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FU Berlin
Digitale Dissertation

Martin Kurze :
Methoden zur computergenerierten Darstellung räumlicher Gegenstände für Blinde auf taktilen Medien
Methods for the computer-generated presentation of spatial objects for blind people on tactile media

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

Diese Arbeit untersucht zunächst die existierenden Methoden, Blinden grafische Information zu vermitteln, wobei der Schwerpunkt auf die haptische, d.h. tastbare, Darstellung gelegt wird. Der Schwerpunkt der Arbeit widmet sich dem Ansatz, nicht die für Sehende entworfene Grafik mit visuellen Hinweisen zur Struktur und Position der dargestellten Gegenstände (optische Verdeckungen, perspektivische Verzerrungen usw.) tastbar zu machen, sondern vielmehr das Dargestellte selbst, also das Modell der Grafik zu präsentieren. Diese Präsentation wiederum geschieht gemäß den tastbaren Eigenschaften des Dargestellten, nicht gemäß optischer Verfahren. Die Darstellungsverfahren wurden aus Untersuchungen mit einem eigens entwickelten computergestützten Zeichenwerkzeug für Blinde gewonnen. Den Kern der praktischen Realisierung bildet ein haptischer Renderer, der die hier entwickelten Verfahren anwendet und neben gut tastbaren Darstellungen von 3D-Gegenständen auch Meta-Informationen zur Interaktion mit speziellen multimedialen Ausgabegeräten liefert. Ein solches Gerät ist ebenfalls hier entwickelt und beschrieben worden. Empirische Ergebnisse zeigen, daß die entwickelten Verfahren und Geräte durch ihre Unterstützung verschiedener Modalitäten (Tast- und Hörsinn) sowohl einen ersten Schritt zu einer möglichen Produktentwicklung darstellen, als auch der wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit der Wahrnehmung gute Voraussetzungen bieten.


Inhaltsverzeichnis

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Inhaltsverzeichnis

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1 Einleitung

1.1 Ziele der Arbeit
1.2 Abgrenzung zu verwandten Problemen
1.3 Struktur der Arbeit

2 Biologischer und technischer Hintergrund

2.1 Begriffsbestimmungen
2.2 Physiologische Grundlagen des Tastsinns 2.2.1 Mechanorezeption der Haut
2.2.2 Direkte elektrische Reizung
2.2.3 Propriozeption
2.3 Aktives und passives Tasten
2.4 Geräte und Techniken 2.4.1 Räumliche Festkörpermodelle
2.4.2 Nicht-flüchtige flächige Darstellungen
2.4.3 Dynamische taktile Anzeigen
2.4.4 Rolle des Computers beim Umgang mit haptischen Grafiken
2.5 Bisheriger Einsatz tastbarer Grafiken
2.6 Wertende Zusammenfassung der technischen und psychophysischen Rahmenbedingungungen

3 Vergleich visueller und nicht-visueller Wahrnehmung

3.1 Kurzfassung relevanter Aspekte der Wahrnehmungspsychologie
3.2 Wahrnehmung des Raumes
3.3 Wahrnehmung von Zeichnungen
3.4 Überlegungen zum Realismus 3.4.1 Realismus in der Erkenntnistheorie
3.4.2 Das Konzept des mentalen Modells als Hilfsmittel bei der Gestaltung haptischer Interaktionsformen

4 Die haptische Rendering Pipeline

4.1 Grundlagen des Rendering in der Computergrafik
4.2 Schritte beim haptischen Rendering
4.3 Die interne Datenstruktur: der Modellbaum
4.4 Abschnitte der Rendering-Pipeline
4.5 Rendering-Resultate: Grafik und Beschreibung

5 Vorgehen bei der räumlichen Darstellung

5.1 Randbedingungen
5.2 Optimierung/Vereinfachung von räumlichen Gegenständen
5.3 Verfahren zur taktilen Darstellung 5.3.1 Herkömmliche nicht-kamera-orientierte Darstellungsverfahren
5.3.2 Auffalten
5.3.3 Spreizen/Gummi-Plättung
5.3.4 Schnittbilder
5.3.5 Kombinationen der obigen Verfahren
5.3.6 Höhenlinien
5.4 Taktile Symbole für räumliche Eigenschaften 5.4.1 Linien im Raum
5.4.2 Flächen im Raum
5.4.3 Technische Apparate zur Lageidentifizierung im Raum
5.4.4 Der eigene Standort im Raum
5.5 automatische Bewertung der Zeichnungen 5.5.1 Anforderungen an Bewertungskriterien
5.5.2 Ein prototypischer Kriterienkatalog
5.6 Benutzerprofil
5.7 Bedeutung des Kontexts 5.7.1 Bild im Kontext
5.7.2 Kontext im Bild

6 Algorithmen bei der multimedialen Erkundung von Grafiken

6.1 Selbständige Erkundung
6.2 Geleitete Erkundung
6.3 Erkunden von Bildern mittels Sprache
6.4 Synergieeffekte durch die Kombination mehrerer Medien

7 Kurzbeschreibung der Werkzeuge

7.1 Überblick
7.2 TDraw 7.2.1 Problemanalyse
7.2.2 Systemstruktur
7.2.3 Implementierung
7.3 TRender 7.3.1 Problemanalyse
7.3.2 Vorgehen bei der Herstellung haptischer Grafiken
7.3.3 Implementierung
7.4 TGuide 7.4.1 Problemanalyse
7.4.2 Erkundungs-, Such- und Führungssoftware
7.4.3 Die Vibratormaus

8 Experimente und Ergebnisse

8.1 Überblick
8.2 TDraw 8.2.1 Fragestellung
8.2.2 Versuchsanordnung und -durchführung
8.2.3 Versuchspersonen/Statistik
8.2.4 Beobachtungen und Ergebnisse
8.3 TRender 8.3.1 Fragestellung
8.3.2 Versuchsanordnung und -durchführung
8.3.3 Versuchspersonen/Statistik
8.3.4 Beobachtungen und Ergebnisse
8.4 Das taktile Interaktionsgerät, die Vibratormaus 8.4.1 Fragestellung
8.4.2 Versuchsanordnung und -durchführung
8.4.3 Versuchspersonen/Statistik
8.4.4 Beobachtungen und Ergebnisse

9 Diskussion und Ausblick

9.1 Diskussion
9.2 Ausblick

Anhang

Literatur
Glossar
Zusammenfassung
Lebenslauf

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/1999/37/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: blind, graphics, haptic renderer, touch, haptic display, interactive systems
DNB-Sachgruppe: 28 Informatik, Datenverarbeitung
Klassifikation CR: H.5.2
Datum der Disputation: 03-Feb-1999
Entstanden am: Fachbereich Mathematik u. Informatik, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Prof. Dr. Elfriede Fehr
Zweiter Gutachter: Prof. Dr. Klaus Fellbaum
Dritter Gutachter: Prof. Dr. Helmut Jürgensen
Kontakt (Verfasser): kurze@acm.org
Kontakt (Betreuer): fellbaum@kt.tu-cottbus.de
Abgabedatum:05-Jul-99
Freigabedatum:07-Jul-99

 


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