Kategorie: Studienarbeit

Gamification zur Unterstützung in der Elektromobilität

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Dieser Beitrag[ref]Der Beitrag ist im Rahmen eines Projektes im Modul Mensch-Computer-Interaktion (Wintertrimester 2012, Prof. Dr. Michael Koch) an der Universität der Bundeswehr München entstanden.[/ref] beschäftigt sich mit der Verwendung von Game Mechanics im Kontext der Elektromobilität und stellt dar, wo Ansatzpunkte von Gamification in diesem Fachbereich liegen könnten. Ziel ist es, Ideen für den intelligenten Einsatz von „spielerischen“ Mitteln (Game Mechanics) zu finden, um die Akzeptanz für Elektromobilität zu erhöhen. Darüber hinaus untersucht der Artikel den möglichen Erfolg eines Einsatzes sowie die theoretischen Hintergründe. Das Dokument unterteilt sich in die folgenden Abschnitte. Zu Beginn erfolgt eine kurze Einführung und ein Überblick über den Themenbereich Elektromobilität, um den Hauptteil der Arbeit besser einordnen zu können. Danach werden wichtige Grundlagen zur Anwendung von Gamification erläutert. Die eigentliche Betrachtung von zukünftigen Motivationsideen erfolgt im Abschnitt „Gamification in der Elektromobilität“. Zuletzt bildet ein Fazit über die Ergebnisse den Abschluss des Dokuments.

Elektromobilität

Elektromobilität ist nicht erst ein Thema der letzten Jahre. Bereits 1834 wurde der erste Elektromotor in Potsdam von Hermann Jacobi erfunden, welcher im Jahre 1838 erstmals in einem Boot eingesetzt wurde. Bis auf die heutigen Anwendungsfälle im Transport oder bei Kleinstelektronik, hat der elektrische Antrieb im Fahrzeug jedoch keinen Durchbruch erzielen können.

Der Begriff Elektromobilität ist trotzdem in aller Munde. Fest steht, dass dadurch eine Verringerung der Umweltbelastung sowie eine Reaktion auf die knappen Rohstoffreserven erreicht werden soll. Doch was sich wirklich dahinter verbirgt, ist momentan eher unklar (Hanselka & Jöckerl, 2010[ref]Hanselka, Holger; Jöckerl, Michael (2010): Elektromobilität — Elemente, Herausforderungen, Potenziale, in: Reinhard F. Hüttl, Bernd Pietschetsrieder und Dieter Spat: Elektromobilität – Potenziale und Wissenschaftlich-Technische Herausforderungen. S. 21-23. Berlin, Heidelberg: Springer.[/ref]) und soll in diesem Abschnitt geklärt werden.

Begriff

Eine anerkannte Definition von Elektromobilität existiert nicht. Gemeinsamkeiten finden sich nur in der für den Antrieb benötigten Energie, die konventionell aus einem Verbrennungsvorgang oder einem Elektromotor stammen kann. Mehmet Yay fasst dies in folgender Charakterisierung zusammen:

„Elektromobilität umfasst alle Fahrzeuge, die elektrisch oder nur teilweise mit elektrischer Energie bewegt werden“ (Yay, 2010[ref]Yay, Mehmet (2010): Elektromobilität. Frankfurt a.M.: Peter Lang Verlag.[/ref])

Bei diesen Fahrzeugen wird hinsichtlich der Energiequelle zwischen batterieelektrisch und wasserstoffelektrisch angetriebenen Elektromobilen unterschieden. Die Gemeinsamkeit beider Fahrzeugtypen ist der elektrische Antrieb, verbunden mit der Batterie als Energiespeicher. Elektrische Fahrzeuge bieten einen hohen Wirkungsgrad, da sie die vorhandene Energie effizienter nutzen und dabei keinerlei Ölverbrauch, Emissionen und Motorgeräusche aufweisen (Yay, 2010[ref]Yay, Mehmet (2010): „Elektromobilität“. Frankfurt a.M.: Peter Lang Verlag.[/ref]; Unsere Autos, 2011[ref]www.unsere-autos.de (2011): Was ist Elektromobilität?, http://www.unsere-autos.de/w/files/e-mobilitaet/100217vda10_unterrichtsmaterialien_elektromobilitaet.pdf.[/ref]). Im Folgenden wird die Thematik Elektromobilität nur für Straßenfahrzeuge im Sinne eines Autos weiter untersucht.

Herausforderungen

Herausforderungen für die Elektromobilität liegen momentan noch in der Reichweite und der Alltagstauglichkeit, obwohl der Trend zum Leben in Metropolen und damit zu geringeren zurückzulegenden Strecken geht. Das Laden einer Batterie benötigt noch zu viel Zeit und die Kapazitäten reichen bislang nur für kurze Strecken. Schnellladungen sind meist durch fehlende Infrastruktur nicht möglich oder schlicht zu teuer. Weiterhin kannre momentan kein Durchbruch der Elektromobilität erreicht werden, da eine grundlegende Standardisierung, wie beispielsweise in Bezug auf die Ladeadapter, fehlt. Durch hohe Anschaffungskosten, bedingt durch die Batterie, bleibt der Anreiz zum Kauf eines solchen Fahrzeuges eher gering. Um wirklich umweltfreundliche Elektromobilität zu gewährleisten, muss die Energieversorgung zudem aus regenerativen Quellen stammen. Aus diesem Grund ist ein logistisches und intelligentes Netz sogenannter Systemtankstellen notwendig, um die angestrebte weitreichende Elektromobilität zu realisieren. Unter Systemtankstelle wird allgemein die Infrastruktur zum Beladen eines Elektrofahrzeuges verstanden. Diese sorgen dafür, dass Elektrofahrzeuge mit Energie von den Energieversorgungsunternehmen versorgt werden können (Hanselka & Jöckerl, 2010[ref]Hanselka, Holger; Jöckerl, Michael (2010): Elektromobilität — Elemente, Herausforderungen, Potenziale. In: Reinhard F. Hüttl, Bernd Pietschetsrieder und Dieter Spat: Elektromobilität – Potenziale Und Wissenschaftlich-Technische Herausforderungen. S. 21-23. Berlin, Heidelberg: Springer.[/ref]; Bund, 2009[ref]Bundesregierung (2009): Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität der Bundesregierung. http://www.bmbf.de/pubRD/nationaler_entwicklungsplan_elektromobilitaet.pdf.[/ref]; Kohler, 2011[ref]Kohler, Herbert (2011): Herausforderungen im Bereich Fahrzeugkonzepte und Elektrische Antriebssysteme. In: Reinhard F. Hüttl, Bernd Pischetsrieder und Dieter Spat: Elektromobilität – Potenziale und wissenschaftlich-technische Herausforderungen. Berlin, Heidelberg: Springer.[/ref]). Eine genauere Aufteilung der Einzelsysteme und deren Funktion wird an dieser Stelle nicht weiter vertieft.

Welche Akteure im Gesamtkonzept für Elektromobilität existieren, zeigt der folgende Abschnitt. Dadurch basierend werden verschiedenste Ziele und Möglichkeiten für Einwirkungen abgeleitet, um die Hintergründe im Hauptabschnitt besser verstehen zu können.

Akteure

In der Betrachtung von Elektromobilität existieren verschieden Akteure, die unterschiedliche Sichtweisen auf vorhandene Prozesse besitzen. Abhängig vom Kontext der Person ergeben sich dadurch unterschiedliche Aufgaben, Interessen sowie Ansatzmöglichkeiten für Gamification. Folgende Personengruppen können unterschieden werden:

  • Betreiber: Unternehmen, die Infrastruktur und Netze bereitstellen bzw. warten. Sie stellen auch mehrere Ladeeinrichtungen, die durch eine Leitstelle verwaltet werden, zur Verfügung.
  • Endkunden: Personen, die Empfänger der Dienstleistungen von Betreibern im Kontext der Elektromobilität sind, d.h. Benutzer von Ladesäulen.
  • Energieversorger: Stromlieferanten, die mit Strom handeln und diesen den Endkunden bereitstellen bzw. verkaufen.
  • Hersteller: Personengruppe, die Technologien für Betreiber und Endkunden bereitstellt. Sie beeinflussen die Möglichkeiten und die Akzeptanz von / für Elektromobilität.
  • Staat: In unserem Fall die Bundesregierung, die durch Gesetzgebung Regelungen im Umgang mit Strom und Standards festlegt. Sie prägt dabei sowohl durch Förderungen als auch durch Festlegungen die gesamte Systemlandschaft für Elektromobilität.

Hinsichtlich Software und Technik existieren noch weitere Gruppen, wie Administratoren, Sachbearbeiter und Marketing-Vertreter, die den oben genannten Akteuren zuarbeiten und die Elektromobilität direkt mit beeinflussen können. Das Zusammenwirken der einzelnen Personengruppen ist komplex und geprägt von Gewinnmaximierung auf Seiten der Betreiber bzw. Energieversorger sowie Kostenminimierung bei Endkunden.

Aktueller Stand

Aufgrund des Klimawandels und endlicher Ressourcen versucht die Bundesregierung, Deutschland zu einem Leitmarkt und Leitanbieter für Elektromobilität zu machen. Dabei sollen die folgenden Ziele erreicht werden:

  • Stärkung des Wirtschaftsstandortes Deutschland in Bezug auf alternative Mobilität
  • Verringerung von Treibhausgasen gegenüber 1990 um 40%, bis 2020 und um 80% bis 2050
  • Bis 2020: 1 Million (bis 2030: 6 Million) Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen
  • Bis 2050: überwiegend aus regenerativen Energieträgern bestehender Stadtverkehr

Durch Studien und Förderung von Schaufenster- bzw. Leuchtturmprojekten sowie in Forschung und Entwicklung versucht die Regierung diese Ziele zu realisieren (Bund, 2011a[ref]Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2011): Elektromobilität – Deutschland als Leitmarkt und Leitanbieter, URL: http://www.bmvbs.de/cae/servlet/contentblob/69228/publicationFile/46172/elektromobilitaet-deutschland-als-leitmarkt-und-leitanbieter.pdf[/ref]; Bund, 2011b[ref]Bundesregierung (2011): Regierungsprogramm Elektromobilität, URL: http://www.bmvbs.de/cae/servlet/contentblob/66778/publicationFile/38279/regierungsprogramm-elektromobilitaet.pdf.[/ref]).

Dies ist aktuell u.a. erkennbar an den folgenden Maßnahmen:

So sind bislang schon 2000 Elektrofahrzeuge im Einsatz und es wurden hunderte Ladesäulen installiert (Bund, 2011a[ref]Bundesregierung (2011): Regierungsprogramm Elektromobilität. http://www.bmvbs.de/cae/servlet/contentblob/66778/publicationFile/38279/regierungsprogramm-elektromobilitaet.pdf[/ref]). Das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (Bund, 2011b[ref]Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung (2011): Elektromobilität – Deutschland als Leitmarkt und Leitanbieter. http://www.bmvbs.de/cae/servlet/contentblob/69228/publicationFile/46172/elektromobilitaet-deutschland-als-leitmarkt-und-leitanbieter.pdf[/ref]) beschreibt außerdem noch weitere Modellregionen und ihre Projekte.

