Efficient Pen Interfaces

Sven Richter, Februar 2007

• 1. Einführung
• 2. Anwendungsbereiche
• 3. Übersicht
• 4. Grafik-Tablets
• 5. Tablet-PCs
  • 5.1 Slate
  • 5.2 Convertible
  • 5.3 Hybrid
• 6. PDAs
• 7. tragbare Spielekonsolen
• 8. Technik
  • 8.1 Touchscreen-Oberfläche
  • 8.2 Digitizer
• 9. Software / Betriebssysteme
• 10. Quellen

1. Einführung

Der Stift als Eingabegerät erwacht langsam aus seinem Nischendasein. Bei Anwendungen, bei denen einen Bedienung mit Maus oder Tastatur umständlich oder gar nicht möglich ist hat er sich bereits etabliert. Denn er kombiniert die Fähigkeiten eines Pointing-Device (vgl. Mouse oder Touchpad) und eines Writing-Device (vgl. Tastatur)

2. Anwendungsbereiche

Die Einsatzbereiche für stiftbasierte Geräte sind ebenso weit gefächert, wie ihre technische Umsetzung. Ursprünglich wurden Stifte bei CAD-Anwendungen eingesetzt. Dabei machten sie Maus und Tastatur nicht überflüssig, sondern ergänzten die klassischen Eingabegeräte. Heute haben sich Stifte in sehr vielen, verschiedenen Einsatzgebieten etabliert. In der Werbe- und Grafikbranche sind sie ideal geeignet, um Skizzen oder Entwürfe schnell zu digitalisieren. Bei CAD-Anwendungen im technischen Bereich, wie auch in der Architektur sind sie weithin verbreitet. Neu ist hingegen die Verwendung fernab vom Schreibtisch, bei der Maus und Tastatur nicht mehr von Stift ergänzt, sondern vollständig durch ihn ersetzt wurden – beispielsweise für Sachverständige von Versicherungen, die einen Unfallschaden vor Ort aufnehmen müssen. Im medizinischen Bereich (Pflegedienst, Arzt-Visite im Krankenhaus) wie auch in der Lagerhaltung sind reine Stifteingabegeräte auf dem Vormarsch. In Kundengesprächen und in Meetings gilt ein aufgeklapptes Notebook als unhöflich und hemmend für die Kommunikation. Daher ist ein zum Beispiel ein Tablet-PC wie geschaffen, um Meetings mitschreiben oder um im Vorfeld letzte änderungen an Flowcharts einer Präsentation durchzuführen.

3. Übersicht

Stiftbasierte Eingabegeräte lassen sich in folgende Kategorien einteilen:

• Grafik-Tablets
• Tablet-PCs
• PDAs
• tragbare Videospiel-Konsolen

4. Grafik-Tablets

Ein Grafik-Tablet versteht sich als Ergänzung zu Maus und Tastatur. Dabei wird ein Stift über eine Art Zeichenplatte bewegt. Der Spezialstift sendet dabei Bewegungsdaten an das Tablet, das als indirektes Eingabemedium die Daten an den PC weitergibt.

5. Tablet-PCs

Bei Tablet-PCs ist das Zeichen-Tablet nun als fester Bestandteil des Gerätes verbaut. Obwohl sie sich vielfältig einsetzen lassen, konnten sie sich seit ihrer Markteinführung 2002 nur in speziellen Anwendungsbereichen durchsetzen. Auf dem breiten Consumer-Markt haben sie immer noch einen Anteil von weniger als fünf Prozent, zum Teil auch wegen des hohen Preises gegenüber dem Standard-Notebook. Je nach Bauart unterscheidet man zwischen Slates, Convertibles und Hybrids.

5.1 Slate

Ein Slate (engl. „Schiefertafel“) bezeichnet einen Tablet-PC, der in seiner Bauweise auf das Minimum reduziert ist. Als Hauptmerkmal fällt auf, das –abgesehen von wenigen Funktionsknöpfen- auf die Tastatur verzichtet wurde. Das Gerät ist als ein einziger Block ausgeführt und durch die kompakte und gewichtsreduzierte Bauform ideal für den mobilen Einsatz. Während es –ähnlich einem Klemmblock für Notizen- im Arm gehalten wird, kann man mit dem Stift in der freien Hand vollständig bedienen. Für einen geübten Anwender stellt die fehlende Tastatur oder Maus kein Problem dar, weil der Stift sowohl als Zeige-, wie auch als Schreibgerät dient. Ihren Vorteil des geringen Gewichts können sie vornehmlich im Außendienst ausspielen, da hier Convertibles zu schwer und PDA meist zu klein sind. Laut EMEA 2005 liegt ihr Anteil bei 1-2% am Notebook-Markt.

