Pervasion of mobile devices led to a growing interest in touch-based interactions. However, multi-touch input is still restricted to direct manipulations. In current applications, gestural commands - if used at all - are only exploiting single-touch. The underlying motive for the work at hand is the conviction that a realization of advanced interaction techniques requires handy tools for supporting their interpretation. Barriers for own implementations of procedures are dismantled by providing proof of concept regarding manifold interactions, therefore, making benefits calculable to developers. Within this thesis, a recognition routine for planar, symbolic gestures is developed that can be trained by specifications of templates and does not imply restrictions to the versatility of input. To provide a flexible tool, the interpretation of a gesture is independent of its natural variances, i.e., translation, scale, rotation, and speed. Additionally, the essential number of specified templates per class is required to be small and classifications are subject to real-time criteria common in the context of typical user interactions. The gesture recognizer is based on the integration of a nearest neighbor approach into a Bayesian classification method.
Gestures are split into meaningful, elementary tokens to retrieve a set of local features that are merged by a sensor fusion process to form a global maximum-likelihood representation. Flexibility and high accuracy of the approach is empirically proven in thorough tests. Retaining all requirements, the method is extended to support the prediction of partially entered gestures. Besides more efficient input, the possible specification of direct manipulation interactions by templates is beneficial. Suitability for practical use of all provided concepts is demonstrated on the basis of two applications developed for this purpose and providing versatile options of multi-finger input. In addition to a trainable recognizer for domain-independent sketches, a multi-touch text input system is created and tested with users. It is established that multi-touch input is utilized in sketching if it is available as an alternative. Furthermore, a constructed multi-touch gesture alphabet allows for more efficient text input in comparison to its single-touch pendant. The concepts presented in this work can be of equal benefit to UI designers, usability experts, and developers of feedforward-mechanisms for dynamic training methods of gestural interactions. Likewise, a decomposition of input into tokens and its interpretation by a maximum-likelihood matching with templates is transferable to other application areas as the offline recognition of symbols. / Obwohl berührungsbasierte Interaktionen mit dem Aufkommen mobiler Geräte zunehmend Verbreitung fanden, beschränken sich Multi-Touch Eingaben größtenteils auf direkte Manipulationen. Im Bereich gestischer Kommandos finden, wenn überhaupt, nur Single-Touch Symbole Anwendung. Der vorliegenden Arbeit liegt der Gedanke zugrunde, dass die Umsetzung von Interaktionstechniken mit der Verfügbarkeit einfach zu handhabender Werkzeuge für deren Interpretation zusammenhängt. Auch kann die Hürde, eigene Techniken zu implementieren, verringert werden, wenn vielfältige Interaktionen erprobt sind und ihr Nutzen für Anwendungsentwickler abschätzbar wird. In der verfassten Dissertation wird ein Erkenner für planare, symbolische Gesten entwickelt, der über die Angabe von Templates trainiert werden kann und keine Beschränkung der Vielfalt von Eingaben auf berührungsempfindlichen Oberflächen voraussetzt. Um eine möglichst flexible Einsetzbarkeit zu gewährleisten, soll die Interpretation einer Geste unabhängig von natürlichen Varianzen - ihrer Translation, Skalierung, Rotation und Geschwindigkeit - und unter wenig spezifizierten Templates pro Klasse möglich sein. Weiterhin sind für Nutzerinteraktionen im Anwendungskontext übliche Echtzeit-Kriterien einzuhalten. Der vorgestellte Gestenerkenner basiert auf der Integration eines Nächste-Nachbar-Verfahrens in einen Ansatz der Bayes\'schen Klassifikation.
Gesten werden in elementare, bedeutungstragende Einheiten zerlegt, aus deren lokalen Merkmalen mittels eines Sensor-Fusion Prozesses eine Maximum-Likelihood-Repräsentation abgeleitet wird. Die Flexibilität und hohe Genauigkeit des statistischen Verfahrens wird in ausführlichen Tests nachgewiesen. Unter gleichbleibenden Anforderungen wird eine Erweiterung vorgestellt, die eine Prädiktion von Gesten bei partiellen Eingaben ermöglicht. Deren Nutzen liegt - neben effizienteren Eingaben - in der nachgewiesenen Möglichkeit, per Templates spezifizierte direkte Manipulationen zu interpretieren. Zur Demonstration der Praxistauglichkeit der präsentierten Konzepte werden exemplarisch zwei Anwendungen entwickelt und mit Nutzern getestet, die eine vielseitige Verwendung von Mehr-Finger-Eingaben vorsehen. Neben einem Erkenner trainierbarer, domänenunabhängiger Skizzen wird ein System für die Texteingabe mit den Fingern bereitgestellt. Anhand von Nutzerstudien wird gezeigt, dass Multi-Touch beim Skizzieren verwendet wird, wenn es als Alternative zur Verfügung steht und die Verwendung eines Multi-Touch Gestenalphabetes im Vergleich zur Texteingabe per Single-Touch effizienteres Schreiben zulässt. Von den vorgestellten Konzepten können UI-Designer, Usability-Experten und Entwickler von Feedforward-Mechanismen zum dynamischen Lehren gestischer Eingaben gleichermaßen profitieren. Die Zerlegung einer Eingabe in Token und ihre Interpretation anhand der Zuordnung zu spezifizierten Templates lässt sich weiterhin auf benachbarte Gebiete, etwa die Offline-Erkennung von Symbolen, übertragen.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:14-qucosa-147370 |
| Date | 09 July 2014 |
| Creators | Schmidt, Michael |
| Contributors | Technische Universität Dresden, Fakultät Informatik, Prof. Dr. rer. nat. habil. Gerhard Weber, Prof. Dr.-Ing. Bernhard Jung |
| Publisher | Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | deu |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
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