Smart Home Systeme und ihre grafische Visualisierung

Eine medieninformatische Untersuchung


Studienarbeit, 2019
27 Seiten, Note: 1,3

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Stand der Technik

3. Visuelle Wahrnehmung von Räumlichkeiten
3.1. Die räumliche Wahrnehmung des Menschen
3.2. Monokulares und binokulares Sehen

4. Visualisierung von Räumlichkeiten im Smart Home Bereich
4.1. Gestaltprinzipien
4.2. Einsatz der Gestaltprinzipien im Smart Home
4.3. Usability und User Experience

5. Möglichkeiten zur Visualisierung eines User Interfaces
5.1. Schnittstelle Mensch-Maschine
5.2. Stereodisplays
5.3. Multimodalität mit Tangible User Interfaces
5.4. Agenten
5.5. Barrierefreiheit und Ambient Assisted Living
5.6. Embedded Virtuality

6. Fazit und Ausblick

7. Literaturverzeichnis

8. Abbildungsverzeichnis

1. Einleitung

Das digitale Zeitalter schreitet unaufhörlich voran. Smarte Gegenstände bereichern unseren Alltag. Vom Wasserkocher über den Staubsauger bis zum Fernseher ergänzen smarte Funktionen bereits seit einigen Jahren unsere technischen Alltagsgegenstände. So ein intelligentes, vollvernetztes und -automatisches Zuhause erinnert stark an diverse Science-Fiction-Filme der 90er Jahre, in denen Captain Picard seinen berühmten „Tee, Earl Grey, heiß“ bei dem sogenannten Replikator in seinem Bereitschaftsraum bestellt. Kommunikationen zwischen intelligenten Geräten, bzw. Robotern und Droiden aus der Star-Wars-Filmreihe gehören ebenfalls keiner fantastischen Zukunftsvision mehr an. Heute spielen Smartphones eine bedeutende Rolle, wenn sie mit nützlichen Apps bestückt werden. Geräte werden mittlerweile nicht mehr nur direkt manuell bedient, sondern können, wenn sie über das Internet of Things miteinander verbunden sind, untereinander und mit den Benutzern kommunizieren und zentral gesteuert werden. Ausgestattet durch intelligente Sensoren erledigen sie ihre Aufgaben effizient und vollautomatisch. Die Nutzer müssen nicht mehr selbst dafür sorgen, dass alles zur richtigen Zeit auf die richtige Art und Weise den Umständen und der Umgebung entsprechend funktioniert. Vielmehr sorgt das smarte Netzwerk dafür, die Benutzer von ihrer Verwaltungsaufgabe zu entlasten und versorgen sie stattdessen mit dem nötigen Wissen über alle Funktionalitäten. Der Komfort nimmt dadurch stark zu und bietet den Menschen die Möglichkeit, sich mehr auf Freizeit, Hobbies und ihre eigentlichen Interessen fokussieren zu können.

Diese Arbeit handelt allerdings weniger um den Nutzen solcher Smart-Home-Anwendungen, sondern soll die Möglichkeiten zur grafischen Umsetzung eines solchen Netzwerks von modernen und internetfähigen Geräten in einem Smart Home untersuchen. Dabei soll auf die Paradigmen der Wahrnehmungspsychologie und des User Interface Designs eingegangen werden. Welche Möglichkeiten bietet die grafische Visualisierung für ein benutzerfreundliches Interface? Wo sind ihre Grenzen und wie kann sie in unser alltägliches Leben integriert werden?

2. Stand der Technik

Um den aktuellen Stand der Technik in Sachen Smart Homes feststellen zu können, sollte zunächst der Begriff genauer definiert werden. Als Smart Home wird ein Netzwerk technischer Geräte und Funktionen innerhalb eines Wohnraums verstanden, um die Wohn- und Lebensqualität, die Sicherheit und die effiziente Energienutzung der Bewohner zu erhöhen. Zu diesen Geräten zählen Strom- und Lichtquellen, Heizung, Haushaltsgeräte, Unterhaltungssysteme und Sprachassistenten. Diese Geräte, auch Smart Devices genannt, besitzen verschiedene Eigenschaften wie Sensoren, Speicherfähigkeit und eine eigene Logik.

