Multitouch and Beyond

Box zur Kraftzerlegung

Die zweite Box wird die Kraftzerlegung der Gewichtskraft in Normalkraft und Hangabtriebskraft erklären und bei Bedarf visualisieren. Auch hier werden einleitend Definitionen und Erklärungen geliefert. In den nächsten Schritten kann dann die Herleitung der Normalkraft und der Hangabtriebskraft nachvollzogen werden, um anschließend Werte in die Formeln einzusetzen und damit zu rechnen.

Um die Formeln für die Kräfte zu erklären (FH –> FG x sinα und FN–> FG x cosα) sieht unser Konzept kurze Animationen vor, die der Nutzer sich bei Bedarf einblenden lassen kann. Dabei werden die Winkel der schiefen Ebene abgetragen und aufgezeigt, wo der Winkel sich in dem Kräftedreieck wieder findet. So kann die Formel besser nachvollzogen werden. Zur Veranschaulichung kann der Nutzer sich auch hier die Kraftvektoren, der Normal- und der Hangabtriebskraft, an die Kugel auf der schiefen Ebene antragen lassen.

Tooltipps

Begriffe wie sinα, cosα oder Einheiten wie Newton werden in Tooltipps noch ein mal kurz und knapp erklärt und somit in Erinnerung gerufen. Um sich die Tooltipps anzeigen zu lassen, muss der Nutzer auf den jeweiligen Begriff klicken. Das Wissen darüber wo sich eine Ankathete, Gegenkathete oder Hypotenuse befindet, wird jedoch voraus gesetzt und nicht noch einmal vor Ort erklärt. Sollte es damit jedoch trotzdem noch Probleme geben, können solche Dinge in dem “Spickzettel” nachgesehen werden. Diesen findet der Nutzer, wenn er das “Blatt”, auf dem sich die schiefe Ebene befindet, an der unteren rechten Ecke hochhebt.

Box zur Gewichtskraft

In der ersten Box wird die Gewichtskraft definiert und erklärt. Dazu muss zunächst einmal definiert werden, wie sich eine Kraft zusammensetzt. Da Kraft sich durch Masse x Beschleunigung definert, wird auch die Beschleunigung eingeführt. Anschließend wird mit konkreten Werten gerechnet und das Ergebnis wird in Newton angegeben.

Wenn man das möchte, kann man sich die Visualisierung der Gewichtskraft einschalten. Dies funktioniert über einen Schalter innerhalb der Box. Ist die Visualisierung eingeschaltet, wird ein Kraftvektor direkt an der Kugel angetragen. Ein Icon in der Kopfleiste der Box zeigt an, dass die Einstellung hier möglich ist. Verstärkt wird dieser Hinweis durch eine farbliche Kodierung.

Die Boxen sind an eine Karteikartenmetapher angelehnt. So gibt es auch innerhalb der Boxen eine Abstraktionssteigerung, die der Nutzer sich nach und nach anzeigen lassen kann, indem er die Bereiche ein oder ausklappt. Die einzelnen Themen (Boxen) sind ebenfalls mit einem Farbspektrum versehen. Die Gewichtskraft ist Orange-gelb.

Wie bereits erwähnt soll die Masse der Kugel auf der schiefen Ebene verstellbar sein, sodass sich dadurch Auswirkungen auf andere Größen ergeben. Wir haben einige Visualisierungen der Einstellung durchgespielt und finden folgende für am Besten geeignet:

Schieberegler zum Einstellen der Masse

Sobald auf die Kugel getippt (“geklickt”) wird, erscheint ein größerer Einstellungsring um die Kugel herum, der die Kugel in sein Zentrum nimmt. Durch einen Schieberegler auf dem Ring kann nun das Gewicht und damit die Masse der Kugel verstellt werden, da die Kugel an sich nur schwerer und nicht größer wird. Wird der Schieberegler mit dem Uhrzeigersinn bewegt gewinnt die Kugel an Masse, gegen den Uhrzeigersinn verliert sie an Masse. Das aktuelle Gewicht der Kugel wird in Kilogramm über der Kugel angezeigt.

