mini|Optische Computermaus mini|Touchpad und Trackpoint eines IBM Notebook mini|Wii-Fernbedienung

Unter einem Zeigegerät (Pointing Device) versteht man eine Art von kontinuierlichen Eingabegeräten zur Interaktion mit einem System. Es wird in der Regel dazu verwendet die Bewegung des Nutzers (Pointing) durch einen Positionszeiger (Cursor) innerhalb einer grafische Benutzeroberfläche (GUI) zu repräsentieren. Im Laufe der geschichtlichen Entwicklung der Mensch-Computer-Interaktion wurden diverse Zeigegeräte entwickelt und etablierten sich, je nach Nutzungskontext und technischer Entwicklung, bis heute.

Geschichtliche Entwicklung Die Geschichte der Zeigegeräte ist eng mit der Entwicklung der Mensch-Maschine-Interaktion (HCI) verbunden. Bis zur Patentierung des ersten Zeigegeräts im Jahre 1970, Doug Engelbarts Computer Maus, war die Interaktion mit einem Rechner anfangs auf Lochkarten und Tastaturen beschränkt. Jedoch erst Anfang der 1990er Jahre konnte, mit der Entwicklung von grafischen Benutzeroberflächen und der Verbreitung von PCs (Personal Computer), das Zeigegerät seine Bedeutung in der HCI festigen. Bedingt durch technischen Fortschritt und Anwendungsgebiet wurden seither diverse Zeigegeräte mit unterschiedlichen Interaktionstechniken entwickelt.

Klassifizierung Zeigegeräte lassen sich in folgende Klassen einstufen:web.cs.wpi.edu (PDF; 6,3 MB) Örtliche Beziehung zwischen Zeigegerät und Ausgabegerät Direkt: Der Ort des Zeigens und der Ausgabe ist identisch Indirekt: Das Zeigegerät und Cursor sind räumlich voneinander getrennt Art der AbbildungK. L. Norman, D. Kirk: Comparison of Relative Versus Absolute Pointing Devices. (PDF; 1,7 MB) In: Human-Computer Interaction Lab, 2010, S. 1–17. Abgerufen von cgis.cs.umd.edu. Absolut: Der durch das Zeigegerät aufgenommene Punkt (Pointer) entspricht exakt dem im System wiedergegebenem Punkt (Cursor) Relativ: Die durch das Zeigegerät aufgenommene Bewegung wird übersetzt und relativ zur Auflösung des Ausgabegerätes übersetzt Art des Zeigens: Fingerbasiert oder mittels Medium Freiheitsgrad des Zeigegerätes Integriert ins System 2-dimensionale x-y-Interaktion 3-dimensionale x-y-z-Interaktion Art der Sensoren Isotonisch (Zeigen durch Bewegung: Die Distanz beschreibt die Anzeige des Cursors) Isometrisch (Zeigen durch Druck: Grad der mechanischen Spannung beschreibt die Bewegung des Cursors) Zeigegerät \ KlassifikationIndirekt / DirektEingabegerät / FingerbasierendAbsolut / relativTrackballIndirektEingabegerätRelativLichtgriffelDirektEingabegerätAbsolutGrafiktablettIndirektEingabegerätAbsolutJoystickIndirektEingabegerätRelativComputermausIndirektEingabegerätRelativTouchscreenDirektFingerbasierendAbsolutTouchpadIndirektEingabegerätRelativ

Übliche Zeigegeräte mini|Trackball mit Billardkugel als Kugel Nachfolgend eine chronologische Auflistung der gängigsten Zeigegeräte.

Trackball

Im Jahr 1950 wurde der erste Trackball im, vom kanadischen Militär entwickelten, DATAR System verwendet, um Positionsinformationen zu übermitteln. Zuerst nur im militärischen Bereich benutzt, fand der Trackball in den 60er Jahren auch Verwendung im kommerziellen Großrechnerbereich. Mit Erfindung der Maus spielte der Trackball eine eher untergeordnete Rolle im Bereich der Zeigegeräte. Die Entwicklung des Trackballs war kongruent zur Maus. Bei den ersten Vertretern erfolgte die Übertragung der Zeigebewegung über mechanische Aufnahmewalzen. Heutige Generationen erfassen diese Bewegung mittels optischer Sensoren.

