Ubiquitous Computing (Ubiquitäre .Geräte und Umgebungen ParcTab: erste Ubicomp Geräte und Umgebungen

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  • Ubiquitous Computing(Ubiquitre Informationstechnologien)Vorlesung im WS 06/07

    Christian DeckerUniversitt KarlsruheInstitut fr TelematikTelecooperation Officewww.teco.uni-karlsruhe.de

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-2

    Literatur, Fragen

    Fragen zu dieser VorlesungWelche Alltagsgegenstnde wrden sich als Teil eines Wearable eignen?

    Pflichtliteratur (Vorbereitung nchste Vorlesung)Jaarp Haardsen, BLUETOOTHThe universal radio interface forad hoc, wireless connectivity Ericson Review

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-3

    bersichtVorlesung Ubicomp

    Gerte und UmgebungenParcTab: erste Ubicomp Gerte und UmgebungenReaktive UmgebungenAppliancesHardware fr AppliancesWearables

    KommunikationKontextHCI

  • Wearables

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-5

    Wearable Computing Einleitung

    Computer, der/die am Krper getragen wird/werdenInsbesondere zur Untersttzung des mobilen Menschen

    EinsatzbereicheNotizen, MitschneidenTouristenfhrerReparatur- und WartungsserviceMilitrGesundheitsbereich

    besondere Schwierigkeitendarf whrend der Ttigkeit nicht strentragbarkeine Monitor / Keyboard Interaktionnicht immer Online

    Andrew H. Fagg

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-6

    Historie

    1966 (C): E. Thorp, C. Shannon: Analoger Schuh Computer fr Roulette

    1966 (F): D. Sutherland erfindet das Head-Mounted Display (HMD)

    1968 (F): D. Engelbart demonstriert funktionierendes Chord

    1977 (C): HP verkauft die HP 01TaschenrechnerUhr

    (F) Foundations / Grundlagen

    (C) Complete Systems

    Quelle: hpmuseum.org

    Chord: 5 Tasten Keyboard

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-7

    Historie

    1981: Steve Mann entwickelt als Schler tragbaren Rechner um Phototechnik zu steuern

    1984: William Gibson schreibt Neuromancer

    1990: G. Maguire und J. Ioannidis demonstrieren das Student Electronic Notebook (Private Eye und mobile IP)

    1991: CMU entwickelt VuMan 1

    1993: T. Starner schreibt Remembrance Agent

    1993: Feiner, MacIntyre, Seligman entwickeln KARMA

    1993: T. Starner trgt ab jetzt konstant seinen Wearablebasierend auf D. Platts HIP PC

    1994: Lamming, Flynn entwickelnForget-me-not

    VuMan, Quelle: CMU

    KARMA

    T. Starner

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-8

    Wearable Computing Prinzipien

    Abgrenzung zum PCalte MIT Definition:Always onAlways accessibleAlways with the user

    auchkomfortabel, unauffllig, einfach zu handhaben

    Derzeitige MIT DefinitionMobile ( Where you go, it goes. )

    Persistent ( Always on and always working. )

    Secondary or Tertiary task ( Hands free, Eyes free, Brain free. )

    Proactive ( Agent and Interrupt )

    Context AwareQuelle:wearcam.org

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-9

    Wearables

    Intro und HistorieErgonomieWearable-TypenAugmented RealityBeispielanwendungenMensch-Maschine Interaktion

  • WearablesErgonomie

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-11

    Problembereich 2:Anbringung und ErgonomieGemperle (1998): Designing for Wearability

    Mehr Infos unter http://www.ices.cmu.edu/design/wearabilityDesign-berlegungen

    placement: Wo wird das Gert angebrachtform language: Gerteformhuman movement: Beweglichkeit fr Gertproxemics: Anbringung als Teil des Krperssizing: Grenkompatibel mit versch. Personenattachment: Befestigungspunkte

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-12

    Anbringung und Ergonomie

    EntwurfskriterienPlazierung am KrperKrperstellen mit groer Oberflche, wenig Bewegung, wenig Varianz bei versch. Menschen; GewichtsverteilungFormsprache und GreKonkav nach innen, konvex nach auen, organisch geformt, weich, fr verschiedene Gren/angepat an..Menschliche Bewegung um aktive Stellen herum entwerfen; Raum schaffen, in den sich der Krper hineinbewegen kannWahrnehmung des Krpers Aura um den Krper bercksichtigen, die als krpereigen empfunden wirdBefestigung am Krperum den Krper wickeln, mehrere Befestigungspunkte

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-13

    Generalisten

    Generalisten: Multimedia / Video / CyborgsCyborg Begriff aus Science Fiction (M. Clines, 1960)Ersatz und Erweiterung menschlicher Sinne um spezifische Fhigkeiten von Technologie (hier: des Rechners)Grundidee so alt wie die Sehhilfeinsbesondere berlagerung des Sehsinns

    Technologie und AufbauPC hnliche Wearable Gerte: ZentralerRechner und dumme PeripherieVerteilte Wearables: Zusammenschlu von verschiedenen Gerten wie Uhr, Telefon, PDA, Sportmegerten

    Anwendungen:Entertainment, Fitness / SportAutomation und Wartung

    Quelle: MIT Media Lab

  • WearablesTypen

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-15

    Typischer WearableaufbauQuelle CMU: http://www.wearablegroup.org

    SPOT Wearable der CMU (Okt. 02)

