Experimentelle Interfaces WS 06

Deutsch:

Bei “Weather Explorer Umbrella” handelt es sich um eine Installation, welche den Benutzer akustisch, optisch und taktil, das Wetter auf der Welt näher bringt, indem er mit einen präparierten Regenschirm, auf einer großen Weltkarte läuft und sich dort einen gewünschten Ort auswählt. Über jeder Stelle der Karte befindet sich sozusagen die dazugehörige “Datenwolke”, die mit dem Schirm aufgefangen werden kann.
Die jeweiligen Wetterdaten, werden immer am Anfang aus den XML-Dateien des Yahoo-Wetter-Internetdienstes ausgelesen und den einzelnen Städten zugewiesen. Für die Darstellung des Wetters, wird ein Lautsprecher für die Wettergeräusche, verschieden farbige LEDs für die Lichtatmosphäre und ein Handventilator für die Windgeschwindigkeit im Schirm eingesetzt.

Eine rote Leuchtdiode am Regenschirm hilft dabei, die Position über ein Kamera-Tracking zu bestimmen (Kamera befindet sich an der Decke).

English:

At the installation “Weather Explorer Umbrella” can the user walk with a umbrella over a big worldmap and can hear, see and feel the weather of a certain place of the world. The umbrella contains for this function a little speaker, different color-leds and a handfan. A camera-tracking recognize the position of the umbrella with a red position-light on it. The weather data comes from the Yahoo-Weather-Internetservice, which offers XML-Files for many cities of the world.
The umbrella is connected with 8 wires (inside 2 bigger wires) to a Arduino-Board, which controlls the leds and fan. Between the Arduino and the long wire for the motor (fan) is a motordriver-chip (l293) too. It controlls the speed of the handfan (speed-values are from the Yahhoo-XML-Files). A white, blue and yellow led shows the weather-light-atmosphere, where the user at the moment stays. The white led is for example for a flash (thunderstorm) or for snow, the blue light for rain or wind and the yellow led for the sun.
Programming of this project was written with “Processing” and “Arduino”. For the XML-import used I the java-library “jdom”.

Weitere Fotos/More photos:

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Videos/Movies:

lichteffekte.mov
regenschirm_und_karte_von_oben.mov

Dateien/Files:

weatherexplorerumbrella1.pdf
weatherexplorerumbrella_arduino1.pde
weatherexplorerumbrella_processing.pde

Weltkarte: 

Für meine große Boden-Weltkarte habe ich folgende Varianten entworfen:

Regenschirm:

Um den Lautsprecher für den verorteten Ton am Schirm zu befestigen, bastelte ich mir ein Segmentteil, welches man in das Gestänge einfach drauflegen und befestigen kann. An den Lautsprecher, habe ich für eine später einfachere Verbindung, auch gleich einen Klinkenstecker angelötet.

Den Ventilator wollte ich auch zuerst an ein solchen Segment befestigen wie der Lautsprecher. Als ich dies allerdings ausprobiert habe, habe ich feststellen müssen, dass der Ventilator nicht mehr so gut von hinten Luft ziehen konnte (schwacher Luftzug). Deshalb musste ich eine andere Möglichkeit finden. Dann bin ich darauf gekommen, den Ventilator am Besten einfach quer in den Regenschirmgestänge einzuklemmen (dies passt wirklich zufälligerweise total gut).

Um die Kabel und die Unterseite der Leuchtdiodenscheibe zu verdecken, habe ich einen Trichter aus halbtransparenter Folie angebracht.

Zusätzlich habe ich am Regenschirm eine rote Positonsleuchtdiode angebracht und das Kabel innen herein gelegt.

Es gibt übrigens zwei Elektronikgeschäfte in Würzburg, wo man z. B. auch Widerstände, Leuchdioden und Kabel bekommt:

Wagner Elektronik
Textorstraße 10
(Innenstadt)

MG Electronic
Wagnerplatz 3
(Grombühl)

Letzteres hat übrigens leider immer nur von 9-13 Uhr geöffnet.

