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Die Erfindung betrifft eine Eingabevorrichtung für einen Rechner oder eine Bedienanlage, wobei die Eingabevorrichtung eine Gestenerkennungseinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung aufweist, welche einem Bediener eine virtuelle Umgebung zur Verfügung stellt und einen Rechner oder eine Bedienanlage, welche die Eingabevorrichtung aufweist sowie ein Fahrzeug mit einem Rechner oder einer Bedienanlage.
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Das Bedienen von Anlagen und Maschinen erfolgt im Allgemeinen über entsprechende Schieberregler, Drehknöpfe, Schalter oder sonstige Eingabemittel. Auch sind Computermäuse oder Tastaturen für die Eingabe vorgesehen. Der Nachteil dabei ist, dass bei dem physikalischen Verwenden von derartigen Eingabemitteln der entsprechende Platz zur Verfügung gestellt werden muss. Auch wenn eine Vielzahl von Bedienelementen verwendet werden muss, kann die Komplexität den Bediener der Anlage überfordern.
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Insbesondere wenn komplexe Maschinenanlagen wie beispielsweise Sonare auf Schiffen oder U-Booten bedient werden müssen, kann ein entsprechender Seegang die Eingabe verfälschen oder dazu führen, dass die Eingabe nicht rechtzeitig und zielgenau erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Eingabevorrichtung für einen Rechner oder eine Bedienanlage, wobei die Eingabevorrichtung eine Gestenerkennungseinrichtung und eine Anzeigeneinrichtung aufweist, welche einem Bediener eine virtuelle Umgebung zur Verfügung stellt, wobei die Eingabevorrichtung ein virtuelles Bedienelement mittels dem der Bedienanlage oder dem Rechner Bedieneingaben aufprägbar sind aufweist.
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Somit kann eine Eingabevorrichtung bereitgestellt werden, die es einem Bediener ermöglicht Bedienelemente virtuell seinen Bedürfnissen anzupassen. Zudem ist kein weiteres externes Gerät wie Joystick oder Maus notwendig, welches gegebenenfalls unter widrigen Bedingungen nicht mehr optimal einsetzbar ist.
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Somit stellt die Eingabevorrichtung eine Schnittstelle zwischen einer zu bedienenden Maschine und einem Bediener her, welche anhand der Bewegung und Gesten des Bedieners ein umfangreiches Bedienpotential zur Verfügung stellt. Zudem kann durch die Anzeigeeinrichtung dargestellte Information direkt mittels der Bedienelemente bearbeitet oder aufbereitet werden.
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Insbesondere bei Sonaren, welche dreidimensionale Daten bereitstellen, kann durch eine Interaktion mittels der virtuellen Bedienelemente sich der Bediener einen schnellen Überblick über die Lage verschaffen.
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Folgendes Begriffliche sei erläutert:
Vorliegende „Eingabevorrichtung“ ist ein neues Eingabemittel wie beispielsweise eine Computermaus oder eine Computertastatur. Auch kann die Eingabevorrichtung als Ergänzung oder Ersatz für einen Bedienpult gesehen werden. Insbesondere sind mechanische Bauteile, wie sie beispielsweise bei einem Joystick oder einer Maus vorhanden sind, nicht mehr notwendig. Die Eingabevorrichtung kann sowohl direkt an eine Maschine zum Steuern der Maschine oder auch an einen Rechner angeschlossen werden, welchem entsprechende Bediensignale aufgeprägt werden.
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Mit dieser Eingabevorrichtung werden vorteilhafter Weise physische Bedienelemente in eine virtuelle Umgebung transferiert, sodass ein vollständig neuartiges Bedienkonzept einem Bediener zur Verfügung gestellt werden kann.
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Ein „Rechner“ wird auch Computer genannt. Dieser Rechner kann ein Steuergerät oder ein Rechner einer sonstigen Maschine sein. Insbesondere können an dem Rechner Sensoren und/oder Aktuatoren angeschlossen sein.
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Bei der „Bedienanlage“ kann es sich um eine komplexe Anlage wie beispielsweise ein Kraftwerk oder auch ein spezielles Instrument wie beispielsweise ein aktives oder passives Sonar handeln.
