Semantic multimedia remote display for mobile thin clients

Current remote display technologies for mobile thin clients convert practically all types of graphical content into sequences of images rendered by the client. Consequently, important information concerning the content semantics is lost. The present paper goes beyond this bottleneck by developing a semantic multimedia remote display. The principle consists of representing the graphical content as a real-time interactive multimedia scene graph. The underlying architecture features novel components for scene-graph creation and management, as well as for user interactivity handling. The experimental setup considers the Linux X windows system and BiFS/LASeR multimedia scene technologies on the server and client sides, respectively. The implemented solution was benchmarked against currently deployed solutions (VNC and Microsoft-RDP), by considering text editing and WWW browsing applications. The quantitative assessments demonstrate: (1) visual quality expressed by seven objective metrics, e.g., PSNR values between 30 and 42 dB or SSIM values larger than 0.9999; (2) downlink bandwidth gain factors ranging from 2 to 60; (3) real-time user event management expressed by network round-trip time reduction by factors of 4-6 and by uplink bandwidth gain factors from 3 to 10; (4) feasible CPU activity, larger than in the RDP case but reduced by a factor of 1.5 with respect to the VNC-HEXTILE

Army-NASA aircrew/aircraft integration program (A3I) software detailed design document, phase 3

The capabilities and design approach of the MIDAS (Man-machine Integration Design and Analysis System) computer-aided engineering (CAE) workstation under development by the Army-NASA Aircrew/Aircraft Integration Program is detailed. This workstation uses graphic, symbolic, and numeric prototyping tools and human performance models as part of an integrated design/analysis environment for crewstation human engineering. Developed incrementally, the requirements and design for Phase 3 (Dec. 1987 to Jun. 1989) are described. Software tools/models developed or significantly modified during this phase included: an interactive 3-D graphic cockpit design editor; multiple-perspective graphic views to observe simulation scenarios; symbolic methods to model the mission decomposition, equipment functions, pilot tasking and loading, as well as control the simulation; a 3-D dynamic anthropometric model; an intermachine communications package; and a training assessment component. These components were successfully used during Phase 3 to demonstrate the complex interactions and human engineering findings involved with a proposed cockpit communications design change in a simulated AH-64A Apache helicopter/mission that maps to empirical data from a similar study and AH-1 Cobra flight test

Image Morphing

Morphing is also used in the gaming industry to add engaging animation to video games and computer games. However, morphing techniques are not limited only to entertainment purposes. Morphing is a powerful tool that can enhance many multimedia projects such as presentations, education, electronic book illustrations, and computer-based training

Holographic enhanced remote sensing system

The Holographic Enhanced Remote Sensing System (HERSS) consists of three primary subsystems: (1) an Image Acquisition System (IAS); (2) a Digital Image Processing System (DIPS); and (3) a Holographic Generation System (HGS) which multiply exposes a thermoplastic recording medium with sequential 2-D depth slices that are displayed on a Spatial Light Modulator (SLM). Full-parallax holograms were successfully generated by superimposing SLM images onto the thermoplastic and photopolymer. An improved HGS configuration utilizes the phase conjugate recording configuration, the 3-SLM-stacking technique, and the photopolymer. The holographic volume size is currently limited to the physical size of the SLM. A larger-format SLM is necessary to meet the desired 6 inch holographic volume. A photopolymer with an increased photospeed is required to ultimately meet a display update rate of less than 30 seconds. It is projected that the latter two technology developments will occur in the near future. While the IAS and DIPS subsystems were unable to meet NASA goals, an alternative technology is now available to perform the IAS/DIPS functions. Specifically, a laser range scanner can be utilized to build the HGS numerical database of the objects at the remote work site

Interacting "Through the Display"

