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26.10.1984 - 

Dateneingabetechniken an grafischen Arbeitsstationen:

Nur intelligente Software bringt deutliche Verbesserungen

BERLIN (CW) - Für die Dateneingabe an Grafik-Arbeitsplätzen steht heute eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung. Die Im GKS-Standard (Grafisches Kern-System) definierten logischen Eingabeklassen lassen sich dabei über unterschiedlichste physikalische Geräte realisieren. In Ihrem Beitrag zur Camp '84 gingen L. Beilschmidt und W. Gettner von der Siemens AG, München, auf die Eignung der am Markt verfügbarer Apparaturen für die verschiedenen Eingabeklassen ein. Eine wesentliche Rolle für die Benutzerfreundlichkeit eines Grafiksystems spiele dabei die Zusammenstellung verschiedener Eingabegeräte im Rahmen eines grafischen Arbeitsplatzes.

Bei einfachen stapelverarbeitenden Programmen werden in der Regel als Daten nur numerische Werte und Texte eingegeben. Bei dialogorientierten Verfahren kommen zusätzlich Steuerungsdaten (Kommandos, Transaktionscodes und andere) hinzu. Bei grafischen interaktiven Systemen werden diese Arten der Dateneingabe durch die Bereitstellung von Auswahlmöglichkeiten erheblich erweitert. Ausgewählt werden kann beispielsweise ein grafisches Element anhand seiner Darstellung am Bildschirm oder ein Kommando anhand seiner Position innerhalb eines Menüs.

Auf dieser Basis läßt sich eine grobe Einteilung der Dateneingabe durchfuhren:

B: Dateneingabe in Batchprogrammen

D: Dateneingabe in Dialogprogrammen

G: Dateneingabe in grafisch interaktiven Systemen

Die Vielzahl der Möglichkeiten der Dateneingabe in grafisch interaktiven Systemen machen es erforderlich, Eingabeklassen zu definieren. Die Festlegung erfolgt erstmals in der GKS(Graphisches Kern-System)-Norm. Für die Bewertung ist es wesentlich, eine Zuordnung der Eingabegeräte zu den Eingabeklassen anzugeben.

Die von einem Eingabegerät gelieferten Daten können unterschiedliche logische Bedeutung haben. Die Realisierung einer logischen Eingabeklasse erfordert ein Zusammenwirken von Hardware und Software.

Eingabeklassen des GKS

Das GKS definiert sechs Eingabeklassen, die sechs möglichen Datentypen entsprechen:

- Der Lokalisierer (locator device) liefert eine Position in Weltkoordinaten (zwei reelle Werte) und die Nummer der Normalisierungstransformation, in deren Darstellungsfeld die Position liegt. Liegt die Position in mehreren Darstellungsfeldern gleichzeitig (multiple viewport), so wird das mit der höchsten Priorität ausgewählt.

- Der Liniengeber (stroke device) liefert eine Folge von Positionen in Weltkoordinaten und die Nummer der Normalisierungstransformation, in deren Darstellungsfeld mit höchster Priorität alle Positionen liegen.

- Der Wertgeber (valuator device) liefert einen reellen Wert.

- Der Auswähler (choice device) liefert eine positive ganze Zahl aus einer Anzahl vorgegebener Möglichkeiten.

- Der Picker (pick device) liefert einen Segmentnamen (Namen eines Teilbildes), eine Pickerkennzeichnung und einen Pickerstatus. Grundelemente außerhalb von Segmenten können nicht gepickt werden.

- Der Textgeber (string device) liefert eine Zeichenfolge.

Nicht definiert ist im GKS eine logische Eingabeklasse für Pixeldaten (Pixelmatrix), wie sie beispielsweise von einem Scanner geliefert werden. Es wird deshalb zusätzlich die Eingabeklasse "Pixelgeber" eingeführt.

Betriebszustände der Eingabeklassen

Gemäß GKS können die Daten jeder Eingabeklasse in drei unterschiedlichen Betriebszuständen eingegeben werden:

- Bei einem Aufruf einer Anforderungsfunktion (request) wird versucht, einen Eingabewert vom angegebenen logischen Eingabegerät zu lesen. Das GKS wartet, bis der Bediener die Eingabe vorgenommen oder abgebrochen hat.

