Mit Interaktions-Visionen wie im Film Minority-Report schürte Hollywood schon lange das Interesse an neuen Eingabe-Philosophien. Die Leichtigkeit, mit der Tom Cruise alias John Anderton Inhalte in einer Kombination aus Touch- und Gestensteuerung durch den virtuellen Raum schob, fasziniert nach wie vor. Auf Youtube sind unter der Kategorie „Kind bedient Zeitschrift wie ein iPad“ Kleinkinder zu beobachten, die mit Fingern und (fast) koordinierten Gesten versuchen, Bilder in einer Zeitschrift zu zoomen oder Inhalte zu verschieben. Einen wissenschaftlichen Hintergrund dazu gibt es zwar nicht, aber es ist zumindest ein Indiz, dass die Interaktion mit einem Computersystem per Gesten natürlich und intuitiv ist.

Apple nutzte oder generierte den Hype zum richtigen Zeitpunkt und lieferte die entsprechenden Geräte. Von Multimedia- bis zu klassischen Haushaltsgeräten finden Touchscreens in jeglicher Form und Größe Anwendung – häufig mit dem schlichten Ziel der verkaufsfördernden Modernisierung bestehender Geräte. Doch nur wenige Anbieter nehmen sich die Zeit, ihre Touch-Konzepte sowohl für den Anwender als auch für die spezifische Technologie zu optimieren und so einen realen Mehrwert in der Bedienung zu schaffen. Dieser Schritt ist jedoch zwingend notwendig, um den Hype der letzten Jahre auf die nächste Ebene konsolidierter Konzepte zu bringen.

Multitouch-Systeme – der kleine Unterschied

Resistive Touchscreens kommen als Klassiker in fast allen Bereichen zum Einsatz. Diese werden durch sogenannte „Taps“ mit nur einem Finger bedient. Ein „Tap“ entspricht hierbei einem einfachen Mausklick. Technisch ausgereift und kostengünstig haben resistive Touch-Sensoren allerdings Nachteile, die den Einsatz für moderne, Multitouch-basierte Bedienkonzepte beeinträchtigen oder gar unmöglich machen: Sie können in ihrer Standard-Bauart immer nur einen Touch-Punkt gleichzeitig erkennen und brauchen dazu einen „kräftigen“ Druck auf die Oberfläche. Ein „sanftes Streicheln“ zur Eingabe von Gesten wie bei Smartphones ist damit nicht möglich. Wegen des notwendigen Drucks gleitet der Finger nicht flüssig über die Oberfläche, was die Eingabe erschwert und fehleranfällig macht. Schuld daran hat das Funktionsprinzip: Der Touch-Sensor besteht aus einer Glasplatte und einer Folie, die beide mit einem transparenten, elektrisch leitenden Material beschichtet sind. Bei einem Druck mit dem Finger oder Stift auf die Touchfläche wird der Kontakt zwischen Folie und Glasplatte hergestellt, der in x- und y-Richtung von den Kanten der Leitschicht zum Berührungspunkt einem Spannungsteiler ähnlich einem Potentiometer entspricht.

Die Weiterentwicklung der Touch-Bedienung besteht in der Verwendung mehrerer Finger in fast beliebiger Kombination und Anzahl. Hieraus ergeben sich über den einfachen „Tap“ hinaus eine Reihe neuer Eingabe-Befehle, die auch die Bewegungen der Finger einschließen. Die Technologie hinter der Erkennung mehrerer Finger heißt „Projected Capacitive Touch“ (PTC), deren Grundprinzip nicht neu ist. Kapazitive Taster gibt es schon lange, beispielsweise an Aufzügen oder Ticket-Automaten. Eine Berührung mit dem Finger verändert die Kapazität eines entsprechend ausgeführten Sensortasters. Auf einen Touchscreen übertragen heißt es nichts anderes, als einfach nur viele dieser Taster auf dem Display zu platzieren, um nicht nur die Berührung, sondern auch deren Koordinaten zu erkennen. Praktisch handelt es sich um eine Matrix, die aus zwei Lagen mit sehr dünnen Leitungen besteht. An den Kreuzungen dieser Leitungen entstehen die Kapazitäten, die durch den aufgelegten Finger verändert und damit messbar werden. Die typische Genauigkeit für ein Display beträgt 10 Bit, also 1024 × 1024 Leitungen. Sämtliche Leitungen und die daraus resultierenden Kreuzungspunkte – rund 1 Million – müssen ständig abgetastet werden; das ist die Aufgabe des Touchcontrollers. Verantwortlich für ein positives Bedien-Erlebnis sind dessen Genauigkeit und vor allem auch dessen Abtastrate. Schließlich lebt eine Wischgeste davon, dass der Bildschirm-Inhalt möglichst synchron und ruckfrei quasi am Finger „klebt“.