5.2 Convertible

Convertibles sind Laptops mit einem Schwenk- oder Drehdeckel, dessen Gelenk zwischen Display und Tastatur-Block angebracht ist. Da sie auf herkömmlichen Notebooks basieren, decken sie auch alle Einsatzbereiche der Standardmodelle ab. Hinzu kommt die Fähigkeit, das Display um seine Vertikalachse zu drehen und es dann mit der Panelseite nach oben auf die Tastatur zu klappen. Im so genannten Tablet-Modus ist die Tastatur nun vom Display verdeckt, das Gerät lässt sich nun wie ein Slate ausschließlich mit dem Stift bedienen. Convertibles verfügen heute über sehr hochwertige Displays mit einer –für Notebooks ungewöhnlich hohen– Farbtreue. Die Displays im 12, 13,3 und 14-Zoll-Format sind darüber hinaus weitgehend winkelunabhängig und erlauben so kontrastreiche Bilder aus allen Blickrichtungen. Während in den Anfangszeiten der Tablet-PCs vorwiegend Pentium III, zum Teil auch Transmeta Crusoe, später Pentium M Prozessoren eingesetzt wurden, werden heute nur noch Doppelkern-Prozessoren verbaut. Bei hoher Rechenleistung ermöglichen sie eine lange Laufzeit und damit sehr flexible Einsatzgebiete. Ein Grund für den verhaltenen Absatz ist zweifellos der hohe Aufpreis von 300 bis 700 Euro (entspricht ca. 35 bis 50 Prozent) gegenüber dem Standard-Notebook des gleichen Typs. Hinzu kommt das höhere Gewicht, das man sich aufgrund der Drehmechanik mit einkauft. Die etwas 300g zusätzliche fallen bei einem Gerät, das für den mobilen Einsatz konzipiert ist, hier wörtlich ins Gewicht.

5.3 Hybrid

Eine seltene Kombination von Convertible und Slate ist der Hybrid. Das Display kann ebenso wie beim Convertible auf die Tastatur gelegt werden, ist jedoch auch völlig abnehmbar und lässt sich dann als Slate verwenden. Gemeinhin wurde der Hybrid als Slate mit unnötiger Tastatur verunglimpft. Der 2002 von HP veröffentlichte TC1000 konnte sich durch den langsamen Crusoe-Prozessor kaum absetzen. Das Nachfolgemodell TC1100 setzte ein Jahr später einen Pentium III ein, doch litt unter ähnlichen Absatzschwierigkeiten. Damit wurde die Serie eingestellt.

6. PDAs

Ein Handheld oder Personal Digital Assistant (=PDA) ist ein Miniaturcomputer der für den mobilen Einsatz entwickelt wurde. Früher als umständlicher Terminkalender verschrien, hat er sich heute zu einem vielseitigen -und ebenso erschwinglichem- Allround-Talent entwickelt. Neben der obligatorischen Termin- und Aufgabenverwaltung, sind heute beispielsweise übersetzungsprogramme oder integrierte mp3-Player verfügbar. Selbst als Navigationsgerät im Auto oder im Segelflugzeug finden sie Verwendung. Darüber hinaus ist der übergang zu modernen Mobiltelefon fließend: die Kombination aus beiden Geräten wird als XDA bezeichnet. PDAs werden üblicherweise nur mit einem Stift und wenigen Funktionstasten bedient. Je nach Anwendungsfall können sie auch durch externe Tastaturen angesteuert oder –wie im Auto– auch nur mit dem Finger via Touchscreen bedient werden.

7. tragbare Spielekonsolen

Im November 2004 hielt die Stifteingabe auch bei den tragbaren Videospiel-Konsolen Einzug. Der Nintendo DS ist kleine Konsole, die sich ähnlich der späteren PlayStation Portable aufklappen lässt und je im oberen und unteren Teil ein kleines LC-Display enthält. Laut Hersteller Nintendo ist der DS kein Nachfolger der beliebten GameBoy-Reihe, sondern eine neuen Generation von Handhelds, die es erlaubt mit anderen Nintendo-Konsolen zu kommunizieren. Inzwischen ist bereits der DS Lite veröffentlicht, der keine eingeschränkte Version darstellt, sondern neben der kompakteren Bauform mit zahlreichen Verbesserungen aufwartet. Dazu zählen das hellere und hochauflösendere Display, der größere und griffigere Touchpen (genannt „Stylus“) sowie die längere Akkulaufzeit. Mit weltweit über 35 Millionen verkauften Exemplaren (Stand Januar 2007) hat der DS und DS Lite vor allem Hauptkonkurrent Sony mit der PlayStation Portable weit hinter sich gelassen.