Gamification

Bevor im kommenden Abschnitt darauf eingegangen wird, wie Gamification zur Akzeptanzsteigerung für Elektromobililität eingesetzt werden kann, werden in diesem Abschnitt grundlegende Begriffe zu Gamification erläutert. Abschließend erfolgt eine Darstellung heutiger Anwendungsbeispiele in verschiedensten Kontexten zur Verdeutlichung. Dadurch sollen mögliche Ansatzpunkte für die Anwendung von Gamification-Mitteln („Game Mechanics“) verdeutlicht und weitere Grundlagen für die Steigerung der Akzeptanz in der Elektromobilität gelegt werden. Als grundsätzliche Quellen dieses Abschnitts dienen der Beitrag Gamification -Steigerung der Nutzermotivation durch Spielekonzepte und das Gamifcation Wiki. Daher werden die Grundlagen nur oberflächlich eingeführt. Weitere Details sind den genannten Quellen zu entnehmen.

Begrifflichkeiten

Gamification selbst zu definieren ist schwierig, da sich zahlreiche Definitionsversuche in der Literatur befinden und bislang keine anerkannte Definition existiert. Eine mögliche Definition könnte, wie folgt lauten:

„Gamification ist die Verwendung von spieltypischen Mechaniken außerhalb reiner Spiele, mit dem Ziel, das Verhalten von Menschen zu beeinflussen.“ (Breuer, 2011[ref]Breuer, Markus (2011): Was ist Gamification?, http://intelligent-gamification.de/2011/05/11/was-ist-gamification/.[/ref])

Mit Gamification versucht man somit Menschen unterbewusst zu einer Handlung durch spieletypische Mechaniken zu bewegen. Die angesprochenen Mechaniken werden auch als „Game Mechanics“ bezeichnet und sind ausführlich im Wiki zu Gamification[ref]Siehe http://gamification.org/wiki/Game_Mechanics.[/ref] beschrieben. Die folgende Auflistung verdeutlicht die wichtigsten Vertreter. Die eingeführte Nummerierung wird in folgenden Abschnitten verwandt, um auf die dargestellten Game Mechanics zu verweisen. Wie diese in anderen Kontexten angewandt werden können, folgt im nächsten Abschnitt.

Game Mechanics
[1] Status [6] Epic Meaning
[2] Rangliste [7] Fortschrittsanzeige
[3] Quests [8] Community Collaboration
[4] Transparente Resultate [9] Cascading Information
[5] Feedback (loops) [10] Countdown

Theorien

Alle eingesetzten Game Mechanics basieren auf Theorien, die versuchen das menschliche Verhalten zu erklären und zu beeinflussen. Dabei soll die Motivation einer Person, sich langanhaltend und intensiv mit einer Sache auseinanderzusetzen an ein bestimmtes Handlungsziel gebunden werden. Motivationstheorien bilden die Grundlage von Game Mechanics und dienen im Abschnitt Gamification in der Elektromobilität als Ideen für mögliche Ansatzpunkte. Zu den wichtigsten Theorien zählen neben der Maslowschen Bedürfnisyramide (Maslow, 1943 [ref]Maslow, Abraham (1943): A Theory of Human Motivation, Psychological Review 50 (1943), S. 370-396.[/ref]):

  • E-R-G-Theorie von (Alderfer 1969[ref]Alderfer, Clayton (1969): An Empirical Test of a New Theory of Human Needs, Organizational Behavior and Human Performance. 1969, Bd. IV.[/ref])
  • Zielsetzungstheorie von (Locke und Latham 1990[ref]Locke, E. A., Latham, G. P. (1990): A Theory of Goal-Setting and Task Performance, Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.[/ref])
  • Flow-Theorie von (Csikszentmihalyi 1975[ref]Csikszentmihalyi, Mihaly (1975): Beyond Boredom and Anxiety – The Experience of Play in Work and Games, Jossey-Bass.[/ref])
  • Balance-Theorie von (Adams 1965[ref]Adams, J. S. (1965): Inequity in Social Exchange, in: L. Berkowitz (Ed.): Advances in Experimental Social Psychology.[/ref])
  • Selbstbestimmungstheorie von (Deci und Ryan 1993[ref]Deci, E. L. & Ryan, R. M. (1993): Die Selbstbestimmungstheorie der Motivation und ihre Bedeutung für die Pädagogik. Zeitschrift für Pädagogik, Bd. 39.[/ref])

Basierend auf diesen Quellen erfolgt nun eine kurze Betrachtung heutiger Einsatzbeispiele und jeweils verwendeten Mechanismen, um einen Eindruck der Möglichkeiten von Gamification zu erhalten.

Anwendungsbeispiele

Game Mechanics sind keine reine Theorie mehr, sondern erste Anwendungen zeigen bereits das Potential. Die folgende Tabelle enthält einen Überblick über verschiedene Anwendungsbeispiele, welche die Möglichkeiten verdeutlichen. Die dabei eingesetzten Game Mechanics sind ebenso angeben:

Beispiel Eingesetzte Game Mechanics
Gaming the Classroom[ref]Siehe https://gamingtheclassroom.wordpress.com/.[/ref] [2] – [5] sowie [7]
Gamersgate[ref]Siehe http://www.gamersgate.com/info/reward-program.[/ref] [1] – [5] sowie [7]
Knowledge Quest[ref]Siehe http://www.forbes.com/sites/sap/2011/03/04/the-gamification-of-sap/.[/ref] [2] – [4], [6] sowie [9]

Weitere interessante Beispiele werden auf der Seite http://intelligent-gamification.de/category/cases/ dargestellt. Im nächsten Abschnitt wird untersucht, inwiefern sich Gamification auf den Kontext Elektromobilität übertragen lässt.

Gamification in der Elektromobilität

Bislang sind die Reichweite und das Image von Elektrofahrzeugen noch eher gering, wie in den dargestellten Abschnitten und Quellen deutlich wurde. In diesem Abschnitt wird daher geklärt, ob und wie Gamification-Mechanismen in der Elektromobilität angewandt werden könnten, um die Akzeptanz dafür zu steigern. Dazu werden die im Abschnitt Grundlagen erläuterten Game Mechanics und Theorien anhand von verschiedenen Einsatzmöglichkeiten untersucht und bewertet.

Derzeitige Verwendung von Gamification

Einige Quellen berichten über die Ideen des Einsatzes von Spieletechniken zum Spritsparen bzw. Energiesparen. Bislang fehlen aber noch die eigentlichen Umsetzungen dazu.

So wird bspw. im Blog einfachnachhaltig.de berichtet, dass durch eine Art Challenge in einer Gemeinschaft von Autofahrern durch Gamification der Spritverbrauch gesenkt werden kann. Dabei traten im Wettkampf [3] Fahrschüler gegeneinander an, die für Spritsparen mit kleinen Preisen belohnt wurden [4]. Somit fand ein Vergleich der Ergebnisse [2] und im weiteren Sinne auch eine Kommunikation bzw. Verbindung der Fahrschüler untereinander durch den Wettstreit statt [8]. Dabei setzte sich der Initiator selbst ein Spritspar-Ziel, welches er immer und immer wieder [5] durch kleinste Anpassungen seiner Fahrweise erreichen wolle[ref]Detaillierte Informationen finden sich unter http://blog.einfachnachhaltig.de/29-liter-auf-100-kilometer-gamification-motiviert-zum-spritsparen/comment-page-1/#comment-1187.[/ref].

Nicole Männl stellte zum Projekt car2go mit elektrischen Smarts in Amsterdam die Frage auf, ob Amsterdam mit der Elektromobilität spielen wird. Gemeint ist damit der Einsatz von Gamification in der Elektromobilität im folgenden Sinne: Die Fahrer eines Mietfahrzeuges von bspw. car2go können einzelne Aufträge [3] erfüllen. So wäre es denkbar, dass man für das Fahren und für das Mitnehmen von Menschen einen Team-Bonus [1], [4] bekommt sowie für sinnvolle Handlungen im Sinne des Flottenmanagements (Auto waschen oder an Ladesäule anschließen) sich Freiminuten [1], [4] zum weitern Fahren erwirtschaften kann. Nach einer bestimmten Anzahl von Anmietungen könnten Pokale [1],[4] erworben und später Level für seinen Avatar im Spiel gewonnen werden [2]. Diesen Avatar könnte man anhand der erworbenen Statistiken wieder mit anderen Mitspielern in Ranglisten für die energieeffizientesten Fahrer vergleichen [2], um den Spaß am elektrifizierten Fahren mit noch geringen Reichweiten zu steigern. Umgesetzt ist bislang in Realität in Deutschland eine Gutschrift von 20 Freiminuten als Belohnung [4], wenn das Fahrzeug an einer Ladesäule geladen wird. Realisierungen in Form einer digitalen Spielplattform fehlen jedoch[ref]Siehe hierzu http://0511web.de/2011/10/27/car2go-in-amsterdam-ganz-smart-und-elektrisch/.[/ref].

Ein ähnliches Spielsystem wird durch Markus Breuer verfolgt. Dabei wurde bei einem privatem Fahrzeug versucht der Spritverbrauch durch Feedback [5] und dem Einsatz von Belohnung [4] zu senken. Ein klares Ziel [3], ständiges Feedback [5], Belohnungen für das Erreichen von Zielen und Zwischenzielen [1], [4] wurden als Prinzipien von Gamification eingesetzt [ref]Siehe http://intelligent-gamification.de/2011/06/10/gamification-alltag-prius-verbrauch/.[/ref].

Im neuen Ford Focus Electric [ref]Siehe http://www.ford.com/electric/focuselectric/2012/.[/ref] soll ebenfalls Gamification in Form von Feedback [5] ein fester Bestandteil werden, um die Kundenzufriedenheit zu erhöhen und „Freude am Fahren“ zu erzeugen. Ford erschuf dazu eine mobile Applikation und ein Informationssystem im Fahrzeug. Im System wurde mit Hilfe eines Schmetterling-Spiels versucht, die Effizienz darzustellen und direkt durch Feedback [5] zu beeinflussen. Weiterhin werden verschiedenste Badges und Achievments eingesetzt [1]. So helfen bspw. Badges bei den ersten Schritten im neuen Auto [9] oder sie werden eingesetzt für geschriebene Beiträge und beantwortete Fragen [3], [4]. Belohnungen für das Sparen von Kohlenstoffdioxid, bestimmte gefahrene Kilometer [3] oder auch nur beglückwünschende Worte [11], wie „Danke, Sie haben mit dem Kauf eines Elektrofahrzeuges etwas Gutes getan.“ werden ebenso genutzt[ref]Siehe z.B. http://gamification.co/2012/01/11/three-ways-to-overcome-the-commuter-blues-with-gamification/ oder http://www.ford.com/electric/focuselectric/2012/.[/ref].

Selbst mit einem negativen Touch kann Gamification eingesetzt werden, wie das Beispiel auf http://vwdarkside.com/ zeigt. Weitere interessante Fälle werden auf gamication.com dargestellt.

Mögliche Ansatzpunkte

In diesem Abschnitt wird erläutert, wo Gamification in der Elektromobilität sinnvollerweise zum Einsatz kommen kann. Dazu werden Ideen entwickelt und daran die möglichen Game Mechanics sowie Hintergründe erläutert. Insgesamt soll mit diesen Vorschlägen die Akzeptanz und der Anreiz für Elektromobilität weiter gesteigert werden. Bevor mögliche Ansatzpunkte verdeutlicht werden, erfolgt zunächst eine Einschätzung der Verwendbarkeit der einzelnen Game Mechanics.

Einschätzung

Eine Einschätzung zur Verwendung von Game Mechanics im Kontext der Elektromobilität ist notwendig, um spätere Einsatzmöglichkeiten entwickeln zu können. Anhand der Beurteilung findet zusätzlich eine Einstufung des erwarteten Erfolgs (0=kein Erfolg, 1=mäßiger Erfolg, 2= guter Erfolg erwartet) im Sinne einer Motivationsmöglichkeit bei der Elektromobilität statt.

