Welche 3D-Geste funktioniert, hängt von der Anwendung ab

Zoomgesten zum Verkleinern und Vergrößern oder Wischgesten zum Blättern sind durch Smartphones und Tablets so verbreitet, dass sich diese Bedienkonzepte auf Basis einer Gestensteuerung implizit zu Standards entwickelt haben. Das macht die Technik auch für Anwendungen im medizinischen Umfeld interessant. Allerdings müssen hier detailgetreue 2D- oder 3D-Darstellungen, beispielsweise von menschlichen Organen, einfach und schnell, aber dennoch präzise auf Bildschirmen auch im sterilen Umfeld manipuliert werden können.

Wie gut Anwender eine solche Aufgabe mit verschiedenen neuen Bedienkonzepten umsetzen können, hat die Infoteam Software AG, Bubenreuth, gemeinsam mit einem Kunden aus der Medizintechnik-Industrie anhand konkreter Anwendungsfälle herausgearbeitet. Im Beispiel ging es darum, die Rotation eines Objekts aus der Bildschirmebene heraus möglichst intuitiv zu ermöglichen. Die befragten Benutzer bewerteten die Intuitivität, die Präzision und das Ansprechverhalten der Konzepte. Außerdem sollten sie bestimmte Rotationen mit dem Objekt durchführen. Dabei wurden die Zeit und Anzahl der benötigten Gesten festgehalten. Es zeigte sich, dass sich die getesteten Konzepte bezüglich Bedienkomfort und Genauigkeit stark unterschieden.

Um ein Konzept zu finden, das gut zur Anwendung passt, ist es daher erforderlich, die genauen Arbeitsabläufe innerhalb der geplanten Umgebung zu definieren und insbesondere auch die Anforderungen an die Genauigkeit zu untersuchen. Grundlegend ist es dennoch sicherlich richtig, für gleichartige Anwendungsbereiche ein durchgängiges Konzept zu wählen. Das erhöht die Akzeptanz von Multi-Touch-Eingabeverfahren bei den Anwendern und vermeidet vor allem Bedienfehler.

Die drei getesteten Konzepte werden im Folgenden genauer beschrieben. Dafür ist es hilfreich, sich einige Grundlagen der Gestensteuerung vor Augen zu führen: Grundsätzlich werden kontinuierliche und diskrete Gesten unterschieden. Eine diskrete Geste wird erst nach Abschluss der Touch-Aktion erkannt und löst ein einzelnes Ereignis aus, wie das Klicken eines Buttons. Eine kontinuierliche Geste hingegen löst bereits eine Reaktion aus, während sie noch auf dem Bildschirm gezeichnet wird. Das Zusammenführen oder Auseinanderziehen von zwei Fingern auf dem Monitor, mit dem ein Objekt skaliert wird, ist ein Beispiel dafür.

Da Multi-Touch-Displays mit mehreren Fingern und Händen bedient werden können, sind mehr Freiheitsgrade als in herkömmlichen mausgesteuerten Benutzeroberflächen möglich. Jeder weitere Zeiger – respektive Finger – stellt auf der Ebene des Displays zwei weitere Freiheitsgrade zur Verfügung. Wird das klug genutzt, lässt sich die Bedienung eines Geräts näher an die Interaktion mit realen Objekten anlehnen, auch ohne zusätzliche Steuerelemente.

Auch für 3D-Darstellungen im medizinischen Umfeld sollten die über Smartphones etablierten Gesten wie Rotate, Scale oder Translate verwendet oder leicht variiert werden – und den erwarteten Effekt hervorrufen, zum Beispiel eine Art von Vergrößern/Verkleinern eines Objekts oder der Ansicht zur Folge haben.

Im getesteten Beispiel wurde nur ein einziges dreidimensionales Objekt betrachtet, entlang aller Achsen bewegt und rotiert. Selektionsgesten mussten daher nicht definiert werden. Auch war der Objektmittelpunkt als Ursprung der Rotation fest zugewiesen. Bewertet wurden auf dieser Basis die Konzepte A, B und C, die sich in Details der Bedienung unterschieden.

Konzept A beschrieben die Benutzer durchgehend als eine solide Möglichkeit, relativ einfach mit dreidimensionalen Objekten umzugehen. Hier wurde das 3D-Objekt um die X-Achse rotiert, indem die Finger parallel zum Verlauf der Y-Achse, der Vertikalen des Bildschirms, bewegt werden. Um das 3D-Objekt um die Y-Achse zu rotieren, mussten die Finger parallel zum Verlauf der X-Achse, der Horizontalen des Bildschirms, bewegt werden. Die Richtung der Fingerbewegung gab jeweils die Drehrichtung der Rotation an. Diese als einfach empfundene Lösung hatte allerdings den Nachteil, dass durch fehlende Achsenwahl bei komplexeren Rotationen mehrere Drehungen hintereinander durchgeführt werden müssen.

Konzept B wurde gegenüber den beiden anderen als präziser bewertet und lieferte unabhängig von der Komplexität der Aufgabe gute Ergebnisse. Jedoch wurde es nicht als intuitiv empfunden. In diesem Konzept mussten drei Finger und beide Hände eingesetzt werden, um das 3D-Objekt aus der Ebene heraus zu drehen. Zwei Finger einer Hand legten eine Rotationsachse über dem Objekt fest, um die das Objekt dann mit einem Finger der zweiten Hand, der sich senkrecht zu dieser Achse bewegte, rotiert wurde. Die Bewegungsrichtung des freien Fingers gab die Drehrichtung um die Achse an. Die Benutzer äußerten hier Bedenken, dass die Bedienung mit beiden Händen erfolgen muss und daher schwierig in den Alltag zu integrieren sei.

Konzept C wiederum bot eine sehr intuitive Bedienung, allerdings mit nur befriedigender Genauigkeit. Dafür kamen die Nutzer bei komplexeren Rotationen schneller zum Ziel und mussten durch die freie Achsenwahl nicht mehrere Rotationen ausführen. Hierfür ließ sich die Rotationsachse durch den Objektmittelpunkt festgelegen, und zwar senkrecht zur Bewegungsrichtung der 2-Finger-Translate-Geste. Die Drehrichtung der Rotation wird durch den Winkel der Bewegungsrichtung zur Rotationsachse bestimmt (entweder +90° oder –90°). Da das Konzept auf der kontinuierlichen Geste basiert, ist es jederzeit möglich, während einer Rotation die Richtung und damit die Rotationsachse zu wechseln. Dieses Konzept ermöglicht also eine freie Wahl der Rotationsachse.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass sich alle drei Konzepte für die Bedienung eines 3D-Objekts eignen, aber jede ihre spezifischen Vor- und Nachteile mit sich bringt.

Daniel Fuchs Infoteam Software, Bubenreuth

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