- Bei einem Aufruf einer Abfragefunktion (sample) wird der aktuelle Eingabewert des angegebenen logischen Eingabegerätes zurückgemeldet, ohne daß eine Bedieneraktion erforderlich ist.

- Die Ereignisliste wird asynchron durch Bedienen eines Eingabegerätes erzeugt und vom Anwenderprogramm zu einem beliebigen Zeitpunkt abgearbeitet. Eine GKS-Eingabewarteschlange enthält die zeitlich geordneten Ereignislisten mit Jeweils dem Kennzeichen des logischen Eingabegerätes und dem Eingabewert.

Diese Betriebszustände sind im allgemeinen nicht von den physikalischen Eingabegeräten, sondern von der softwaretechnischen Realisierung abhängig.

Bewertungskriterien für die Eingabegeräte

Für die Eignung der Eingabegeräte an interaktiven grafischen Arbeitsplätzen sind mehrere Kriterien zu bewerten:

- Die Genauigkeit eines Eingabegerätes bezieht sich auf den Toleranzbereich, mit dem die vom Bediener gewünschten Werte erreicht werden können.

- Die Ergonomie eines Eingabegerätes wird im wesentlichen durch die Eignung für einen Gebrauch über , einen längeren Zeitraum bestimmt.

- Die Realisierbarkeit der GKS-Eingabeklassen über entsprechende Software hängt von der Eignung der Eingabegeräte ab.

Die Wechselwirkung zur grafischen Interaktion wird am besten an der Eignung eines Eingabegerätes zur Realisierung der Pick-Funktion gemessen.

Bezüglich der Eignung der Geräte für die GKS-Eingabeklassen wird die Geschwindigkeit bewertet, mit der die Daten eingegeben werden können.

Nach den aufgeführten Kriterien werden drei Bewertungsstufen eingeführt:

+ gut geeignet

o ausreichend

- schlecht oder nicht geeignet.

Eingabegeräte

Die alphanumerische Tastatur ist unverzichtbarer Bestandteil eines Bildschirmarbeitsplatzes, ist jedoch zur grafischen Interaktion ungeeignet.

Genauigkeit +

Ergonomie 0

Lokalisierer 0

Liniengeber -

Wertgeber +

Auswähler 0

Picker -

Textgeber +

"Pixelgeber" -

Die Funktionstastatur besitzt eine Anzahl von speziell codierten Tasten. Sie kann als eigenständiges Gerät, zusammen mit der alphanumerischen Tastatur oder auf der zum Digitalisiergerät gehörenden Lupe realisiert sein. Die Funktionstastatur ist nur für die Eingabeklasse "Auswähler" gut geeignet.

Genauigkeit +

Ergonomie +

Lokalisierer -

Wertgeber -

Auswähler +

Picker -

Textgeber -

"Pixelgeber" -

Der Lichtstift nimmt über einen Phototransistor an einer Spitze den Abtaststrahl der Bildröhre auf und liefert damit eine Bildschirmposition. Der Lichtstift ist relativ ungenau und ermüdend in der Anwendung. Die Anwendungsmöglichkeiten sind begrenzt, er wird bevorzugt zur Menüauswahl eingesetzt. Aus seinen physikalischen Eigenschaften heraus bedingt er eine gute Interaktionsfähigkeit mit dem grafischen Bildschirm.

Genauigkeit -

Ergonomie -

Lokalisierer 0 *)

Liniengeber 0 *)

Wertgeber -

Auswähler +

Picker +

Testgeber -

"Pixelgeber" -

Ein Sensorbildschirm ist entweder mit einer berührungsempfindlichen Folie oder mit einem Netz von Infrarotsensoren ausgestattet. Die im Vergleich zum Lichtstift noch schlechtere Genauigkeit läßt einen Einsatz im wesentlichen nur für die Menüauswahl zu. Die Ergonomie ist gegenüber dem Lichtstift besser, da bei gleicher ungünstiger Armhaltung für die Bedienung zumindest kein Gerät in der Hand gehalten, werden muß.

