolisiert).
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Hierzu
muss gesagt werden, das FFCs in der Regel nicht mit Schrittmotoren
ausgestattet sind. Es ist daher über
die Motorik des FFC nicht ohne weiteres möglich, die Hand des Anwenders
zu einer bestimmten Position zu führen. Programmiertechnisch muss
daher innerhalb einer Programmschleife kontinuierlich überprüft werden,
ob die Position des FFC mit der gewünschten Position übereinstimmt.
Bei Nicht-Übereinstimmung
wird dann der FFC weiter in die gewünschte Position gebracht. Dieses
Verfahren ist nicht trivial, da es aufgrund der Trägheit von
FFC und Hand zu einem „Schwingen” zwischen
gewünschter
Position und realer Position kommen kann, das nicht so schnell aufgehoben
werden kann.
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Drag&Drop Wirkung:
Ein weiteres Merkmal von visuellen Benutzeroberflächen ist
die Verschiebbarkeit von Objekten. Man kann so zum Beispiel mit der
Maus eine Datei anklicken und „anfassen” und auf
ein Diskettensymbol ablegen (Drag&Drop).
Die Datei wird mit diesem Vorgang z. B. auf die Diskette kopiert.
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Ein ähnliches
Verfahren ist über
Force-Feedback auch für
Blinde möglich:
- 1. Befindet sich der Anwender nach dem oben
genannten Verfahren sicher im Zentrum eines aktiven Objektes, klickt
er mit dem Trigger-Button des Joysticks.
- 2. Ist das Objekt verschiebbar (z. B. eine Datei oder ein Verzeichnis), ändert sich
das Force-feedback-Verhalten des Objektes.
- 3. Das Objekt drückt
per Force-Feedback den Joystick einseitig „nach unten”, bzw.
nach hinten. Damit entsteht für
den Anwender eine Art Schwerkraft- oder Schwere-Wirkung des Objektes.
Der Anwender weiß damit,
dass er das Objekt im schwebenden „Drag-Modus” hält.
- 4. Der Anwender kann nun das Objekt auf andere Objekte oder
Flächen
ablegen. Das Auffinden dieser Flächen
wird durch die o. g. Sogwirkung von Objekten erheblich erleichtert.
Programmtechnisch ist es dabei zum Beispiel möglich, kontextsensitiv zu arbeiten.
Wenn der Anwender z. B. eine Datei bewegt, erhalten alle Objekte,
die ein Laufwerk symbolisieren, eine größere Sogwirkung als normal
(vgl. Zeichnung 6).
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Zustandsschalter:
Insbesondere Schaltflächen
von visuellen Benutzeroberflächen
können
verschiedene Zustände
annehmen. Ein aktiver und deaktiver Zustand wurde schon oben beschrieben. Ein
typisches anderes Beispiel sind An/Aus-Schalter wie z. B. eine Checkbox.
Ein solcher Schalter, der zwei Zustände darstellt, lässt sich
mit Hilfe der oben genannten Verfahren konstruieren. In diesem Fall wird
die Tatsache genutzt, dass der Force-Feedback-freie Kern der Objekte
in seiner Form durch die abstoßende
Kraft von Feld B abgetastet werden kann. Schaltflächen, bzw.
Objekte dieser Art lassen sich zum Beispiel so konstruieren, das
ein rechteckiger langgezogener Kern je nach Zustand waagerecht oder
senkrecht liegt und per Force-Feedback entsprechend abgetastet werden
kann (vgl. Zeichnung 7 und 8).
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Die
3D-Sound-Steuerung benutzt dieselbe 3-Zonen-Objektkonstruktion wie
bei der Force-Feedback-Steuerung.
Jedes Objekt sendet damit zusätzlich
zu dem Force-Feedback-Signal einen individuellen Ton aus, der über den
3D-Effekt der Soundkarte die Position des Objektes im virtuellen
Raum oder auf der virtuellen Oberfläche hörbar macht. Mit Hilfe der vorhandenen
Technologie kann die Orientierung dabei über die vier Richtungen Vorne-Hinten-Links-Rechts
oder Oben-Unten-Links-Rechts angegeben werden. Die 3-Zonen-Objektkonstruktion funktioniert
dabei folgendermaßen
(vgl. Zeichnung 9):
- A) Die äußere Hülle oder Region sendet von
innen nach außen
ein immer schwächeres
Ton-Signal aus. Diese Tonsphäre
kann weiter reichen als die Force-Feedback-Kraft. Auf diese Weise
ist es dem Anwender möglich,
ein Objekt zu orten und es anzusteuern, bevor die eigentliche Force-Feedback-Wirkung
einsetzt. Theoretisch könnte
die Soundsphäre
eines Objektes über
die ganze virtuelle Oberfläche
reichen, d. h., der Anwender würde
alle Objekte zugleich akustisch wahrnehmen. Dies würde aber
zu dem oben genannten „Cocktail-Party-Effekt” führen und
ist daher unerwünscht.