Game Mechanics Bewertung Erfolgsaussicht
[1] Status und
[3] Quests		 Grundsätzliches Interesse über neue Themen, wie die Elektromobilität, kann fast immer durch gestellte Aufgaben geweckt werden. In Verbindung mit einer Darstellung der möglichen Zielerreichung wird der Benutzer mehr an die Anwendung gebunden, wodurch es auch zu einer Art Suchtfaktor kommen kann, bei der alle möglichen Ausprägungen von Aufgaben erfüllt werden wollen, um Selbstbestätigung für die Taten zu erhalten. Das natürliche Streben nach Selbsterfüllung und Bestätigung der erbrachten Leistungen kann hierbei in fast allen Bereichen verwendet werden. 2
[2] Rangliste Dieses einfache Mittel kann überall für einen einfachen Vergleich sorgen. Dadurch kann die erste Neugierde bis hin zum Willen, der Beste sein zu wollen, führen und somit motivieren, gestellte Quests oder Lerninhalte zu absolvieren.Falls aber Benutzer rein intrinsisch motiviert sind, kann dieses Mittel auch teilweise außer Acht gelassen werden, wodurch es seine Wirkung verliert. Das Ziel, die Motivation, wäre dann durch andere Faktoren bzw. den Benutzer selbst erfüllt. 1
[4] Transparente Resultate Besonders bei neuartigen Themen, wie der Elektromobilität, sollten die zu erreichenden Ziele vorher bekannt gegeben werden, damit die erste Überwindungsschwelle zur Benutzung bspw. eines „gamifizierten“ Portals genommen wird. Dadurch kann überhaupt erst ein Anreiz für eine Verwendung geschaffen werden. 2
[5] Feedback (loops) Ein Feedback ist immer wünschenswert, aber nicht notwendig. Zuviel eingesetzt, kann es auch zu Irritationen kommen, wie bspw. beim Fahren. Daher muss unbedingt auf ein erträgliches Maß und die Einhaltung der Verkehrssicherheit geachtet werden. 1
[6] Epic Meaning Epic Meaning kann nicht in allen Bereichen der Elektromobilität eingesetzt werden. Nur wenn bspw. Kunden es als erstrebenswert erachten sich langfristig mit einer Zielerreichung zu beschäftigen, dann kann diese Methodik funktionieren. Ansonsten sind eher kleine Ziele zu breitflächigen Motivation sinnvoller, da diese verschiedene Akteure ansprechen können. 1
[7] Fortschritts-anzeige Dies kann in Kombination mit [6] angewandt werden, um auf ein wichtiges Etappen- oder Gesamtziel besser hinzuführen und zu motivieren. Bloßes Angeben einer Zielerreichung reicht dabei nicht. Speziell auf den Kontext angepasst, wie bspw. als Ladeanzeige des Akkus kann bei bestimmten Interessen behilflich und somit auch förderlich sein. Insgesamt aber ist dies nur als Zusatz zu verstehen und kann allein ohne gutes Gesamtkonzept nicht funktionieren. 1
[8] Community Collaboration Es ist kein Anwendungsfall oder Einsatzmöglichkeit zur Motivation in der Elektromobilität bekannt. 0
[9] Cascading Information Für bestimmte Motivierung und Zielerreichung speziell in der ersten Initial-Phase der Elektromobilität durch bspw. Lernsoftware oder zur Einführung in ein neues Fahrzeug und dessen Bedienung bestens geeignet. 2
[10] Countdown Countdowns sollten vorerst keine Betrachtung in der Elektromobilität finden. Besonders am Anfang bzw. bei der Einführung ist es notwendig, dass alle Akteure genügend Zeit bekommen, sich langsam mit den neuen Gegebenheiten beschäftigen zu können. 0
[11] Überraschung Bei Überraschungen ist genauestens der Ansatz zu betrachten. Vorgänge, die ein hohes Vertrauen und einen vorhersagbaren Ablauf, wie bei der Betankung, benötigen, könnten eher demotivieren sein und zu einem Vertrauensverlust in den Betreiber oder sogar in die Elektromobilität führen. 1
[12] Combos Kombinationen sollten erst beim Ausbau einer Ansatzidee zur Verwendung von Gamification in der Elektromobilität verwendet werden. Zu frühe Verwendung kann zur Unübersichtlichkeit und Irretationen führen. 0

Autokäufer animieren und bilden

Entsprechend eines Kommentars im Blog einfachnachhaltig.de müssen für potenzielle Autokäufer mehr Anreize geschaffen werden. Dazu zählt zunächst, in mehreren Stufen Fans für die Technologie zu gewinnen[ref]Siehe http://blog.einfachnachhaltig.de/der-wettlauf-um-die-elektromobilitat-die-erste-runde-geht-an-die-japaner/.[/ref]. Dies kann erreicht werden, indem man erstens ausgereifte und sichere Technik im Markt etabliert und dies durch Mund-zu-Mund-Propaganda verbreitet wird, um potentielle Käufer zu überzeugen. Erfolgreich wird dieser Ansatz bereits in Japan umgesetzt, wobei Deutschland noch hinterherhinkt. Wie also kann ein Anreiz für Käufer in Deutschland geschaffen werden, wenn noch kein großer flächendeckender Markt mit Produkten für die Mundpropaganda vorhanden ist?

Mit Hilfe einer aktiv gestalteten Lern- bzw. Beratungssoftware könnten potentielle Kunden für die Elektromobilität gewonnen werden. Diese müsste in spielerischer Form entsprechende Hintergrundinformationen erläutern und dabei insbesondere folgende Aspekte berücksichtigen:

  • Aufgaben zur Aufklärung über die Thematik Elektromobilität [9]
  • Punktebewertung nach Beantwortung [4]
  • Feedback zu allen Handlungen (auch falsch geantwortet / ausgeführt) [5]
  • Vergleichen der Ergebnisse (Selbstbestätigung als Motivation) [2]
  • Preisvergabe für bestes Ergebnis in kürzester Zeit [1], [3]

Nach diesen Prinzipien würde es sich also anbieten, beispielsweise ein animiertes Online-Spiel zu erstellen, bei dem eine eigens konzipierte Figur [5] in einer virtuellen Welt verschiedenste Aufgaben lösen muss [3], um am Ende bspw. als Belohnung einen neuen Elektro-Sportwagen virtuell fahren zu können [4]. So könnte man spielerisches Lernen ermöglichen und damit einerseits aufklären und eventuell zum Kauf anregen, aber andererseits auch für „Spaß“ dabei sorgen.

Hersteller motivieren

Auch bei Herstellern von Fahrzeugen, die indirekt die Akzeptanz von potentiellen Käufern beeinflussen, kann extrinsische sowie intrinsische Motivation Anreize schaffen. Ein extrinsich Anreiz ist beispielsweise ein Wettbewerb um das beste Produkt, wie beim eCarTec Award[ref]Siehe http://www.ecartec.de/index.php?id=53&L=4%2FAbstract___Vita_Roy__Serge.pdf.[/ref]. Hier wird ein Ansporn für die Entwicklung neuer Innovationen gesetzt, womit eventuell mehr nachhaltige Fahrzeuge auf den Markt kommen. Aber auch intrinsisch kann ein solcher Wettbewerb Hersteller motivieren, da diese natürlich aus Prestige und Anerkennung gegenüber der Konkurrenz gewinnen wollen.

Gamification kann außer der Wettbewerbsidee durch die Prämierung der besten Leistungen / Produkte die Game Mechanics [2] und [4] einsetzen. Parallel dazu können die Wettstreiter durch die Bewältigung einer großartigen Aufgabe, wie der Konstruktion des umweltfreundlichsten Elektrofahrzeuges, motiviert werden [9].

So können mit etablierten Mitteln die Forschung und Entwicklung positiv beeinflusst werden. Jedoch müssten die Game Mechanics so gestaltet werden, dass im Grunde jeder Hersteller aus eigener/ intrinsischer Motivation heraus die Wettbewerbsidee akzeptiert. Durch den direkten Vergleich untereinander motivieren die Teilnehmer sich daher selbst, da diese versuchen, besser zu sein als der Rest und natürlich eine Selbstverwirklichung nach Maslow in den präsentierten Produkten anstreben. Ein interessanter Aspekt ist dabei der Einbezug der Öffentlichkeit. Umso mehr außenstehende Personen von dem Produkt überzeugt werden können, umso mehr wird der Erfolg und damit auch die Anerkennung der Entwickler ausfallen.

Ladesäulen gestalten

Bei der Interaktion mit einer Ladesäule, d.h. dem Beladen und Bezahlen, bietet sich der Einsatz spielerischer Methoden ebenfalls an. Die vorgegebenen Abläufe bei der Bedienung einer Ladesäule könnten beispielsweise bewusst grafisch animiert und gesteuert werden, sodass ein Benutzer gleichzeitig vom System beeindruckt ist und zum anderen davon lernen kann. Der genaue Ladezustand des Fahrzeuges stellt dabei grafisch repräsentiert eine Fortschrittsanzeige [7] dar.

Um jedoch einen noch deutlicheren Mehrwert zu schaffen, müssten überraschende und neue Elemente verwendet werden. So könnte eine „Überraschung“ [11] dazu benutzen werden, um das Vorgehen zu „spilifizieren“. Ein unbewusstes bestimmtzahliges Laden an einer Ladesäule kann bspw. mit einer 50%-Ermäßigung belohnt werden. Bekannte Aufgaben, wie das komplette Laden an einer Ladesäule oder die wiederholte Verwendung eines Herstellers [4] bringen dem Kunden einen Mehrwert (Belohnung), wodurch dieser weiter motiviert wird und Spaß an der neuen Technik behält. Da ein Tankvorgang zeitkritisch ist, muss in diesem Fall besonders deutlich Feedback gegeben werden, wie lang die Ladung dauert [5]. Als weitere Aspekte könnte der Nutzer wählen, wie viel, wie lang oder zu welchem Preis er tanken möchte. Sonst einsetzbare Quests und Ranglisten sollten bei einer direkten Bedienung am Fahrzeug bzw. der Ladesäule nicht betrachtet werden, da der Vorgang schnell, einfach und klar verständlich für jede Altersgruppe dargestellt werden muss. Bei einer möglichen Ergebnisdarstellung in Form Fortschrittsanzeige [7] könnten auf einem Smartphone in einem gesonderten System wieder [1] oder [3] eingesetzt werden.

Nach einer gewissen Einführungszeit kann die folgende Idee umgesetzt werden. Dabei geht es dem Betreiber einer Ladesäule um die optimale Ausnutzung der begrenzten Ladesäulen und Stellplätze: Damit ein Kunde auch rechtzeitig wieder das geladene Fahrzeug von der Ladesäule entfernt, könnte ein Countdown [10] für die benötigte Ladezeit ablaufen, damit ein Kunde die Abholung zusätzlich zeitlich besser planen kann. Andererseits wäre es denkbar, dass nach der Bekanntgabe des Ladeendzeitpunktes ein vorher definierter Countdown abläuft und zeitlich gestaffelt Extrakosten für Standkosten verursacht. Dadurch würden Kunden extrinsisch – wenn auch mit eventuellen negativen Folgen „motiviert“.