Den Durchbruch erlebten Smart Home Devices zu Beginn des 21. Jahrhunderts, als sie erschwinglicher, tatsächlich realisierbar und brauchbar für die Konsumenten wurden. Sind Smart Devices über das Internet of Things (IoT, Abbildung 1) vernetzt, können sie untereinander kommunizieren und zentral von überall aus gesteuert werden. Das IoT bezeichnet ein Gesamtsystem vernetzter, autonomer Geräte zur Ausführung bestimmter Funktionen und umfasst Anwendungsbereiche wie Haushaltsautomation, Medizin, Industrie, Smart Grid, Sensornetze, und noch mehr (Chew, 2018). Besonders in Sachen Sicherheit finden sich mittlerweile etliche smarte Geräte auf dem Markt. Laut Einbruch-Report der GDV scheitern 40% der Einbrüche in Deutschland an moderner Sicherheitstechnik (GDV, 2016). Dabei spielen beispielsweise automatische Schließsysteme, Jalousien oder Fingerabdruckleser eine wichtige Rolle. Tatsächlich steht nach einer Umfrage aus dem Jahr 2017 die Sicherheit an erster Stelle, wenn es darum geht, in Smart-Home-Lösungen zu investieren (Coqon, 2017). Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Energieeinsparung durch intelligente Funktionen im Haushalt. Nach einer Studie nutzen bereits ganze 60% der Befragten Smart-Home-Anwendungen zur effizienten Energieversorgung und profitieren somit von den damit verbundenen niedrigeren Heiz- und Stromkosten (SPLENDID RESEARCH, 2017).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 : Internet of Things (Eigene Abbildung)

Einige Geräte, wie beispielsweise Sprachassistenten oder Haushaltsroboter werden meist mit künstlicher Intelligenz angereichert. Nach KI-Gründervater John McCarthy ist künstliche Intelligenz „die Wissenschaft und Technik, intelligente Maschinen, insbesondere Computerprogramme, zu bauen“ (McCarthy, 2007) und diesen ein nahezu menschliches Verhalten zu geben, welches als intelligent aufgefasst werden kann. So können die Benutzer mittels natürlicher Sprache mit Geräten wie Alexa von Amazon, Apples Siri oder Google Home kommunizieren. Durch den Einsatz künstlicher Intelligenz in Form von komplexen Machine Learning Algorithmen begannen (semi-)autonome Serviceroboter ab 2010 damit, sich selbstständig neues Wissen anzueignen und Lösungen für neue Probleme zu errechnen. Im Smart Home wird der Begriff immer populärer, wo die Technik um die Mensch-Maschinen-Interaktion mittels natürlicher Sprache, Mimik und Gestik stetig weiterentwickelt und verbessert wird.

3. Visuelle Wahrnehmung von Räumlichkeiten

Ein Smart Home ist für gewöhnlich innerhalb einer geschlossenen Räumlichkeit, wie beispielsweise eines Zimmers, einer Wohnung oder eines Hauses, eingerichtet. Auch im Außenbereich des Wohnraums können Smart-Home-Devices und -Funktionen in Form von Briefkästen, Rasenrobotern oder Jalousien Anwendung finden. In diesem Abschnitt wird zunächst jedoch erläutert, wie Räumlichkeiten visuell wahrgenommen werden, um aufbauend auf dem erarbeiteten Wissen eine Ableitung für eine grafische Visualisierung von Smart-Home-Systemen zu evaluieren. Die räumliche Wahrnehmung ist essenziell für die Gestaltung eines Interfaces zur Interaktion mit dem Smart-Home-System, da damit ein inneres Modell gebildet wird, in welchem der Mensch zweckgerichtet agieren und ausführen kann. Später wird im Hinblick auf das in diesem Kapitel gebildete Vorwissen noch genauer auf Visualisierung in wirklichen und teilvirtuellen Räume eingegangen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 : Prozess der visuellen Wahrnehmung (Eigene Abbildung)

