DE10158226A1

DE10158226A1 - Verfahren zum Vergrößern von Bildobjekten auf einem Bildschirm

Info

Publication number: DE10158226A1
Application number: DE2001158226
Authority: DE
Inventors: Richard Ogrodnik; Hans-Juergen Petri; Wolfgang Milszus; Michael Arpe; Thomas Mamero; Barbara Freiberger
Original assignee: MA DESIGN; Deutsche Telekom AG
Current assignee: MA DESIGN; Deutsche Telekom AG
Priority date: 2001-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2003-05-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergrößern von Bildobjekten auf einem Bildschirm. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte Bestimmen eines Bezugsobjektes, Bestimmen der Entfernung der Bildobjekte zu dem Bezugsobjekt sowie Zuordnung eines Vergrößerungsfaktors zu jedem Bildpunkt abhängig von dessen Entfernung zu dem Bezugsobjekt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vergrößern von Bildobjekten auf einem Bildschirm.
Zur Vergrößerung von Bildschirmdarstellungen werden derzeit Verfahren genutzt, die in der Regel auf Linsen konvexförmiger Ausführung oder linearer Vergrößerung beruhen. Das Vergrößern einzelner Bildschirmausschnitte wird im Allgemeinen als Zoom bezeichnet.
Bei dem bisher gebräuchlichsten Verfahren zur Blickfeldvergrößerung auf Bildschirmen wird ein linearer Zoom, das heißt ein für das gesamte Dokument gleichmäßiger Zoom, genutzt. Hierzu wird in Anwendungsprogrammen und auch in speziellen Vergrößerungsprogrammen für Sehbehinderte (beispielsweise ZoomText Xtra von der Firma AiSquared) in einem Feld ein Vergrößerungsmaßstab, in der Regel ein Wert zwischen 0 und 400, angegeben. Auf diese Weise kann die Ansicht vergrößert werden, um einen kleinen Ausschnitt des Bildschirminhaltes detaillierter darzustellen oder die Ansicht verkleinert werden, um einen größeren Ausschnitt des dargestellten Bildes zu betrachten.
Eine weniger verbreitete Methode wendet eine kreisrunde Lupe, ähnlich einer Leselupe, an. Je nach Linsentyp, z. B. Glaskugel oder Schauglas, sowie Größe und Brechungsparameter können verschiedene Effekte zur Vergrößerung der auf dem Bildschirm angezeigten Texte und Grafiken realisiert werden.
In einer weiteren Realisierung eines Zooms aus dem 3D-Bereich, nämlich dem "Hyperbolic Tree" werden Objekte, dies können Texte oder Grafiken oder dergleichen sein, auf die Oberfläche einer Kugel projiziert. Die im Vordergrund der Kugel liegenden Objekte erscheinen dem Betrachter größer, da sie dem betrachtenden Auge näher sind. Die am Horizont der Kugel angeordneten Objekte erscheinen weiter entfernt und sind somit kleiner dargestellt. Durch die Anordnung der Objekte wird dem Betrachter eine visuelle Wahrnehmung vermittelt, die der realen Welt entspricht und das räumliche Sehen auf dem Bildschirm unterstützt. Die bekannten Verfahren haben einige Nachteile:
Bei dem genannten linearen Zoom ist es immer nur möglich, einen Ausschnitt oder das gesamte Dokument größer oder kleiner darzustellen. Der Benutzer kann also, falls er einen Überblick behalten möchte und das gesamte Dokument zur Orientierung benötigt, das Dokument maximal auf die gegebene Bildschirmgröße vergrößern. Anderenfalls kann mit diesem Verfahren nur ein Ausschnitt des Dokumentes vergrößert werden.
Bei der zuvor genannten kreisrunden Lupe kann der Benutzer den für ihn relevanten Teil in einem Dokument betrachten. Die Vergrößerung begrenzt sich jedoch auf den Bereich der Größe der Lupe. Dies bedeutet, dass zur gesamten Betrachtung eines Dokumentes dieses wie zuvor dargestellt geöffnet sein muss. Zwischen dem mit der Lupe vergrößerten Bereich und dem nicht vergrößerten Dokument erfolgt kein fließender Übergang. Hierdurch werden z. B. Linien und Verbindungen, die gegebenenfalls zum besseren Verständnis seitens des Betrachters erforderlich sind, versetzt dargestellt. Durch die Verwendung von ein- und mehrschichtigen Linsenformen treten im Bereich der Lupe Verzerrungen auf. Text- und/oder Raster orientierte Vorlagen werden dadurch schwerer für den Betrachter verständlich. Insbesondere Elemente, die sich im Bereich der Lupe befinden, können so stark verzerrt werden, dass es erforderlich ist, beispielsweise bei einem Textelement das zu lesende in den Mittelpunkt der Lupe zu stellen.