Selbst im jeweilig verwendeten Bezahlsystem kann Gamification auf ähnliche Weise angewandt werden. Zu beachten ist jedoch, dass dabei eher Seriosität zählt und somit Überraschungen eher vermieden werden sollten.

Sehr wichtig ist außerdem, dass alle Tätigkeiten an einer Ladesäule nicht überfordern, da sie sonst keine Akzeptanz finden und demotivierend wird. Des Weiteren sollte eine Bedienung aber auch nicht unterfordern, weil sonst schnell ein Eindruck über nicht durchdachtes System auftreten kann.

Mensch-System-Interaktion

Wie in aufgezeigten ersten Ansätzen bei Ford ist es wichtig, die vermeintlichen Schwächen der Elektromobilität (Reichweite und neue undurchsichtige Technik) einem potentiellen Käufer durch Navigations- und IT-Systeme im Fahrzeug spielerisch zu erklären und näher zu bringen, um bspw. Berührungsängste mit der neuen Technik abzubauen.

Dabei könnte das Problem der Reichweite durch eine einfache Navigationserweiterung angegangen werden. Angenommen man kann die Reichweite eines Fahrzeuges über die vorhandene Sensorik auslesen und verarbeiten, dann könnte dies auch in der Navigationssoftware grafisch aufbereitet werden. Ab der gehobenen Mittelklasse ist dies heutzutage schon möglich. Wichtig ist dabei, dass ein Fahrer nicht nur die geringe Reichweite im Vergleich zu konventionellen Antrieben sieht, sondern Spaß daran findet, die möglichen Reichweiten spielerisch auszutesten.

So könnte zum Beispiel das System die Fahrten lokal aufzeichnen, um Statistiken über weiteste oder häufigste gefahrene Strecke und die Fahrweise zu ermitteln. Dadurch könnte als Zusatzinformation ein Umkreis der durchschnittlichen Reichweite angezeigt werden [5] und immer, wenn dieser überschritten wird, meldet es das Fahrzeug dankend mit einem netten Spruch den neuen Rekord [11], zeigt es grafisch (blinkend oder grün einfärben der Instrumentenbeleuchtung) an [1] und vermerkt es in den Statistiken.

Die angesammelten Informationen könnten für ein Online-Profil weiter verwendet werden, durch das die Ergebnisse auch mit anderen Fahrern vergleichbar werden [2]. Dabei könnte für die insgesamt besten Fahrer noch zusätzliche Belohnungen vergeben werden [4]. Aber auch allgemein wäre es möglich, die Daten grafisch aufzubereiten und auf einer Webseite dem Fahrer zur besseren Übersicht und Dokumentation zur Verfügung zu stellen. Mögliche erreichte Ziele [3], wie das Erreichen bestimmter gefahrener Kilometer, maximaler Reichweiten, einer Einstufung in Viel- bzw. Wenig-Fahrer oder andere Stati könnte durch Badges und Achivements im Profil verdeutlicht werden [1], [4]. Weiterhin wäre es motivierend, wenn der Fortschritt der jeweiligen aktuell angefangenen Aufgabe ersichtlich wird [7], damit der Fahrer weiß, wie kurz er vor dem jeweils nächsten Erfolg steht und sich entsprechend nochmals „ins Zeug legen“ kann.

Weiterhin wäre es wichtig, darauf zu achten, dass alle gesetzten Ziele erfüllbar und im Einklang mit den Motivationsfaktoren der User sind. Diese entsprechenden Einglussfaktoren sollten daher vorab durch Befragungen oder Studien ermittelt werden. Ziele selbst setzen zu können, würde z.B. zahlreiche individuelle Erweiterungen und des Ansatzes ermöglichen und so möglicherweise zusätzliche Anreize schaffen.

Fazit

In verschiedenen Bereichen können Game Mechanics und darauf basierende Theorien auf den Bereich Elektromobilität übertragen werden. Besonders wichtig ist dabei, die Menschen zu begeistern und von der neuen Technik zu überzeugen. Daher ist es denkbar und vor allem ratsam, dass Gamification zukünftig mehr Einzug in nachhaltige Fahrzeuge findet und die Beweggründe bzw. genannten theoretischen Grundlagen dabei mehr Beachtung finden. In einigen Anwendungen im Bereich Elektromobilität sind auch heute schon Ansätze von Gamification zu erkennen. Jedoch werden diese nicht explizit, sondern nur unterbewusst eingesetzt. Daher ist es notwendig, potenziellen Zielgruppen den individuellen Nutzen und die davon abgeleiteten Möglichkeiten näher zu bringen, um Potentiale besser ausschöpfen zu können.

Evaluation von Zeigegeräten nach ISO 9241-9

[toc]Die ISO Norm 9241 ist eine internationale Norm, die Richtlinien zur Interaktion zwischen Mensch und Computer bereitstellt. Neben Vorgaben zur Ergonomie des Arbeitsplatzes und zur Gestaltung der Bildschirminteraktion beschreibt der Teil 9 mit dem Titel „Anforderungen an Eingabegeräte – außer Tastaturen“ neben einer Vielzahl von Begriffsbestimmungen auch Angaben für Maße der Gebrauchstauglichkeit eines Interaktionsmechanismus. So wird die Gebrauchstauglichkeit nach ISO 9241-9 durch die Effektivität, die Effizienz und die Zufriedenheit des Nutzers bei der Nutzung eines Gerätes in einem gewissen Anwendungskontext bestimmt. [ref] Deutsches Institut für Normung (2002): ISO 9241-9 Ergonomische Anforderungen für Bürotätigkeiten mit Bildschirmgeräten Teil 9: Anforderungen an Eingabemittel − ausgenommen Tastaturen. S.13.[/ref] Außerdem enthält die Norm neben Hinweisen zur Ergonomie und Nutzungsanforderungen bei der Gestaltung von Eingabegeräten außer Tastaturen im Anhang B auch Informationen zur Bewertung der Effektivität und Effizienz der Interaktionsmechanismen. [ref]Deutsches Institut für Normung (2002): ISO 9241-9 Ergonomische Anforderungen für Bürotätigkeiten mit Bildschirmgeräten Teil 9: Anforderungen an Eingabemittel − ausgenommen Tastaturen. S. 29 ff.[/ref] Zur Evaluation wird demnach ein Fitts’ Law Test verwendet. Diese Evaluationsmethode wird nachfolgend genauer erläutert, indem zunächst die ursprüngliche Evaluation eines Zeigegerätes nach Fitts vorgestellt wird und anschließend das daran angelehnte Verfahren nach ISO 9241-9 beschrieben wird.

Geschichte der Fitts‘ Law Evaluation

Der in der ISO 9241-9 beschriebene Testablauf zur Bewertung von Zeigegeräten basiert auf dem in der HCI auch vor der Normierung häufig zur Evaluation von Zeigegeräten genutzten Fitts’ Law Modell. Der ursprünglich von Paul M. Fitts durchgeführte Testablauf diente der Überprüfung, ob eine schnelle, gezielte Bewegung der Hand durch die physische Stärke des Muskelapparates oder die Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung des menschlichen Nervensystems limitiert wird. [ref]Fitts, Paul M. (1954): The Information Capacity of the Human Motor System in Controlling the Amplitude of Movement. Journal of Experimental Psychology, 3/1954 (121), S.381.[/ref] Dazu mussten die getesteten Personen mit unterschiedlich schweren Stiften abwechselnd zwei Aluminiumstreifen mit vorgegebener Breite und festem Abstand berühren.

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Die Veränderung der Breite der Aluminiumstreifen und des Abstands der Streifen diente dann zur Veränderung des Schwierigkeitsgrades. Zur Bestimmung des Schwierigkeitsgrades nutzte Fitts ein Theorem von Shannon zur Bestimmung der Kapazität eines Kommunikationskanals in bit durch ID= log2(2A/ W) mit dem Schwierigkeitsindex ID in bit, der Zielentfernung A und der Zielbreite W. [ref]Shannon, Claude E. (1948): The mathematical theory of communication. 1963. M.D. Computing : Computers in Medical Practice, 4/1948 (14), S. 43.[/ref] Daher wird auch nach der heutigen ISO Norm die Schwierigkeit eines Ziels in bit angegeben und die Leistung eines Zeigegerätes in bit/s gemessen. Das Ergebnis des Tests war eine geringe Abweichung der Bewegungszeiten bei unterschiedlichem Gewicht des Stifts, woraus Fitts folgerte, dass nicht die physische Muskelstärke die Bewegungszeit einschränkt. Fitts’ Law sagt außerdem aus, dass ein linearer Zusammenhang zwischen dem Schwierigkeitsindex eines Ziels und der Auswahlzeit besteht.

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Evaluation nach ISO 9241-9

Die ISO Norm bietet zur Bewertung der Effizienz und Effektivität von Zeigegeräten verschiedene Verfahren, die je nach Interaktionsform ein unterschiedliches Vorgehen zur Datensammlung erfordern.

Dabei unterscheidet die Norm nach folgenden Interaktionsformen[ref]Deutsches Institut für Normung (2002): ISO 9241-9 Ergonomische Anforderungen für Bürotätigkeiten mit Bildschirmgeräten Teil 9: Anforderungen an Eingabemittel − ausgenommen Tastaturen. S. 30.[/ref]:

  • Zeigen
  • Auswählen
  • Ziehen
  • Nachziehen
  • Freihandeingabe

Je nach vorwiegender Interaktionsform bei der Interaktion mit der Mensch-Computer Schnittstelle hat auch der Versuchsaufbau ein anderes Erscheinungsbild. Während Auswahltests verschiedene Objekte auf dem Display darstellen, die der Nutzer mit dem Zeiger erreichen und auswählen muss, sind Nachziehtest so aufgebaut, dass ein Cursor-Objekt auf einer vorgegebenen Bahn zwischen zwei Randbegrenzungen bewegt werden muss. Der Anordnung von Zeiger und Zielen kann dem folgenden Bild entnommen werden:

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Durch die Testform wird auch die Messung der Daten zur Bewertung des Interaktionsmechanismus bestimmt. Die nachfolgenden Abschnitte beschäftigen sich mit der Bewertung von Zeigegeräten bei Zeige-, Auswahl- und Ziehaufgaben.

Wahl der Schwierigkeitsindizes

Der Schwierigkeitsgrad ID bei einem Auswahltest wird durch die Entfernung des Zeigers zur Zielmitte in der jeweiligen Bewegungsrichtung und der Größe des Ziels nach folgender Formel bestimmt[ref]Soukoreff, R. William & Mackenzie, I. Scott (2004): Towards a standard for pointing device evaluation, perspectives on 27 years of Fitts? law research in HCI. International Journal of Human-Computer Studies, 6/2004 (61), S. 755 bzw. Deutsches Institut für Normung (2002): ISO 9241-9 – Ergonomische Anforderungen für Bürotätigkeiten mit Bildschirmgeräten Teil 9: Anforderungen an Eingabemittel − ausgenommen Tastaturen. S. 31.[/ref]:

ID = log2 ((D/W)+1) = log2 ((D+W)/W)

Dabei ist D die Zielentfernung (Distance) und W die Zielbreite (Width). Für die Wahl der Maßeinheit für Zielentfernung und Zielbreite macht die ISO Norm keine Vorgaben, jedoch wird darauf hingewiesen, dass eine konsistente Nutzung der gewählten Einheit erforderlich ist. Nach ISO Norm gilt folgende Einordnung der Schwierigkeitsindizes auf der logarithmischen Skala:

  • 2 < ID <= 4 | leichtes Ziel
  • 4 < ID <= 6 | mittleres Ziel
  • ID > 6 | schweres Ziel

Die verwendeten Schwierigkeitsindizes sollten bei einer konkreten Evaluation in einem Bereich zwischen 2 und 8 liegen. Eine Kombination aus Zielentfernung und Zielbreite wird als Kondition bezeichnet. Je mehr Konditionen der Testperson präsentiert werden, desto aussagekräftiger ist das Bewertungsergebnis für das jeweilige Zeigegerät. Dabei ist jedoch zu beachten, dass eine Kondition dem Nutzer 15-25 mal angezeigt werden sollte. Welche Konditionen realisiert werden können, kann von dem verwendeten Display und der genutzten Testform abhängen.

