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Interaktives Whiteboard zum Selberbauen

10.06.2014 | 11:09 Uhr |

Mit einer Nintendo Wiimote, einem Beamer und einem Infrarotstift lässt sich eine beliebige Projektionsfläche in ein interaktives Whiteboard verwandeln, das ähnlich einem Touchscreen auf Eingaben reagiert.

Ein interaktives Whiteboard liefert ein projiziertes Bild aus einem Beamer, das aber ähnlich wie ein riesiger Touchscreen auf Eingaben reagiert. Nützlich ist dies für Präsentationen, Demonstrationen und Lehre. Die vortragende Person kann dabei vor dem Tafelbild stehen und einen Infrarotstift als Eingabegerät verwenden, um Programmfunktionen zu nutzen, handschriftliche Ergänzungen hinzuzufügen und grafische Elemente oder Markierungen zu zeichnen – so als ob die Eingabe direkt auf dem Präsentations-PC erfolgen würde. Damit dies funktioniert, muss das Whiteboard über einen kalibrierten Sensor die erkannten Berührungspunkte in einem Koordinatensystem abbilden, das die Position der Berührung an den PC zurückliefert.

Dieser Artikel stammt aus dem Sonderheft PC-WELT Hacks: Raspberry Pi

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Unscheinbare Wiimote: Im Controller zur Nintendo Wii ist eine IR-Kamera untergebracht. Das lässt den Einsatz der Wiimote als Sensor zu.
Vergrößern Unscheinbare Wiimote: Im Controller zur Nintendo Wii ist eine IR-Kamera untergebracht. Das lässt den Einsatz der Wiimote als Sensor zu.

Selbstbaulösung: Ein Spiele-Controller als Sensor

Fertige Whiteboards sind für Unternehmen und den akademischen Bereich gemacht und damit keine günstige Anschaffung. Die „Activboards“ des Herstellers Promethean und die konkurrierenden „Smartboards“ von Smart Technologies kosten auch schon in den kleineren Ausführungen zwischen 1000 und 2000 Euro. Eine Do-it-yourself-Alternative dazu entwickelte vor einigen Johnny Chung Lee, damals Doktorand an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh. Er ließ sich von den Fähigkeiten des Wiimote-Controllers inspirieren, die der Spielekonsole Nintendo Wii als primäres Eingabegerät dient. Der Controller verfügt nicht nur über Accelerometer, um Bewegungsabläufe über drei Achsen zu messen, sondern auch über einen Infrarotsensor. Dieser wird üblicherweise zusammen mit der irreführend „Sensor Bar“ genannten Leiste der Nintendo Wii verwendet, die sich unter oder über dem Bildschirm oder TV-Gerät befindet.

Insgesamt zehn Infrarot-LEDs an den Ecken der Leiste emittieren Licht im unsichtbaren Infrarotbereich. Der eigentliche Sensor befindet sich aber in Form einer Infrarotkamera im Wiimote-Controller, der anhand der Position und Neigung der Infrarot-Lichtpunkte seine Position und seinen Abstand relativ zur Leiste an die Nintendo Wii übermittelt. Mit der Spielekonsole ist die Wiimote mittels Bluetooth verbunden und damit in einem Abstand von bis zu fünf Metern präzise. Bei dem interaktiven Whiteboard von Johnny Chung Lee kommt die Wiimote aber nicht als Eingabegerät zum Einsatz, sondern als Sensor, der über Bluetooth mit einem Windows-PC verbunden ist. Stattdessen dient ein Infrarotstift als Eingabemedium, das einen Infrarot-Lichtpunkt auf eine Fläche projiziert. Der Infrarotstift ist mit dem PC nicht verbunden, denn er dient nur dazu, einen Lichtpunkt zu erzeugen.

Schema des Aufbaus eines interaktiven Whiteboards mit Beamer: Die Wiimote ist fixiert und hat die Projektionsfläche im Blick. Als Eingabemedium dient ein IR-Stift.
Vergrößern Schema des Aufbaus eines interaktiven Whiteboards mit Beamer: Die Wiimote ist fixiert und hat die Projektionsfläche im Blick. Als Eingabemedium dient ein IR-Stift.