The increasing availability of displays at lower costs has led to a proliferation of such in our everyday lives. Additionally, mobile devices are ready to hand and have been proposed as interaction devices for external screens. However, only their input mechanism was taken into account without considering three additional factors in environments hosting several displays: first, a connection needs to be established to the desired target display (modality). Second, screens in the environment may be re-arranged (flexibility). And third, displays may be out of the user’s reach (distance). In our research we aim to overcome the problems resulting from these characteristics. The overall goal is a new interaction model that allows for (1) a non-modal connection mechanism for impromptu use on various displays in the environment, (2) interaction on and across displays in highly flexible environments, and (3) interacting at variable distances. In this work we propose a new interaction model called through the display interaction which enables users to interact with remote content on their personal device in an absolute and direct fashion. To gain a better understanding of the effects of the additional characteristics, we implemented two prototypes each of which investigates a different distance to the target display: LucidDisplay allows users to place their mobile device directly on top of a larger external screen. MobileVue on the other hand enables users to interact with an external screen at a distance. In each of these prototypes we analyzed their effects on the remaining two criteria – namely the modality of the connection mechanism as well as the flexibility of the environment. With the findings gained in this initial phase we designed Shoot & Copy, a system that allows the detection of screens purely based on their visual content. Users aim their personal device’s camera at the target display which then appears in live video shown in the viewfinder. To select an item, users take a picture which is analyzed to determine the targeted region. We further extended this approach to multiple displays by using a centralized component serving as gateway to the display environment. In Tap & Drop we refined this prototype to support real-time feedback. Instead of taking pictures, users can now aim their mobile device at the display resulting and start interacting immediately. In doing so, we broke the rigid sequential interaction of content selection and content manipulation. Both prototypes allow for (1) connections in a non-modal way (i.e., aim at the display and start interacting with it) from the user’s point of view and (2) fully flexible environments (i.e., the mobile device tracks itself with respect to displays in the environment). However, the wide-angle lenses and thus greater field of views of current mobile devices still do not allow for variable distances. In Touch Projector, we overcome this limitation by introducing zooming in combination with temporarily freezing the video image. Based on our extensions to taxonomy of mobile device interaction on external displays, we created a refined model of interacting through the display for mobile use. It enables users to interact impromptu without explicitly establishing a connection to the target display (non-modal). As the mobile device tracks itself with respect to displays in the environment, the model further allows for full flexibility of the environment (i.e., displays can be re-arranged without affecting on the interaction). And above all, users can interact with external displays regardless of their actual size at variable distances without any loss of accuracy.Die steigende Verfügbarkeit von Bildschirmen hat zu deren Verbreitung in unserem Alltag geführt. Ferner sind mobile Geräte immer griffbereit und wurden bereits als Interaktionsgeräte für zusätzliche Bildschirme vorgeschlagen. Es wurden jedoch nur Eingabemechanismen berücksichtigt ohne näher auf drei weitere Faktoren in Umgebungen mit mehreren Bildschirmen einzugehen: (1) Beide Geräte müssen verbunden werden (Modalität). (2) Bildschirme können in solchen Umgebungen umgeordnet werden (Flexibilität). (3) Monitore können außer Reichweite sein (Distanz). Wir streben an, die Probleme, die durch diese Eigenschaften auftreten, zu lösen. Das übergeordnete Ziel ist ein Interaktionsmodell, das einen nicht-modalen Verbindungsaufbau für spontane Verwendung von Bildschirmen in solchen Umgebungen, (2) Interaktion auf und zwischen Bildschirmen in flexiblen Umgebungen, und (3) Interaktionen in variablen Distanzen erlaubt. Wir stellen ein Modell (Interaktion durch den Bildschirm) vor, mit dem Benutzer mit entfernten Inhalten in direkter und absoluter Weise auf ihrem Mobilgerät interagieren können. Um die Effekte der hinzugefügten Charakteristiken besser zu verstehen, haben wir zwei Prototypen für unterschiedliche Distanzen implementiert: LucidDisplay erlaubt Benutzern ihr mobiles Gerät auf einen größeren, sekundären Bildschirm zu legen. Gegensätzlich dazu ermöglicht MobileVue die Interaktion mit einem zusätzlichen Monitor in einer gewissen Entfernung. In beiden Prototypen haben wir dann die Effekte der verbleibenden zwei Kriterien (d.h. Modalität des Verbindungsaufbaus und Flexibilität der Umgebung) analysiert. Mit den in dieser ersten Phase erhaltenen Ergebnissen haben wir Shoot & Copy entworfen. Dieser Prototyp erlaubt die Erkennung von Bildschirmen einzig über deren visuellen Inhalt. Benutzer zeigen mit der Kamera ihres Mobilgeräts auf einen Bildschirm dessen Inhalt dann in Form von Video im Sucher dargestellt wird. Durch die Aufnahme eines Bildes (und der darauf folgenden Analyse) wird Inhalt ausgewählt. Wir haben dieses Konzept zudem auf mehrere Bildschirme erweitert, indem wir eine zentrale Instanz verwendet haben, die als Schnittstelle zur Umgebung agiert. Mit Tap & Drop haben wir den Prototyp verfeinert, um Echtzeit-Feedback zu ermöglichen. Anstelle der Bildaufnahme können Benutzer nun ihr mobiles Gerät auf den Bildschirm richten und sofort interagieren. Dadurch haben wir die strikt sequentielle Interaktion (Inhalt auswählen und Inhalt manipulieren) aufgebrochen. Beide Prototypen erlauben bereits nicht-modale Verbindungsmechanismen in flexiblen Umgebungen. Die in heutigen Mobilgeräten verwendeten Weitwinkel-Objektive erlauben jedoch nach wie vor keine variablen Distanzen. Mit Touch Projector beseitigen wir diese Einschränkung, indem wir Zoomen in Kombination mit einer vorübergehenden Pausierung des Videos im Sucher einfügen. Basierend auf den Erweiterungen der Klassifizierung von Interaktionen mit zusätzlichen Bildschirmen durch mobile Geräte haben wir ein verbessertes Modell (Interaktion durch den Bildschirm) erstellt. Es erlaubt Benutzern spontan zu interagieren, ohne explizit eine Verbindung zum zweiten Bildschirm herstellen zu müssen (nicht-modal). Da das mobile Gerät seinen räumlichen Bezug zu allen Bildschirmen selbst bestimmt, erlaubt unser Modell zusätzlich volle Flexibilität in solchen Umgebungen. Darüber hinaus können Benutzer mit zusätzlichen Bildschirmen (unabhängig von deren Größe) in variablen Entfernungen interagieren