Erhebung der Messwerte

Wurde die für das Einsatzszenario des Eingabegerätes geeigente Testform gewählt und eine Menge von Entfernungs-Zielbreite-Kombinationen festgelegt, wird eine korrekte Erfassung der Nutzerinteraktion während Durchführung des Tests vorgenommen. Dabei sind einige Maße zu erheben, die für die spätere Bewertung notwendig sind. Eines dieser Maße ist die Bewegungszeit MT (Movement Time), also die Zeit, die ab dem Moment vergeht, ab dem der Nutzer den Zeiger in Zielrichtung in Bewegung setzt bis das Ziel ausgewählt wurde.

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Dabei dürfen die Reaktionszeit des Nutzers bis zum Inbewegungnetzen des Zeiger und die Verweilzeit über dem Ziel, die bei manchen Interaktionsmechanismen zum Auslösen des Auswahlevents nötig ist, nicht in der Bewegnungszeit enthalten sein. Außerdem sollten der Start- und der Endpunkt der Bewegung sowie die Zielmitte erfasst werden und eventuelle „Fehler“ (falsche Auswahlevents) wenn sich der Zeiger nicht innerhalb des Ziels befindet, dokumentiert werden. Im Rahmen der Evaluation wird der entwickelte Mechanismus zur Erfassung und Dokumentation der Messwerte für die gewählte Testform dann von einer möglichst breiten und repräsentativen[ref]Insbesondere zum gewünschten Einsatzszenario passend.[/ref] Grundgesamtheit an Testpersonen genutzt.

Anpassung der Daten

Wurden die beschriebenen Messwerte bei der Durchführung des gewählten Testdurchlaufs erhoben, kann eine Anpassung der Schwierigkeitsindizes erfolgen, um den tatsächlich erzielten Schwierigkeitsindex widerzuspiegeln. Dieser sog. „effektive Schwierigkeitsindex“ wird für jede Kondition (also Zielentfernungs-Zielbreite-Kombinationen) errechnet. Dazu ist zunächst die effektive Zielbreite We notwendig. Diese berechnet sich aus der Standardabweichnung der Entfernung zwischen Zielmitte und Auswahlposition multipliziert mit 4,133:

We = 4,133 * StADistanz zur Zielmitte

Die Berechnung des effektiven Schwierigkeitsindexes erfolgt dann auf Basis folgender Formel:

IDe = log2 ((D/We)+1) = log2 ((D+We)/We)

Ist außerdem der Start- und Endpunkt der Zeigerbewegung bekannt, errechnet man zunächst die effektive Zielentfernung De aus dem Mittelwert der Distanz zwischen Start- und Endpunkt für alle ausgewählten Ziele der jeweiligen Kondition. Anschließend lässt sich der effektive Schwierigkeitsindex IDe folgendermaßen berechnen:

IDe = log2 ((De/We)+1) = log2 ((De+We)/We)

Durch die Anpassung des Schwierigkeitsindex an die tatsächlich vom Nutzer erzielten Ergebnisse wird der lineare Zusammenhang zwischen Schwierigkeitsindex eines Ziels und der zur Auswahl des Ziels benötigten Zeit verstärkt.[ref]Soukoreff R. William, Mackenzie I. Scott (2004): Towards a Standard for Pointing Device Evaluation, Perspectives on 27 Years of Fitts‘ Law Research in HCI. International Journal of Human-Computer Studies. 61(6): S. 766.[/ref]

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Bewertung anhand des Durchsatzes

Der Durchsatz ist ein Maß, das die Leistungfähigkeit des Zeigegerätes im Hinblick auf die ausgewählte Testaufgabe quantifiziert. Es kombiniert sowohl die Präzision als auch die Geschwindigkeit eines Interaktionsmechanismus zu einem vergleichbaren Wert. Das Maß für die Präzision ist dabei der zuvor beschrieben effektive Schwierigkeitsindex IDe jederKondition. Das Maß für die Geschwindigkeit ist die durchschnittliche Auswahlzeit der Ziele einer Kondition tm. Der Durchsatz T (Throughput) eines Zeigegerätes mit der Maßeinheit bit ergibt sich aus folgender Summe über alle x unterschiedlichen Konditionen:

T = ∑(IDe/tm)

Das Maß T erlaubt dann einen Vergleich der Leistungsfähigkeit eines Zeigegerätes bei verschiedenen Aufgaben oder verschiedener Zeigegeräte bei derselben Aufgabe. Zusätzlich kann mittels linearer Regression anhand der Wertepaare (IDe,tm) der einzelnen Konditionen überprüft werden, ob ein linearer Zusammenhang zwischen dem effektiven Schwierigkeitsindex und der dafür benötigten Auswahlzeit besteht und das Zeigegerät sich somit gegebenenfalls konform zu Fitts‘ Law verhält.

Praktische Anwendung

Geht man nach den beschrieben Schritten vor, wird mit dem Durchsatz ein Maß gewonnen, dass einen Vergleich verschiedener Eingabegeräte erlaubt. Daher ist die Evaluation nach ISO 9241-9 eine geeignete Methode, um beispielsweise verschiedene natürliche Interaktionsmechanismen zu vergleichen.
In Kürze folgt hierzu ein weiterer Bericht zu einer durchgeführten Evaluation über die Eignung verschiedener Eingabegeräte für die Steuerung eines großen Wandbildschirms unter Einhaltung der ISO-Vorgaben. Dabei wurden die Eigenschaften von fünf Interaktionsmechanismen aus unterschiedlichen Entferungen zu einem großen Wandbildschirm untersucht. Konkret handelte es sich dabei um die Nintendo Wii Remote, die Logitech MX Air Mouse, einen Friendlyway d-sign 52 Touchscreen, einen Microsoft Kinect Sensor und ein HTC Magic Smartphone.

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Vergleich verschiedener Maus-Emulatoren für Microsoft Kinect

[toc] Mit dem Erscheinen von Microsoft Kinect als Zubehör für die Spielekonsole Xbox 360 im November 2010 wurde erstmal ein kostengünstiger Infrarot-Tiefensensor für eine breite Nutzerschaft verfügbar und schuf somit die Möglichkeit zur Entwicklung von Anwendungen, die durch eine gestenbasierte Nutzerinteraktion ohne zusätzliche Eingabegeräte das Potential zur Revolution der Gestaltung der Human-Computerrec Interaction versprechen. Daher entstand in kurzer Zeit eine Community, die die Anbindung an einen PC zunächst mit selbstentwickelten Treibern, einige Wochen später dann mit Treibern und Software Development Kit (SDK) von dem ebenfalls an der Entwicklung von Kinect beteiligten Unternehmen Primesense ermöglichte und erste Anwendungen mit vielfältigen Anwendungsgebieten veröffentlichte. Während Microsoft selbst diesen Trend zunächst nicht unterstützte, wurde dann im Mai 2011 ein offizielles „Kinect for Windows SDK“ veröffentlicht. Durch die unterschiedliche Dauer der Verfügbarkeit der verschiedenen Gerätetreiber und der darauf aufbauenden SDKs haben sich unterschiedliche Entwicklergemeinden gebildet. Daher gibt es derzeit mehrere verschiedene Anwendungen, die zur Steuerung eines Mauszeigers durch die Kinect-Hardware eingesetzt werden können. Jede dieser Anwendungen unterscheidet sich in der Art der Bedienung oder Funktionsumfang. In diesem Artikel werden einige der verfügbaren Anwendungen näher betrachtet und anhand der Kriterien Einsatzentfernungen, Genauigkeit der Zeigerpositionierung, Zuverlässigkeit der Auswahlgesten, Stabilität der Anwendung und Konfigurierbarkeit mit einander verglichen.

Kinect Maus-Emulatoren

Die Grundlage des Artikels bilden die Anwendungen FAAST, Kinemote und PCD auf der Basis des von Primesense veröffentlichten OpenNI SDK sowie Kinect Cursor Control auf Basis des Kinect for Windows SDK von Microsoft. Neben diesen frei verfügbaren Anwendungen zur Steuerung des Mauszeigers mit dem Kinect Tiefensensor wird nachfolgend auch eine kommerziell vertriebene Anwendung betrachtet. Dabei handelt es sich um um die Anwendung WIN&I, die von der Evoluce AG angeboten wird.

KinEmote

KinEmote[ref]Installationsanleitung und weitere Informationen zu KinEmote sind auf der Projekt-Website erhältlich unter http://www.kinemote.net/.[/ref] ist ein Framework, das verschiedene Anwendungen zur Nutzung der Microsoft Kinect bündelt. Es greift dazu auf das OpenNI Framework[ref]Weitere Informationen zu OpenNI finden sich unter http://openni.org/.[/ref] zurück, welches die Verwendung der verschiedenen von der Kinect gelieferten Sensordaten ermöglicht. OpenNI wurde von einer  Non-Profit-Organisation veröffentlicht, an der unter anderem auch Primesense mitwirkt. Primesense entwickelte zusammen mit Microsoft den Kinect-Sensor.

httpvh://www.youtube.com/watch?v=3y0JT0xR_a4

Neben Anwendungen zur Steuerung des Xbox Media Centers und der Medienserveranwendung Boxee mit Handgesten sowie der Emulation von bis zu acht zuvor konfigurierten Tastatureingaben durch das Bewegen der Hand nach oben, unten, links und rechts bei gestrecktem oder gebeugtem Arm kann KinEmote auch zur Steuerung des Mauszeigers genutzt werden. Dazu kommt eine Kombination von relativer und absoluter Positionierung des Zeigers zum Einsatz. Während viele Anwendungen zur Maussteuerung mittels Kinect ein imaginäres Rechteck im Raum aufspannen und die Position der Hand in diesem Rechteck auf eine absolute Position auf dem genutzten Display abbilden, wird bei der virtuellen KinEmote Maus die relative Bewegung der Hand zwischen Start- und Endpunkt der Handbewegung auf eine Bewegung des Mauszeigers übertragen. So kann der Nutzer mit einer schnellen kurzen Bewegung der Hand einen rasche Verschiebung des Zeigers über eine große Strecke realisieren aber auch durch eine langsame Bewegung der Hand über eine große Strecke eine präzise Verschiebung des Zeigers in einem kleinen Radius auf dem Display erreichen.

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Andere Anwendungen mit relativer Zeigerpositionierung nutzen häufig einen statischen Referenzpunkt mittig vor dem Körper und bilden z.B. eine Handbewegung nach rechts oben von der Körpermitte auf eine Zeigerbewegung nach rechts oben ab. Da KinEmote den Endpunkt der letzten Bewegung als neuen Referenzpunkt für die nächste Bewegung nutzt, lässt sich die Anwendung ähnlich bedienen, wie eine Anwendung mit absoluter Zeigerpositionierung, wodurch der Nutzer ein direkteres Feedback für die durchgeführte Handbewegung erhält, als bei einer relativen Positionierung mit statischem Referenzpunkt. Die Kombination von absoluter und relativer Positionierung erlaubt also eine schnelle aber dennoch präzise Verschiebung des Zeigers.