Ich habe mir eine alte CD-Scheibe so umgebaut, dass man sie für den Schirm verwenden kann, um die Lichter für die Farbeffekte befestigen zu können. Damit man sie einfach auch wieder abnehmen kann (wenn Regenschirm zusammengeklappt werden muss), habe einen Zwicker unten befestigt. Die CD-Beschichtung hat auch den Vorteil, dass sie die Lichter gut zurück reflektieren kann. Jetzt muss ich noch eine Abdeckung (vielleicht eine umgedrehte Eistüte aus weißen transparenten Plastik) finden und unterhalb der Scheibe befestigen, damit die Kabel versteckt sind.

Die Lichteffekte sind übrigens in diesem Film zu sehen.

Das Gelb für Sonnenschein ist allerdings noch sehr schwach (auch immer noch, wenn kein Widerstand dazwischen ist). Ich muss es mal vielleicht mit einer roten und weißen oder zwei gelbe Leuchtdiode probieren, um die Sonne darzustellen.

Den schon vorhanden Code, habe ich auf eine objektorientierte Struktur umgeschrieben, damit man einen besseren Überblick hat und die Wetterdaten und Töne für die einzelnen Städte besser handhaben kann. Zudem war es vor allem auch für die Tonüberblendung notwendig

Bei der Schaltung für den Ventilator und den Motortreiber bin ich erst einmal auf Schwierigkeiten gestoßen, obwohl ich eigentlich alles schon richtig gemacht und verbunden habe (siehe Fotos unten). Der Motortreiber wollte einfach nicht funktionieren. Es stellte sich aber schließlich heraus, dass man den Motortreiber über den Enable-Pin komischerweise auf “LOW” stellen muss, damit er überhaupt erst funktioniert.

Über den Motortreiber steuere ich einen Ventilator von Conrad.

Die Lichteffekte muss ich wahrscheinlich über normale Leuchtdioden (ohne stufenlose Regelung) laufen lassen, weil ich für eine oder mehrere RGB-Dioden mindestens 3 von 3 PWM-Arduino-Ausgänge bräuchte, wo ja schon einer für den Motortreiber reserviert ist.

Um bei den XML-Dateien (von Yahoo) auch die Koordinaten auslesen zu können, musste ich statt der proxml-Library für Processing, die Java-Library “jdom” verwenden, weil man mit proxml nur Attribut-Werte auslesen kann. JDOM ist zudem auch wesentlich flexibler als proxml. Jetzt kann ich auch die einzelnen Stadtobjekte mit ihren Wetterdaten automatisch, durch den ausgelesenen Koordinaten, positionieren lassen.

Weiterhin habe ich auch die Zuordnung der passenden Wettertöne in mein Processing-Code mit implementiert, die umso lauter werden, je näher man an die einzelnen Städte kommt.

Möglichkeiten für die Positionierung des Schirmes:

Die einfachste Möglichkeit ist es natürlich mit einer Webcam den Schirm über eine farbige Leuchtdiode zu tracken. Man braucht aber eine ziemlich großen Abstand zwischen Karte und Kamera (ca. 5 m für eine 5 m große Karte) und natürlich ein lang genuges Firewire-Kabel für eine iSight-Kamera, dass laut Spezifikation nur für maximal 4,5 m (bei S400-Geräten) ausgelegt ist..

Ich bin auch auf die Idee gekommen, eine Wiimote für die Positionierung einzusetzen. Daraufhin habe ich einige Versuche mit der Infrarotmausfunktion des Nindento-Controllers gemacht, um herauszufinden ob dies überhaupt auch noch funktioniert, wenn die Wiimote (oben im Regenschirm auf die Decke gerichtet) wenn die Infrarotlichter an der Decke hängen würden. Das ging auch überraschenderweise ziemlich gut. Egal wie sie auf den Boden gedreht war, hat die Mauszeigerpositionierung immer in der gleichen Ausrichtung funktioniert. Allerdings habe ich feststellen müssen, dass die kleinste Bewegung in der Neigung, die Positionierung extrem beeinflusst hat. Das ist natürlich schlecht, da man einen Regenschirm normalerweise nie immer komplett gerade trägt. Ein weiterer Minuspunkt ist auch, dass der Bewegungsspielraum immer genauso klein ist, wie der Abstand zwischen den Infrarotquellen (Sensorbar). Man bräuchte so für meine Installation einen riesen Abstand (mind. 5 m) zwischen den Infrarotlichtern untereinander und zwischen Boden und Decke. Und da ist dann auch noch die Frage, ob die Stärke der Infrarotdioden überhaupt für eine solche Entfernung ausreichen.