Die Masse wird durch Farben zusätzlich visualisiert. Es gibt Einstellungsmöglichkeiten zwischen 1 und 25kg. Dabei reicht das Farbspektrum von Hellblau (sehr leicht) über Blau (leicht), Dunkelblau (schwer) nach Schwarz (sehr schwer).

Tippt man erneut auf die Kugel, wird die Einstellung gespeichert und der Einstellungsring verschwindet.

Grobkonzept

Jetzt kommt das Grobkonzept auf den Tisch:

Die schiefe Ebene und die Kugel sollen durch den Nutzer erst einmal per Gestenerkennung auf den Tisch gezeichnet werden. Wie das funktioniert, lässt sich in vorherigen Blogeinträgen nachlesen. Das Konzept sieht vor, dass der Nutzer nur die Basisgrößen direkt verändern kann. Also Höhe und Länge der schiefen Ebene, sowie auch die Masse, indem er das Gewicht der Kugel verändern kann. Diese Größen lassen sich auch in der richtigen Welt verändern. Indirekt beeinflusst er durch eine Änderung natürlich auch bspw. den Winkel der schiefen Ebene oder die Geschwindigkeit der Kugel. Allerdings soll dies immer nur ein Resultat anderer Veränderungen sein.

Die schiefe Ebene ist im rechten Winkel fix, die anderen Winkel sind jedoch über die Anfasser an den Ecken verstellbar, indem eine andere Höhe oder Länge der schiefen Ebene eingestellt wird.

Die weitere Wissenvermittlung soll immer mehr an Abstraktion gewinnen. Der Erkärungs- und Berechnungs-Prozess ist in einzelne Bereiche untergliedert, die in verschiebbaren Boxen dargestellt werden. Diese sind jedoch, unabhängig davon wo sie hinverschoben werden, mit Pfeilen verbunden, sodass man einen roten Faden aufgezeigt bekommt, der Schritt für Schritt, Wissen vermittelt. Die Bereiche sind folgendermaßen aufgeteilt:

1. Größen, Basisgrößen (Erklärung und Berechnung von Länge, Masse, Höhe);
2. Größen, abgeleitete Größen (Erklärung und Berechnung von Kraft und Gewichtskraft);
3. Kraftzerlegung (Erklärung und Berechnung von Hangabtriebskraft, Normalkraft);
4. Einheiten, Formeln (Erklärung und Berechnung von Geschwindigkeit, Beschleunigung, etc.,  ohne Reibungskräfte und bei gleichbleibender Beschleunigung mit den Bedingungen auf der Erde)

Gestaltung

Gestalterisch haben wir uns auch schon ein paar Gedanken gemacht. Das ganze soll das “Look and Feel” eines typischen Collegeblocks bekommen. Dies kann z.B. durch Strichzeichnungen und einem Hintergrund aus zerknüllten Papier geschehen. Die Anwendung soll an schulische Zeiten erinnern, gleichzeitig das Thema aber auflockern und spielerisch darstellen. Durch die Gestaltung der Anwendung wollen wir die Nutzer auch zum Experimentieren, “Kritzeln” und Entdecken animieren.

Parallel zur Arbeit am Konzept haben wir auch unseren Prototypen zur Gesten Erkennung nochmals verbessert. Folgendes ist neu:

• Es werden nur noch Gesten verarbeitet, die zu mind. 75% mit einer Vorlage übereinstimmen
• Es gibt mehrere Vorlagen für die beiden Elemente, damit schlecht gezeichnete Umrisse besser erkannt werden
• Die Objekte lassten sich einfach per Drag n’ Drop verschieben
• Es gibt eine Begrenzung, damit Elemente nur auf der Bühne verschoben werden können

Weiter werden wir den Prototyp aber nicht mehr ausbauen. Statt dessen werden wir als nächstes mit 2D Physik-Engines für Flash experimentieren.

Update (19.05): Es gibt auch noch zwei weitere, vielversprechende Algorythmen zur Gesten-Erkennung:

• Simple Gesture Recognition in AS3 von Arnaud Icard
  (Schöne Animation und einfache Implementierung unter AS3)
• $N Multistroke Recognizer in JavaScript
  (Erkennung von mehreren, nicht-zusammenhängend gezeichneten Strichen. Bisher leider nur für JavaScript.)