Die Anordnung von Objekten und/oder Texten auf einer Kugeloberfläche verursacht perspektivisch verzerrte Darstellungen. Dies bedeutet, dass die perspektivische Verzerrung text- und rasterorientierte Vorlagen unlesbar machen kann. Teile von beispielsweise sehr weitreichenden Informationsstrukturen können sich auf der Rückseite der Kugel befinden und sind daher nur zu bestimmten Zeitpunkten bzw. bei bestimmten Winkelstellungen für den Betrachter sichtbar. Die runde Ausformung eines "Hyperbolic Tree" ist für Monitor- und Bildschirmformate nicht ökonomisch, da nicht platzsparend ausgelegt. Die Navigation mit zweidimensionalen Eingabegeräten ist bei dreidimensionalen Darstellungsmethoden für den Bediener meist nur schwer nachvollziehbar, beispielsweise wenn sich Informationen auf der Rückseite der Kugel befinden.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, die zuvor genannten Nachteile im Stand der Technik zu überwinden. Dieses Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte Bestimmen eines Bezugsobjektes, Bestimmen der Entfernung der Bildobjekte zu dem Bezugsobjekt sowie Zuordnung eines Vergrößerungsfaktors zu jedem Bildpunkt bzw. Vergrößerungszone abhängig von der Entfernung zu dem Bezugsobjekt.
Eine besonders einfache Orientierung durch den Betrachter wird ermöglicht, wenn die Vergrößerung winkelgetreu und verzerrungsfrei erfolgt.
Das Bezugsobjekt kann ein Bildmittelpunkt oder alternativ eine Bildmittellinie sein. Wird ein Bildmittelpunkt gewählt, so erfolgt die Vergrößerung in konzentrischen Kreisen um diesen herum. Bei Wahl einer Bildmittellinie erfolgt die Vergrößerung linienartig parallel zum Verlauf der Mittellinie. Die Mittellinie kann in beliebiger Orientierung auf dem Bildschirm, beispielsweise als senkrechte oder horizontale Linie, ausgeführt sein.
Die Bildobjekte können einzelne Bildpunkte sein. Dies hat den Vorteil, dass die Vergrößerung aus Sicht des Betrachters quasi übergangslos und fließend ist.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Bildobjekte Elemente einer Zeilen- und Spaltenmatrix sind. Die Bildobjekte können beispielsweise mehrere Pixel einer Bildschirmdarstellung zusammenfassen und diesen einen gemeinsamen Vergrößerungsfaktor zuordnen.
Eine aus Sicht des Betrachters gleichmäßige und leicht verständliche Vergrößerung wird erzielt, wenn die Bildobjekte zusammengehörende logische Elemente des dargestellten Bildschirminhaltes sind. Dies ist insbesondere bei baumartigen Strukturen sinnvoll, da hier den einzelnen Blättern der baumartigen Struktur eine gemeinsame Vergrößerung zugeordnet wird, so dass die einzelnen Blätter nicht verzerrt werden.
Das Verfahren ist bevorzugt so ausgestaltet, dass die Zuordnung eines Vergrößerungsfaktors zu jedem Bildobjekt abhängig von dessen Entfernung zu dem Bezugsobjekt mittels einer ein- oder zweidimensionalen Gaus-Verteilung erfolgt. Durch Wahl geeigneter Konstanten der Verteilung kann insbesondere erreicht werden, dass die Bildschirmdarstellung in ihren äußeren Abmaßen gegenüber der ursprünglichen Darstellung weder vergrößert noch verkleinert ist, mithin das Gesamtbild die Fläche der unvergrößerten Darstellung einnimmt. Es bleiben auf diese Weise sämtliche Informationen des zu vergrößernden Bildschirminhaltes erhalten und werden nicht in Bereiche außerhalb der sichtbaren Darstellung verdrängt, wie dies bei Verfahren nach Stand der Technik üblich ist. Zudem wird ein kontinuierlicher Übergang zwischen einzelnen Vergrößerungsstufen der Bildschirmdarstellung gewährleistet, so dass keine Sprünge oder Kanten innerhalb des Bildes auftreten.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Bildschirm zunächst in Vergrößerungszonen eingeteilt wird und Bildpunkten in einer Vergrößerungszone ein jeweils identischer Vergrößerungsfaktor zugeteilt wird. Diese Ausgestaltung des Verfahrens ist insbesondere dann sinnvoll, wenn nur einzelne Elemente innerhalb der Vergrößerungszone Informationen enthalten.
In einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Zuordnung von Vergrößerungsfaktoren zwischen einem vorgebbaren minimalen Vergrößerungsfaktor und einem vorgebbaren maximalen Vergrößerungsfaktor skaliert wird. Die Vorgabe von Vergrößerungsfaktoren ist für den Bediener leicht zu handhaben, derartige Angaben beispielsweise als prozentuale Angabe bezüglich des maximalen Vergrößerungsfaktors lassen sich einfach vom Bediener handhaben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden weiter in den Zeichnungen erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Bildschirmdarstellung;
Fig. 2 eine Prinzipskizze einer teilvergrößerten Bildschirmdarstellung;
Fig. 3 eine weitere Prinzipskizze einer teilvergrößerten Bildschirmdarstellung;
Fig. 4 und 5 eine Prinzipskizze der Vergrößerungszonen;
Fig. 6 eine Prinzipskizze zeilenartiger Bildschirmdarstellung;
Fig. 7 und 8 eine Prinzipskizze zeilenartiger Vergrößerungsbänder;
Fig. 9 eine Prinzipskizze spaltenartiger Bildschirmdarstellung;
Fig. 10 und 11 eine Prinzipskizze spaltenartiger Vergrößerungsbänder;
Fig. 12 eine Bildschirmdarstellung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst wird anhand der Fig. 1 bis 3 die grundsätzliche Vorgehensweise beim Vergrößern von Bildschirmausschnitten dargestellt. Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Bildschirmdarstellung a, bei der der Bildschirminhalt zur Erläuterung der weiteren Vorgehensweise beispielhaft in eine 5 × 5 Matrix a_1.1 bis a_5.5 aufgeteilt wurde. Um einen Mittelpunkt x₀ herum soll der Bildschirminhalt vergrößert werden. Im vorliegenden Beispiel wurde in Fig. 2 der Bildschirmmittelpunkt x₀ in Form des Elementes a_3.3 und in Fig. 3 der Bildschirmmittelpunkt x₀ in Form des Elementes a_5.5 gewählt.
Um den Mittelpunkt x₀ herum erfahren auf konzentrischen Kreisen 1 bis 4 befindliche Bildobjekte x jeweils die gleiche Vergrößerung. Die Bildobjekte x können beliebig kleine Objekte, beispielsweise wenige Bildschirmpixel sein. Die Vergrößerungszuordnung zu einzelnen Bildobjekten erfolgt dabei nach der Zuordnungsvorschrift
Es handelt sich hierbei um eine zweidimensionale Gauß'sche Normalverteilung, bei der x₀ den Mittelpunkt bzw. Mittelwert entsprechend Fig. 2 und Fig. 3 angibt, δ und µ sind wählbare Konstanten, π entspricht der Kreiszahl. Die Vergrößerung nimmt damit ausgehend vom Punkt x₀ mit zunehmender Entfernung zu diesem Punkt ab.
In der Darstellung der Fig. 1 bis 3 wurde der Übersichtlichkeit halber eine sehr grobe matrizenartige Aufteilung des Bildschirmes a gewählt, in der Praxis wird hier eine sehr feine Auflösung zum Beispiel in Form von etwa 100 × 100 oder 1000 × 1000 Elementen oder dergleichen gewählt, so dass eine praktisch kontinuierliche Vergrößerung erzielt werden kann.