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Die „Gestenerkennungseinrichtung“ erkennt mittels ihrer Sensoren bestimmte gewollte Bewegungen des Bedieners. Insbesondere können diese Bewegungen die Handbewegungen sein. Vorteilhafterweise basiert die Gestenerkennungseinrichtung auf optische Eingaben, welche insbesondere durch zwei Kameras aufgenommen und mittels entsprechender Software aufbereitet werden. Auch können beispielsweise an der Hand Sender oder Empfänger angeordnet sein, welche entsprechende Signale aussenden und/oder empfangen. So kann durch diese Signale eine entsprechende Bewegung im Raum festgestellt werden. Insbesondere sei hier erwähnt, dass es sich bei diesen Sendern um Ultraschallsender oder Infrarotsender und die entsprechenden Empfänger handeln kann.
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Die „Anzeigeeinrichtung“ ist insbesondere ein Bildschirm oder eine virtuelle Brille, mittels derer den Augen des Betrachters ein dreidimensionales Bild aufgeprägt werden kann. Insbesondere vermittelt eine derartige Anzeigeeinrichtung einen räumlichen Eindruck, sodass insbesondere einzelne Bedienelemente räumlich verteilt dargestellt werden. Somit kann beispielsweise der Bediener durch eine Handbewegung im realen Raum und der entsprechenden Erkennung durch die Gestenerkennungseinrichtung den Augen des Benutzers über die Anzeigeeinrichtung der Eindruck vermittelt werden, dass sich die Hand in den durch die Anzeigeeinrichtung vermittelten Raum befindet.
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Somit stellt die Anzeigeeinrichtung einen Bediener eine virtuelle Umgebung zur Verfügung, in der dieser das entsprechende Bedienelement oder die entsprechenden Bedienelemente anordnet und deren Bedienen durch Bewegung der realen Hand ermöglicht ist.
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Ein „virtuelles Bedienelement“ ist ein Bedienelement, welches in der virtuellen Umgebung angezeigt wird, jedoch durch Bewegungen der realen Hand angesteuert wird. Das virtuelle Bedienelement ist direkt mit der Bedienanlage oder dem Rechner gekoppelt, sodass durch die reale Hand aufprägbare Stellsignale zum Ansteuern der Bedienanlage oder des Rechners verwendet werden. Für den Fall, dass das virtuelle Bedienelement eine Maus ist, kann beispielsweise die reale Hand in der virtuellen Umgebung die Maus umfassen, was in der realen Welt beispielsweise eine Hand ist, welche auf einer Tischplatte einen Hohlraum aufweist und welche über die Tischplatte bewegt wird. Dabei kann ein Auf und Ab einzelner Finger als Bedienen der einzelnen Maustasten oder das Knicken einzelner Finger als das Bewegen des Rollrades einer Maus interpretiert werden.
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In einer weiteren Ausgestaltung weist der Rechner oder die Bedienanlage einen Sensor auf und ein durch den Sensor gewonnenes Sensorsignal wird mittels der Eingabevorrichtung optisch oder haptisch dem Bediener aufgeprägt.
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So können beispielsweise durch einen Sensor gemessene Werte mittels der Anzeigeeinrichtung als Digital- oder Zeigerwert angezeigt werden. Für den Fall, dass beispielsweise die reale Hand einen Handschuh aufweist, welcher zum einen Bewegungen direkt detektiert und zum anderen auch ermöglicht, durch aufweisende Aktuatoren der Hand eine bestimmte Kraft aufzuprägen, kann das haptische Rückkoppeln eines Sensorwertes erfolgen.
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Auch kann eine virtuelle Repräsentanz der Hand mittels der Anzeigeeinrichtung angezeigt werden, welche das Bedienelement und/oder andere Bedienelemente und/oder Daten virtuell greift.
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In einer Ausführungsform weist die Gestenerkennungseinrichtung eine Kopplungseinheit auf, welche an einem Körperteil, insbesondere Hand, des Bedieners anbringbar ist, sodass eine Bewegung des Körperteils mittels der Kopplungseinheit detektiertbar ist.
