Große, hochauflösende Bildschirme (LHRD) ermöglichen sehr umfangreiche und komplexe Informationsräume auch mit hohem Detailgrad darzustellen allerdings geht dieser wesentliche Vorteil gegenüber konventionellen Bildschirmen auch mit neuen Herausforderungen in Bezug auf die Mensch-Computer Interaktion einher. Aufgrund der hohen Bildschirmauflösung in Kombination mit einer Darstellungsfläche von mehreren Quadratmetern übertreffen LHRDs die Fähigkeiten des menschlichen Sehvermögens hinsichtlich der notwendigen Sehschärfe und der physiologisch eingeschränkten Größe des Blickfeldes. Um sowohl das gesamte LHRD zu überblicken als auch die Informationen im Detail wahrnehmen zu können, müssen sich Benutzer vor LHRDs physisch im Raum bewegen. Konventionelle Eingabegeräte wie Maus und Tastatur schränken allerdings, aufgrund der Notwendigkeit einer Auflage zur Interaktion, die Mobilität des Benutzers deutlich ein. Dies verhindert nicht nur eine effiziente und ergonomische Bedienweise von Einzelbenutzern, sondern kann sich auch negativ auf die Produktivität und Kreativität im Rahmen interaktiver Gruppenarbeit auswirken.
Um uns dieser Problemstellung zu nähern und als Basis für die Entwicklung und die Erforschung alternativer Eingabegeräte im Allgemeinen, stellen wir eine Klassifikation des Entwurfsraumes für Eingabegeräte vor. Diese theoretische Grundlage ermöglicht die generelle methodische Entwicklung und Evaluierung von Eingabegeräten sowie deren systematische Beschreibung und Einordnung. Basierend auf dieser Klassifizierung beschreiben und untersuchen wir unsere Laserpointer Interaktion, welche mit dem Ziel entwickelt wurde auch den speziellen Anforderungen für die Bedienung von LHRDs hinsichtlich Mobilität, Genauigkeit, Interaktionsgeschwindigkeit und Skalierbarkeit zu entsprechen. Im Vergleich zu der indirekten Bedienung mit der traditionellen Maus erlaubt die Laserpointer Interaktion eine natürlichere und direktere Interaktionsform mittels absoluter Zeigegestik. Wir beschreiben verschiedene Entwicklungsstufen und Designvarianten der iterativ entwickelten Eingabegeräte sowie des dazugehörigen Software Toolkits. Dieses ermöglicht die kamerabasierte Positionsbestimmung von Reflexionspunkten auf LHRDs, welche durch einen oder mehrere infrarot emittierende Laserpointer verursacht werden. Um der hohen Auflösung von LHRDs Rechnung zu tragen, erlaubt das Software Toolkit die Integration von mehreren Kameras sowie die verteilte Bildanalyse mit mehreren Prozessoren auf einem oder mehreren vernetzten Computern. Die generelle Eignung der Laserpointer Interaktion für LHRDs wurde in Form eines kontrollierten Experiments auf Basis der ISO 9241-9 untersucht. Hierbei wurde unser interaktiver Laserpointer mit dem derzeitigen Standardeingabegerät, der Maus, zur Steuerung der Powerwall der Universität Konstanz verglichen. Obwohl der Laserpointer ohne stabilisierende Auflage frei im Raum bedient wurde, zeigen die Evaluationsergebnisse, dass dessen Performanz hinsichtlich Treffgenauigkeit und Geschwindigkeit nah an den Resultaten der Maus lagen (etwa 89% bei einer Interaktionsdistanz von 3 Metern).
Auf Basis unserer Untersuchungen identifizierten wir das natürliche Zittern der Hand und die limitierte Präzision der Handmotorik als einschränkende Faktoren für die Zeigeperformanz mit absoluten Eingabegeräten, welche vor allem bei größeren Interaktionsdistanzen und hohen Bildschirmauflösungen einen deutlich negativen Einfluss ausüben. Um auch bei diesen für LHRDs typischen Rahmenbedingungen die Zeigeperformanz weiter zu verbessern, erforschten wir unterstützende Interaktionstechniken. Hierbei entwickelten wir Adaptive Pointing, eine neue Interaktionstechnik, welche die Zeigeperformanz für absolute Eingabegeräte erhöht, in dem sie implizit den Control-Display Gain an das aktuelle Benutzerbedürfnis anpasst, ohne dabei die Erwartungen des Nutzers hinsichtlich eines absoluten Zeigeverhaltens zu verletzen. Um den Effekt dieser Interaktionstechnik zu untersuchen, verglichen wir Adaptive Pointing mit einer nicht modifizierten, absoluten Zeigetechnik im Rahmen eines kontrollierten Experiments unter Verwendung des interaktiven Laserpointers. Die Evaluationsergebnisse zeigen eine signifikante Verbesserung durch Adaptive Pointing hinsichtlich der Bewegungszeit (19%), Fehlerrate (63%) und Benutzerzufriedenheit.
