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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen bewegliche Objekte mit einer berührungsempfindlichen Kodierung für die Interaktion mit Anzeigen oder Oberflächen und deren Steuereinheit und im Speziellen die eindeutige Kodierung zur Erkenn- und Lokalisierbarkeit der Objekte durch eben diese Steuereinheit.
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Es ist bekannt, dass Interaktionen mit kapazitiven berührungsempfindlichen Anzeigen und Oberflächen (
DE 20 2015 006 141 U1 ,
WO 2012/154972 A2 ), wie sie meist in Smartphones, Tablet-Computern und tragbaren Computern zum Einsatz kommen, direkt mit einem oder mehreren Fingern, oder speziellen Eingabe-Stiften (
WO 00 2012/177571 A1 ;
US 2011/0304577 A1 ) erfolgen können (
DE 20 2015 006 141 U1 ).
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Dadurch kann die Position eines oder mehrer Finger oder ein Stiftes auf der berührungsempfindlichen Anzeige oder Oberfläche genau bestimmt und durch die kapazitive Technik auch mehrere Finger oder Stifte gleichzeitig detektiert werden; es entstehen dabei immer Software-Ereignisse (Events) für jede Berührung, die durch Anwendungsprogramme auch von dritten ausgelesen und verwendet werden können.
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Andere physische Objekte, die elektronisch erfassbar sind und durch entsprechende Schnittstellen mit Mikrocomputern interagieren können, wurden in verschiedenen Varianten bereits verwirklicht; so gibt es zum Beispiel Detektionsgeräte und -mechanismen, die durch Nahfeld-Kommunikation Objekte identifizieren können, wenn dieselben Objekte mit entsprechender Nahfeld-Kommunikationstechnik (NFC) ausgerüstet sind (
US 921 498 7 B2 ). I
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Insgesamt bieten nahfeld-basierte Lösungen ein breites Anwendungsspektrum zur Einbindung smarter Objekte (zum Beispiel Ozdenizci, Busra & Alsadi, et al.), brauchen aber zusätzlich technische Einrichtungen und Verfahren (R. G. Mair).
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Für Applikationen im hybriden Brettspiele-Umfeld, wurden bereits kombinierte Systeme, bestehend aus speziellem Display und passenden Figuren entworfen, die ebenfalls nahfeld-basiert sind und Identifikation und Positionsbestimmung erlauben (
WO 2012/028827 A8 ).
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Bildunterstützte Identifikation und Positionserkennung von Objekten ist ebenfalls bereits dokumentiert (
WO 2013/039762 A1 ); dabei werden visuelle Marker an Objekten befestigt, die durch eine Kamera aufgenommen und durch passende Erkennungsalgorithmen identifiziert werden.
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Bei allen beschriebenen Techniken, ist es jedoch ohne zusätzliche elektronische Hilfsmittel oder Einrichtungen nicht möglich, verschiedene Objekte bei Interaktion mit standardisierten berührungsempfindlichen Anzeigen und Oberflächen zu unterscheiden und direkt die jeweilige Position auf der Anzeige oder Oberfläche zu ermitteln.
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Dem in Anspruch 1 beschriebenen Objekt liegt das Problem zugrunde, technisch einfach herzustellende Objekte zu erzeugen, die bei Interaktionen mit berührungsempfindlichen Anzeigen und Oberflächen ohne weitere technische Hilfsmittel eindeutig identifiziert werden können und deren jeweilige Position auf der Anzeige oder Oberfläche bestimmbar ist.
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Dieses Problem wird durch berührungskodierte Objekte (1) mit denen im Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst; mindestens zwei, teilweise leitfähige Zonen (2) auf einer oder mehrere Oberflächen eines Objektes erlauben bei Berührung durch einen Endnutzer (9) die Identifikation und Positionserkennung des Objektes durch die Bestimmung der relativen Lage der Zonen, Abgleich mit einem Objektkatalog und die Mittelung aller Koordinaten der Einzelereignisse auf eine Gesamtposition auf der jeweiligen Anzeige oder Oberfläche (10).
