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Eingabegeräte im Wandel - Die Zukunft der Maus

24.01.2014 | 10:26 Uhr |

Wer vor einem Monitor sitzt, verwendet zur Steuerung üblicherweise Tastatur und Maus. Gerade Spielefirmen suchen aber nach Alternativen, um mehr Sinne ins Geschehen einzubeziehen.

Von wegen „Aus die Maus“. Haptische Eingabemedien, allen voran Tastatur und Maus, sind die dominierenden Geräte zur Steuerung von Computern geblieben. Denn die Hände sind das wichtigste Werkzeug des Menschen zur physischen Interaktion mit der Umwelt. Aus 27 Knochen besteht eine Hand und in beiden Händen zusammen findet sich ein Viertel der 206 Knochen des menschlichen Skeletts. Zudem besitzen die Finger die dichteste Verästelung von Nervenenden, die ihnen den ausgeprägten Tastsinn verleihen, sowie die von allen Körperteilen höchste Präzision für Positionierung und Kraftaufwand.

Folglich werden sich die Eingabemethoden in absehbarer Zeit nicht ändern, es geht aber darum, sie zu ergänzen. Touchscreens können zur unkomplizierten und schnellen Eingabe von alpha-nummerischen Zeichen eine klassische Tastatur emulieren. Mausalternativen wie Touchpads bei Notebooks, Grafik-Tablets für Stifteingaben und platzsparende Trackballs haben sich Nischen erobert, dienen aber immer noch zum Steuern des Mauszeigers. Neue Impulse kommen jedoch von Spiele-Entwicklern, da klassische Eingabemedien plus Gamepad nicht genügend Freiheitsgrade für aktuelle und zukünftige Spieletitel bieten, die mehr Sinne in das Geschehen einbeziehen wollen.

Gestik statt Klick - Kinect und Wiimote auf dem PC

Von Maschinen und Mäusen

Das Konzept und auch die Anordnung der Buchstaben und Zahlen auf der PC-Tastatur ist über 140 Jahr alt: 1868 meldet Christopher L. Sholes eine Schreibmaschine zum Patent an, die über eine optimale Tastenanordnung verfügt, bei der sich die Typenhebel nicht in die Quere kommen. Die häufigsten Buchstaben in der englischen Sprache sind E, T, A, O, N, R, I und S. Das QWERTY-Tastaturlayout von Sholes platziert diese Tasten in einem Halbkreis und vermeidet, dass verbreitete Buchstabenkombinationen genau nebeneinander liegen. Die deutsche QWERTZ-Variante folgt dieser Anordnung, vertauscht dabei aber den Buchstaben Z mit Y, da Letzterer seltener benutzt wird und aus diesem Grund am Rand besser aufgehoben ist. Bei Computertastaturen besteht keine Notwendigkeit mehr, die Tasten nach Typenhebeln zu gruppieren. Allerdings hatte sich das Schreibmaschinenlayout bereits so etabliert, dass alternative, ergonomische Belegungen wie die Dvorak-Tastatur keine Chance hatten. Computertastaturen geben an die Schnittstelle, üblicherweise PS/2 oder USB, bei gedrückter Taste einen Scancode weiter. Dieser ist unabhängig vom verwendeten Tastaturlayout und gibt lediglich die Position der gedrückten Taste an. Es liegt am Betriebssystem, den Scancode in ein Zeichen umzuwandeln.

Microsoft Kinect: Einer der ersten Controller, der die klassischen Eingabemethoden hinter sich lässt. Die Steuerung erfolgt über Gestiken sowie Position und Bewegung im Raum, der per Infrarot abgetastet wird.
Vergrößern Microsoft Kinect: Einer der ersten Controller, der die klassischen Eingabemethoden hinter sich lässt. Die Steuerung erfolgt über Gestiken sowie Position und Bewegung im Raum, der per Infrarot abgetastet wird.
© Microsoft

Mitte der 80er Jahre betraten grafische Oberflächen die Arena. Inspiriert von Demonstrationen am Xerox Palo Alto Research Center (PARC) entwickelte Apple 1983 die grafische Benutzeroberfläche „LISA“. Ein passendes Eingabegerät dazu gab es bereits: Die Maus wurde 1963 am Stanford Research Institute erprobt und später von Apple lizenziert. Bis dahin war das Eingabegerät zur opto-mechanischen Maus gereift. Dabei überträgt die Rollbewegung einer schweren, gummierten Kugel die Bewegungen der X- und Y-Achse jeweils auf eine gerasterte Scheibe. Eine Leuchtdiode und Lichtschranken ermitteln die Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit, während die Position des Mauszeigers auf dem Bildschirm von der Treiber-Software errechnet wird. Moderne, optische Mäuse verzichten auf mechanische Elemente und nutzen starke Leuchtdioden, um von der Auflagefläche eine Reflexion zu erzeugen. Ein Prozessor in der Maus vergleicht daraufhin die aufgezeichneten Reflexionsbilder und ermittelt dann daraus die Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit.