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Die Kopplungseinheit kann beispielsweise ein Datenhandschuh oder können auch einzeln anbringbare Sensoren wie Mikrofone und/oder Empfänger sein, sodass eine Bewegung der Hand im Raum detektierbar ist und eine entsprechende Repräsentanz in der virtuellen Umgebung erfolgen kann.
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Um insbesondere berührungslos oder ohne Hilfsmittel die Bewegung eines Körperteils zu bestimmen, kann die Gestenerkennungseinrichtung einen Bewegungsdetektionssensor aufweisen, welche die Bewegungen eines Körperteils, insbesondere der Hand, detektiert. Ein derartiger Bewegungsdetektionssensor kann beispielsweise eine Stereokamera mit zwei Kameraobjektiven sein. Auch die Messung induktiver oder elektrostatischer Felder und der Einfluss der Hand auf diese Felder kann dazu dienen, die Bewegungen der Hand zu bestimmen.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Eingabevorrichtung weitere virtuelle Bedienelemente auf, mittels derer die Bedienanlage steuerbar ist oder dem Rechner Bedieneingaben aufprägbar sind. Somit kann sich beispielsweise ein Bediener ein eigenes Bedienpult mit unterschiedlichsten virtuellen Bedienelementen aufbauen. Zum Bedienen reicht es insbesondere aus, eine Hand im Raum zu bewegen und virtuell einzelne Bedienelemente zu „greifen“ und entsprechend zu betätigen. Auch können dabei virtuelle Bedienelemente entsprechend den Anforderungen des Bedieners angepasst werden oder neue Bedienelemente hinzugefügt oder alte entfernt werden. Um dies zu realisieren, können die virtuellen Bedienelemente schaltbar ausgestaltet sein, sodass diese durch die Bediener aktivierbar und/oder deaktivierbar sind.
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Insbesondere kann eines der Bedienelemente eine virtuelle Maus, ein virtueller Joystick, ein virtuelles Touchpad, ein virtueller Schieberegler, ein virtueller Schalter, ein virtueller Drehknopf und/oder ein virtueller Stift sein.
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Es können eine Vielzahl von unterschiedlichsten Bedienelementen virtuell zur Verfügung gestellt werden, welche dann von dem Bediener entsprechend angesteuert und bedient werden können. Auch kann ein Verknüpfen des jeweiligen Bedienelements mit einem Sensor, Aktuator, Eingabe, Ausgabe oder der Gleichen erfolgen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Rechner oder eine Bedienanlage, insbesondere ein Sonar, welche oder welcher eine zuvor beschriebene Eingabevorrichtung aufweist. Somit kann ein völlig neuartiges Bedienelement einem Bediener zur Verfügung gestellt werden, welches ihm ermöglicht komplexeste Aufgabenstellungen zu bewältigen.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein Fahrzeug, insbesondere Flugzeug, Schiff oder Unterseeboot, welches einen zuvor beschriebenen Rechner oder eine zuvor beschriebene Bedienanlage aufweist.
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Somit können insbesondere in beengten Verhältnissen oder unter schwierigen Bedingungen wie beispielsweise bei einem Schiff bei hohem Seegang einem Bediener eine Vielzahl von Bedienelementen zur Verfügung gestellt werden, mit denen er ein zu bedienendes Instrument wie beispielsweise ein Sonar effektiv bedienen kann.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt
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1 eine schematische Darstellung einer Eingabevorrichtung mit einem 3D-Bildschirm und einer Stereokamera.
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An ein aktives Sonar 181 ist ein Eingabegerät 101 angeschlossen. Das Eingabegerät 101 umfasst einen 3D-Bildschirm 103 und eine Stereokamera 105. Die Stereokamera 105 weist zwei zueinander versetzte Kameraobjektive 107 auf. Der 3D-Bildschirm 103 ist in einen Anzeigebereich 109 und in eine Werkzeugleiste 111 aufgeteilt. Zudem sind auf dem 3D-Bildschirm 103 Sonardaten 113 sowie Digitalanzeigen 133 dargestellt.