Die Vorgehensweise ist dabei wie folgt: Zunächst wird der Mittelpunkt des zu vergrößernden Elementes x₀ als 0-Punkt für die Ausbreitung des Zooms definiert. Nun wird jedes Einzelne vom Element x₀ verschiedene Element x mit dem Element x₀ durch eine gedachte Achse verbunden, so dass nur die Entfernung zwischen beiden Elementen zu bestimmen ist und sich die gesamte weitere Betrachtung auf diese eine Dimension beschränken kann. Ein Faktor z. B. δ gleich 0,0003 verursacht die Verschiebung des vom Element x₀ verschiedenen Elementes x in den interessanten Bereich, in dem Größenveränderungen stattfinden. Das daraus resultierende Ergebnis f(x) ist der Faktor, der die Veränderung jedes einzelnen Elementes bestimmt. Alle ermittelten Faktoren von A_min bis A_max werden so in das Intervall zwischen 0 und 1 umskaliert, dass der kleinste Wert gegen 0 und der größte Wert gegen 1 geht. Daraus ergibt sich der Umrechnungsfaktor z. B. A_min gleich 0,03 und A_max gleich 12. Schließlich werden alle kleinsten und größten Werte mittels N_min und N_max prozentual umskaliert, wobei der Bereich zwischen N_min und N_max individuell definiert werden kann z. B. wird N_min gleich 18% und N_max gleich 130%. Aus dieser Berechnung ergibt sich eine kontinuierliche und fließende Größenverteilung der Elemente gemäß den Fig. 2 und 3. Elemente, deren Mittelpunkte sich auf derselben Kreisbahn um den Mittelpunkt x₀ befinden, werden mit demselben Vergrößerungsfaktor skaliert. Elemente, deren Mittelpunkt sich auf unterschiedlichen Kreisbahnen um den Mittelpunkt des Elementes x₀ befinden, werden mit unterschiedlichen Vergrößerungsfaktoren skaliert.
Ist eine kontinuierliche und fließende Größenverteilung der einzelnen Elemente nicht erwünscht, so können künstliche Vergrößerungszonen V1 bis Vn entsprechend der Fig. 4 und 5 definiert werden. Die Anzahl der Vergrößerungszonen V ist dabei beliebig, hier werden beispielhaft drei Vergrößerungszonen V1 bis V3 dargestellt. In Fig. 4 ist dazu der Bildschirminhalt a in jeweils etwa rechteckige Zonen V1, V2 sowie V3 aufgeteilt. In der Darstellung der Fig. 1 entspricht die Zone V1 dem Element a3.3, die Zone V2 den Elementen a_2.2, a_2.3, a_2.4, A_3.1, a_3.4, a_4.2, a_4.3 sowie a_4.4. Die Zone V3 entspricht allen übrigen Elementen, das heißt den jeweils am äußeren Bildschirmrand angeordneten Elementen a_1.[1-5], a_[1-5].1. Auf all die zu einer derartigen Zone gehörenden Elemente wird eine gleichartige Vergrößerung angewandt. Dadurch entstehen Lücken, die in der Darstellung der Fig. 4 als weiße Flecken gekennzeichnet sind. Diese werden nicht durch Streckung einzelner Elemente oder dergleichen aufgefüllt, vielmehr werden diese Lücken zu Gunsten einer nicht verzerrten Darstellung innerhalb der einzelnen Elemente in Kauf genommen. Bei dieser Variante des nicht linearen Zoomes wird das dargestellte Dokument in Bereiche oder Zonen aufgeteilt. Die unterschiedlichen Zonen werden auf Zeilen und Spalten gleichen Abstandes vom Vergrößerungszentrum angewendet. Die Vergrößerung orientiert sich an den Zeilen und Spalten, in denen die Elemente zentriert positioniert werden. In Fig. 4 werden drei Zonen gezeigt. In Zone V1 befindet sich das fokussierte Element, das um 200 Prozent vergrößert wurde, in Zone V2 entspricht die Vergrößerung 45 Prozent und in Zone V3 entspricht die Vergrößerung 20 Prozent des fokussierten Elementes. Eine Variante des in Fig. 4 dargestellten Vergrößerungsverfahrens von Bildschirmausschnitten ist bei einem am rechten unteren Bildschirmrand gelegenen Vergrößerungsmittelpunkt x₀ in Fig. 5 dargestellt. Der Vergrößerungsmittelpunkt x₀ kann selbstverständlich beliebig auf dem Bildschirm positioniert sein.