Um noch eine zusätzliche Alternative zu haben, habe ich mir auch eine weiter Möglichkeit ausgedacht: Wenn man an einem Schirm jeweils oben und unten am Stil eine farbige Leuchtdiode anbringt, kann man die sie nicht nur für die Positionierung von einer Achse verwenden, sondern ach für die Bestimmung der Entfernung (umso weiter weg der Schirm ist, umso kleiner wird der Abstand zwischen Leuchdiode eins und zwei).

Um die verschiedenen Windrichtungen in einen Würfel erfühlbar machen zu können, sollte am besten je Seitenfläche des Würfels ein Ventilator angeordnet werden. Damit die Windrichtungen auch immer mit den Daten stimmen, müsste man die Steuerung mit den Kamera-Tracking (Drehung) verknüpfen.

Ventilatoren (Wind) können eigentlich aber nur sinnvoll eingesetzt werden, wenn die Installation auf einen bestimmten Ort fixiert ist oder die Wetterüberblendungen zwischen den verschiedenen Städten weggelassen werden, da es sonst passieren kann, dass der Wind auf einmal in unterschiedlichen Richtungen bläst. Deswegen müsste man das ganze auf eine Windrichtung (z. B. oben heraus) und Windstärke beschränken. Zudem würden die Ventilatoren die Wettergeräusche wahrscheinlich wegen ihrer Lautstärke übertönen.

Eine coole Idee wäre auch, wenn die Wettersituationen in einen Glaswürfel, ähnlich wie in einer kleinen Wackelglaskugel, fast real zu sehen wären. Allerdings könnte man z. B. Schnee oder Hagel damit schlecht darstellen.

Man könnte die Gerätschaften, wie Funklautsprecher, Lichter und Ventilator, vielleicht aber auch in ein Regenschirm unterbringen, mit dem der Benutzer über die Karte laufen kann. Was allerdings mit den Platz (Regenschirm) leider eher nicht funktionieren würde.

Um genügend Platz zu haben, könnte die ganze Elektronik auch in eine große Kiste untergebracht werden, die man auch gleichzeitig als Hocker einsetzen könnte. Somit wäre es auch so möglich, die Windstärke und Windrichtung beim Sitzen direkt zu spüren.

Da die bei Yahoo das Wetter in 48 verschiedene ungeordnete Situationen codiert ist, habe ich mal die einzelnen Wetter-Codes in eine Liste sortiert und in 12 Gruppen (Zuständen) eingeteilt. Ich habe sogar schon ein Funktionsblock in Processing programmiert, womit die Wetter-ID in eine Wettergruppe umgewandelt wird.

Konzept: “WeatherCube”

Da Wetterstationen, wie man im unteren Bild sehen kann, nicht wirklich flächendeckend auf der Welt vorhanden sind (vor allem auf den Weltmeeren), möchte ich die Reichweite des Wetters auf Europa oder sogar Deutschland begrenzen, da dort die Dichte der Wetterdaten viel größer und besser verteilt ist.

Seite mit Bild öffnen

Als Quelle für die RSS-Daten werde ich den Wetterdienst von Yahoo verwenden, da er viele Städte auf der Welt beinhaltet, es eine ordentliche Beschreibung für Entwickler gibt und in den XML-Dateien sich sogar die Koordinaten der einzelnen Orte befinden. Zudem kann man auch die Werte auf Celsius und auf metrisch stellen und sogar mehrere Tage abfragen (geht mit der XML-Datei leider nur für den heutigen und morgigen Tag). Jede Stadt hat einen bestimmten Code: z. B. GMXX0007 für Berlin. Die Buchstaben stehen für das Land und die hinteren Zahlen für den jeweiligen durchnummerierten Ort.