Das Potenzial von Touch-Anwendungen

Single- und Multitouch gemeinsam sind Vorteile, die sich aus der grundsätzlichen Bedienung mit dem Finger ergeben. Hierzu gehört beispielsweise die empfundene „Ent-Technisierung“ der Bedienung von Computer-Systemen.

Touch-Prinzipien im Vergleich: Bei analog-resistiven Touchscreens (links) erhält der Bediener eine haptische Rückmeldung, die bei einer typischen Multitouch-Geste wie „Wischen“ wiederum stört. PTC-Displays mit Projective-Capacitive-Technology sind dagegen glatt und erkennen die Position mehrerer Finger auf der Touchfläche.

© Inosoft

Insbesondere bei weniger technikaffinen Benutzern lässt sich teilweise eine fast reflexartige Abwehrhaltung gegenüber der klassischen Monitor-Tastatur-Kombination beobachten. Aus dieser Unsicherheit heraus machen Benutzer dann de facto Fehler bei der Bedienung.

Ein in das Maschinengehäuse integrierter Touchscreen wird dagegen auf Anhieb nicht als klassisches Computersystem wahrgenommen. Dieser Umstand erleichtert den Einstieg erheblich. Im industriellen Kontext, in dem die Maschinenbediener gelegentlich den Arbeitsplatz wechseln und neu angelernt werden müssen, ist dies von Vorteil.

Ein weiterer Aspekt für ein positives Bedien-Erlebnis ist die direkte Rückkopplung: Die Reaktion auf die Befehlseingabe erfolgt in der Regel direkt im Blickfeld des Benutzers. Dies erzeugt ein Gefühl von Kontrolle, das wiederum zu einer selbstbewussteren und damit weniger fehlerbehafteten Bedienung führt. Für Touch-Systeme in der Industrie sprechen darüber hinaus rein praktische Vorteile wie die leichte Reinigung der glatten Oberfläche.

Touch-Bedienung – die Schattenseite

Als Nachteil oder gar Fallstrick für Touch-Anwendungen ist beispielsweise das fehlende taktile Feedback zu nennen, das ein sicheres und schnelles Tippen auf einer Tastatur erst ermöglicht. Die Verminderung von Freitext-Eingaben durch ein gutes Design der Bedienmasken und schlüssige Default-Werte kann dem in vielen Fällen entgegenwirken.

Ein häufiges Problem von Touch-Interfaces besteht ebenso in der versehentlichen Auslösung von Funktionen, beispielsweise durch unbeabsichtigte Berührungen mit dem Ellenbogen. Zumindest in Multitouch-Anwendungen lässt sich dies mittels entsprechender Sicherheitskonzepte vermeiden.

Zur fehlerfreien Bedienung brauchen Touch-Anwendungen ausreichend große Trefferflächen. Dies führt dazu, dass insgesamt weniger Platz auf dem Bildschirm zur Verfügung steht. Aus diesem Grund spricht man bei Touch-Systemen auch von einer begrenzten Skalierbarkeit. Daher sollte man vermeiden, Systeme beliebiger Komplexität und vor allem Desktop-Applika­tionen 1:1 zu portieren. Touch-Interfaces, speziell Multitouch-Systeme, folgen eigenen Gestaltungsregeln!

Mehr Finger, mehr Möglichkeiten?

Bei Mehrfingergesten muss das Touch-System die Bewegungen aller Finger verfolgen und daraus auf die Intention des Bedieners schließen. Diese Interpretation erfordert einen erheblich Aufwand in der Logik, da jeder Mensch auch bei Gesten eine individuelle Handschrift hat. Gesten können groß, klein, krumm oder schief geraten.

Moderne Software wie das Prozessvisualisierungssystem VisiWin werden auf Basis aktueller Techniken wie der Windows-Presentation-Foundation (WPF) programmiert. In dieser Entwicklungsumgebung stehen zur Auswertung der Gesten nicht nur die Maus-ähnlichen Ereignisse wie TouchDown und Touch­-Move bereit, sondern vor allem auch bereits fertig interpretierte Manipulations-Events, etwa Translate, Rotate und Scale. Dies stellt eine identische Interpretation der Gesten auf allen Systemen sicher.
Vor allem Single-Touch-Anwendungen, die auf resistiver Technologie basieren, fühlen sich häufig „hakelig“ und wenig komfortabel an. Erst die kapazi­tive Multitouch-Technologie ermöglicht das vielzitierte Bediengefühl eines iPhone. Beispiele hierfür sind flüssiges Scrolling großer Listen und Tabellen oder das Zoomen und Verschieben von Objekten mit zwei Fingern. Auch das beliebte „Wischen“ über den Bildschirm macht nur mit einem kapazitiven Touchscreen wirklich Spaß. Großes Potenzial von Multitouch-Anwendungen besteht daher auch in der Etablierung erweiterter Navigationskonzepte. Das „Wischen“ von einem zum nächsten Screen vermittelt in Verbindung mit einer ent­sprechenden Übergangsanimation einen guten Eindruck der Zusammenhänge einzelner Bilder. Auf diese Weise wird die Informationsarchitektur einer Maschine besser kommuniziert.