Zusammen mit einem speziell für dieses Projekt entwickelten Treiberprogramm funkt die starr angebrachte und die Eingabefläche überblickende Wiimote die Position über Bluetooth an den PC. Ist die Eingabefläche gleichzeitig die Projektionsebene eines Beamers, wird aus dem Infrarotstift ein interaktives Zeigegerät. Den grundlegenden Aufbau von 2007 hat Johnny Chung Lee auf seiner Webseite dokumentiert. 2009 haben Medieninformatiker der Fachhochschule St. Pölten das Projekt wiederaufgenommen und eine neuere Java-Variante der Steuer-Software entwickelt, die wiederum auf einer Entwicklung von Uwe Schmitt basiert und ebenfalls frei zum Download zur Verfügung steht.

Do-it-yourself: Der Beamer zum Selberbauen

Übersicht: Komponenten des interaktiven Whiteboards

Für den Nachbau des Do-it-yourself-Whiteboards benötigen Sie wahlweise eine ebene Projektionsfläche und einen Beamer zur Projektion des Bildschirminhalts von einem PC. Der größte Kostenpunkt im diesem Projekt ist neben dem PC natürlich der Beamer. Oder Sie verzichten auf einen Beamer und nutzen stattdessen ein TV-Gerät oder LCD-Monitor mit großer Bildschirmdiagonale – denn auch ein Bildschirm lässt sich mit diesem Selbstbauprojekt zum Whiteboard umfunktionieren. Daneben brauchen Sie natürlich einen Windows-PC mit Bluetooth-Chip, eine Nintendo Wiimote und einen batteriebetriebenen Infrarotstift.

Infrarotstift im Detail: An der Spitze befindet sich die Infrarot-LED, die einen Lichtpunkt auf die Bildfläche projiziert, der dann als Mausklick interpretiert wird.
Vergrößern Infrarotstift im Detail: An der Spitze befindet sich die Infrarot-LED, die einen Lichtpunkt auf die Bildfläche projiziert, der dann als Mausklick interpretiert wird.

Eine komplette Nintendo Wii samt LED-Leiste brauchen Sie dagegen nicht. Eine einzelne Nintendo Wiimote gibt es im Versandhandel ab 34 Euro. Generell muss man bei günstigen Angeboten darauf achten, dass es keine Nachbauten sind, da diese oft nur eine unpräzise Infrarotkamera enthalten. Nicht ganz so einfach sind günstige Infrarotstifte (Light Pens) aufzutreiben, wenn man nicht gerade Ebay danach durchstöbern möchte. Speziell für Projekte mit der Nintendo Wiimote hat der Versandhändler Pearl einen geeigneten Infrarotstift zu rund 20 Euro zuzüglich Versandkosten im Sortiment.

Bluetooth: Kompatibilität mit der Wiimote prüfen

Die Wiimote ist kein typisches Bluetooth-Eingabegerät und wurde nicht mit dem PC im Sinn entwickelt. Es kann deshalb mit bestimmten Bluetooth-Treibern von Windows-Notebooks vereinzelt Probleme bei der Erkennung der Wiimote geben. Am zuverlässigsten funktioniert eine Wiimote mit dem Standard-Bluetooth-Stack von Windows Vista/7/8, also den Treibern, die von Microsoft selbst und nicht vom Chiphersteller entwickelt wurden. Bei bestimmten Bluetooth-Chips, die einen Herstellertreiber voraussetzen, klappt die Erkennung der Wiimote dagegen nicht in jedem Fall. Bluetooth-Adapter von Logitech und Broadcom (Widcomm) sind bereits dafür bekannt, Probleme mit der Wiimote zu machen. Diese Bluetooth-Chips sind aber eher die Ausnahme, denn die meisten internen Bluetooth-Funktionen von Notebooks werden über den generischen Microsoft-Bluetooth-Stack angesteuert.