Um zu vermeiden, dass ich nicht alle Städte einzeln als Index vorher auslesen muss, um zu wissen welcher Ort an welcher Stelle (Koordinaten) liegt, will ich die Karte in grobe Planquadrate aufteilen und pro Quadrat eine Stadt in der Mitte aussuchen, um das Wetter für diesen Bereich auszulesen zu können (siehe PDF-Datei unten). Anders wüsste ich nicht, wie man direkt über die Koordinaten, die einzelnen XML-Dateien der dazugehörigen Städte auslesen kann. Es währen auch tausende von XML-Dateien, die über das Internet ausgelesen werden müssten, um zu wissen welche Stadt sich auf welche Position befindet. Das könnte auch leicht zu Problemen mit dem Yahoo-Server führen (bei zu hohem Zugriff wird der Zugang zum Server ab einer bestimmten Zeit verweigert). Aber vielleicht gibt es ja eine einfache Möglichkeit, über die XML-Such-URL die passende XML-Datei mit den Koordinaten direkt aufzurufen.

PDF-Dokument öffnen

Ich habe mal so ein Papplautsprechergehäuse (Würfel als Gehäuse) zusammengebastelt, welches der Michael mir das letzte Mal als Würfel vorgeschlagen hatte. Doch ich musste feststellen, das es für mein Projekt eher ungeeignet ist, da zwei Seitenteile des Würfels nicht vollständig glatt sind (Einklapplaschen) und so z. B. für eine Tag-Umschalt-Funktion (Bilder auf den Würfelseiten) nicht so ganz geeignet ist. Noch ein Problem ist, dass man nicht einen so dicken Karton verwenden kann, da sonst die Seitenflächen noch unebener und schlecht zusammenzuklappen sind. Darum werde ich mich noch nach einer Alternative umsehen müssen.

Des weiteren habe ich mich mal bei Funkkopfhörern umgesehen. Die günstigsten gibt es bei ebay (5 bis 10 Euro plus ca. 5 bis 7 Euro Versand). Allerdings konnte ich noch keinen bestellen, da ich noch kein ebay-Account besaß (habe mich jetzt erst angemeldet). Ich wollte wegen der hohe Versandgebühren, auch erst einmal schauen, ob es woanders auch welche gibt.

Zum Probieren habe ich auch schon mal ein kleine Processing-Programm geschrieben, um den Lauter/Leiser-Effekt für die Distanz hinzugekommen. Auch das ReacTVision (Kamera-Tracking) habe ich eingebaut. Dies werden wir uns am Freitag anschauen.

Konzept: “WeatherCube”

Damit man mit einen Würfel noch gut Städte auswählen kann, müsste er auf der einen Seite relativ klein sein und auf der anderen Seite immer noch groß genug, dass ein Lautsprecher mit der zusätzlichen Elektronik und eine Kamera-Tracking-Markierung Platz darin/darauf findet. Schließlich bin ich auf eine Kantenlänge von ca. 6 cm gekommen.

Um herauszufinden, in welche Richtung (Technik) dieses Konzept gehen könnte, habe ich Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Möglichkeiten einmal gegenübergestellt.

Abwägung der versch. Konzeptarteten:

Abwägung der versch. Positionierungsarten:

Wetterzustände in Tönen und Lichtfarben:

Ich habe die Töne vom letzten Mal für die verschiedenen Wetterarten aussortiert und mit dazu passenden Farbanimationen in einen Flash-Film gepackt. Zudem habe ich auch in zwei weiteren Beispielen versucht, die unterschiedlichen Wetterzustände mit künstlichen Tönen zu erzeugen. Jedoch musste ich feststellen, dass ich leider nicht alle mit einen einzelnen gleichen Ton erzeugen kann.

Wettertöne normal
Wettertöne experimentell 1
Wettertöne experimentell 2

Konzept: “RandomCube”

Nach weiteren Überlegungen bin ich darauf gekommen, dass eine Art Spielwürfel auch generell ein gutes Eingabegerät/Steuerungsgerät wäre. Wieso sollte man nicht das zufällige würfeln einer bestimmten Zahl nicht auf andere Sachen (z. B. digitale Geräte) übertragen? So könnte man z. B. wie bei einen Zufallsgenerator auf einen digitalen Bilderrahmen ein anderes Foto anzeigen lassen (Siehe Bilder unten). Außerdem wäre es auch eine prima Möglichkeit Brettspiele auf dem Computer zu spielen.