Lichtgriffel mini|Verwendung eines Lichtgriffels an einem Computerterminal, 1969

Der erste Lichtgriffel (engl. Light Pen) wurde 1955 am Lincoln Laboratory entwickelt und 1963 veröffentlicht und diente als Zeigegerät für Röhrenbildschirme. An der Spitze des Lichtgriffels befindet sich eine Photodiode mit der der Lichtgriffel erkennt, wenn der Elektronenstrahl an dieser Stelle auf die Leuchtschicht der Röhre trifft. Dadurch kann dann vom System berechnet werden, an welcher Stelle sich der Lichtgriffel gerade befindet. Aufgrund der Funktionsweise ist dieses Zeigegerät an ein System mit Röhrenbildschirm gebunden. Durch die ausschließliche Verwendung von LCD-Monitoren wird er daher aktuell nicht mehr genutzt.

Grafiktablett mini|Grafiktablett mit Griffel Das Grafiktablett, oder auch Zeichentablett oder englisch „Digitizer“, „Pen Tablet“, wird hauptsächlich im Bereich der Bildbearbeitung, „Digital Design“ und „Digital Art“ verwendet. 1957 wurde mit dem System „Stylator“ von Tom Dimond der erste Vertreter veröffentlicht, welches zum Erkennen von handschriftlicher Nutzereingabe entwickelt wurde. Nachfolgende Vertreter wurden dazu optimiert, das Zeichnen auf Papier realitätsnah nachzuempfinden. Hierzu werden, über die Position des Mauszeigers hinaus, noch Druckintensität, Stiftneigung und Stiftrotation an das System übermittelt. Qualitätskriterien eines Grafiktabletts sind Auflösung, die Druckstufe und die Größe des Tabletts.

Joystick mini|Joystick Der Joystick gehörte mit zu den ersten Zeigegeräten, erreichte aber durch sein beschränktes Einsatzgebiet lediglich im Gaming- und Simulationsbereich Bedeutung. Im Jahr 1969 verwendete Sega als Teil der Arcade-Konsole „Missile“ erstmals einen Joystick als Interaktionsgerät. 1977 veröffentlichte Atari mit dem „Atari2600“ den ersten Joystick für den Heimgebrauch. Die Auslenkung des Knüppels wurde bei diesem digitalen Joystick durch druckempfindlichen Schaltelementen erfasst. Die Mechanik wird bis heute verwendet, lediglich die Sensoren haben sich im Laufe der Zeit geändert. Bei analogen Joystickvarianten wird zusätzlich der Auslenkungswinkel des Steuerknüppels mit in die Berechnung der Zeigegerät-Zeiger-Relation einbezogen.J. A. Jacko (Ed.): The human-computer interaction handbook: fundamentals, evolving technologies, and emerging applications (3rd ed). CRC Press, Boca Raton FL 2012. Mini-Joysticks fanden und finden vor allem im mobilen Kontext Verwendung. So hatten die ersten internetfähigen Mobiltelefone oftmals Steuerknöpfe um auf dem Bildschirm zu navigieren. Der Trackpoint ist eine analoge Variante des Mini-Joysticks die bis heute in Notebooks verwendet wird.

Computermaus mini|Mechanische Maus mit Mausrad Die Computermaus ist das meistverwendete Zeigegerät. Von Doug Engelbart in den 60er Jahren als "X-Y position indicator for a display system" konzipiert, verhalf Apple mit der weltweiten Vermarktung des Desktop-Systems „Lisa“ 1983 der Maus zum Durchbruch. Im Laufe der Entwicklung der Mensch-Computer-Interaktion wurde die Maus stetig weiterentwickelt. Die wichtigsten Vertreter sind: Mechanische Maus (ball mouse): Erster Vertreter der Maus auf dem PC-Markt. Übertragung der Rotation einer gummierten Kugel auf der Unterseite der Maus auf rechtwinklig angeordnete Aufnahmewalzen. Übersetzung der x/y-Walzendrehung in die relativen Koordinaten zur Darstellung des Mauszeigers auf dem Ausgabegerät.B. Flamig: How Mice & Trackballs Work. Sensors, Peterborough NH 1984. Optische Maus: Ein optischer Sensor erfasst den Untergrund und ein, in der Maus integrierter, Prozessor errechnet aus der Bilderfolge die Bewegung der Maus. Dies wird daraufhin vom System auf den Mauszeiger übertragen. In der ersten Generation wurden Leuchtdioden verwendet, um den Untergrund, auf dem die Maus bewegt wird, zu beleuchten.