Der Benutzer beginnt die Interaktion durch eine Winkbewegung aus dem Handgelenk. Es können sowohl die linke als auch die rechte Hand zur Interaktion genutzt werden. Da die Anwendung in einem Abstand von einem bis vier Metern vor dem Sensor genutzt werden kann und sehr stabil läuft, ist KinEmote gut geeignet, um die Funktionen einer herkömlichen Computermaus zu emulieren. Ein Auswahl-Event wird durch das Vor- und Zurückführen der Hand ausgelöst, mit der auch der Zeiger positioniert wird. Da keine Parameter zur Konfiguration des Select-Events verfügbar sind, kommt es häufig vor, dass beim Versuch einen Klick auszuführen eine versehentliche Neupositionierung des Zeigers erfolgt. Außerdem wird gelegentlich kein Klick ausgelöst, obwohl der Nutzer dies beabsichtigt.

FAAST

Das Flexible Action and Articulated Skeleton Toolkit (FAAST)[ref]Installationsanleitung sowie weitere Informationen zur Anwendung von FAAST sind erhältlich unter http://projects.ict.usc.edu/mxr/faast/.[/ref] ist eine am Institute for Creative Technologies der University of Southern California entwickelte, auf dem OpenNI SDK basierende Anwendung, die es erlaubt verschiedene Gesten zu erfassen und damit mittels einer einfachen Syntax definierbare Maus- oder Tastatur-Events zu emulieren. Auf diese Weise können dann andere Anwendungen mit den zuvor konfigurierten Gesten bedient werden. Die Anwendung kann dazu zwischen der Fokussierung bei der Gestenerkennung auf den gesamten Körper, den Oberkörper, den Unterkörper oder die Hand unterscheiden. Je größer der fokussierte Bereich ist, desto mehr Gesten können erkannt werde. Allerdings sinkt damit auch die Präzision der Erkennung der ausgeführten Gesten.

httpvh://www.youtube.com/watch?v=Up-9xdXGIQY

Eine präzise Steuerung des Mauszeigers ist leider aktuell nur bei der Fokussierung auf die Hand möglich. Durch die Fokussierung auf die Hand können jedoch keine Gesten mit anderen Körperteilen erfolgen, weshalb es mit FAAST nicht möglich ist, gleichzeitig eine genau Positionierung und eine zuverlässige Auswahlgeste zu erreichen. Bei einem Fokus auf den Oberkörper kann dann beispielweise konfiguriert werden, dass der linke Arm leicht nach vorne geführt werden muss, um einen Klick auszulösen, während der rechte Arm zum Positionieren des Zeigers genutzt wird. Die Syntax zum konfigurieren der Geste-Event Belegungen hat folgende Form:

<Gestenbezeichnung> <Positionsveränderungzum Auslösen der Geste in Inch/Zoll> <Auszulösendes Event> <Konkretisierung des Events>

Dabei müssen die einzelnen für die Platzhalter in der Syntax eingetragenen Spezifizierungen genau ein Leerzeichen Abstand haben und Leerzeichen in den Spezifizierungen durch einen Unterstrich ersetzt werden. Ein Beispiel für eine Gesten-Event Konfiguration könnte folgendermaßen aussehen:

left_arm_forwards 5 mouse_click left_mouse_button

Damit wird bei einer Bewegung des linken Arms um fünf Zoll (also 12,7cm) nach vorn ein einzelner Klick mit der linken Maustaste ausgelöst. Eine detaillierte Auflistung aller verfügbaren Gesten und auslösbaren Events mit der dafür zu verwendenden Spezifizierung ist auf der Website zur Anwendung erhältlich.

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Neben den programmierbaren Geste-Event Kombinationen gibt es außerdem eine Reihe von Parametern, die zur Individualisierung des Interaktionsbereichs und zur Feinjustierung der Bewegungsglättung zur präziseren Zeigerpositionierung genutzt werden können. So können unter anderem der fokusierte Körperteil, die Stärke der Bewegungsglättung und die Art der Zeigerpositionierung gewählt werden. So erlaubt FAAST als einzige betrachtete Anwendung die individuelle Konfiguration des Bereichs, in dem die Bewegungen der Hand des Nutzers auf Bewegungen des Zeigers auf dem Bildschirm zur absoluten Positionierung übertragen werden. Insgesamt bietet FAAST die umfassendsten Konfigurations- und Individualisierungsoptionen.

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WIN & I

WIN&I[ref]Weitere Informationen zu WIN&I und anderen Produkten der Evoluce AG sind erhältlich unter http://www.evoluce.com/de/software/win-and-i_software-store.php.[/ref] ist eine von der Evoluce AG kommerziell vertrieben Anwendung zur Emulation der Maussteuerung mit dem Microsoft Kinect Sensor auf Basis des OpenNI SDK. Die Anwendung nutzt dieselbe Form der relativen Positionierung wie die Virtual Mouse des KinEmote Anwendungspaketes und erlaubt eine ebenso präzise Zeigerpositionierung. Jedoch wird bei WIN&I bei einer schnellen Handbewegung eine weitere Verschiebung des Zeigers vorgenommen als bei KinEmote, sodass die Steuerung des Zeigers insgesamt einen agileren Eindruck vermittelt und so ein direkteres Feedback liefert.

httpvh://www.youtube.com/watch?v=cGnSWXb8Hus

Außerdem erlaubt die Anwendung die Nutzung aller Mausfunktionen über die Implementierung eines Gestenmodus. Hält der Benutzer die Hand für eine gewisse Zeitspanne, die über einen Parameter grob anhand der Nutzererfahrung konfiguriert werden kann, still, so erscheint statt des Mauszeigers ein Und-Symbol. Ist der Gestenmodus auf diese Weise aktiviert worden, kann der Nutzer nun durch die Bewegung der Hand in eine Richtung einen Mouse-Event auslösen, ohne dabei den Zeiger zu verschieben. Nach der Aktivierung des Gestenmodus löst beispielsweise eine Bewegung
der Hand nach links einen Linksklick aus. Eine Bewegung der Hand nach rechts bewirkt
einen Rechtsklick. Eine Auswahl der Ziele durch Ausstrecken und Zurückziehen des Arms
ist dennoch möglich. Somit ist WIN&I die einzige getestete Anwendung, die ein präzises Positionieren des Zeigers und ein zuverlässiges Auswählen der Ziele zulässt. Zudem läuft die Anwendung sehr stabil und kann in einer Entfernung von einem bis vier genutzt werden.

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PCD

Palm Click and Drag (PCD)[ref]Detaillierte Informationen zu PCD finden sich unter http://www.kinemote.net/community/viewtopic.php?f=12&t=24.[/ref] ist eine auf OpenNI aufbauende Anwendung der Entwickler des KinEmote-Anwendungspakets. Anders als die virtuelle Maus des KinEmote-Paketes kann mit PCD eine präzise Platzierung des Zeigers über eine absolute Positionierung erfolgen. Startet der Benutzer die Interaktion durch eine Winkgeste, so wird ein im Vergleich zu anderen Anwendungen mit absoluter Zeigerpositionierung kleines imaginäres Rechteck um die Position der Hand gebildet. Da bei der absoluten Positionierung die Position der Hand im imaginären Rechteck auf die Position des Zeigers auf dem Display abgebildet wird, kann der Nutzer schnell die äußeren Positionen des Displays erreichen und dabei stets eine angenehme Körperhaltung beibehalten. Die gute aber nur teilweise konfigurierbare Bewegungsglättung erlaubt zudem eine präzise Positionierung im zentralen Displaybereich, die stets ohne ein Springen des Zeigers erfolgen kann.

httpvh://www.youtube.com/watch?v=9CT460xEr18

Den Namen „Palm Click and Drag“ trägt die Anwendung wegen ihrer verschiedenen Interaktionsmodi. Zur Unterscheidung der Modi bildet das Framework eine Umrandung der Hand. Im Modus „Palm“ kann der Zeiger bei geöffneter Hand und gespreizten Fingern positioniert werden. Dabei ist sowohl die horizontale, als auch die vertikale Ausdehnung der Umrandung der Hand maximal. Führt der Nutzer die Finger zusammen, gelangt er in den Modus „Click“, der eine Betätigung der linken Maustaste emuliert. Dazu erfasst die Anwendung die verringert horizontale Ausdehnung der Handumrandung bei weiterhin maximaler vertikaler Ausdehnung. Schließt der Nutzer nun zusätzlich die Hand und ballt sie somit zu einer Faust, gelangt er in den Modus „Drag“ und emuliert so ein Drag-Event (Halten der linken Maustaste), das beim Öffnen der Hand mit einem Drop-Event (Loslassen der linken Maustaste) beendet wird. Die horizontale und vertikale Ausdehnung der Handumrandung haben sich gegenüber dem „Palm“ Modus verringert. Auf diese Weise können alle Mausevents, die mit der linken Maustaste einer Rechtshändermaus ausgelöst werden, stattfinden. Ein Doppelklick erfolgt z.B. durch zweifaches schnelles Zusammenführen und Spreizen der Finger.

Die Anwendung bietet einige Konfigurationsmöglichkeiten, welche die Präzision der Interaktion mit der Anwendung sowie die emulierbaren Events beeinflussen. Mit dem Schieberegler „History amount for averaging (0-10)“ kann beispielsweise die Anzahl der für die Errechung der Handumrandung genutzten Positionsdaten der Hand zwischen null und zehn Frames variiert werden. Mit einem hohen Wert lässt sich zwar die Präzision der Zeigerpositionierung und dieZuverlässigkeit der Klickerkennung steigern, jedoch steigt dabei auch die benötigte Rechenleistung an. Mit dem Schieberegler „Averaging“ kann der Detailgrad der für die Errechnung der Handumrandung genutzten Positionsdaten variiert werden, um die benötigte Rechenleistung zu reduzieren, da Anfangs der Maximalwert eingestellt ist. Mit dem Regler „Open/Close Delta“ kann die nötige Verringerung der maximalen Ausdehnung der Handumrandung bis zum Auslösen der Click- und Drag-Events beeinflusst werden. Jedoch führt auch eine starke Verringerung dieses Wertes nicht zu einer zuverlässigeren Auslösung der Auswahlevents bei einer Entfernung von mehr als 2,50m. Zusätzlich kann die Positionierung des Zeigers und das Auslösen der Klick-Events aktiviert bzw. deaktiviert werden und eine emulierte Tastatureingabe beim Start der Interaktion durch die Winkgeste oder beim Beenden der Interaktion durch Entfernen der Hand aus dem imaginären Rechteck zur Positionierung eingestellt werden.