Es macht also Sinn, die Reichweite der Soundsphäre zu begrenzen. Sinnvoll kann
dabei sein, die Reichweite für
den Anwender individuell einstellbar zu gestalten, um den individuellen
Hörgewohnheiten
und -fähigkeiten
eines blinden Anwenders entgegen zu kommen.
- B) Die innere Schicht erzeugt ein Tonsignal, das auf der einen
Seite anzeigt, dass man die innere Schicht erreicht hat und auf
der anderen Seite akustisch anzeigt, um was für ein Objekt es sich handelt.
- C) Der innere Kern gibt akustische textliche Hilfestellung ähnlich wie
die Sprechblasen oder Tooltips, die über Schaltflächen und
Objekte in einer grafischen Oberfläche erscheinen (in der Regel als
Mouse-Over-Event).
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Die
3D-Sound-Steuerung ist als unterstützendes Element der Force-Feedback-Steuerung
gedacht. Eine reine Sound-Steuerung würde ein „Zuviel” an akustischer Informationen
(die zudem noch alle abgewartet werden müssen) erzeugen. Zusammen mit
der haptischen Force-Feedback-Steuerung ergibt sich aber eine ausgewogene
Benutzerführung. Zeichnung
9 illustriert z. B. eine Dialogsituation. Zur Erklärung:
- 1. Das äußere quadratische
Feld entspricht dem Bewegungsfeld des Joysticks. Die Joystickposition,
bzw. der Cursor, ist als schwarzer Kreis dargestellt. Die Positionierung
ist absolut, d. h., wenn man den Joystick in der Mitte hält, ist
der Cursor auch in der Mitte; wenn man den Joystick zum linken oberen
Anschlag führt,
ist der Cursor in der linken oberen Ecke.
- 2. Im unteren Bereich befinden sich zwei Schaltflächen, z.
B. „Abbrechen” und „Okay”.
- 3. Der obere Bereich enthält
ein großes
Objekt mit einer großen
Force-Feedback-freien Fläche.
Dieser Bereich kann wiederum kleinere Force-Feedback-Objekte enthalten.
- Force-Feedback-Objekte können
also ineinander verschachtelt werden. In diesem Fall wird das große Objekt
als Container oder Identifikationsrahmen eingesetzt.
- 4. In dem großen
Objekt befinden sich drei Schalter, die z. B. Einstellmöglichkeiten
(An/Aus) bieten.
- 5. Der Anwender würde
an der jetzigen Cursorposition noch keine Zug- oder Abstoßungskraft
eines Objektes spüren.
Allerdings würden
er die näheren
Objekte akustisch wahrnehmen: vorne/mitte (bzw. oben/mitte) und
hinten/links (bzw. unten/links).
- 6. Bewegt sich der Anwender mit dem Joystick nach oben/vorne,
wird der Joystick von dem großen
Container zunächst
sanft angezogen. Wenn sich der Anwender von dem Joystick führen läßt, wird
die Hand des Anwenders in die innere Schicht geführt, der Sound wird dabei lauter.
- 7. In diesem Beispiel würde
die innere Schicht den Anwender in den Force-Feedback-freien Kern „katapultieren”. Beim Übergang
durch diese innere Schicht würde
akustisch ein Rückkopplungssignal
ertönen,
das den Übergang
(oder die Grenze) markiert und gleichzeitig z. B. den Namen des
Objektes.
- 8. Wenn sich der Anwender im Kern des Objektes befindet, wird
er durch die nun abstoßende
Kraft des inneren Container-Rings in dem Objekt gehalten, bzw. geführt. Dies
erleichtert einem blinden Anwender die Navigation innerhalb eines
Bereiches.
- 9. Die Bedienung der Schalter erfolgt ähnlich wie schon beschrieben.