DE19845566A1 - Navigation interface for movement in virtual worlds including unit for control of the movement in six directions of freedom and interface is designed as cordless hand unit e.g. for presentation - Google Patents
Navigation interface for movement in virtual worlds including unit for control of the movement in six directions of freedom and interface is designed as cordless hand unit e.g. for presentationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Navigationsinterface zur Bewegung in virtuellen Welten, umfassend eine Einrichtung zur Steuerung der Bewegung in sechs Freiheitsgraden.The invention relates to a method and a navigation interface for movement in virtual Worlds, including a device to control movement in six degrees of freedom.
Ein solches Navigationsinterface ist beispielsweise aus dem Fachartikel "Von der Steuerkugel zur Space-Mouse, Eine europäische Idee kommt aus der Raumfahrt, Prof. Dr. Ing. Gerd Hirzinger" bekannt, die eine Kappe als Bedienelement aufweist, die mit einem opto elektronischen 6-Komponenten-Meßsystem, wie es aus der DE 36 11 337 bekannt ist, gekoppelt ist. Die Kappe ist dabei derart gelagert, daß diese sowohl translatorisch als auch rotatorisch per Fingerdruck bewegt werden kann. Mittels einer der Space-Mouse zugeordneten Tastatur sind darüber hinaus verschiedene Betriebsarten auswählbar, beispielsweise um Menüs oder 3D-Grafik-Objekte auf einem Monitor "anzuklicken". Nachteilig an dem bekannten Navigationsinterface ist, daß dieses aufgrund der angefallenen Datenmengen ähnlich einer gewöhnlichen Computer-Maus, mit dem die Grafiken oder virtuellen Welten erzeugenden Computer per Kabel verbunden werden muß, so daß die Space Mouse arbeitsplatzgebunden ist. Ein weiterer Nachteil ist, daß zur Beherrschung des Bedienelementes eine gewisse Trainingsphase notwendig ist.Such a navigation interface is, for example, from the technical article "Von der Control ball for space mouse, a European idea comes from space travel, Prof. Dr. Ing. Gerd Hirzinger "known, which has a cap as an operating element, which with an opto electronic 6-component measuring system, as is known from DE 36 11 337, is coupled. The cap is mounted such that it is both translational and can be rotated by finger pressure. Using one of the space mouse different operating modes can also be selected, for example to "click" on menus or 3D graphic objects on a monitor. A disadvantage of the known navigation interface is that this is due to the accrued Amounts of data similar to an ordinary computer mouse with which the graphics or virtual world generating computer must be connected by cable, so that the Space Mouse is work-related. Another disadvantage is that to master the Control element a certain training phase is necessary.
Des weiteren sind Navigationsinterfaces in Form von Helmen oder Handschuhen bekannt, wobei Position und Orientierung von Helm und Handschuh durch externe elektromagnetische oder Ultraschall-Trackingsysteme erfaßt werden. Nachteilig an diesen bekannten Navigationsinterfaces ist, daß insbesondere der menschliche Kopf Probleme hat, translatorische Freiheitsgrade zu steuern. Des weiteren sind die beispielsweise aus der US-5,764,164 bekannten Datenhandschuhe mit einer Vielzahl von mit den Fingern zu bedienenden Funktionstasten ausgebildet. Die eine große motorische Geschicklichkeit erfordern, so daß auch hierfür wieder entsprechende Trainingsphasen benötigt werden.Furthermore, navigation interfaces in the form of helmets or gloves are known, where position and orientation of helmet and glove by external electromagnetic or ultrasound tracking systems can be detected. A disadvantage of these known Navigation interfaces is that the human head in particular has problems to control translational degrees of freedom. Furthermore, they are from, for example US 5,764,164 known data gloves with a variety of fingers operating function keys. Which is a great motor skill require, so that appropriate training phases are required for this again.