3.1. Die räumliche Wahrnehmung des Menschen

Visuelle Wahrnehmung erfolgt durch unbewusstes Sehen. Das Sehen ist ein Wahrnehmungsprozess (Abbildung 2), der durch die Aufnahme eines Reizes, bzw. eines physikalischen Signals, im Auge stattfindet. Dieser Reiz wird auf die Netzhaut abgebildet und anschließend von den Rezeptoren der Retina, den Stäbchen und Zäpfchen, verarbeitet. Die Wahrnehmung des Reizes wird im visuellen Kortex im Gehirn fortgeführt, wo er semantisch eingeordnet und eine Reaktion abgeleitet wird. (Müsseler, 2017)

Die visuelle Wahrnehmung der Umgebung oder des Raumes passiert für die meisten Menschen automatisch und ist völlig selbstverständlich. Tatsächlich nimmt der Mensch jedoch nur einen bestimmten Ausschnitt der Umgebung, in der er sich befindet, auf und verarbeitet diese. Diesem Ausschnitt liegen bestimmte Hinweisreize als räumliche Parameter vor, die für das Aufnehmen und Verstehen verantwortlich sind. Zu diesen Parametern zählen Position, Größe, Form, Ausrichtung, Farbe, Struktur und etliche weitere Eigenschaften von Objekten im Raum. Im visuellen Kortex wird der gesamte Datensatz bestehend aus diesen Parametern verarbeitet und mit den Erfahrungswerten des Betrachters in ein semantisches Modell eingeordnet, welches letztendlich den Raumeindruck im Gehirn erzeugt. Entscheidend bei der räumlichen Wahrnehmung kann die Wahrnehmung der absoluten Entfernung zu begrenzenden Flächen, also Wände, Decken und Böden, sein. Hierfür sind zahlreiche Informationsquellen vorhanden, die unter anderem auch die Wahrnehmung der Tiefe zwischen einzelnen Objekten im Raum beeinflussen können. (Hofmann, 2002)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 : Dreidimensionaler Würfel, dargestellt durch Perspektive und farblichen Abstufungen (Eigene Abbildung)

3.2. Monokulares und binokulares Sehen

Der Mensch lebt in einer dreidimensionalen Welt, in der er sich bewegt, denkt und erlebt. Er nimmt Objekte oder Räume unbewusst dreidimensional wahr. Dabei ist es – wie vielleicht anders vermutet – nicht wichtig, ob mit einem Auge (monokular, monoskopisch) oder mit beiden Augen (binokular, stereoskopisch) gesehen wird. Die Betrachtung eines flachen Bildes führt unter Verwendung von Perspektiven, Farben und Texturen bereits zu einer räumlichen Wahrnehmung, wobei bestimmte visuelle Stimuli, die sogenannten monoskopischen Tiefenreize, angeregt werden (Abbildung 3). (Grasnick, 2016)

Die binokulare Raumwahrnehmung, also das Sehen eines Raumes mit beiden Augen, wird vom Augenabstand beeinflusst. Hierbei können unterschiedliche Augenabstände auch zu unterschiedlichen Raumwahrnehmungen führen. Dreidimensionales Sehen erfolgt zunächst durch das Abbilden der Information auf ein zweidimensionales, flaches Bild, welches von beiden Augen einzeln aus deren Perspektive aufgenommen wird. Das Gehirn sorgt dann dafür, dass aus den vorliegenden Informationen und Erfahrungswerten des Menschen ein 3D-Bild wahrgenommen werden kann. (Grasnick, 2016)