Ein weiterer Punkt betrifft die Bediensicherheit. Sicherheitskritische Funktionen lassen sich gezielt mit einer Mehrfinger-Interaktion kombinieren, so dass eine versehentliche Berührung beziehungsweise Aktivierung fast gänzlich vermeidbar ist. Dies kann zum Beispiel als eine Art Totmannschalter umgesetzt werden, bei dem zusätzlich ein weiterer Button permanent gedrückt sein muss.

Wohin geht die Reise?

Abseits von Touch&Co existieren weitere Eingabemethoden, denen der kommerzielle Durchbruch bisher nicht geglückt ist. Zum Teil hemmen ungelöste Fragen die Umsetzung in industriellen Anwendungen.

Riesige Fortschritte wurden in den letzten Jahren bei der Sprachsteuerung gemacht. Die Erkennung antrainierter Phrasen ist längst einem echten Sprachverständnis gewichen. Doch dahinter steckt viel Aufwand und Rechenleistung: Eine mehrstufige Verarbeitung filtert zuerst Hintergrundgeräusche aus. Hierzu wurden spezielle Chips entwickelt, die das Hörverhalten des menschlichen Ohres nachbilden. Anschließend folgt die Verdichtung der gesprochenen Anweisungen auf wenige markante Informationen und deren Interpretation. Wegen der mangelnden Rechenleistung findet dieser Vorgang bei Smartphones häufig auf einem Server statt.

Nicht nur Spiele-Freaks kennen Micro­softs Kinect als sogenanntes NUI (Natural User Interface). Das Gerät hat für die Erkennung der Spieler eine Videokamera und einen Infrarot-Tiefensensor. Letzterer wird benötigt, um die Gliedmaßen mehrerer Personen im Bild richtig zuzuordnen, zum Beispiel den Arm einer weiter hinten stehenden Person. Eine zugehörige Bibliothek setzt aus den Bild- und Tiefeninformationen ein Skelett zusammen, dessen Gelenke und Bewegungen eine Software auswerten kann. Allerdings muss sich dazu momentan noch der gesamte Körper des Bedieners frontal vor der Kamera befinden.

Ebenfalls recht interessant sind Datenbrillen, wie sie beispielsweise Firmen wie Google, Olympus oder das Fraunhofer-Institut entwickeln. Sie kennen Position und Blickrichtung des Brillenträgers und können aus dem Kontext heraus Informationen und Handlungsmöglichkeiten in dessen Sichtfeld einblenden. Auf das industrielle Anwendungsfeld übertragen, wäre damit etwa gut zu erkennen, an welchem Teil einer Maschine der Brillenträger gerade steht, um ihm dann passende Funktionen oder Informationen anzubieten. An markanten Stellen einer Anlage angebrachte QR-Codes könnten als Referenzpositionen dienen und Eindeutigkeit schaffen.

Momentan herrscht eine große Dynamik im Bereich der Bedienoberflächen. Sowohl die Technik als auch das Design der zugehörigen Anwendungen hat erhebliches Potenzial für die Zukunft. Wie so oft gehen viele Entwicklungen von Consumer-Produkten aus. Multitouch ist eine davon! Bei aller Begeisterung für Touch-Interfaces ist es wichtig, parallele Technologien wie Sprach- und Gestensteuerung nicht zu verkennen. Die Zukunft liegt in „multimodalen“ Anwendungs-Szenarien, die verschiedene Eingabemethoden in geeigneten Bedienkontexten kombinieren.

Autoren: Jan Groenefeld ist Senior User Interface Designer und leitet den Bereich Industry Solutions bei der Firma Ergosign in Saarbrücken, Stefan Niermann ist Vertriebs- und Marketingleiter bei der Firma Inosoft in Hiddenhausen.

Multitouch - Gute Gesten – schlechte Gesten

Multitouch-Anwendungen verfügen über die Möglichkeit, mehrere Finger und sogar Wischmuster (Touch-Gesten) zu verarbeiten. Dies ermöglicht eine weitaus größere Palette an Bedienbefehlen. Daraus resultiert eine Interaktions-Komplexität, die mit Bedacht eingesetzt werden muss. Sinnvoll ist, nur eine Handvoll etablierter Gesten und Befehle zu implementieren, um die Erinnerungsleistung des Standard-Anwenders nicht zu überfordern. Man kann spezielle Gesten jedoch auch gezielt für Expertenfunktionen und Short-Cuts verwenden.