Insbesondere bei Anwendungen, die sich an ein breites Publikum richten, wie beispielsweise Präsentationen auf Messen oder in Museen, sind derartige Trainingsphasen zeitlich nicht möglich und führen darüber hinaus zu Berührungsängsten bei ungeübten Anwendern.Especially for applications that are aimed at a broad audience, such as Presentations at trade fairs or in museums are not such training phases possible and also lead to fear of inexperienced users.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein mobiles und intuitives Navigationsinterface zur Bewegung in virtuellen Welten zu schaffen.The invention is therefore based on the technical problem, a mobile and intuitive one To create a navigation interface for movement in virtual worlds.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 8. Durch die Ausbildung des Navigationsinterface als schnurloses Handgerät, dem ein drahtloses Tracking-System zugeordnet ist, wobei das Navigationsinterface mit mindestens einem Bedienelement ausgebildet ist, mittels dessen das Tracking-System aktivierbar ist, ist ein weitgehend unbeschränktes und intuitives Bewegen in virtuellen Welten möglich. Eine räumliche Beschränkung der realen Bewegung existiert nur durch die Reichweite des drahtlosen Tracking-Systems, nicht jedoch aufgrund irgendwelcher Kabel. Die intuitive Handhabung ergibt sich aus der sehr einfachen und überschaubaren Bedienung der Navigationsinterfaces. Möchte der Nutzer sich in der virtuellen Welt bewegen, so führt er einfach mit dem Navigationsinterface in seiner Hand die Bewegung aus und betätigt das Bedienelement. Dadurch wird das Tracking-System aktiviert und emittiert mindestens ein Signal, das von verschiedenen Empfängern empfangen und ausgewählt wird. Aufgrund der Empfangserteilung kann dann auf die Position des Navigationsinterfaces zurückgeschlossen werden, und der Computer kann entsprechend die virtuelle Welt verändern. Die Ausbildung als Handgerät erlaubt darüber hinaus das sehr bequeme Weitergeben des Navigationsinterfaces an einen Nachbarn, so daß dadurch sich auch Gruppen zusammen in virtuellen Welten bewegen können. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution to the technical problem results from the features of the claims 1 and 8. By designing the navigation interface as a cordless handheld device, the a wireless tracking system is assigned, the navigation interface with is formed at least one control element, by means of which the tracking system can be activated is a largely unlimited and intuitive movement in virtual worlds possible. A spatial limitation of the real movement exists only through the Range of the wireless tracking system, but not due to any cables. The intuitive handling results from the very simple and clear operation the navigation interfaces. If the user wants to move in the virtual world, he leads simply move with the navigation interface in his hand and actuate it Control element. This activates the tracking system and emits at least one Signal that is received and selected by different receivers. Due to the Receiving can then conclude the position of the navigation interface and the computer can change the virtual world accordingly. Training as a handheld device also allows the very convenient transfer of the Navigation interfaces to a neighbor, so that groups can also join together can move virtual worlds. Further advantageous embodiments of the invention result from the subclaims.
Vorzugsweise ist das Bedienelement derart ausgebildet, daß sowohl eine diskrete als auch eine kontinuierliche Bewegung möglich ist. Der Vorteil einer diskreten Bewegung ist, daß der Nutzer nachdem er eine gewünschte Position eingestellt hat, die er länger betrachten möchte, nicht ständig darauf achten muß, das Navigationsinterface nicht mehr zu bewegen. Besonders einfach läßt sich dies mittels eines federnden Kippschalters realisieren, der ähnlich einem Pistolenabzug für eine diskrete Bewegung durchgezogen wird und wieder in eine stand-by-Stellung zurückfedert, wohingegen für eine kontinuierliche Bewegung der Kippschalter in der durchgezogenen Position gehalten wird.Preferably, the control element is designed such that both a discrete and a continuous movement is possible. The advantage of a discrete movement is that the User after he has set a desired position, which he can look at longer would like, does not have to constantly take care not to move the navigation interface. This can be realized particularly easily by means of a resilient toggle switch similar to a pistol trigger for a discreet movement and pulled back in a stand-by position springs back, whereas for a continuous movement of the Toggle switch is held in the solid position.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Tracking-System als akustisches, insbesondere als Ultraschall-Tracking-System ausgebildet. Hierzu ist das Tracking-System mit mindestens zwei Sendeelementen ausgebildet, die einen Richtungsvektor ergeben (2 Raumwinkel) wahlweise auch mit drei Sendeelementen, die zusammen eine Ebene aufspannen (3 Raumwinkel). Bei der Aktivierung des Navigationsinterfaces emittieren die Sendeelemente Schallwellen, die von räumlich verteilten Empfängern empfangen werden. In a further preferred embodiment, the tracking system is an acoustic, especially designed as an ultrasound tracking system. This is the tracking system formed with at least two transmission elements which result in a direction vector (2nd Solid angle) optionally with three transmission elements, which together form one level span (3 solid angles). When the navigation interface is activated, the Transmitting elements Sound waves that are received by spatially distributed receivers.