Touchscreen mini|Kapazitiver Touchscreen Der Touchscreen ist mit Abstand das am meisten verbreitete direkte Zeigegerät. Der erste generalisierte Vertreter, der Plato IV, wurden Anfang der 70er Jahre entwickelt und wurde in Schulen und Universitäten eingesetzt. Mit dem ersten Touch-fähigen PC HP-150 (1983) fand diese Technologie auch im alltäglichen Leben Einzug. Den Siegeszug des Touchscreens im mobilen Bereich läutete 1995 die Veröffentlichung des IBM Simon ein. Dieses Multifunktionsgerät vereinte erstmals ein Mobiltelefon mit einem PDA und nutzte dabei einen resistiven Touchscreen als einzige Eingabemethode. Den nächsten Meilenstein markiert die Veröffentlichung des Apple iPhone im Jahr 2007, da hierbei erstmals eine Multitouch-Bedienoberfläche unter Verwendung eines kapazitiven Interaktionsfeldes im mobilen Kontext zum Einsatz kam. Die Touch-Technologie wird heute in nahezu allen MMI Bereichen verwendet. Gründe dafür liegen vor allem in der platzsparenden Installation und der Bedienbarkeit ohne Eingabeperipherie.

Touchpad mini|Touchpad bei einem ASUS Notebook Anfang der 90er Jahre wurde das Touchpad als Maus-Ersatz im mobilen Kontext der Notebooks erstmals eingesetzt. Wegen der von dem Einsatzgebiet gegebenen Einschränkungen suchte man nach einer praktischen Lösung zur Integration eines Zeigegerätes. Hierbei folgte man dem Paradigma der Maus, indem man neben der Interaktionsfläche für den Zeiger, in der Regel kapazitiv, Tasten für Rechts- und Links-Klick anbrachte.

Wii Remote mini|Wii Remote mit Armband

2005 veröffentlichte Nintendo die neuartige Wii Konsole. Anders als die auf dem Konsolenmarkt bestehende Konkurrenz setzte das Unternehmen bei der Entwicklung auf ein neuartiges Interaktionskonzept. Neben der, für das Zeigen relevante, Positionsbestimmung via Infrarot-Sensor werden Beschleunigungswerte und Rotation des Zeigegeräts aufgezeichnet. 2009 veröffentlichte Sony mit der „PlayStation Move“ einen ähnlichen Gamecontroller, der mittels PlayStation Eye die Zeigebewegung des Nutzers erfasst. Anders als bei der Wii Remote wird hier die von der Webcam erfasste relative Position der „Farbkugel“ auf das Ausgabegerät übertragen. Dadurch ist das Zeigen auf zentrumferne Punkte im Aufzeichnungsbereich der Webcam relativ mühsam.

Buxton Taxonomy Mit der Buxton Taxonomy wurde erstmals ein Versuch unternommen, kontinuierliche Eingabegeräte zu klassifizieren. William Buxton definierte als Kriterien die Anzahl der Dimensionen (Spalten), Art des Zeigens (Zeilen) und die Art der Interaktion (T = Touch, M = mechanisch, mit Hilfsmittel) und visualisierte diese in einer Tabelle. zentriert|mini|925x925px|Buxton’s Taxonomy mit einer Auswahl an Zeigegeräten

Buxtons Three-State-Model Das Three-State-Model wurde 1990 von William Buxton entwickelte, um Eingaben in grafische Benutzeroberflächen charakterisieren zu können. Dadurch sollten Anforderungen an interaktive Transaktionen (Interaktion von Eingabegerät mit System) einfach und umfassend erfasst werden können.

Es beschreibt drei charakteristische Zustände die bei der Interaktion mit einem System auftreten können:J. A. Jacko (Ed.): The human-computer interaction handbook: fundamentals, evolving technologies, and emerging applications (3rd ed). CRC Press, Boca Raton FL 2012. out of range (state0): Die Position des Zeigegerätes kann vom System nicht bestimmt werden, da es sich nicht in Reichweite befindet Tracking (state1): Die Bewegung des Zeigegerätes bewegt nur den Cursor Dragging (state2): Das Zeigegerät bewegt ein Objekt Nicht jedes Zeigegerät kann jeden der drei Zustände annehmen. Aus diesen Zuständen lassen sich folgende Sequenzen modellieren.