Fig. 6 bis 8 zeigen eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei diesem wird nicht der Abstand zu einem Mittelpunkt x₀ als Maß für die Vergrößerung herangezogen, sondern der lotrechte Abstand zu einer Linie L. Gemessen wird im vorliegenden Beispiel der Abstand l eines streifenartigen Bildelementes zu einer Linie L. Alle auf Linien gleichen Abstandes zu der Linie L liegenden Bildpunkte der Streifen entsprechen einer gleichartigen Vergrößerung. Die zweidimensionale Zuordnungsvorschrift geht somit in eine eindimensionale Vorschrift über. Entsprechend der in den Fig. 7 und 8 dargestellten zeilenartigen Vergrößerungsbänder sind in Fig. 10 und 11 spaltenartige Vergrößerungsbänder dargestellt. Auch hier kann eine kontinuierliche Vergrößerung oder eine Bereichsweise konstante Vergrößerung erfolgen.
In Fig. 12 ist eine Bildschirmdarstellung unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Es handelt sich hier um ein umfangreiches verkettetes Menü, bei dem die jeweils im Fokus des Betrachters, beispielsweise in dem dieser einen Mauszeiger über das jeweilige Element fährt, liegende Bildelemente vergrößert dargestellt werden und entsprechend dem zuvor dargestellte Verfahren alle von diesem weiter entfernten Elemente verkleinert dargestellt werden. Zusätzlich zu dem bisher dargestellten Verfahren können beispielsweise auch die in dem jeweiligen Kästchen als Bedienelement dargestellten Informationen abhängig von dessen Vergrößerungsfaktor unterschiedlich detailliert ausgebildet sein. Beispielsweise könnten bei den im Mittelpunkt des Zoomes befindlichen Bildelementen umfangreiche Erläuterungen zu den jeweiligen Bedienfunktionen vorgesehen sein, entsprechend könnten bei weit von dem Mittelpunkt entfernten Bedienelementen nur noch Abkürzungen oder beispielsweise farbliche Kennzeichnungen oder dergleichen, die den Betrachter nur noch eine grobe Zuordnung möglicher Funktionen ermöglichen, vorgesehen sein. BEZUGSZEICHENLISTE a Bildschirm
x Bildobjekt
x₀ Bildmittelpunkt
L Bildmittellinie
x-x₀ Entfernung Bildobjekt zu Bildmittelpunkt bzw. Bildmittellinie
a_xy Elemente einer Zeilen- und Spaltenmatrix
f Vergrößerungsfaktor
V1. . .V2 Vergrößerungszonen
A_min minimaler Vergrößerungsfaktor
A_max maximaler Vergrößerungsfaktor

Claims

1. Verfahren zum Vergrößern von Bildobjekten (x) auf einem Bildschirm (a), umfassend die Schritte
Bestimmen eines Bezugsobjektes (x₀, L);
Bestimmen der Entfernung aller Bildobjekte (x) zu dem Bezugsobjekt (x₀, L);
Zuordnung eines Vergrößerungsfaktors (f) zu jedem Bildobjekt (x) abhängig von dessen Entfernung (x-x₀) zu dem Bezugsobjekt (x₀, L).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vergrößerung (f) winkelgetreu und verzerrungsfrei erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bezugsobjekt ein Bildmittelpunkt (x₀) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bezugsobjekt eine Bildmittellinie (L) ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildobjekte (x) einzelne Bildpunkte sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildobjekte (x) Elemente (a_x,y) einer Zeilen- und Spaltenmatrix sind.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bildobjekte (x) zusammengehörende logische Elemente des dargestellten Bildschirminhaltes sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuordnung eines Vergrößerungsfaktors (f) zu jedem Bildobjekt (x) abhängig von dessen Entfernung zu dem Bezugsobjekt (x₀) mittels einer ein- oder zweidimensionalen Gauß-Verteilung erfolgt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bildschirm (a) zunächst in Vergrößerungszonen (V1, V2, V3, . . ., Vn) eingeteilt wird und Bildpunkten (x) in einer Vergrößerungszone (V1, V2, V3, . . ., Vn) ein jeweils identischer Vergrößerungsfaktor (f) zugeteilt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zuordnung von Vergrößerungsfaktoren (f) zwischen einem vorgebbaren minimalen Vergrößerungsfaktor A_min und einem vorgebbaren maximalen Vergrößerungsfaktor A_max skaliert wird.