Der Vorteil ein akustisches Tracking-Systems im Vergleich zu alternativen drahtlosen Tracking-Systemen wie optischen oder magnetischen Tracking-Systemen sind insbesondere der sehr viel einfachere Aufbau und die damit geringeren Herstellungs- und Montagekosten.The advantage of an acoustic tracking system compared to alternative wireless ones Tracking systems such as optical or magnetic tracking systems are special the much simpler construction and the lower manufacturing and assembly costs.
Zur visuellen Unterstützung des Benutzers, in welcher Position sich das Navigationsinterface befindet, ist dieses mit einem Laser-Pointer ausgebildet, der gleichzeitig als visuelle Beschreibungshilfe der virtuellen Welt dienen kann.For visual support of the user in which position the navigation interface is is, this is formed with a laser pointer, which is also a visual Descriptive aid can serve the virtual world.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Navigationsinterface mit einer Funktionstastatur und/oder einem Zoom-Schalter ausgebildet, die mit einem Transmitter verbunden sind, mittels dessen die Eingaben drahtlos an einen Zentralrechner übertragbar sind. Die Funktionstastatur dient dabei ähnlich wie bei der Space-Mouse zum Abrufen von Voreinstellungen bzw. fortgeschrittenen Steuerungen, wobei diese vorzugsweise derart angeordnet sind, daß diese durch eine Abdeckung bei der rein intuitiven Nutzung nicht sichtbar ist. Der Zoom-Schalter, der vorzugsweise als Wippschalter ausgebildet ist, ermöglicht schnelle translatorische Bewegungen in der virtuellen Welt, ohne daß sich der Nutzer selbst real bewegen muß.In a further preferred embodiment, the navigation interface is equipped with a Function keyboard and / or a zoom switch designed with a transmitter are connected, by means of which the inputs can be transmitted wirelessly to a central computer are. The function keyboard is used to call up, similar to the space mouse Presets or advanced controls, preferably these are arranged that these are not covered by a cover in the purely intuitive use is visible. The zoom switch, which is preferably designed as a rocker switch, enables fast translatory movements in the virtual world without the User must actually move.
Vorzugsweise ist das Navigationsinterface modulartig aufgebaut, so daß beispielsweise das Tracking-System beinhaltende Oberteil vom Griff entfernt und auf einen Fahrroboter montiert werden kann.The navigation interface is preferably constructed in a modular manner, so that, for example, the Upper part containing tracking system removed from the handle and mounted on a driving robot can be.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred exemplary embodiment explained. The figure shows:
Fig. 1 eine perspektivische Draufsicht auf ein Navigationsinterface, Fig. 1 is a top perspective view of a navigation interface,
Fig. 2 eine perspektivische Unteransicht auf das Navigationsinterface gemäß Fig. 1 und FIG. 2 shows a perspective bottom view of the navigation interface according to FIGS . 1 and
Fig. 3 eine Schaltungsanordnung für das Navigationsinterface. Fig. 3 shows a circuit arrangement for the navigation interface.
Das Navigationsinterface 1 umfaßt einen Handgriff 2 und ein Oberteil 3, die miteinander lösbar verbunden sind. In dem Oberteil 3 sind drei Sendeelemente 4-6 angeordnet, die zusammen eine Ebene aufspannen. In dem Oberteil 3 sind weiter eine Funktionstastatur 7, ein Infrarot-Transmitter 8 und ein Betätigungsschalter 9 für einen Laser-Pointer 10 angeordnet. Dem Betätigungsschalter 9 sind drei als LEDs ausgebildete Funktionsleuchten 11-13 zugeordnet, deren Funktionsweise später noch näher erläutert wird. Im oberen Bereich des Handgriffs ist ein Kippschalter 14 angeordnet, der vorzugsweise mit zwei stabilen und einem instabilen Kippunkt ausgebildet ist. Im unteren Bereich des Handgriffs 2 ist ein Zoom- Schalter 15 angeordnet, der als Wippschalter ausgebildet ist.The navigation interface 1 comprises a handle 2 and an upper part 3 , which are detachably connected to one another. In the upper part 3 , three transmission elements 4-6 are arranged, which together span a plane. A function keyboard 7 , an infrared transmitter 8 and an actuation switch 9 for a laser pointer 10 are also arranged in the upper part 3 . The actuating switch 9 is assigned three function lights 11-13 designed as LEDs, the functioning of which will be explained in more detail later. A toggle switch 14 is arranged in the upper region of the handle and is preferably designed with two stable and one unstable tipping point. A zoom switch 15 , which is designed as a rocker switch, is arranged in the lower region of the handle 2 .