    Zentraler Rechner mit Peripherie

    Microprocessor Strong ARM SA-1110, 59-206MHz, Software-justierbare Core Voltage, Coprozessor SA-1111@144 MHz, 512 MB RAM, 64 MB Flash

    Viele Schnittstellen: Firewire, USB, RS232, PCMCIA, Wavelan, 16 Kanal A/D Wandler (fr interne Spannungsberwachung), JTAG, Auto Power DownStereo Audio, hot-swappable DVI 640x48011.1 Wh Lithium Ionen, ca. 15x8x3 cm, 270g OHNE BatterieLeistungsaufnahme: 460mA bei 12V mit Microdrive und Wavelan, ohne Display

    KonzeptMonolitischer Aufbau, Standard Software (Linux)Klein, damit gut anbringbarRelativ sparsam, damit kompakt baubar, wenig Wrmeableitungsprobleme

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-16

    Beispiel: Mithril

    Mithril von MITIntel ARM/XScale (SA 1110) basierte Zentrale (CERF Board)Zustzliche smarte Peripherie ber BusTeilweise verteilter AnsatzTeilselbstndige Peripherie z.B. SAK Board fr Sensor-berwachung 3D Accelerometer IR Active tag reader microphone/headphone

    audio board USB microphone and

    headphone driver. USB CCD camera

    Verteilte Komponentenber den Krper ermglichen ergonomische AnbringungBody Bus fr Komm. der Komponenten (USB, IC) Quelle: http://www.media.mit.edu/wearables/mithril/

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-17

    Verteilter Wearable

    eSleeve

    C. Randell, H. Muller, U.of Bristol

    CyberJacket, BlazerJet, e-Gilet, eSleeve

    zusammen mit HP Labs Bristol

    PDA, GPS, GSM, Speech Recognitionweniger Energieverbrauch durchVerteilung der Funktionalitt aufspezialisierte Einheiten

    Einfachere Integration und ergonomische Anpassung durchkleiner Einheiten

    kein Hitzeableitungsproblem

    besser Anwendungsanpassungdurch angepate Gerte

    Quelle: http://wearables.cs.bris.ac.ukbisher noch chaotische Vernetzung

  • WearablesAugmented Reality

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-19

    Erweiterte Realitt, Augmented Reality (AR)Augmented Reality (AR)

    Erweiterte Realitt: berlagerung und Erweiterung der durch menschliche Sinne wahrgenommenen RealittIm Prinzip Sinn aller Wearables

    Zwei MglichkeitenErweiterung der Gerte selbst -> UbicompErweiterung durch persnliches Gert -> Wearable

    ZweckEinblendung von Information (berbrckt virtuelle und reale Welt)Erweiterte Wahrnehmung, z.B. Nachtsicht, biometrische Parameter

    VorteilBenutzbarkeit: Arbeiten im Raum, direkte Einbeziehung der Realitt statt AbbildungTechnik: I/O berall ohne Infrastruktur

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-20

    Erweiterte Realitt

    Quelle: http://www.csl.sony.co.jp/person/rekimoto/uist95/uist95.html

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-21

    Erweiterte Realitt: Displays

    TechnologienAR Displays: Head-Mounted Displays, die die Verknpfung realer und virtueller Bilder untersttzen Video-basiert: HMD mit Kamera, reale Welt-Sicht indirekt

    Technisch einfache Verknpfung von virtuellen und realem Bild verzgerte Wahrnehmung der realen Welt, schlechtere Auflsung

    See-Through: durchsichtiges Display unverzgerte Wahrnehmung, weniger eingeschrnkte Sicht, Sicherheit! Verknpfung von virtuellem und realem Bild aufwendig

    Bezug zur Umwelt Position, Orientierung, Identifikation

    berlagerung von Information und realer Welt-Sicht Interakiv in Realzeit, Registrierung in 3D

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-22

    AR Darstellung von InformationHead-Stabilized: Information relativ zum Kopf verankert, d.h. fixiert im Gesichtsfeld z.B. fr schnell zuweisbare User Interface-

    ElementeBody-Stabilized: relativ zum Krper verankert virtuelle Displayflche um den Kopf/Krper

    herum, navigierbar durch Kopf-/Krperbewegung

    World-Stabilized: Information relativ zur realen Welt, d.h. an Positionen der Gegenstnde verankert z.B. Information zu Gebuden und zu Objekten z.B. Sony NaviCam

    Quelle: http://www.csl.sony.co.jp/person/rekimoto/uist95/uist95.html

    Erweiterte Realitt: Displays

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-23

    Erweiterte Realitt NaviCam

    Quelle: http://www.csl.sony.co.jp/person/rekimoto/uist95/uist95.html

  • Ubiquitous Computing WS 06/07 Christian Decker, TecO 5-24

    AR Tracking

    Shared Space / Magic BookHitlab, U. of Washington, Marc BillinghurstNotwendig: Tagging der Objekte

    Bestimmung Positition, Identifikation via Kamera Mglichkeiten Tagging: Aktive Objekte: z.B. IR Sender, viel Infrastruktur Passive Objekte: Computer Vision

    sehr rechenaufwendig, minimale (z.B. 3D Barcode) oder keine Infrastruktur

    Inertial: Beschleunigung, Drehung, sehr u