Die Entwicklung neuartiger Eingabegeräte und Interaktionstechniken wird Hard- und Software-technisch nur ungenügend von den herkömmlichen Entwicklungsumgebungen unterstützt. Darüber hinaus ist hierfür detailliertes Wissen aus unterschiedlichsten Bereichen notwendig, wie Programmierung, Signalverarbeitung, Netzwerkprotokolle, Prototypenbau und Elektronik. Aus dieser Problemstellung heraus entwickelten wir die Squidy Interaktionsbibliothek, welche die Realisierung und Evaluierung von neuen Interaktionsformen unterstützt und durch die konsistente Vereinigung von zahlreichen heterogenen Software-Toolkits und Frameworks wesentlich vereinfacht...

Large, high-resolution displays (LHRD) provide the advantageous capability of being able to visualize a large amount of very detailed information, but also introduce new challenges for human-computer interaction. Limited human visual acuity and field of view force users to physically move around in front of these displays either to perceive object details or to obtain an overview. Conventional input devices such as mouse and keyboard, however, restrict users' mobility by requiring a stable surface on which to operate and thus impede fluid interaction and collaborative work settings.
In order to support the investigation of alternative input devices or the design of new ones, we present a design space classification which enables the methodical exploration and evaluation of input devices in general. Based on this theoretical groundwork we introduce the Laser Pointer Interaction, which is especially designed to satisfy the demands of users interacting with LHRDs with respect to mobility, accuracy, interaction speed, and scalability. In contrast to the indirect input mode of the mouse, our interactive laser pointer supports a more natural pointing behaviour based on absolute pointing. We describe the iteratively developed design variants of the hardware input device as well as the software toolkit which enables distributed camera-based tracking of the reflection caused by the infrared laser pointer. In order to assess the general feasibility of the laser pointer interaction for LHRDs, an experiment on the basis of the ISO standard 9241-9 was conducted comparing the interactive laser pointer with the current standard input device, the mouse. The results revealed that the laser pointer s performance in terms of selection speed and precision was close to that of the mouse (around 89 % at a distance of 3 m), although the laser pointer was handled freely in mid-air without a stabilizing rest.
Since natural hand tremor and human motor precision limit further improvement of pointing performance, in particular when interacting from distant positions, we investigate precision enhancing interaction techniques. We introduce Adaptive Pointing, a novel interaction technique which improves pointing performance for absolute input devices by implicitly adapting the Control-Display gain to the current user s needs without violating users mental model of absolute-device operation. In order to evaluate the effect of the Adaptive Pointing technique on interaction performance, we conducted a controlled experiment with 24 participants comparing Adaptive Pointing with pure absolute pointing using the interactive laser pointer. The results showed that Adaptive Pointing results in a significant improvement compared with absolute pointing in terms of movement time (19%), error rate (63%), and user satisfaction.
As we experienced in our own research, the development of new input devices and interaction techniques is very challenging, since it is less supported by common development environments and requires very in-depth and broad knowledge of diverse fields such as programming, signal processing, network protocols, hardware prototyping, and electronics. We introduce the Squidy Interaction Library, which eases the design and evaluation of new interaction modalities by unifying relevant frameworks and toolkits in a common library. Squidy provides a central design environment based on high-level visual data flow programming combined with zoomable user interface concepts. The user interface offers a simple visual language and a collection of ready-to-use devices, filters, and interaction techniques which facilitate rapid prototyping and fast iterations. The concept of semantic zooming nevertheless enables access to more advanced functionality on demand. Thus, users are able to adjust the complexity of the user interface to their current needs and knowledge. The Squidy Interaction Library has been iteratively improved alongside the research of this thesis and though its use in various scientific, artistic, and commercial projects. It is free software and is published under the GNU Lesser General Public License.