Accelerometer und Gyroskop

Die Maus kann Bewegungen nur in zwei Dimensionen auf einer Ebene erkennen. Um auch Drehungen zu verfolgen, benötigt ein Gerät aufwendigere Messtechnik in Form von Beschleunigungssensoren (Accelerometer). Diese sind erst in den letzten sieben Jahren klein und zuverlässig genug geworden, um damit Spiele-Controller, Smartphones und Tablets auszustatten. Den Anfang machte 2006 die Spielekonsole Nintendo Wii mit der Wii Remote, die über einen kabellosen Controller mit eingebautem Accelerometer verfügt. Mittlerweile sind auch Smartphones damit ausgestattet. Die Sensoren sind wie Halbleiter vollständig aus Silizium geätzt, enthalten allerdings auch mechanische Bauteile und werden aus diesem Grund mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) genannt. Alle mechanischen Komponenten sind nur wenige μm breit und bestehen aus einer beweglichen Masse, die an winzigen Federn aufgehängt ist – alles aus Silizium. Eine Elektrode misst die elektrische Kapazität, die sich bei einer Bewegung der Masse bis zu 1 Picofarad ändert. Obwohl es sich um nano-mechanische Strukturen handelt, sind die Baugruppen sehr robust und halten Überlastungen um den Faktor 1000 aus. Seit rund vier Jahren sind auch Gyroskope als Halbleiterbaugruppe in vielen Smartphones, Tablets und in Game-Controllern wie der Wii Remote Plus verbaut. Das Apple iPhone 4 war das erste Smartphone mit Gyroskop. Wie in der Avionik handelt es sich um ein Kreiselinstrument, das über Drehwinkel und Drehgeschwindigkeit die Orientierung im Raum über drei Achsen bestimmt. Da für Consumer-Elektronik keine bewegliche Feinmechanik in Frage kommt, werden auch Gyroskope als MEMS miniaturisiert. Als Kreisel dient beispielsweise ein Schwingquartz, der während einer Drehung eine Coriolis-Kraft auf das Messinstrument wirken lässt, die von piezo-elektrischen Sensoren aufgenommen wird. Ein Gyroskop erlaubt ausgehend von einem Ruhepunkt eine präzise Messung der Orientierung auf drei Achsen und damit bei Geräten und Game- Controllern komplexe Gesten.

So können Sie auf Tastatur und Maus verzichten

Kinect: Ersatz für Controller

Schau mir in die Augen: Die schwedische Firma Tobii arbeitet an einem Eye-Tracker für die Steuerung von PCs ab Windows 8. Für einfache Aktionen genügt dabei ein einziger durchdringender Blick.
Vergrößern Schau mir in die Augen: Die schwedische Firma Tobii arbeitet an einem Eye-Tracker für die Steuerung von PCs ab Windows 8. Für einfache Aktionen genügt dabei ein einziger durchdringender Blick.
© Microsoft

Einen ersten großen Schritt weg von Eingabemethoden per Hand markierte der Microsoft Kinect, der mehrere Sensoren zur Erfassung von Bewegungen im Raum mit Mikrofonen zur Spracheingabe und Ortung von Geräuschen kombiniert. Microsoft hat den Kinect-Sensor Ende 2010 unter dem Motto: „Du bist der Controller“ als Ergänzung zur Spielekonsole Xbox 360 auf den Markt gebracht. Der Kinect wird unter oder über dem Bildschirm angebracht und projiziert per Infrarot-Laser ein Gitternetz in den Raum. Ein CMOS-Bildsensor empfängt die Reflexionen und kann so den Spieler und dessen Bewegungen in drei Dimensionen orten. Eine RGB-Kamera liefert die Daten für die Erkennung mehrerer Personen und Objekte. Insgesamt vier Mikrofone können die Quelle von Geräuschen zur Spracheingabe bestimmen. Die Reichweite der Sensoren geht von 1,2 bis 3,5 Metern und umfasst einen horizontalen Blickwinkel von 57 Grad und 43 Grad in der Vertikalen, die eine automatische Neigungsfunktion im Standfuß um zusätzliche 27 Grad erweitert.

Ausblick: Steuerung mit den Augen

Weniger Körpereinsatz erfordert die Bedienung eines Computers mit den Augen. Diese Steuermethode eignet sich nicht mehr nur für teure Spezialanwendungen. Das schwedische Unternehmen Tobii (www.tobii.com) hat bereits auf der Consumer Electronics Show 2012 ein Augensteuersystem gezeigt, das mit Windows 8 funktioniert: Das „Gaze Interaction System“ lässt den Nutzer allein mit Augenbewegungen durch Webseiten scrollen oder Foto-Slideshows starten. Eine abgeänderte Form des Arcade-Klassikers Asteroids demonstriert, wie die Technologie in Spielen zum Einsatz kommen kann. Asteroiden werden auf dem Bildschirm einfach mit einem durchdringenden Blick zerstört. Die Augenerkennung besteht aus IR-Leuchtdioden und Kameras, die unter dem Bildschirm in einer Sensorleiste sitzen. Die Augensteuerung könnte eines der größten Mankos traditioneller Eingabegeräte beseitigen: ermüdende, wiederholende Bewegungen, die Stress für Finger und Handgelenke bedeuten. Zu kaufen gibt es den Sensor aber noch nicht, da die Erfinder ihre Technik zunächst an Hardware-Hersteller lizenzieren möchten.

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