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Kinect Cursor Control

Kinect Cursor Control[ref]Installationsanleitung sowie weitere Informationen zu Kinect Cursor Control sind erhältlich unter http://kinectmouse.codeplex.com/[/ref] ist eine Anwendung zur Steuerung des Zeigers mittels Kinect und basiert auf dem „Kinect for Windows SDK“[ref]Hierbei handelt es sich um das „offizielle“ Microsoft SDK. Weitere Informationen sind unter http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/projects/kinectsdk/default.aspx erhältlich.[/ref] von Microsoft. Die Anwendung ermöglicht eine absolute Positionierung des Zeigers durch die Bewegung der rechten Hand im von der Anwendung angezeigten Bildausschnitt und eine entsprechende Abbildung der Position der Hand im Bildausschnitt auf die Position des Zeigers auf dem Display.

httpvh://www.youtube.com/watch?v=YelZEhvGBAk

Da jedoch das imaginäre Rechteck zur Positionierung zu groß gewählt ist, können nicht alle Stellen des Displays mit dem Cursor erreicht werden, sodass bei der Nutzung mit der rechten Hand ein Bereich auf der linken Seite des Displays nicht erreicht wird und bei der Nutzung mit der linken Hand ein Teil am rechten Rand des Displays. Außerdem muss der Arm häufig weit angehoben und weit über die Körpermitte bewegt werden, sodass die Schulter bei der Interaktion schnell ermüdet. Zusätzlich kann es bei der Positionierung der Hand direkt vor dem Körper zu einem starken Springen des Zeigers kommen, da dort die Position der Hand nicht klar erkannt werden kann. Andererseits beinhaltet die Anwendung einen zuverlässigen Mechanismus zum Auslösen eines Select-Events. Um einen Klick auszuführen, muss der Arm, der nicht zur Positionierung genutzt wird, gestreckt angehoben und kurz dort gehalten werden. So kann ein Klick ausgelöst werden, ohne versehentlich den Zeiger neu zu positionieren. Die zu starke Bewegungsglättung der Anwendung führt jedoch dazu, dass die Steuerung des Zeigers träge und indirekt wirkt, sodass eine Nutzung der Anwendung zur Steuerung eines Rechners nicht dauerhaft und ohne Einschränkungen möglich ist.

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Vergleichskriterien

Nachdem die einzelnen Anwendungen vorgestellt und beschrieben wurden, folgt an dieser Stelle eine Übersicht über  im Hinblick auf die für den Einsatz zur PC-Interaktion relevanten Kriterien. Dafür werden zunächst die verwendeten Vergleichskriterien Art der Zeigerpositionierung, Präzision der Zeigerpositionierung, Zuverlässigkeit der Auswahlgeste, maximale und minimale Einsatzentfernung sowie Stabilität der Anwendung erklärt, bevor anschließend eine tabellarische Einordnung der einzelnen Anwendungen anhand der genannten Kriterien erfolgt.

Art der Zeigerpositionierung

Zur Positionierung des Mauszeigers werden bei den betrachteten Anwendungen drei verschiedene Methoden genutzt. Die erste Methode, die absolute Positionierung, spannt ein imaginäres Rechteck im Raum auf und bildet die Position der Hand des Nutzers innerhalb des Rechtecks auf die entsprechende Position des Mauszeigers auf dem genutzten Display ab. Damit diese Methode auch bei unterschiedlichen Entfernungen des Nutzers zum Display funktioniert, muss das imaginäre Rechteck indirekt proportional zur Entfernung des Nutzers skaliert werden. Die zweite und dritte Methode zur Positionierung des Zeigers basieren auf einer relativen Handbewegung, also einer Bewegung der Hand relativ zu einem Bezugspunkt im Raum. Während eine Form der relativen Positionierung einen statischen Bezugspunkt wählt und somit beispielsweise ein Bezugspunkt in der Körpermitte und eine Bewegung der Hand auf die linke Körperseite immer eine Zeigerverschiebung nach links bewirkt, wird bei der anderen Form der relativen Positionierung der Bezugspunkt für die Bewegung ständig an der Stelle, an der die Handbewegung endet, neu gesetzt. Durch die gerade beschriebene adaptive relative Positionierung kann ein ähnliches Nutzungsgefühl wie bei der absoluten Positionierung erreicht werden und dennoch eine genauere Platzierung erfolgen.

Präzision der Zeigerpositionierung

Die Präzision, mit welcher der Zeiger über einem Objekt positioniert werden kann, ist abhängig von der Bewegungsglättung, die die zu Grunde liegende Anwendung nutzt, um die Sensordaten in eine Zeigerbewegung umzusetzen. Je nachdem, wie die dafür relevanten, häufig nicht beeinflussbaren Parameter in der jeweiligen Anwendung gesetzt wurden, kann der Zeiger ein sehr unruhiges Verhalten mit einem starken „Jitter“ (Flattern) zeigen. Außerdem kann es vorkommen, dass die Zeigerposition zu selten aktualisiert wird, sodass der Zeiger wie auf einem groben Raster entweder stillsteht oder einen Sprung von einem Rasterpunkt zum nächsten vollzieht ohne eine gleichmäßige, gut kontrollierbare Bewegung zu ermöglichen.

Zuverlässigkeit der Auswahl

Die Zuverlässigkeit mit der die Auswahl eines Ziels nach der Zeigerpositionierung ausgelöst werden kann, hängt wesentlich von der Geste ab, die von der Anwendung zum Auslösen des Mouseclick-Events genutzt wird. Während einige Anwendungen die Manipulation zur Positionierung völlig von der Geste zum Auswählen trennen, gehen bei anderen Anwendungen beide Interaktionen fließend ineinander über. Liegen die Gesten zum Positionieren und Auswählen nah beieinander[ref]Beispielsweise bei einer Zeigerverschiebung durch Bewegung der rechten Hand in einer Ebene und Auswahl durch Strecken und Zurückziehen des rechten Arms.[/ref], so wird die Auswahlgeste insbesondere bei einer kurzen Entfernung des Nutzers zum Kinect Sensor häufig als Neupositionierung erkannt, weshalb der Zeiger bei kleinen Zielen versehentlich aus dem Zielbereich bewegt wird. Daher kann eine zuverlässigere Auswahl erfolgen, wenn die Positionierung z.B. mit der rechten Hand und die Auswahl durch Anheben der linken Hand oder eine anderen Geste, welche die Position der rechten Hand nicht beeinflusst, erfolgen. Müssen Positionierung und Auswahl zwingend mit ein und derselben Hand erfolgen, hat sich das Halten der Hand an der zur Auswahl gewünschten Position für eine gewisse Zeitspanne zum „Einrasten“ des Zeigers an dieser Stelle statt einer zusätzlichen Auswahlgeste als zuverlässig erwiesen, da sich hierbei die Auswahlposition nicht versehentlich verändert. Ein weiterer Einflussfaktor für die Zuverlässigkeit der Auswahl ist die Sensibilität der Auswahlgeste. So kann je nach Anwendung bereits bei einer Andeutung der Auswahlgeste versehentlich ein Klick ausgelöst werden, wohingegen eine zu wenig sensible Auswahlgeste dazu führt, dass zu wenige oder gar keine Klicks ausgelöst werden. Beides führt beim Nutzer dazu, dass er die ausgelösten Interaktionen nicht nachvollziehen kann, da sie von ihm nicht beabsichtigt sind.

Maximale und minimale Einsatzentfernung

Der Abstand, mit dem ein Nutzer eine Anwendung zur Emulation der Maussteuerung verwenden kann, wird nicht durch die Sichtweite des Kinect Sensors, sondern durch die minimale und maximale Distanz der zuverlässigen Erkennung der Auswahlgeste bestimmt, die wiederum von dem Sichtfeld und der Auflösung des Infrarotkamerabildes abhängt. Zwar kann die Infrarotkamera des Kinect Sensors Tiefenwerte in einer Entfernungsspanne von einem halben bis sieben Metern liefern, jedoch muss der fokussierte Körperteil vollständig im Sichtfeld liegen, weshalb die Minimalentfernung bei Fokussierung auf die Hand zwischen einem halben und einem Meter, bei Fokussierung des gesamten Körpers jedoch bei mindestens eineinhalb Metern liegt. Da der Nutzer bei zunehmender Entfernung vom Sensor einen kleiner werdenden Teil des Sensorsichtfeldes einnimmt, kann es wegen der geringen Auflösung der Infrarotkamera von 640 x 480 Pixel dazu kommen, dass kleine Bewegungen nicht mehr erkannt und somit manche Auswahlgesten nicht wahrgenommen werden. Daher schwankt die maximale Nutzungsentfernung mit der genutzten Auswahlgeste z.T. sehr stark.[ref]Das Spreizen und Zusammenführen der Finger wird beispielsweise nur bis zu einer Entfernung von zweieinhalb Metern erkannt, während das Heben des Arms bei der Bewegungserkennung an einem stilisierten Skelett des Nutzers auch noch bis zu fünf Meter funktioniert.[/ref]

Stabilität der Anwendung

Eine Anwendung ist für die „stabil“, wenn sie während eines Evaluationsdurchlaufs mit einer Dauer zwischen 30 und 90 Minuten nicht unplanmäßig beendet wird. Einige Anwendungen stürzten während der Tests nach einer kurzen Zeitspanne ab, schlossen sich gelegentlich unvorhergesehen, wenn der Fokus des zur Steuerung genutzten Körperteils verloren wurde oder konnten nicht mehr genutzt werden, wenn eine Konfiguration der  bereitgestellten Optionen / Parameter vorgenommen wurde.

Zusammenfassung

Abschließend werden die oben vorgestellten Merkmale der betrachteten Maus-Emulatoren anhand eigener Beobachtungen im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Eigenschaften in tabellarischer Form zusammengefasst. Die Beurteilung der Anwendungen erfolgte dazu durch eine einfachen Auswahlaufgabe, bei der der Nutzer den Cursor über einem Ziel platzieren und dieses anschließend auswählen musste. Diese Aufgabe wurde mit jeder Anwendung aus verschiedenen Entfernungen zum Kinect Sensor wiederholt, wobei die verschiedenen Frameworks wie folgt abschnitten:

Bewertungskriterium KinEmote FAAST WIN&I PCD Kinect Cursor Control
Art der Zeigerpositionierung adaptiv relativ absolut oder statisch relativ adaptiv relativ absolut absolut
Präzision der Zeigerpositionierung [gut] [mittel] [ref]Gut bei Fokus auf Hand, schlecht bei Fokus auf Oberkörper.[/ref] [gut] [mittel] [schlecht]
Zuverlässigkeit der Auswahl [schlecht] [ref]Unbeabsichtigtes Verschieben des Zeigers beim Strecken des Armes.[/ref] [gut] [ref]Sehr gut bei Fokus auf Oberkörper, nur durchschnittlich bei Fokus auf die Hand.[/ref] [mittel] [ref]Präzise Auswahl durch Gesten funktioniert nicht immer einwandfrei.[/ref] [mittel] [ref]Zuverlässig bei Klick, nicht zuverlässig bei Drag.[/ref] [mittel] [ref]Nicht steuernder Arm muss weit gehoben werden.[/ref]
Min. / max. Einsatzentfernung 1m – 4m 1m – 4m 0,75m – 4m 1m – 2,5m 1m – 3m
Stabilität der Anwendung [gut] [gut] [gut] [schlecht] [gut]

CommunityMashup REST-Schnittstelle

[toc] Das CommunityMashup stellt Anwendungen eine auf Web2.0-Inhalte spezialisierte und auf einem personenzentrischen Datenmodell basierende Datenbasis zur Verfügung. Um Anwendern/Entwicklern generische Zugriffsmöglichkeiten auf diese Datenbasis zu ermöglichen, wurde im Rahmen einer Masterarbeit eine REST-Schnittstelle für das CommunityMashup entwickelt, die nachfolgend kurz vorgestellt wird

Problemstellung

Zu Beginn der Entwicklung des CommunityMashups wurde der Zugriff auf die Daten des Frameworks lediglich über eine Java-Schnittstelle ermöglicht, d.h. eine es nutzende Anwendung musste in Java implementiert sein und auf der gleichen Maschine wie das CommunityMashup laufen.Eine auf verschiedene Geräte oder Architekturen verteilte Nutzung wurde somit starkt erschwert (vgl. Abbildung links).