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Im Anzeigebereich 109 sind drei Bedienelemente dargestellt. Zu den Bedienelementen gehört ein virtueller Joystick 117, ein virtueller Schieberegler 129 und ein virtueller Kippschalter 131, welcher zwischen zwei Zuständen (I/O) schaltbar ist.
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In der Werkzeugleiste 111 sind eine virtuelle Maus 119, eine virtuelle Schere 121, ein virtueller Drehknopf 123, ein virtuelles Messer 125 und ein virtueller Pinsel 127 dargestellt. Mithilfe dieser Werkzeuge 119, 121, 123, 125, 127 können die Sonardaten manipuliert oder das aktive Sonar 181 bedient werden.
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Der Kippschalter 131 schaltet das Sonar 181, sodass im einen Zustand (I) ein aktives Sonar und im anderen Zustand (O) ein passives Sonar vorliegt. Mittels des Schiebereglers 129 wird die Sendefrequenz des Sonars 181 eingestellt. Mit Hilfe des virtuellen Joysticks 117 kann die Abstrahlrichtung des aktiven Sonars eingestellt werden.
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Setzt sich ein Bediener vor das Eingabegerät 101 wird seine Hand 155 durch die Stereokamera 105 mit den versetzten Kameraobjektiven 107 detektiert. Mittels implementierter Software wird die Hand 155 erkannt und es werden Änderungen der Hand 155 detektiert. Zusätzlich wird eine virtuelle Repräsentanz 115 der Hand in dem 3D-Bildschirm 103 dargestellt.
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Die Repräsentanz 115 der Hand, wird auch virtuelle Hand genannt, führt sämtliche Bewegungen der realen Hand 155 nach. So kann die Repräsentanz 115 der Hand wenn sie nach rechts geführt wird und den Kippschalter 133 „greift“ durch eine Bewegung nach oben das aktive Sonar in ein passives Sonar umschalten. Führt die Repräsentanz 115 der Hand eine Bewegung nach links aus und umgreift diese gedanklich den virtuellen Joystick 117, so kann die Strahlrichtung des Sonars geändert werden. Auch kann die virtuelle Hand 115 noch weiter nach links greifen, um mittels des Schiebereglers 129 die Sendefrequenz des aktiven Sonars zu verändern.
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Alternativ wird die virtuelle Hand mittels Punkten dargestellt, welche beispielsweise jeweils ein Fingergelenk und ggf. eine Handfläche darstellen. Dazu alternativ sind einzelne Punkte mit Strichen oder Balken verbunden, sodass ein Fingerglied nachgebildet ist.
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Auch können mittels der Repräsentanz 115 der Hand die Daten 113, welche online mittels des Sonars 181 ermittelt werden, bearbeitet werden. Beispielsweise kann die virtuelle Hand 115 ein virtuelles Messer 125 „ergreifen“ und die Daten 113, welche beispielsweise eine Datenwolke darstellen, virtuell durchschneiden, um bestimmte Ebenen oder Schnitte anzuschauen und um gegebenenfalls Objekte besser erkennen zu können.
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Auch kann die virtuelle Hand 115 einen Drehknopf 123 in den Anzeigebereich 109 versetzen und diesen mit einer Funktionalität des Sonars 181 verknüpfen. Durch Betätigen des Drehknopfs 123 kann beispielsweise ebenfalls die Frequenz des Sonars 181 eingestellt werden, sodass beispielsweise dann der Schieberegler 129 durch den Drehknopf 123 ersetzt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 101
- Eingabegerät
- 103
- Bildschirm
- 105
- Stereokamera
- 107
- versetzte Kameraobjektive
- 109
- Anzeigebereich
- 111
- Werkzeugleiste
- 113
- Daten
- 115
- virtuelle Hand
- 117
- Joystick
- 119
- Maus
- 121
- Schere
- 123
- Drehknopf
- 125
- Messer
- 127
- Pinsel
- 129
- Regler
- 131
- Kippschalter
- 133
- Digitalanzeige
- 155
- Hand
- 181
- Sonar