Genauigkeit -

Ergonomie 0

Lokalisierer 0 *)

Liniengeber 0 *)

Wertgeber -

Auswähler +

Picker 0 *)

Textgeber -

"Pixelgeber" -

Die Spracheingabe wird über ein Mikrofon und in der Regel einen Fußschalter bedient. Die heute verfügbaren Spracherkennungssysteme sind nur für einen begrenzten Wortvorrat eingerichtet. Verwechslungen bei ähnlich klingenden Worten können bisher kaum ausgeschlossen werden.

Genauigkeit -

Ergonomie +

Lokalisierer -

Liniengeber -

Wertgeber 0

Auswähler +

Picker -

Textgeber -

"Pixelgeber" -

Potentiometer (Drehknöpfe) liefern einen kontinuierlich veränderbaren reellen Wert und sind damit als das wesentliche Gerät der Eingabeklasse "Wertgeber" anzusehen. Der Einsatz erfolgt hauptsächlich in Systemen, die schnelle lokale Bildtransformationen erlauben und über eine hohe lokale Rechnerleistung verfügen. Eine Verwendung von Potentiometereingaben ist im wesentlichen nur in der Betriebsart "Abfrage" sinnvoll.

Genauigkeit +

Ergonomie +

Lokalisierer -

Liniengeber -

Wertgeber +

Auswähler -

Picker -

Textgeber -

"Pixelgeber" -

Steuerknüppel (joystick), Rollkugel oder Maus nehmen bei unterschiedlicher physikalischer Realisierung die gleichen Eingabefunktionen wahr: Sie dienen im wesentlichen zur Steuerung des Cursors auf dem Grafik-Bildschirm. "Daumenrädchen" zur Einstellung des Fadenkreuzes dienen dem gleichen Zweck bei schlechterer Ergonomie. Die Eingabemöglichkeiten sind generell bei dieser Geräteklasse auf den Bildschirmbereich beschränkt.

Genauigkeit 0

Ergonomie +

Lokalisierer +

Liniengeber +

Wertgeber -

Auswähler +

Picker +

Textgeber -

"Pixelgeber" -

Digitalisiertabletts bestehen aus einer signalablesenden Lupe beziehungsweise Stift und einem elektronischen "Tablett". Der Genauigkeitsbereich erstreckt sich von ungefähr ± 1 mm (nicht für die Koordinatenaufnahme geeignet) bis zu ungefähr ± 0,01 mm bei Präzisionstabletts. Die Tablettlupe kann mit einer Funktionstastatur kombiniert sein. Von allen Eingabegeräten besitzt das Digitalisiertablett den größten Funktionsbereich.

Genauigkeit +

Ergonomie +

Lokalisierer +

Liniengeber +

Wertgeber 0 *)

Auswähler +

Picker +

Textgeber 0 *)

"Pixelgeber" -

Scanner tasten Zeichnungen oder Bilder punktweise ab und liefern eine Pixelmatrix. Jedem Pixel wird dabei ein entsprechender Helligkeits- oder Farbwert zugeordnet. Der Scanner ist das einzige Eingabegerät, das die Eingabeklasse "Pixelgeber" abdeckt. Für den interaktiven Betrieb ist ein Scanner in der Regel nicht geeignet, da eine Umwandlung von Pixel- in Vektordaten einen um Zehnerpotenzen höheren Rechenaufwand (bei nicht vollständiger logischer Abdeckung) als der umgekehrte Vorgang erfordert.

Genauigkeit +

Ergonomie +

Lokalisierer -

Liniengeber -

Wertgeber -

Auswähler -

Picker -

Textgeber -

"Pixelgeber" +

3. Konfigurationen für grafische Arbeitsplätze

Die theoretische Möglichkeit, alle verfügbaren Typen von Eingabegeräten in einem interaktiven grafischen Arbeitsplatz zu vereinen, führt zu ergonomisch nicht sinnvollen Anordnungen. Vielmehr gibt es für bestimmte Anwendungsgebiete besonders gut geeignete Gerätekombinationen.