[singlepic id=582 h=270 float=left] [singlepic id=583 h=270 float=left]

Um diesem Problem zu begegnen, wurde das CommunityMashup im Rahmen einer Masterarbeit um eine REST-Schnittstelle erweitert. Mit Hilfe dieser Schnittstelle können verschiedenste Arten von Anwendungen (z.B. normale Anwendungen, Smartphone-Apps oder Widgets) auf unterschiedlichen Geräten auf die Daten eines oder mehrerer CommunityMashups zugreifen und diese verwenden sowie manipulieren (vgl. Abbildung rechts).

Verwendung der Schnittstelle

Die Schnittstelle kann prinzipiell von jeder Anwendung verwendet werden, die entsprechend der Schnittstellen-Dokumentation erstellt/konfiguriert wurde:

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Da die Kommunikation mit der REST-Schnittstelle über das HTTP-Protokoll und damit potentiell dem gesamten Internet geschehen kann, ist die Anwendungsentwicklung sowohl was den Ort als auch die Architektur des Zielsystems betrifft vom CommunityMashup unabhängig.

Die REST-Schnittstelle wird vom CommunityMashup in Form eines Java-Servlets bereitgestellt, welches ebenfalls die Dokumentation der Schnittstelle enthält.

Beide können über die URL des CommunityMashup-REST-Services erreicht werden, der eine selbsterklärende Beschreibung der angebotenen Dienste bereithält. Unter anderem kann die Syntax der REST-Anfragen nachgeschlagen werden und die Anfragen können im Browser getestet werden, was bei der Entwicklung kompatibler Anwendungen hilft.

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Technische Umsetzung

Um die REST-Schnittstelle mit der modellgetriebenen Entwicklung des CommunityMashups[ref]Vgl. https://soziotech.org/communitymashup/model-driven-approach/.[/ref] im Einklang zu halten, werden die dynamischen (vom Datenmodell des CommunityMashups anhängigen) Methoden und Funktionen mit Hilfe angepasster JET-Templates automatisch aus dem Modell generiert, was eine spätere manuelle Anpassung der Schnittstelle an Änderungen des CommunityMashups überflüssig macht:

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Um den unauthorisierten Zugriff auf das CommunityMashup einzuschränken, wurde ein Sicherheitssystem entwickelt, das nur registrierten Anwendungen den Zugriff auf die Daten und Funktionen des CommunityMashups gestattet. Die Absicherung der REST-Anfragen geschieht durch eine Signatur, welche die Anfrage vor einer Manipulation schützt und den Absender der Anfrage eindeutig identifiziert.

Sicherheitssystem der Schnittstelle

Die Sicherheit der Daten des CommunityMashups wird durch die Verwendung sogenannter Message Authentication Codes (MAC) sichergestellt, welche auch bei anderen (REST)-Schnittstellen namhafter Online-Dienstanbieter wie Amazon, GoogleMaps oder Flickr verwendet wird. Dabeiwird neben der eigentlichen Anfrage der Hashcode der Anfrage und eines geheimen Schlüssels übermittelt, wodurch zum einen die Integrität der Nachricht und zum anderen die Identität des Absenders sichergestellt sind.

REST-Zugriff

Die folgenden Prozessdiagramme liefern einen kurzen Überblick über die Zugriffsmöglichkeiten auf das CommunityMashup über die REST-Schnittstelle, darunter auch über den Ablauf einer gesicherten REST-Anfrage:

[nggtags gallery=REST+Zugriff]

Howto – Touchscreen Komponenten mit JavaFX und Adobe Illustrator

In diesem Howto wird gezeigt wie Interaktionskomponenten für Touchscreen Systeme mit Adobe Illustrator erstellt werden können, um diese mittels JavaFX interaktiv in einer GUI einzubinden. Dies geschieht exemplarisch anhand des in einer Bachelorarbeit entwickelten GUI-Entwurfs für ein Fussgänger-Navigationssystems der UnibwM. „Howto – Touchscreen Komponenten mit JavaFX und Adobe Illustrator“ weiterlesen

Outdoor-Touchscreens: Hardware und Komplettsysteme

Dieser Artikel enthält eine kurze Übersicht zu Hardware-Lösungen für Outdoor-Touchscreen-Terminals sowie zu Komplettsystemen, die Soft- und Hardware vereinen. Diese einzelnen Arbeiten wurden im Rahmen der Recherche zur Arbeit Touchscreen-basiertes Campus-Navigationssystem für die Universität der Bundeswehr München untersucht und werden hier noch einmal zusammenfassend vorgestellt.

Ziel der Zusammenstellung

Im Rahmen der Anschaffung eines Outdoor-Touchscreen-Terminals an der UniBwM wurden zunächst mögliche Lösungen betrachtet, um Hersteller und Nutzungskonzepte zu identifizieren. Diese Sammlung wurde im Rahmen der oben verlinkten Bachelorarbeit um existierende proprietäre Komplettsysteme (Hardware + Software) erweitert, um für die Umsetzung eines Touchscreen-basierten Campus-Navigationssystems aus den Erfahrungen anderer Hersteller und Entwickler zu lernen.

Terminals ohne Software

Die unten aufgeführten Terminals werden von den jeweiligen Firmen normalerweise ohne Software als reine Hardware-Produkte ausgeliefert und sind mit dem an der UniBwM verwendeten friendlyway artic Terminal vergleichbar. Natürlich erhebt diese Liste keinen Anspruch auf Vollständigkeit, sondern bildet nur den damaligen Recherchestand ab.

Kolembar

Das erste Terminal ist von der Firma „Kolembar Industietechnik“ [ref]http://www.kolembar.de/[/ref], diese ist Spezialist rund um das Thema Monitore und Kiosksysteme. Sie ist im deutschsprachigen Raum ansässig, agiert aber auch international.  Das System heißt „Hawk“ und ist ein Outdoor Kiosksystem mit bis zu 32“ Displays, das vom Kunden anwedungsspezifisch bestellt werden kann. Die Firma „Kolembar“ arbeitet zurzeit an einem neuen Outdoor System mit bis zu 46“ das wir jedoch noch nicht vorstellen können.

Hier einige mögliche Konfigurationen des „Kolembar -Hawk“ :

[nggtags Gallery=“KoHw“]

SOLIDD

Das zweite Terminal ist von der Firma „SOLIDD“ [ref]http://www.solidd.de/[/ref], diese hat ihren Sitz in Kusel, Rheinland – Pfalz.  Neben einem weit gefächerten und vielseitigen Spektrum an Standard- Informationssystemen bietet die Firma auch auf Kundenwünsche maßgeschneiderte Sonderlösungen. Weitere Besonderheit ist, dass Sie höhenverstellbare Modelle anbieten, die auch von Kindern oder Personen im Rollstuhle verwendet werden können. Das betrachtete Modell K8 ist eine im Design schlicht gehaltene Infostele in drei Displaygrößen.

Hier einige Bilder des „SOLIDD K8“:

[nggtags Gallery=“SoK8″]

friendlyway

Das nächste Terminal ist von der Firma „friendlyway“ [ref]http://www.friendlyway.de/[/ref], diese bietet ihren Service und ihre Produkte in Europa, im Mittleren Osten und in Nordamerika an.  Sie bieten digitale Kioske und Stelensysteme für den In- & Outdoorbereich. Der Artikel betrachtet das Modell „grande 46, es besitzt beidseitig ein 46“ Touchscreen Display.

[nggtags Gallery=“grande“]

BV-com Office

Dieses Terminal ist von der Firma „BV-com Office“ [ref]http://www.bv-comoffice.com/[/ref], einer in Deutschland ansässigen Firma und ist erfolgreicher Xerox-Vertriebspartner. Die Firma bietet weiterhin verschiedenste Projektionsgeräte, wie Beamer, Bildschirme und andere Displays. Neben diesen Produkten bieten Sie für Kunden maßgeschneiderte Medien Konzepte.  Das „iMotion“ kann mit ein- oder beidseitigen Displays in Größen von bis zu 70“ bestellt werden. Zudem bietet „BV-com Office“ als einzige der hier vorgestellten Firmen bei einer solchen Displaygröße ein Querformat.

[nggtags Gallery=“BVIm“]

Terminals der Firma ide-tec

[nggtags Gallery=idetec]

Terminals der Firma eKiosk

[nggtags Gallery=eKiosk]

Komplettsysteme mit Software

Die hier aufgeführten Komplettsysteme dienten vor allem als Input für Ideen in der Umsetzung der oben verlinkten Bachelorarbeit.

Pariser Metroplan

Hierbei handelt es sich um eine sehr frühe Art von interaktivem Navigationssystem. Das Pariser U-Bahn Netz wurde durch LEDs auf einer Karte abgebildet. Der Nutzer kann duch das Drücken von Reisezielen im unteren Teil des Gerätes seine Auswahl treffen. Das Gerät zeigt anschließend mithilfe der LEDs die U-Bahn Linien von Standort zu Zielort an.

[singlepic id=329 w=480 h=618 float=center]

Einkaufszentrum Paris

Dieses Komplettsystem wurde für ein Parieser Einkaufszentrum entwickelt. Es verfügt über ein Touchscreen Displays (links unten) und zwei einfache Monitore (oben in der Mitte und rechts unten). Über das Touchsceen Display kann der Nutzer sein Ziel auswählen und zusätzliche Einstellungen vornehmen. Der Hauptmonitor (oben) zeigt ihm dann die Navigation zum Ziel. Der dritte Bildschirm unten rechts ist als Werbefläche konzipiert und zeigt Werbefilme unabhäng von der Nutzung.

[singlepic id=330 w=480 h=618 float=center]

Interactive City Terminals

Dieses Komplettsystem wird vom Hersteller an an die individuellen Anforderungen von den Städten angepasst, in denen es später eingesetzt wird. Das Terminal der zweiten Generation verfügt über je ein 52″ Display auf Vorder- und Rückseite. Hierdurch kann das Terminal von zwei Nutzern gleichzeitig und unabhängig von einander genutzt werden. Bei der Software handelt es sich um ein Informations- und Navigationssystem, dass über Events in der Stadt sowie verschiedene öffentliche Einrichtungen Auskunft geben kann. Das System enthält Informationen über Hotels, Restaurants, Veranstaltungen und Ausflugsziele in der Umgebung und zeigt zu diesen Bilder und Videos.

[singlepic id=326 w=480 h=618 float=center]

Zusammenfassung

Abschließend ist zu sagen, dass Outdoor-Terminals für immer mehr Einsatzszenarien von konkreten Vertriebskonzepten bis hin zu rein unternehmensinterner Nutzung von Interesse zu sein scheinen.  Einsatzbereich und Umfang entscheiden oft über die verwendete Terminalart. Komplettsysteme werden häufiger für kleinere Unternehmen entwickelt, die nur wenig Anpassungen vom Hersteller wünschen. Reine Hardwaresysteme werden hingegen öfter von größern Unternehmen gekauft, die ihre eigene Software entwickeln oder diese von andern Firmen auf ihre spezifischen Wünschen anpassen lassen. Für das Terminal der UniBwM wurde im Rahmen einer Bachelorarbeit aufgrund der sehr spezifischen Anforderungen die zweite Variante gewählt. Weitere Informationen hierzu sind im Artikel Touchscreen-basiertes Campus-Navigationssystem für die Universität der Bundeswehr München beschrieben.