3D-Sound-Installation

Konzept “WeatherCubeTable”:

Irgendwie möchte ich die Grundidee mit der Ortung über den Kopfhörer nicht aufgeben. Deswegen würde ich gerne eine Installation machen, die das mit dem Kopfhörer und den verschiebbaren Kästchen miteinander verbindet. Man könnte ein Würfel als eine Art Maus auf einer Karte verwenden, um eine Stadt auszuwählen und dort z. B. das Wetter in der jeweiligen Richtung zu hören.

Zudem könnte auch man ein Peltier-Element zum fühlen der Temperatur in das Kästchen unterbringen. Die mehreren Seiten des Würfels könnten auch verwendet werden, um verschiedene Informationen und Funktionen (Wetter, Temperatur, Stau/Verkehr, Nachrichten) aufzurufen, je nachdem auf welcher Seite der Würfel liegt. Die Seitenflächen des Würfels könnten aber auch verwendet werden, um den Wettervorhersagetag zu wechseln (die Fläche, auf der der Benutzer vorne draufschaut).

Klangeigenschaftgen:

Die gesammelten Tonbeispiele habe ich zum anhören zusammengefasst. Sie befinden sich auf folgender Seite (QuickTime erforderlich).

Software für 3D-Sound:

Um Ton in einen Raum positionieren zu können, habe ich über noch keine wirkliche Lösung gefunden. Ich habe zwar zwei dazu passende Java-Libraries gefunden (siehe letzter Konzepteintrag), doch habe ich immer noch keinen Weg gefunden diese für Processing zu verwenden. Das erste JOAL-Demo konnte ich zwar starten und abspielen. Was natürlich sehr schade ist, weil das erste Demo noch kein Surround-Beispiel ist.
Ich habe auch schon einen Beitrag in das Processing-Forum gestellt. Habe aber noch keine Antwort bekommen. Es gibt eigentlich sogar schon einen älteren Beitrag in diese Richtung, der aber ebenfalls unbeantwortet ist bis Heute. Ich habe aber auf einer Seite einer Universität Informationen für eine zukünftige Entwicklung einer 3D-Sound-Library für Processing gefunden.
Wichtig wäre auch zu wissen, ob OpenAL (JOAL) den Ton in Dolby Surround (analog über Stereostecker) und/oder in Dolby digitgal ausgibt. Das wäre vor allem für die zu verwendeten Hardware wichtig.

Hardware für 3D-Sound:

Es gibt zwei verschiedene Arten von Surround-Kopfhörern: Die einen schließt man über Tonklinkenstecker über einer meist mitgelieferten Decoderkiste an den Rechner an und die anderen über ein USB-Kabel. Die USB-Versionen (meist auch die günstigeren) haben den Nachtteil, dass sie meist nur mit virtuellen Surround arbeiten und vom Mac nicht unterstützt werden. Ein Kopfhörer von der Firma TEAC hört sich interessant an, da er auch Vibration (über Subwoofer) und ein Mikrofon besitzt. Zudem kann er an alle möglichen Geräte angeschlossen werden.
Wenn OpenAL nur Dolby Digital unterstützt, bräuchte ich entweder einen USB-Adapter dafür oder einen anderen Rechner, da ich leider keinen Computer mit digitalem Soundausgang besitze. Es gibt zwar diese USB-Adapter, die aber meistens nicht den Mac unterstützen (keine Treiber vorhanden). Die, die den Mac in den Systemanforderungen auflisten, sind nur externe virtuelle Surround-Soundkarten, bei denen keine mehrere Kanäle herauskommen.

Schlüsselbund (vielleicht eher was für Artur?)

Mir kommt es häufig vor, dass ich beim Aufschließen einer Tür nicht so ganz weiß, welcher Schlüssel es noch einmal war. Da habe ich mir überlegt, dass es nicht schlecht wäre, wenn der passende Schlüssel durch sich automatisch aufmerksam macht (z. B. durch ein Licht). Es gibt zwar Farbringe oder kleine Schildchen für Schlüssel, doch sind diese meist nicht einfach und schnell zu benutzen.

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