3.1 Arbeitsplatz für einfache Grafik

Für einfache grafische Anwendungen (nicht CAD) mit geringer bis mittlerer Eingabegenauigkeit sind eine alphanumerische Tastatur und eine Maus (gegebenenfalls Steuerknüppel oder Rollkugel) als Eingabegeräte geeignet. Damit lassen sich alle GKS-Eingabeklassen gut realisieren.

3.2 Grafischer Arbeitsplatz für CAD

Im CAD-Bereich sind die Genauigkeitsanforderungen an die Eingabe wesentlich höher. Deshalb bieten sich hier eine alphanumerische Tastatur (gegebenenfalls mit Funktionstasten) und ein Digitalisiertablett (Aufnahmelupe gegebenenfalls mit Funktionstasten) als Eingabegeräte an. Mit dieser Gerätekombination lassen sich alle GKS-Eingabeklassen mit hoher Qualität realisieren.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Kombination liegt darin, daß während des interaktiven Arbeitens überwiegend mit einem Gerät (Aufnahmelupe mit Funktionstastenblock) in ergonomisch günstiger Haltung gearbeitet werden kann,

3.3 Spezialanwendungen

Bei einer Reihe von Spezialanwendungen sind ergänzende oder andere Gerätekombinationen sinnvoll:

- Der Einsatz von Potentiometern als zusätzlicher Geräteblock ist für die Steuerung schneller lokaler Bildtransformationen erforderlich.

- Die Spracheingabe ist bei reinem Digitalisierbetrieb sinnvoll einsetzbar. Alle erforderlichen Kommandoeingaben können über die Spracheingabe erfolgen, und die Aufnahmelupe kann zur kontinuierlichen Koordinatenerfassung eingesetzt werden.

- Der Einsatz von Sensorbildschirmen ist besonders angebracht bei Anwendungen zur grafischen Prozeßüberwachung ("command & control"), da hierbei geringe Genauigkeitsanforderungen (nur Auswahlfunktion) und nur sporadische Eingabenotwendigkeiten auftreten.

- Der Scanner ist wegen der nicht vorhandenen Interaktionsfähigkeit in der Regel nicht direkt in grafischen Arbeitsplätzen einsetzbar. Bei den heutigen Anwendungsfällen ist die Einsatzmöglichkeit eines Scanners in der Regel auf die Aufnahme von Hintergrundbildern für "einfache" grafische Anwendungen beschränkt.

4. Zukünftige Entwicklungen

Die zukünftigen Entwicklungen im Bereich der Dateneingabe an Grafik-Arbeitsplätzen werden durch folgende Zielsetzungen bestimmt:

- umfangreichere Nutzung der Scannertechnik,

- Möglichkeiten der "3D"-Eingabe,

- Reduzierung des Eingabeaufwandes bei der Anwendung.

Eine umfangreiche Nutzung der Scannertechnik setzt entsprechende Systeme zur Mustererkennung und Zeichenerkennung voraus. Die semantische Analyse von Konstruktionszeichnungen und Handskizzen steckt jedoch noch in den Anfängen, so daß diese Entwicklungen erst langfristig zum wirtschaftlichen Einsatz kommen werden.

Die wesentlichsten Verbesserungen der Dateneingabe sind jedoch durch intelligentere Software zu erreichen, die den Eingabeaufwand reduziert. Da auch bei grafischen Anwendungen viele Einzelabläufe standardisierbar beziehungsweise parametrisierbar sind, kann beispielsweise eine sinnvolle Kombination von grafischer Eingabe der Prozedurtechnik den Eingabeaufwand erheblich reduzieren.

Die Forderung an die zukünftigen Entwicklungen sollte daher lauten:

- nicht mehr, schnellere und schönere Geräte,

- sondern intelligentere, anwendungsbezogene Softwaresysteme, die den Eingabeaufwand insgesamt reduzieren.