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Dabei koppelt die Hand des Nutzers (9) kapazitiv über das Objekt (1) an jeder berührenden Zone (2) direkt an die Anzeige (10). Jede Zone löst dabei mindestens ein Berührungsereignis aus, welches durch mindestens ein Software-Ereignis zur Verarbeitung in der Steuereinheit (11) repräsentiert wird.
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Durch Berechnung des Berührungsmusters können so Objekte identifiziert und ihre Position auf der berührungsempfindlichen Anzeige oder Oberfläche eindeutig bestimmt werden.
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Die Informationen zu Objekt und Position stehen dann zur weiteren Verarbeitung durch eine Konsumenten-Applikation.
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Es können dabei einzelne Objekte erkannt und lokalisiert werden, oder mehrere Objekte, die gleichzeitig mit einer Anzeige oder Oberfläche interagieren.
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Die Erfindung ermöglicht es, eine Vielzahl von technisch einfach herstellbaren Objekten zu erzeugen, die im Kontext von verschiedenen Anwendungen Nutzen finden und es werden keine weiteren aktiven elektronischen Bauteile am Objekt, oder zusätzliche externe Apparaturen benötigt; damit können Objekte preiswert und in hohen Stückzahlen gefertigt werden.
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Einen weiteren Vorteil stellt die Einfachheit der Erkennungstechnologie der Objekte dar: die Erkennung geschieht einzig durch die kodiert-ausgelöste Ansteuerung der berührungsempfindlichen Anzeige oder Oberfläche (10) bei Benutzerberührung (9) des Objektes (1): es werden keine Kameras, Sensoren, oder andere Detektionsmechanismen benötigt.
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Da keine elektronischen Komponenten verwendet werden, ist die erläuterte Erfindung äußerst robust und langlebig und ein Objektdefekt durch Bauteilausfälle ist auszusch ließen.
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Da im Kern verschiedenste Materialien zum Einsatz kommen können (zum Beispiel Kunststoffe, Metalle, Holz, Keramik), sind die Objekte auch sehr gut für Szenarien mit anspruchsvollen Umgebungsbedingungen und unterschiedlichen, oder sogar extremen Umwelteinflüssen geeignet.
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Für kommerzielle Anwendungen müssen möglichst viele verschiedene Objekte identifizierbar sein und daher ist es notwendig, möglichst viele verschiedene Kodierungsmuster zu erzeugen und effizient zu verarbeiten.
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Die Robustheit der Erfindung eröffnet vielfältige Nutzungsorte und Nutzungsszenarien: so können zum Beispiel Spielfiguren (ähnlich Brettspielfiguren) erzeugt werden, die von einer berührungsempfindlichen Anzeige erkennbar sind; somit sind die Figuren sowohl identifizierbar (was für eine Spielfigur), als auch in ihrer Position auf der Anzeige in einen interaktiven Computerspielverlauf einbindbar.
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Weitere Anwendungsfelder der vorgestellten Erfindung können im Bildungsbereich gefunden werden: interaktive Geschichten und Simulationen die durch verschiedene physische Objekte an verschiedenen Punkten und zu verschiedenen Zeiten unterschiedliche Informationen preisgeben oder Ereignisse auslösen und damit optimale Lerneffekte durch multisensorisches Lernen flexibel ermöglichen.
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Ein weiteres Beispiel zur wirtschaftlichen Nutzung der Erfindung findet sich im Gerätebereich: überall wo Taster, Schalter, Regler und ähnliches gebraucht werden und eine reine Softwarelösung keine Option darstellt, ist es möglich Taster, Schalter und Regler wie in Anspruch 1 beschrieben umzusetzen um sie dann mit interaktiven Anwendungen auf berührungsempfindliche Anzeigen und Oberflächen (10) zu kombinieren; dadurch können verschiedenste Konfigurationen zur jeweiligen Anwendung erzeugt werden und die physische Mensch-Maschine-Schnittstelle flexibel an Umgebungsanforderungen angepasst werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 2 angegeben: durch räumliche Ausprägung der Zonen als physische Elemente (2), die aus dem Objekt (1) herausragen, wird die Objekterkennung optimiert und die Herstellung vereinfacht, da das Objekt entweder aus voll leitfähigem Material hergestellt werden kann, oder, wenn nicht möglich oder gewünscht, einheitlich und vollständig mit leitfähigem Material beschichtet werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in Anspruch 3 angegeben. Durch Ausprägung als einzelnes physisches Element (27) und entsprechend zonierter Beschichtung (31; 32), lassen sich auch kodierte Objekte erstellen, deren physische Elemente zum Beispiel grafisch zusammenhängen - zum Beispiel Schriftzeichen, oder Zahlzeichen, ganze Wörter oder Piktogramme; die Kodierung erfüllt dabei sowohl den technischen Anspruch der Erkennung, als auch die Erkennungsmöglichkeit direkt durch einen menschlichen Nutzer, der zum Beispiel ein Zahlzeichen direkt lesen kann.