Um zu überprüfen, welche Art von Bluetooth-Chip auf dem Windows-System vorhanden ist, rufen Sie über den Ausführen-Dialog (Windows-Taste und R) den Gerätemanager auf und klappen dort die Einträge zu den Bluetooth-Geräten aus. Falls hier „Generic Bluetooth Adapter“ unter „Bluetooth-Funkgerät steht, handelt es sich um den Microsoft-Treiber. Bei anderen Treibern, etwa Bluesoleil und Widcomm, ist der Fall zwar ganz und gar nicht hoffnungslos, aber Klarheit kann nur ein praktischer Versuch bringen, eine Wiiremote zu erkennen. Ein externer USB-Bluetooth-Adapter, der die Wiimote übrigens erkennt, ist der Nano-Bluetooth-USB-Adapter Version 2.1 von Hama (rund 11 Euro bei Amazon ).

Alles gut im Blickfeld: Bei Aufbauten ohne Beamer, aber mit Flachbildschirm, kann die Wiimote als Sensor auch seitlich angebracht werden, solange der Abstand nicht mehr als fünf Meter beträgt.
Vergrößern Alles gut im Blickfeld: Bei Aufbauten ohne Beamer, aber mit Flachbildschirm, kann die Wiimote als Sensor auch seitlich angebracht werden, solange der Abstand nicht mehr als fünf Meter beträgt.

Aufbau: Freie Sicht für die Nintendo Wiimote

Die Wiimote muss so vor der Projektionsfläche beziehungsweise vor dem TV-Gerät platziert werden, dass sie freie Sicht auf das gesamte Bild hat und nicht weiter als fünf Meter davon entfernt ist. Ideal ist es natürlich, wenn die Wiimote auf oder unter dem Beamter mit Platz findet und beispielsweise mit Klettband fixiert werden kann. Allerdings muss die Wiimote nicht zentral direkt davor stehen, sondern darf durchaus seitlich versetzt in Kopfhöhe in einem Winkel auf die Fläche gerichtet sein. Dieser Aufbau ist für TV-Geräte und Bildschirme geeigneter.

Als Befestigung eignet sich also im einfachsten Fall ein Möbelstück wie ein Regal oder ein Fensterrahmen. Die Lageverschiebung lässt bis zu einem gewissen Grad noch über die Kalibrierung ausgleichen. Achten Sie darauf, dass der Winkel des Sichtfelds der Infrarotkamera der Wiimote etwa 45 Grad beträgt. Wenn die Wiimote zu nah an der Projektionsfläche oder am Monitor angebracht ist, reicht die erfasste Fläche nicht aus, um das ganze Bild abzudecken.

Kamera-Zubehör im Eigenbau

Interaktives Whiteboard in Aktion: Im normalen Modus entspricht eine Berührung mit dem Infrarotstift einem Mausklick. Zur besseren Bedienung sollte in der Systemsteuerung von Windows noch der Abstand zwischen Klicks für Doppelklicks verlängert werden.
Vergrößern Interaktives Whiteboard in Aktion: Im normalen Modus entspricht eine Berührung mit dem Infrarotstift einem Mausklick. Zur besseren Bedienung sollte in der Systemsteuerung von Windows noch der Abstand zwischen Klicks für Doppelklicks verlängert werden.

Wiimote: Verbindungsaufnahme mit dem PC

In Windows XP/Vista/7/8 gehen Sie dazu in der Systemsteuerung auf „Hardware und Sound à Gerät hinzufügen“ und halten auf der Wiimote die Tasten 1 und 2 gedrückt. Windows erkennt den Controller als „Nintendo RVL-CNT-01“. Die Eingabe eines Verbindungscodes überspringen Sie, den Code unterstützt die Wiiremote nicht. Achten Sie dann auf das Bluetooth-Symbol im Infobereich von Windows: Es ändert seine Farbe von blau zu grün, wenn ein Bluetooth-Gerät fertig erkannt ist. Die Status-LED an der Oberseite der Wiimote leuchtet zudem blau.

