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App-Entwicklung für Apple-iOS am Beispiel eines Head-mounted Displays

App-Development for Apple-iOS exemplary for a Head-mounted display

  • Computer unterstützen Menschen zunehmend in Alltagssituationen. Ihre fortwährend voranschreitende Miniaturisierung erlaubt die Erschließung weiterer Einsatzmöglichkeiten und trägt zu einer wachsenden Bedeutung und Verbreitung in der Gesellschaft bei. Längst sind solche Systeme in vielerlei Alltagsgegenständen Realität und ihre Mobilität spielt eine immer größer werdende Rolle: von Laptops über Smartphones und Tablets hin zu am oder im Körper tragbaren Systemen (engl. wearable computing) wie Hörgeräte und Pulsuhren, unterstützen sie den Menschen aktiv und kontextsensitiv in ihrem Alltag. Als ein Teilgebiet des wearable computing gilt die Entwicklung von Head-mounted Displays (kurz HMD). Das sind Helme oder Brillen die dem Benutzer auf einer oder mehreren Darstellungsflächen computergenerierte Bilder (virtual reality) oder mit Zusatzinformationen versehene Aufnahmen der Umgebung (enhanced reality) präsentieren. Aktuell sind HMDs welche LC-Displays nutzen weit verbreitet, innovativer sind solche welche das Bild direkt auf die Netzhaut des Benutzers projizieren. Neuste Entwicklungen deuten auf weitere Miniaturisierung des Konzepts, hin zu Kontaktlinsen mit integriertem Bildschirm. Für die Sammlung dazustellender Daten werden eine Vielzahl Sensoren hinzugezogen, wie Head-Tracker oder GPS. Auch durch Erweiterungen im Bereich der Bedienbarkeit - zum Beispiel durch Spracheingabe über ein Mikrofon - und die Steigerung des Immersionsgefühls - zum Beispiel durch stereoskopische Bilder oder integrierte Kopfhörer - wandeln sich HMDs von einfachen Anzeigen hin zu stetig besser ausgerüsteten Geräten mit ständig wachsenden Einsatzgebieten. Längst werden HMDs in einer Vielzahl von Feldern benutzt. rnIm Vordergrund dieser Arbeit steht der Entwurf und die Erstellung einer Anwendung für das Betriebssystem Apple iOS 5, als softwaretechnischen Beitrag zur Entwicklung eines HMD auf Basis von Apple-Mobilgeräten mit hochauflösendem Retina Display. Das RollerCoaster2000-Projekt soll zur Darstellung des grafischen Inhalts genutzt werden, aus Gründen einer freien Lizenz, frei zugänglichen Quellcodes sowie einer effizienten OpenGL-ES-Portierung. Dabei soll ein leichter Austausch oder die Erweiterung dieses grafischen Grundgerüsts gegeben sein um die Einsatzmöglichkeiten des HMD zu erhöhen. Über die reine Nutzung als Darstellungsmedium soll die erstellte Anwendung die vielfältigen, sensorischen Fähigkeiten und Vernetzungsmöglichkeiten aktueller Apple-Endgeräte nutzen um mehrere Geräte zu einer Datenbrille zu verbinden und die Kopfbewegungen des Benutzers auszuwerten, in der virtuellen Szene abzubilden und zwischen den Geräten synchron zu halten. Zur leichten Orientierung des Benutzers während der Bedienung soll außerdem auf die integrierte Gerätekamera zugegriffen werden. Um die Realisierung einer den Kriterien gerecht werdenden Anwendung zu ermöglichen wird in dieser Arbeit in den Bereich der iOS-Entwicklung eingeführt. Zuerst erfolgt eine Einleitung in die historischen Entwicklungen auf dem Gebiet der mobilen Entwicklung für Apple-Mobilgeräte, von der Entstehung des objektorientierten Paradigmas hin zur heutigen Ausprägung des iOS-SDK. Letzteres ergibt sich dabei aus der Summe einer Vielzahl, stark kohärenter Komponenten. Dazu gehören die Grundsteine einer jeden iOS-Applikation, die objektorientierte, dynamische und streng typisierte Sprache Objective-C sowie den durch Apple an die eigenen Bedürfnisse angepassten LLVM-Compiler und die von Apple angepasste LLVM-Laufzeitumgebung. Zudem sind das Cocoa Framework und die Entwicklungsumgebung Xcode, die zur Erstellung mobiler Anwendungen von Apple entwickelt wurden, Gegenstand dieser Arbeit. Anhand der gewonnenen Kenntnisse im Bereich der mobilen Anwendungsentwicklung werden Anforderungen an eine Anwendung für ein HMD erhoben und die Erstellung einer, diesen Kriterien genügenden, Software beschrieben.