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Die weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung in Anspruch 4 und 5 erlauben unterschiedlichste Materialkombinationen (4; 8) und somit flexible Einsatzbereiche: in manchen Kontexten ist zum Beispiel Kunststoff als Kernmaterial aufgrund von Gewicht vorzuziehen, während in anderen Einsatzfeldern metallische Werkstoffe auf Grund ihrer Festigkeit verwendet werden müssen.
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In Anspruch 6 kann eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung vorgefunden werden: das Material der physischen Elemente kann elastisch ausgeführt werden, um den mechanischen Oberflächenschluss zu maximieren und so auch eine Objekterkennung unter widrigen Umweltbedingungen zu garantieren.
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Die vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung in Anspruch 7 ermöglicht durch eine einheitliche Plattform (12; 14; 16) zur Aufbringung der Kodierung durch berührungsauslösende Elemente (13; 15; 17) eine vereinfachte Massenherstellung eines Objektes, da für existierende Objekte keine vollständig neue Modellierung erfolgen muss, sondern diese Objekte durch das Hinzufügen einer kodierten Platform und einheitlicher Beschichtung einfach und preiswert erweitert werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 3a und 3b erläutert; es zeigen:
- 1a: ein abstraktes, berührungskodiertes Objekt (1) mit 4 berührungsauslösenden Elementen (2) in isometrischer Projektion von oben,
- 1b: ein abstraktes, berührungskodiertes Objekt (1) mit 4 berührungsauslösenden Elementen (2) in isometrischer Projektion von unten,
- 1c: ein abstraktes, berührungskodiertes Objekt (1) mit 4 berührungsauslösenden Elementen (2) in Aufriss,
- 2a: ein abstraktes, berührungskodiertes Objekt (3) aus schwach oder nicht leitfähigen Materialien (4) mit leitfähiger Beschichtung (5) und Abschlussbeschichtungen (6),
- 2b: ein abstraktes, berührungskodiertes Objekt (7) aus leitfähigen Materialien (8) mit Abschlussbeschichtungen (6),
- 3a: Interaktion eines Nutzers (9) in isometrischer Projektion mit einem abstraktem, berührungskodiertem Objekt (1), das sich auf einer berührungsempfindlichen Anzeige (10) befindet, die mit einer Steuereinheit (11) verbunden ist,
- 3b: Interaktion eines Nutzers (9) im Aufriss mit einem abstraktem, berührungskodiertem Objekt (1), das sich auf einer berührungsempfindlichen Anzeige (10) befindet, die mit einer Steuereinheit (11) verbunden ist.
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Durch die Berührung des berührungskodierten Objektes (1) koppelt die Hand des Nutzers (9), bzw. sein ganzer Körper, elektrisch kapazitiv über die leitende Beschichtung (5) oder die native Leitfähigkeit des Objektes (8) über alle berührungsauslösenden Elemente (2) direkt an die berührungsempfindliche Anzeige (10).
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Da die berührungsauslösenden Elemente (2) räumlich getrennt sind, kann die Steuereinheit der Anzeige (11) vier verschiedene Berührungen detektieren und in der Fläche entsprechende Koordinaten zuordnen.
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Da jedes Objekt eindeutig kodierte berührungsauslösende Elemente aufweist, kann daraus bestimmt werden, welches Objekt (1) - hier abstrakter Würfel - sich an welcher Position auf dem Bildschirm befindet.
