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Trends in der IT

Alternative Steuerungsmethoden – Bedienung durch Mimik und Gestik

Dr.-Ing. Ulrich Bockholt

Dr.-Ing. Ulrich Bockholt

Ulrich Bockholt, geb. 1969 und wohnhaft in Mainz, fing im An-
schluss an sein Mathematik-Studium an der Universität Mainz in
Darmstadt beim Fraunhofer Institut als wissenschaftlicher Mitarbei-
ter an. Mittlerweile ist er Leiter der Abteilung „Virtuelle und Erwei-
terte Realität“ und arbeitet dort mit einem Team von 20 Leuten und
einem jährlichen Forschungsbudget von 2,2 Millionen Euro.

 

 

 

 

Fraunhofer Institut
Fraunhofer ist die größte Organisation für anwendungsorientierte Forschung in Europa. Es
gibt mehr als 80 Forschungseinrichtungen in Deutschland, davon 60 Fraunhofer Institute. Das
Institut hat mehr als 20.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwiegend mit natur- oder in-
genieurwissenschaftlicher Ausbildung. 1,8 Milliarden Euro Forschungsvolumen jährlich, davon
1,5 Mrd. Euro im Leistungsbereich Vertragsforschung. Über 70 Prozent dieses Leistungsbe-
reichs werden mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungspro-
jekten erwirtschaftet. Knapp 30 Prozent wird von Bund und Ländern als Grundfinanzierung
beigesteuert. Die Forschungsfelder richten sich nach den Bedürfnissen der Menschen: Gesund-
heit, Sicherheit, Kommunikation, Mobilität, Energie und Umwelt. Deswegen hat die Arbeit der
Forscher und Entwickler großen Einfluss auf das zukünftige Leben der Menschen.

Interview

Wie kamen Sie zum Fraunhofer Institut?
Ich habe an der Universität Mainz Mathematik studiert. Im Rahmen einer wis-
senschaftlichen Reihe hat der damalige Leiter der Abteilung „Virtuelle Realität“
des Fraunhofer Instituts einen Vortrag gehalten. Da ich mich für das Thema inter-
essierte, habe ich anschließend ein persönliches Gespräch mit ihm geführt. Dabei hat
es sich ergeben, dass ich am Institut eine Diplomarbeit schreiben kann. Diese wurde
an der Universität von einem Mathematik-Professor betreut.
Also habe ich erst die Diplomarbeit geschrieben und danach im Fraunhofer Institut
als wissenschaftlicher Mitarbeiter gearbeitet. Von der Entwicklung kam ich immer mehr in
die Administration, danach dann die Abteilungsleitung.

Wie würden Sie Ihren Aufgabenbereich beschreiben?
Ich leite eine Abteilung mit einem Team von 15 – 20 Leuten und einem Jahresbudget
von ca. 2 Millionen Euro. Dieses Geld muss erwirtschaftet werden. Dabei steht bei der
Frauenhofer Gesellschaft die industrielle Auftragsforschung im Vordergrund. Es gibt
einige Möglichkeiten um zusätzlich an finanzielle Mittel zu kommen, einmal vom
Bundesministerium für Bildung und Forschung, von der EU oder vom Wirtschafts-
ministerium.

 

Warum haben Sie sich für den Bereich IT entschieden?
Mein erstes Projekt war ein Trainingssimulator für Arthroskopien im medizinischen
Bereich. Dort wurde analysiert, wie eine Operation durchgeführt wird. In dieser Zeit
konnte ich neue medizinische Instrumente ausprobieren, verschiedene Operations-
techniken beobachten und direkt mit den Medizinern zusammenarbeiten. Etwas Re-
volutionäres, komplett Neues zu entwickeln hat mich begeistert, weswegen ich diesem
Bereich treu geblieben bin.

Aus welchen Gründen haben Sie sich für das Fraunhofer Institut entschieden?
Im Unterschied zu anderen Forschungseinrichtungen betreibt das Fraunhofer Institut
anwendungsorientierte Forschung, was bedeutet, dass die Projekte größtenteils durch
Industrieunternehmen finanziert werden müssen. Wenn die entwickelte Techno-
logie also in eine falsche Richtung ginge, würden wir keine Kunden finden, die die
Forschungs- und Entwicklungsarbeiten finanzieren. Umso wichtiger ist es, dass das
Entwickelte auch später in einem Unternehmen eingesetzt und produktiv genutzt
werden kann. Zwar entsteht dadurch ein enormer Druck, jedoch ist die Wertschät-
zung für die investierte Zeit und Mühe umso größer.