Die Sendeelemente 4-6 bilden zusammen mit korrespondierenden Empfängern, die vorzugsweise in der Decke eines Raumes angeordnet sind, ein Tracking-System, das die eigentliche Meßschaltung darstellt. Aufgrund der Auswertung der von den Sendeelementen 4-6 emittierten Signale und deren Empfangsverteilung, Laufzeit, Einfallswinkel, kann auf die Position bzw. die Bewegung des Navigationsinterfaces 1 hinsichtlich aller sechs Freiheitsgrade geschlossen werden. Da jegliche Verdrahtung die Bewegungsfreiheit einer Person mit dem Navigationsinterface 1 beeinträchtigt, ist das Tracking-System drahtlos ausgebildet. Vorzugsweise ist das Tracking-System auf Ultraschallbasis aufgebaut und die Sendeelemente 4-6 entsprechend als Ultraschall-Sonoden ausgebildet. Durch den drahtlosen Aufbau des Navigationssystems 1 muß dieser über eine eigene Energieversorgung verfügen. Hierzu ist das Navigationsinterface 1 beispielsweise mit einer Batterie 16 ausgebildet.The transmitter elements 4-6 form, together with corresponding receivers, which are preferably arranged in the ceiling of a room, a tracking system which represents the actual measuring circuit. Based on the evaluation of the signals emitted by the transmitting elements 4-6 and their reception distribution, transit time, angle of incidence, the position or the movement of the navigation interface 1 can be concluded with regard to all six degrees of freedom. Since any wiring impairs a person's freedom of movement with the navigation interface 1 , the tracking system is wireless. The tracking system is preferably constructed on the basis of ultrasound and the transmission elements 4-6 are accordingly designed as ultrasound sonodes. Due to the wireless structure of the navigation system 1, it must have its own power supply. For this purpose, the navigation interface 1 is designed, for example, with a battery 16 .
Die Schaltungsanordnung für das Navigationsinterface 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Komponenten umfaßt das Navigationsinterface einen Controller 17, der die Eingaben der Funktionstastatur 7 und des Zoom-Schalter 15 in ein Datenformat wandelt und an den Infrarot-Transmitter 8 überträgt bzw. Daten vom Infrarot-Transmitter 8 erhält. Das Datenformat entspricht dabei vorzugsweise dem RS 232 Standard, so daß eine hohe Kompatibilität zu existierenden Komponenten gewährleistet ist. Die Wirkungsweise der einzelnen Komponenten soll nun anhand der Schaltungsanordnung näher erläutert werden.The circuit arrangement for the navigation interface 1 is shown in FIG. 3. In addition to the components described so far, the navigation interface comprises a controller 17 which converts the inputs of the function keyboard 7 and the zoom switch 15 into a data format and transmits them to the infrared transmitter 8 or receives data from the infrared transmitter 8 . The data format preferably corresponds to the RS 232 standard, so that a high degree of compatibility with existing components is guaranteed. The mode of operation of the individual components will now be explained in more detail using the circuit arrangement.
Solange der Kippschalter 14 in seiner ersten stabilen Position sich befindet, sind alle Komponenten des Navigationsinterfaces 1 von der Batterie 16 getrennt und das Navigationsinterface 1 ist ausgeschaltet. Wird nun der Kippschalter 14 in die zweite stabile Position bewegt, so werden die Stromkreise teilweise geschlossen, und die Funktionsleuchte 13 zeigt diesen stand-by-Betrieb an.As long as the toggle switch 14 is in its first stable position, all components of the navigation interface 1 are disconnected from the battery 16 and the navigation interface 1 is switched off. If the toggle switch 14 is now moved into the second stable position, the circuits are partially closed and the function lamp 13 indicates this stand-by mode.