4. Visualisierung von Räumlichkeiten im Smart Home Bereich

Visualisierung beschäftigt sich mit der bildhaften Darstellung von Fakten und Informationen. Sie beschreibt den Prozess der Erzeugung grafischer und visueller Daten, Strukturen und Zusammenhänge, um sie den Betrachtern verständlich und kommunizierbar zu machen. Des Weiteren unterstützt sie die Analyse und das Erkennen von verborgenen Zusammenhängen durch einfache und verständliche Darstellung abstrakter Daten, Modelle und Konzepte. (Schumann & Müller, 2013)

Für Smart Homes stellt die Visualisierung einen wichtigen Bestandteil dar. Auf einfache, verständliche Art und Weise können Daten der untereinander und mit dem zentralen System vernetzten Geräten dargestellt und gesteuert werden. Sie dient dazu, den Benutzern jeglichen technischen Vorwissens komplexe Zusammenhänge darzubieten und damit Problematiken beim räumlichen und abstrakten Vorstellungsvermögen zu umgehen.

Als Räumlichkeiten werden ein oder mehrere Räume, bzw. Zimmer bezeichnet, die begrenzt und kategorisch voneinander zu unterscheiden sind. Der Mensch nimmt einen Raum in den meisten Fällen dreidimensional wahr. Zu Visualisierung auf einer flachen Oberfläche wie eines Tablet- oder Smartphone-Displays kann ein Raum beispielsweise durch ein einfaches Rechteck, gegebenenfalls mit einfacher geometrischer Perspektive und unterschiedlichen Helligkeitsabstufungen der Farben dargestellt werden. Vorausgesetzt ist, dass den Nutzern bereits bekannt ist, dass ein dreidimensionaler Körper auf einer zweidimensionalen Fläche einen Raum darstellen soll. Die Konvertierung eines Raumes auf eine Fläche birgt allerdings Herausforderungen. So kann es bei der Kopplung zahlreicher smarter Gadgets im Haus mit dem zentralen Smart-Home-System schnell an Übersichtlichkeit mangeln oder es werden bestimmte Bereiche überdeckt und schlecht bedienbar. Diverse Firmen bieten bereits Lösungen für die Smart Home Visualisierung an, welche zu Hause eingerichtet werden können. Bestimmte Hard- und Software-Anforderungen müssen dabei sowohl vom verwendeten System, als auch von den Benutzern in Bezug auf deren technisches Verständnis und ihren Bedürfnissen vorhanden sein. Idealerweise besitzen die Systeme die Möglichkeit zur Individualisierung für die Nutzer. Im Folgenden werden verschiedene Darstellungsmöglichkeiten eines Smart Homes anhand bestehender Paradigmen aus der Gestaltpsychologie evaluiert.

4.1. Gestaltprinzipien

Zur Wahrnehmung von Räumen kommen, wie bereits erwähnt, die sogenannten Gestaltprinzipien aus der Gestaltpsychologie (Tabelle 1) unterschiedlich ausgeprägt zum Einsatz. Dort wird die menschliche Wahrnehmung als Fähigkeit zur Bestimmung von sinnhaltigen Formen, bzw. Gestalten, in Sinneseindrücken bezeichnet. Diese Aufnahme unterschiedlicher Eindrücke wurde 1923 von Max Wertheimer als „Gestaltgesetze“ festgehalten. Als Resultat beschreiben diese Prinzipien die Ergebnisse der Wahrnehmung von Formen, sowie ihre Beziehung zueinander und werden wie folgt unterschieden (Radtke, Pisani, & Wolters, 2013):

Prägnanz / Einfachheit

Die einfachste, einprägsamste Form wird unter verschiedenen Deutungsalternativen bevorzugt wahrgenommen.

Nähe

Näher beieinander liegende Formen werden als zusammengehörig aufgefasst.

Gleichartigkeit / Ähnlichkeit

Gleiche oder ähnliche Formen werden leichter als Einheit empfunden.

Geschlossenheit

Eine Gruppe von Formen, die durch Linien umschlossen und von anderen umliegenden Formen abgegrenzt wird, wird leichter als Einheit verstanden.