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Die Objekterkennung anhand des Musters der berührungsauslösenden Elemente kann zum Beispiel durch geometrische Algorithmen oder statistische Methoden des maschinellen Lernens erfolgen.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden anhand von 4a, 4b, 4c, 4d, 4e erläutert; es zeigen:
- 4a: berührungskodiertes Objekt (12) in Form eines Quaders mit identifizierender Kodierung (13) auf zusätzlicher Plattform in isometrischer Projektion von oben,
- 4b: berührungskodiertes Objekt (12) in Form eines Quaders mit identifizierender Kodierung durch vier physische Elemente (13) auf zusätzlicher Plattform in isometrischer Projektion von unten,
- 4c: berührungskodiertes Objekt (14) in Form einer Pyramide mit identifizierender Kodierung (15) in isometrischer Projektion von oben,
- 4d: berührungskodiertes Objekt (14) in Form einer Pyramide mit identifizierender Kodierung durch vier physische Elemente (15) auf zusätzlicher Plattform in isometrischer Projektion von unten,
- 4e: berührungskodiertes Objekt (16) in Form eines Zylinders mit identifizierender Kodierung (17) auf zusätzlicher Plattform in isometrischer Projektion von oben,
- 4f: berührungskodiertes Objekt (16) in Form eines Zylinders mit identifizierender Kodierung durch vier physische Elemente (17) auf zusätzlicher Plattform in isometrischer Projektion von unten,
- Die in 4a, 4b, 4c, 4d, 4e dargestellten Objektkonfigurationen zeigen mögliche eindeutig Kodierungen zur Identifikation auf einer zusätzlichen Platform (Anspruch 7).
- Ausführungsbeispiele ohne Platform werden anhand von 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f erläutert; es zeigen:
- 5a: berührungskodiertes Objekt (18) in Form eines Quaders mit identifizierender Kodierung (19) direkt am Objekt in isometrischer Projektion von oben,
- 5b: berührungskodiertes Objekt (18) in Form eines Quaders mit identifizierender Kodierung durch vier physische Elemente (19) direkt am Objekt in isometrischer Projektion von unten,
- 5c: berührungskodiertes Objekt (20) in Form eines Zylinders mit identifizierender Kodierung (21) direkt am Objekt in isometrischer Projektion von oben,
- 5d: berührungskodiertes Objekt (20) in Form eines Zylinders mit identifizierender Kodierung durch vier physische Elemente (21) direkt am Objekt in isometrischer Projektion von unten,
- 5e: berührungskodiertes konkretes Objekt (22) in Form eines Hauses mit identifizierender Kodierung (23) direkt am Objekt in isometrischer Projektion von oben,
- 5f: berührungskodiertes konkretes Objekt (22) in Form eines Hauses mit identifizierender Kodierung durch vier physische Elemente (23) direkt am Objekt in isometrischer Projektion von unten,
- Die Berührungsempfindlichen Elemente können in beliebiger geometrischer Form ausgestaltet werden, sie müssen aber den Ansprüchen 1-7 genügen; Ausführungsbeispiele sind in 6a, 6b und 7 erläutert; es zeigen:
- 6a: berührungskodiertes Objekt (24) in Form eines Quaders mit identifizierender Kodierung in freier Form (25) in isometrischer Projektion von oben,
- 6b: berührungskodiertes Objekt (26) in Form eines Quaders mit identifizierender Kodierung in optisch zusammenhängender, physisch jedoch getrennter Form (27), in isometrischer Projektion von oben,
- 7: berührungskodiertes Objekt (28) in Form eines Quaders mit identifizierender Kodierung durch einzelnes physisches Element (29), durch Ausprägung Zonen getrennter Leitfähigkeit durch Beschichtung (31) mit leitfähigen Materialien und nicht-leitfähiger Schlussbeschichtung (32) in isometrischer Projektion von oben.