 

Was gefällt Ihnen am besten an Ihrer täglichen Arbeit?
Das Schönste an meinem Beruf ist für mich, mit verschiedenen Leuten aus den unter-
schiedlichsten Bereichen zusammen arbeiten zu können. Im Bereich der erweiterten
Realität war ich anfangs im medizinischen Umfeld tätig und habe dort z. B. die Gy-
näkologie, Orthopädie und Unfallchirurgie besucht. Für Präsentationen zum Kul-
turerbe war ich an Schauplätzen wie der Akropolis in Griechenland, um interaktive
Exponate gemeinsam mit Museen aufzubauen. Auch an Maschinenbau-Projekten
in Werkshallen in der Fertigung habe ich schon mitgewirkt.
Dadurch habe ich zahlreiche Mentalitäten und Arbeitsweisen kennengelernt.

Wie definieren Sie den Begriff „alternative Steuerungsmethoden“?
Im Zusammenhang mit virtueller Realität, bei der man die Nutzer in eine virtuelle Welt
eintauchen lässt, wird zunehmend versucht, alle Sinne des Menschen anzuspre-
chen. Das kann sich beispielsweise durch eine Stereoausgabe statt einer Monoaus-
gabe äußern oder durch das räumliche Sehen mit beiden Augen. Tippen auf Tas-
taturen ist im Grunde eine unnatürliche Aktion. Mit der virtuellen Realität soll der
Nutzer mehr auf natürlicher Ebene angesprochen werden und damit müssen auch
die Steuerungsmethoden natürlicher und intuitiver gestaltet werden.

Welche Erfahrungen haben Sie bereits dazu gesammelt?
Wir haben ein Exponat entwickelt, das im Bayer-Kommunikationszentrum ausgestellt
wird. Den Besuchern wird hier die Technologie des „Molecular Modelling“ illustriert.
Dabei interagieren die Besucher mit der Kinect, um durch Handgesten verschiedene
Wirkstoffe an die Moleküle anzudocken.

Warum, denken Sie, entsteht ein wachsender Bedarf an alternativen Steuerungsmethoden?
Ich denke, dies wurde maßgeblich durch die rapide Entwicklung der Grafikkarten
beeinflusst, denn die Basis für alternative Steuerung ist die digitale Bildverarbei-
tung. Nachdem diese ausgereift war, kam die Interaktion, angefangen beim „Eye
Toy“ für die 2-dimensionale Ebene, gefolgt von Wii und Microsofts Kinect mit
Tiefenkameras für den 3-dimensionalen Raum. Die Unterhaltungsbranche hat die-
sen Markt in den letzten Jahren stark vorangetrieben. Auch im Bereich der mobilen Endgerä-
te hat sich viel getan. Erst gab es einfache Touchsysteme, inzwischen Multitouch. Da-
mit wurden neue Möglichkeiten der Interaktion geschaffen, die jetzt weiterentwickelt
werden können.

Welche Schwächen gibt es bei Systemen, die derzeit im Einsatz sind, wie beispielsweise der Kinect?
Im Freien ist die Kinect so gut wie nicht nutzbar, da der eingebaute Infrarotsensor
sehr empfindlich gegenüber Sonnenlicht ist. Außerdem können mehrere Kinect-Sys-
teme nicht synchronisiert werden. Das heißt mehrere Kinect-Systeme in einem Raum zu
platzieren, um ein 3-dimensionales Abbild zu rendern, funktioniert nicht. Hinzu kommt
der beschränkte Arbeitsraum. Das Infrarotsignal ist eher schwach und die Datenbank
für Gestenerfassung zu klein. Diese müsste für einen größeren Raum ausgeweitet wer-
den, um mehr zu erfassen. Das liegt zum einen an der Hardware, zum anderen aber
auch an der Geschwindigkeit/Latenz. Hierbei muss man stets einen Kompro-
miss zwischen Interaktivität und Latenz finden.

Wie beurteilen Sie die zukünftige Entwicklung und Bedeutung alternativer Steuerungsmethoden?
Im medizinischen Bereich finden alternative Steuerungsmethoden in sogenannten Tele-
robotik-Systemen Anwendung. Dabei sitzen Chirurgen vor einem Bildschirm und lassen
ihre Gesten auf minimalinversive Instrumente übertragen, die durch die Robotik ge-
steuert werden. Auf diese Weise kann z. B. das Zittern der Hand herausgefiltert werden.
Mittlerweile sind mehr als 10.000 solcher Systeme im Einsatz.
Ein effizienteres Arbeiten mit mobilen Geräten durch Gesten- und Gesichtserken-
nung per Kamera in Smartphones ist ebenfalls denkbar. Generell werden nach und
nach mehr traditionelle Bedienungen durch natürlichere Interaktionen abgelöst werden,
wie beispielsweise eine Authentifizierung durch Gesichtserkennung statt der Pass-
worteingabe.