Gute Fortsetzung

Formen, die eine Linie bilden, werden leichter wahrgenommen – unabhängig davon, ob diese Linie gerade oder gekrümmt ist oder sich mit anderen Linien kreuzt.

Symmetrie / gemeinsames Schicksal

Formen, die sich gleichartig, bzw. symmetrisch verhalten oder sich in die gleiche Richtung bewegen, werden leichter wahrgenommen.

Erfahrung

Fehlende Teile einer oder mehrerer Formen werden durch Erfahrung und Bekanntheit einer bestimmten Form imaginär ergänzt und leichter erkannt.

4.2. Einsatz der Gestaltprinzipien im Smart Home

Ein Wohnraum ist bereits nach bestimmten Gestaltprinzipien unterteilt: einzelne Räume folgen dem Prinzip der Geschlossenheit, Möbel, die beieinander stehen dem Prinzip der Nähe. Eine Küche besteht meist aus mehreren Korpussen, die sich für gewöhnlich gleichen und dadurch als eine Einheit wahrgenommen werden.

Um sich auch dem Prinzip der Erfahrung und der Prägnanz zu Nutze zu machen, können vereinfachte Symbole für einen Raum, eine Raumkategorie oder eine Funktion innerhalb des Smart Homes stehen. Die meisten Wohnräume folgen demselben Prinzip: es gibt Schlafräumlichkeiten, Küchen, Bade-, Wohn-, Kinder- und Arbeitszimmer. Auch Jalousien an Fenstern, Heizung- und Warmwassersteuerung bieten sich neben Sicherheitssystemen, Unterhaltungstechnik und Energieeffizienz innerhalb eines Smart-Home-Systems zur Darstellung und Bedienung an. Somit können allgemeingültige und für alle Benutzer verständliche Symbole eingeführt werden, um die Räume für die Bedienbarkeit zu unterscheiden. Nachfolgend seien ein paar Beispiele gegeben:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1 : Verschiedene Icons für den Smart Home Kontext (Freepik Company S.L.)

Diese Symbole (oder auch Piktogramme oder Icons) folgen den Prinzipien der Prägnanz, Ähnlichkeit und Symmetrie. Es ist auf einen Blick erkennbar, welche Symbole zueinander gehören, da sie je nach Set ähnlich gestaltet sind und einem gleichartigen Muster entsprechen. Außerdem sind sie die dargestellten Objekte stark vereinfacht visualisiert, sodass die Nutzer auch aus ihrer Erfahrung erkennen können, was genau damit gemeint ist.

Bernhard Preim und Raimund Dachselt fassen in ihrer Einführung in interaktive Systeme eine Liste von Eigenschaften aus unterschiedlichen Quellen zusammen, die bei dem Entwurf von Icons betrachtet werden sollten (Preim & Dachselt, 2010):

- Einfach und klar
- Verständlich
- Einprägsam
- Klarer Kontrast zum Hintergrund (ggf. mit eigener Hintergrundfarbe)
- Leicht unterscheidbar
- Im selektierten Zustand von den anderen Icons im Kontext abgehoben

[...]

Ende der Leseprobe aus 27 Seiten

Details

Titel
Smart Home Systeme und ihre grafische Visualisierung
Untertitel
Eine medieninformatische Untersuchung
Hochschule
Fachhochschule Lübeck
Note
1,3
Autor
Jahr
2019
Seiten
27
Katalognummer
V471258
ISBN (eBook)
9783668960985
ISBN (Buch)
9783668960992
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Visualisierung, Smart Home, Gestaltprinzipien, Tangible User Interfaces, HCI, Multimodalität, Agenten, Virtuality
Arbeit zitieren
Christine Mitsch (Autor), 2019, Smart Home Systeme und ihre grafische Visualisierung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/471258

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Titel: Smart Home Systeme und ihre grafische Visualisierung


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