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Zitate enthalten in der Beschreibung
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 20 2015 006 141 U1 [0002]
- - WO 00 2012/177571 A1 [0002]
- - US 2011/0304577 A1 [0002]
- - WO 2012/154972 A2 [0002]
- - US 921 498 7 B2 [0004]
- - WO 2013/039762 A1 [0007]
- - WO 2012/028827 A8 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Ozdenizci, Busra & Alsadi, Mohammed & Ok, Kerem & Coskun, Vedat. (2013). Classification of NFC Applications in Diverse Service Domains. International Journal of Computer and Communication Engineering. 614-620. 10.7763/IJCCE.2013.V2.260 - [0005]
- - R. G. Mair, Protocol-Independent Detection of Passive Transponders for Near-Field Communication Systems, in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 59, no. 4, pp. 814-819, April 2010 - [0005]
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Bezugszeichenliste
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- (1)
- berührungskodiertes Objekt
- (2)
- berührungsauslösendes Element, physisch einzeln ausgebildet
- (3)
- berührungskodiertes Objekt aus schwach oder nicht leitfähigen Materialien
- (4)
- Körper eines berührungskodierten Objektes aus schwach oder nicht leitfähigen Materialien
- (5)
- elektrisch leitfähige Beschichtung
- (6)
- Abschlussbeschichtungen (Farbe, Lack, Firnis, Stoff, Fasern)
- (7)
- berührungskodiertes Objekt aus leitfähigen Materialien
- (8)
- Körper eines berührungskodierten Objektes aus leitfähigen Materialien
- (9)
- menschliche Hand als Auslöser
- (10)
- berührungsempfindliche Anzeige/Oberfläche
- (11)
- Steuereinheit berührungsempfindliche Anzeige/Oberfläche
- (12)
- berührungskodiertes Objekt - Quader
- (13)
- berührungsauslösende Elemente in eindeutiger Anordnung für Quader, physisch jedes einzeln ausgebildet
- (14)
- berührungskodiertes Objekt - Pyramide
- (15)
- berührungsauslösende Elemente in eindeutiger Anordnung für Pyramide, physisch jedes einzeln ausgebildet
- (16)
- berührungskodiertes Objekt - Zylinder
- (17)
- berührungsauslösende Elemente in eindeutiger Anordnung für Zylinder, physisch jedes einzeln ausgebildet
- (18)
- berührungskodiertes Objekt ohne Plattform
- (19)
- berührungsauslösende Elemente für Objekt ohne Plattform, physisch jedes einzeln ausgebildet
- (20)
- abstraktes berührungskodiertes Objekt ohne Plattform
- (21)
- berührungsauslösende Elemente für abstraktes Objekt ohne Plattform, physisch jedes einzeln ausgebildet
- (22)
- konkretes berührungskodiertes Objekt ohne Plattform
- (23)
- berührungsauslösende Elemente für konkretes Objekt ohne Plattform, physisch jedes einzeln ausgebildet
- (24)
- abstraktes berührungskodiertes Objekt ohne Plattform
- (25)
- berührungsauslösende Elemente in freier Form, physisch jedes einzeln ausgebildet
- (26)
- abstraktes berührungskodiertes Objekt ohne Plattform
- (27)
- berührungsauslösende Elemente in optisch zusammenhängender Form, physisch jedes einzeln ausgebildet
- (28)
- abstraktes berührungskodiertes Objekt ohne Plattform
- (29)
- einteiliges berührungsauslösendes Element mit nicht-leitfähigen Zonen, einteilig physisch ausgebildet
- (30)
- Körper berührungskodiertes Objekt
- (31)
- elektrisch leitfähige Beschichtung
- (32)
- nicht-leitfähige Abschlussbeschichtung (Farbe, Lack, Firnis, Stoff, Faser)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202015006141 U1 [0002, 0033]
- WO 2012/154972 A2 [0002, 0033]
- WO 002012/177571 A1 [0002, 0033]
- US 2011/0304577 A1 [0002, 0033]
- US 9214987 B2 [0004, 0033]
- WO 2012/028827 A8 [0006, 0033]
- WO 2013/039762 A1 [0007, 0033]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Ozdenizci, Busra & Alsadi, Mohammed & Ok, Kerem & Coskun, Vedat. (2013). Classification of NFC Applications in Diverse Service Domains. International Journal of Computer and Communication Engineering. 614-620 [0033]
- R. G. Mair, Protocol-Independent Detection of Passive Transponders for Near-Field Communication Systems, in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 59, no. 4, pp. 814-819, April 2010 - [0005] [0033]