8. Technik

In der Umsetzung der Stifteingaben können zwei grundverschiedene Techniken verwendet werden: eine Touchscreen-Oberfläche oder eine Digitizerschicht, die hinter dem eigentlichen Bildschirm-Panel liegt.

8.1 Touchscreen-Oberfläche

Bei einem Touchscreen liegt die berührungsempfindliche Schicht auf dem Panel. Diese Technik wird neben PDAs auch zum Beispiel bei Information-Desks verwendet, weil sie nicht nur mit jedem beliebigen Stift, sondern auch mit dem Finger bedient werden kann. Allerdings führt die zusätzliche aufgebrachte Folie auch zu Nachteilen, wie der reduzierten Lichtstärke sowie dem geringen Kontrast und Blickwinkel des Displays. Außerdem bietet sie keine druckabhängige Eingabe – es kann demnach nicht festgestellt werden, wie stark der Stift aufgedrückt wird, nur wo die Spitze aufliegt.

8.2 Digitizer

Bei einem Digitizer liegt die für den Stift sensitive Schicht hinter dem Panel. Die aktive Digitizer-Schicht erzeugt elektromagnetische Wellen, die im Stift einen geringen Stromfluss induzieren. Durch diesen Stromfluss wird ein Signal ausgelöst, das vom Stiftdruck abhängig ist. Die aktive Schicht registriert also, wie stark der Stift auf das Display drückt und erlaubt so das Zeichnen mit unterschiedlichen Strichstärken. Der Vorteil des Digitizers gegenüber einem Touchscreen liegt darin, dass der Cursor auch dann unter dem Stift bleibt, wenn die Hand des Benutzers auf der Oberfläche des Displays aufliegt. Die Digitizer, die heute in Tablets und Tablet-PCs verbaut werden, stammen fast ausschließlich von der Wacom. Die Digitizer-Technik von FinePoint unterscheidet sich durch eine zusätzliche Batterie im Stift, hat jedoch nur einen kleinen Marktanteil. Um auf Tablet-PCs ein Schriftgefühl wie auf Papier zu vermitteln, haben sie eine dünne, schützende Zusatzschicht. Dabei wird durch die raue Oberfläche auch ein körniger, unter Umständen auch grisseliger Bildeindruck in Kauf genommen.

9. Software / Betriebssysteme

Aus Sicht der Betriebssysteme herrscht bei PDAs und Tablet-PCs weitgehend Einheitskost. Zwar gibt es einige Linux-Derivate, der Consumer-Markt wird jedoch durch Windows Mobile und Windows XP Tablet-PC Edition beherrscht. Während Windows Mobile eine komplette Neuentwicklung für PDAs ist, handelt es sich bei der Windows XP Tablet-PC Edition lediglich um ein Windows XP Professional mit Stiftfunktionalität (=Display-Ausrichtung, Kalibrierung, Mausersatz und Handschrifterkennung).

Handschrifterkennung läuft dabei im Hintergrund mit einer inzwischen sehr hohen Erkennungsrate. Die Erkennungsrate ist deshalb so erstaunlich hoch, weil versucht wird jeweils das ganze Wort zu erkennen. Das Erkennen einzelner Buchstaben weiterhin schwierig. Nimmt handschriftliche Notizen auf; Texterkennung im Hintergrund konvertiert das Geschrieben auf Wunsch in „gedruckten Text“. Bei großen Schwierigkeiten, lässt sich eine jederzeit eine virtuelle Tastatur einblenden.

10. Quellen

Narayanaswamy, Shankar: Pen and Speech Recognition in the User Interface for Mobile Multimedia Terminals
Februar 1996
University of California, Berkeley
URL: http://www.shankar.org/papers/shankar_thesis.pdf
Stand: 08.02.2007

Rink, Jürgen und Wöltje, Holger: Stiften gehen
29. Dezember 2003.
heise Verlag, c't (Ausgabe 01-2004)

Schüler, Peter: Nicht nur fürs Büro
07. März 2005.
heise Verlag, c't (Ausgabe 06-2005)

Rink, Jürgen: Mobil mit Stift und Tastatur
05. Februar 2007.
heise Verlag, c't (Ausgabe 04-2007)