Wiimote Presentation: Das Java-Programm der Medieninformatiker der Fachhochschule St. Pölten ist die Weiterentwicklung eines Tools von Uwe Schmitt und steht frei zum Download bereit.
Vergrößern Wiimote Presentation: Das Java-Programm der Medieninformatiker der Fachhochschule St. Pölten ist die Weiterentwicklung eines Tools von Uwe Schmitt und steht frei zum Download bereit.

Kalibrierung: Wiimote auf die Bildfläche ausrichten

Zur Kalibrierung und Einbindung der Wiimote ist das kostenlose Java-Programm der Fachhochschule St. Pölten die empfehlenswerte Methode. Denn die ältere Variante von Johnny Chung Lee unterstützt keine 64-Bit-Versionen von Windows. Von der Webseite der Fachhochschule St. Pölten laden Sie über die Setup-Datei namens „Wii Whiteboard Setup.exe“ für Wiimote Presentation herunter (deutschsprachig/multilingual, 3,9 MB). Falls noch keine Java-Runtime installiert ist, wird Sie das Programm während der Installation darauf hinweisen. Nach dem Start des Programms müssen Sie die Wiimote über Bluetooth mit dem PC verbinden, falls dies noch nicht geschehen ist. Die Software wird dann automatisch einen Kalibrierungsbildschirm anzeigen, auf dem Sie mit dem Infrarotstift die angezeigten Positionsmarker anklicken müssen.

Einstellungen und Status: In Wiimote Presentation zeigt dieses Menü den Ladestand der Wiimote-Batterie und hilft beim Aufspüren von Kalibrierungsfehlern über Diagosefunktionen.
Vergrößern Einstellungen und Status: In Wiimote Presentation zeigt dieses Menü den Ladestand der Wiimote-Batterie und hilft beim Aufspüren von Kalibrierungsfehlern über Diagosefunktionen.

Beachten Sie, dass bei der Kalibrierung eines Beamerbilds die Beamerausgabe immer als der primäre Bildschirm von Windows eingestellt sein muss. Nach der Kalibrierung bietet das Programm an, dieses Profil zu speichern, und wird auch beim nächsten Start mit diesem Profil arbeiten, bis Sie ein anderes laden oder mit „Neu kalibrieren“ ein neues erstellen. Danach ist die Wiimote und damit das interaktive Whiteboard einsatzbereit, solange Wiimote Presentation läuft. Im Hauptmenü können Sie einen Zeichenmodus für Bildschirm-Anmerkungen starten, die über den Windows-Desktop gelegt werden. Es gibt zudem eine Abkürzung zur Bildschirmtastatur für die Eingabe von Text, Zahlen und Zeichen ohne Tastatur. Der „Touchpad Mode“ ändert das Verhalten der Infrarotstifts, damit er sich wie der Finger auf dem Touchpad eines Notebooks verhält. Ansonsten wird die Berührung des Bilds mit dem Infrarotstift beziehungsweise der IR-Lichtpunkt an dieser Stelle, als Mausklick umgesetzt.

Über das Programm Wiimote Presentation Software können Sie sich unter „Bearbeiten à Wiimote Einstellungen“ den Status der Wiimote anzeigen lassen und den Batteriestand kontrollieren. Mit der Funktion „IR Kamera Monitor“ überprüfen Sie, wie viele Infrarotpunkte der Sensor der Wiimote wahrnimmt. Das ist dann nützlich, wenn eine ungünstige Umgebungsbeleuchtung oder ein zu steiler Winkel bei einer seitlich angebrachten Wiimote die Funktion des Whiteboards beeinträchtigt. Die „Kalibrierungs-Details“ zeigen, wie die Wiimote die kalibrierte Fläche erkennt, und „Kalibriere“ bringt Sie erneut zum Kalibrierungsbildschirm.

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