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HeadControl Plus: ein multimodales Eingabegerät für körperlich beeinträchtigte Computeranwender

Student: Mario Mühlehner
Supervisors: a.Univ.-Prof. Mag. Dr. Klaus Miesenberger , a.Univ.-Prof. DI Dr. Wolfram Wöß
End: 19.11.2005

Abstract(DE)
Für Menschen, die aufgrund körperlicher Beeinträchtigungen nicht in der Lage sind, die konventionelle Maus und die Standardtastatur zu verwenden, ist die Bedienung eines Computers noch immer eine Herausforderung. Die bisherigen Ansätze im Bereich Assistierender Technologien (AT) behandeln das Problem der speziellen Mensch-Maschine-Interaktion nur partiell und die Anschaffungskosten für kommerzielle Systeme sind nach wie vor beträchtlich. Wenngleich das Vorläufersystem HeadControl erstmalig die Plausibilität der Laser-Interaktion für diesen Zweck dokumentierte, beschränkte sich das Resultat der diesbezüglichen Forschungen auf das Steuern des Mauszeigers mittels Kopfbewegungen. Auf Grundlage dieses Prototypen und den Analysen zahlreicher Anwendungsszenarien entstand schließlich das Konzept für ein benutzerzentriertes, erweiterbares und kostengünstiges multimodales Eingabesystem. Virtuelle Eingabegeräte repräsentieren die Modi des Systems, neben einem per Kopfbewegungen gesteuerten Mauszeiger kommt erstmals eine virtuelle Tastatur zum Einsatz, die ebenfalls über die Laser-Interaktion bedient wird. Zusätzliche Eingabegeräteemulationen können jederzeit nachträglich installiert werden (wie z.B. ein virtueller Joystick), ebenso Softwarekomponenten, welche die Auswirkungen des Tremors von BenutzerInnen minimieren, und viele andere Module, die eine Adaptation der Mensch-Maschine-Schnittstelle an individuelle und situationsabhängige Bedürfnisse ermöglichen. Das System ist auf Basis einer Plug-In-Architektur realisiert, wodurch das HeadControl Plus Framework in seinem Funktionsumfang sukzessive erweitert werden kann. Das Framework ist so konzipiert, dass es als unmittelbare Basis für Applikationen Dritter dienen kann (Training, Rehabilitation, usw.). Daneben wurde der Integration spezieller AT-Hardware (Schnittstellengeräte, Eingabesensoren) besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Die HeadControl Plus USB SensorBox ist ein Ergebnis dieser Bemühungen. Es handelt sich dabei um ein Schnittstellengerät, das über den USB-Port des Computers angeschlossen wird, mit dessen Hilfe bis zu acht Eingabesensoren (Taster, Saug/Blas-Schalter, usw.) für die MMI eingebunden werden können. HeadControl Plus ist somit ein Beispiel für ein flexibles Non-Classical User Interface und setzt erstmals auf individuell gestaltbare Eingabeprofile, die als Kern jedes virtuellen Eingabegerätes die Anpassung der Eingabeschnittstelle an die Fähigkeiten der Benutzer bzw. an die Ausstattung ihrer Arbeitsplätze im Sinne der Benutzerzentrierung erlauben.

Abstract(EN)
For people not capable of using the standard mouse and keyboard operating a computer is still a challenge. Recent approaches in the field of assistive technology (AT) handle the requirements of this special man-machine-interaction only in parts and the costs for commercial systems are still considerable.
Though the predecessor system HeadControl has documented the reasonability of laser interaction for this purpose for the first time, the results of the related research has lead only to control of the mouse cursor by means of head motion. In conclusion, on basis of this prototype and the analysis of various use cases the concept for an user-centered, extensible and non-expensive multi-modal input system was conceived. Virtual input devices represent the modes of the system; in addition to the head motion controlled mouse cursor it introduces a novel virtual keyboard which also is operated via laser interaction.
Additional input device emulations can be installed any time (for instance a virtual joystick) as well as software components intended to suppress the implications of user tremor and many other modules, capable of adapting the man-machine-interface to individual and situation-dependent requirements. The system is realised on basis of a plug-in architecture providing the continuous extensibility of features and functions for the HeadControl Plus framework. The frame is conceived to serve as a platform for 3rd party applications (training, rehabilitation, etc.).
In addition, a strong focus has been put on the integration of special AT-hardware (interface devices, input sensors). The HeadControl Plus USB SensorBox is a result of these efforts. The SensorBox is an interface device connected to the USB port of the computer, comprising the connection of up to eight input sensors (buttons, sip/puff sensors, etc.) to use these sensors for the MMI.
Thus HeadControl Plus is an example for a flexible, non-classical user interface which relies for the first time on customizable input profiles, which represent the core of every virtual input device, ensuring the possibility to customize the input interface to the individual skills of the users respectively to the setup of their work places according to the pursued user-centered design.