Im stand-by-Betrieb sind insbesondere die Funktionstastatur 7, der Controller 17, der Zoom- Schalter 15 und der Infrarot-Transmitter 8 mit der Batterie 16 verbunden, so daß beispielsweise über die Funktionstastatur 7 Befehle für einen Zentralrechner eingebbar sind. Des weiteren kann der Benutzer sich bereits durch den Zoom-Schalter 15 in einer virtuellen Welt bewegen. Durch Drücken des Wippschalters in der einen Richtung bewegt man sich auf die virtuellen Objekte zu bzw. durch Drücken in der anderen Richtung von den Objekten weg, wobei man sich, solange der Wippschalter gedrückt wird, bewegt. Die Zoom- Geschwindigkeit kann dabei beispielsweise über die Funktionstastatur 7 verändert werden.In stand-by mode, in particular the function keyboard 7 , the controller 17 , the zoom switch 15 and the infrared transmitter 8 are connected to the battery 16 , so that, for example, commands for a central computer can be entered via the function keyboard 7 . Furthermore, the user can already move through the zoom switch 15 in a virtual world. Pressing the rocker switch in one direction moves towards the virtual objects or pushing in the other direction away from the objects, while moving as long as the rocker switch is pressed. The zoom speed can be changed, for example, using the function keyboard 7 .
Möchte nun der Benutzer sich zusätzlich translatorisch und/oder rotatorisch in der virtuellen Welt bewegen, so wird der Kippschalter 14 von der stand-by-Position in die instabile Kipposition bewegt. Dadurch schließt sich zusätzlich der Stromkreis mit den Sendeelementen 4-6, die dann Ultraschallsignale emittieren, wobei das Auslösen des Tracking-Systems durch die Funktionsleuchte 11 angezeigt wird. Dabei mißt das Tracking- System solange die Bewegung des Navigationsinterfaces 1, wie der Kippschalter 14 in der instabilen Position gehalten wird. Somit ist durch ein kontinuierliches Halten des Kippschalters ein kontinuierliches Bewegen in der virtuellen Welt möglich. Entsprechend ist durch einmaliges kurzes Drücken ein diskretes Bewegen möglich.If the user now also wants to move in a translatory and / or rotary manner in the virtual world, the toggle switch 14 is moved from the stand-by position to the unstable toggle position. This additionally closes the circuit with the transmission elements 4-6 , which then emit ultrasound signals, the triggering of the tracking system being indicated by the function light 11 . The tracking system measures the movement of the navigation interface 1 as long as the toggle switch 14 is held in the unstable position. Continuous movement of the toggle switch is thus possible in the virtual world. Accordingly, discrete movement is possible by briefly pressing once.
Zur weiteren visuellen Orientierung in der virtuellen Welt dient der Laser-Pointer 10, der durch den Betätigungsschalter 9 ein- und ausgeschaltet wird, was jeweils durch die Funktionsleuchte 12 angezeigt wird. Dabei ist vorzugsweise der Betätigungsschalter 9 standardmäßig geschlossen, so daß dieser bei Einschaltung des Navigationsinterfaces 1 in den stand-by-Betrieb automatisch aktiviert ist. Falls der Nutzer hingegen auf den Laserpointer verzichten möchte oder der Einsatz des Laserpointers aus anderen Gründen nicht möglich ist, wird dieser durch Betätigung des Betätigungsschalters 9 ausgeschaltet.The laser pointer 10 , which is switched on and off by the actuation switch 9 , is used for further visual orientation in the virtual world, which is indicated in each case by the function light 12 . The actuation switch 9 is preferably closed by default, so that it is automatically activated when the navigation interface 1 is switched on in the stand-by mode. If, on the other hand, the user wishes to dispense with the laser pointer or the use of the laser pointer is not possible for other reasons, this is switched off by actuating the actuation switch 9 .
Claims (8)
- a) Bewegen des Navigationsinterfaces (1) in eine gewünschte Bewegungsrichtung in der virtuellen Welt und
- b) Aktivieren der Sendeelemente (4-6) durch Betätigen des Bedienelementes (14).
- a) moving the navigation interface ( 1 ) in a desired direction of movement in the virtual world and
- b) Activate the transmission elements ( 4-6 ) by actuating the control element ( 14 ).
Priority Applications (1)
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| DE19845566A DE19845566A1 (en) | 1998-09-04 | 1998-10-02 | Navigation interface for movement in virtual worlds including unit for control of the movement in six directions of freedom and interface is designed as cordless hand unit e.g. for presentation |
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Country Status (1)
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