  • Computers assist humans in many every-day situations. Their advancing miniaturisation broadens their fields of use and leads to an even higher significance and spread throughout society. Already, these small and powerful machines are wide-spread in every-day objects and the spread increases still as the mobility-aspect grows in importance. From laptops, smartphones and tables to systems worn on the body (wearable computing) or even inside the body as cyber-implants, these systems help humans actively and context-sensitively in the accomplishment of their every-day business. A part of the wearable-computing-domain is taken up by the development of Head-mounted displays (HMD). These helmets or goggles feature one or more displays enabling their users to see computer-rendered images or images of their environment enriched with computer-generated information. At the moment, most of this HMD feature LC-Displays, but newer systems start appearing that allow the projection of the image onto the user's retina. Newest break-throughs in the field of study already produced contact lenses with an integrated display. The data shown by a HMD is compiled using a multitude of sensors, like a Head-Tracker or a GPS. Increasing computational performance and miniaturisation lead to a wide spread of HMD in a lot of fields.rnThe multiple scenarios in which a HMD can be used to help improve human-perception and -interaction led the "Institut für Integrierte Naturwissenschaften" of the University of Koblenz-Landau to come up with a HMD on the basis of Apple's iOS-devices featuring Retina Displays. The high pixel density of these displays combined with condensor lenses into a HMD offer a highly immersive environment for stereoscopic imagery, while other systems only display a relatively small image projected a few feet away of the user. Furthermore, the iPhone/ iPod Touch and iPad exhibit a lot of potential given by their variety of offered sensors and computational power. While producing a similarly feature-rich HMD is very costy, using simple iPod Touches 4th Gen as the basis of a HMD results in a very inexpensive solution with a high potential. The increasing popularity and spread of Apple devices would reduce the costs even more, as users of the HMD could simply integrate their device into the system. A software designed with the specific intent to support a large variety of Apple iOS-devices that could easily be extended to support newer devices, would allow for a universal use of such a HMD-solution as the new device could simply replace an old device.rnrnThe focus of this thesis is the conception and development of an application designed for Apple's iOS 5 operating system that will be used in a HMD evolving around the use of Apple iOS-devices featuring Retina Displays. The Rollercoaster2000-project depicting a ride in a virtual rollercoaster will be used as the application's core. A server will syncronize the display of clients conntected to it which are combined to form a HMD. Furthermore the gyroscope of the iOS-devices combined into a HMD will be used to track the wearer's head-movements. Another feature will be the use of the devices cameras as a mean of orientation while wearing the HMD. As a first step in the realization of a software meeting the set specifications is the introduction of the Objective-C programming languages used to develop iOS-Applications. In conjunction with the compiler and runtime environment, Objective-C makes up the base of the second step, the introduction of the iOS-SDK. Aimed with this iOS-app-development-knowledge, the last part of the thesis consists of the ascertainment of requirements and development of a software complying to the goals of a software written specifically for the used in a HMD.

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Metadaten
Author:Gregory Catellani
URN:urn:nbn:de:kola-6429
Referee:Dieter Zöbel, Merten Joost
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Date of completion:2012/06/12
Date of publication:2012/06/12
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 4
Release Date:2012/06/12
Tag:Objective-C; Xcode; iOS; iOS 5; iOS-SDK
Objective-C; Xcode; iOS; iOS 5; iOS-SDK
Number of pages:vi, 191
Comment:
Beilagen sind auf CD-ROM in der Bibliothek erhältlich (Signatur: CD OPUS 798)!
Institutes:Fachbereich 4 / Fachbereich 4
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