Enhanced Virtuality: Increasing the Usability and Productivity of Virtual Environments

Mit stetig steigender Bildschirmauflösung, genauerem Tracking und fallenden Preisen stehen Virtual Reality (VR) Systeme kurz davor sich erfolgreich am Markt zu etablieren. Verschiedene Werkzeuge helfen Entwicklern bei der Erstellung komplexer Interaktionen mit mehreren Benutzern innerhalb adaptiver virtueller Umgebungen. Allerdings entstehen mit der Verbreitung der VR-Systeme auch zusätzliche Herausforderungen: Diverse Eingabegeräte mit ungewohnten Formen und Tastenlayouts verhindern eine intuitive Interaktion. Darüber hinaus zwingt der eingeschränkte Funktionsumfang bestehender Software die Nutzer dazu, auf herkömmliche PC- oder Touch-basierte Systeme zurückzugreifen. Außerdem birgt die Zusammenarbeit mit anderen Anwendern am gleichen Standort Herausforderungen hinsichtlich der Kalibrierung unterschiedlicher Trackingsysteme und der Kollisionsvermeidung. Beim entfernten Zusammenarbeiten wird die Interaktion durch Latenzzeiten und Verbindungsverluste zusätzlich beeinflusst. Schließlich haben die Benutzer unterschiedliche Anforderungen an die Visualisierung von Inhalten, z.B. Größe, Ausrichtung, Farbe oder Kontrast, innerhalb der virtuellen Welten. Eine strikte Nachbildung von realen Umgebungen in VR verschenkt Potential und wird es nicht ermöglichen, die individuellen Bedürfnisse der Benutzer zu berücksichtigen. Um diese Probleme anzugehen, werden in der vorliegenden Arbeit Lösungen in den Bereichen Eingabe, Zusammenarbeit und Erweiterung von virtuellen Welten und Benutzern vorgestellt, die darauf abzielen, die Benutzerfreundlichkeit und Produktivität von VR zu erhöhen. Zunächst werden PC-basierte Hardware und Software in die virtuelle Welt übertragen, um die Vertrautheit und den Funktionsumfang bestehender Anwendungen in VR zu erhalten. Virtuelle Stellvertreter von physischen Geräten, z.B. Tastatur und Tablet, und ein VR-Modus für Anwendungen ermöglichen es dem Benutzer reale Fähigkeiten in die virtuelle Welt zu übertragen. Des Weiteren wird ein Algorithmus vorgestellt, der die Kalibrierung mehrerer ko-lokaler VR-Geräte mit hoher Genauigkeit und geringen Hardwareanforderungen und geringem Aufwand ermöglicht. Da VR-Headsets die reale Umgebung der Benutzer ausblenden, wird die Relevanz einer Ganzkörper-Avatar-Visualisierung für die Kollisionsvermeidung und das entfernte Zusammenarbeiten nachgewiesen. Darüber hinaus werden personalisierte räumliche oder zeitliche Modifikationen vorgestellt, die es erlauben, die Benutzerfreundlichkeit, Arbeitsleistung und soziale Präsenz von Benutzern zu erhöhen. Diskrepanzen zwischen den virtuellen Welten, die durch persönliche Anpassungen entstehen, werden durch Methoden der Avatar-Umlenkung (engl. redirection) kompensiert. Abschließend werden einige der Methoden und Erkenntnisse in eine beispielhafte Anwendung integriert, um deren praktische Anwendbarkeit zu verdeutlichen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass virtuelle Umgebungen auf realen Fähigkeiten und Erfahrungen aufbauen können, um eine vertraute und einfache Interaktion und Zusammenarbeit von Benutzern zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglichen individuelle Erweiterungen des virtuellen Inhalts und der Avatare Einschränkungen der realen Welt zu überwinden und das Erlebnis von VR-Umgebungen zu steigern