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STUFE9

STUFE9 | Entwurf

Adrian Wendt, 01.06.2012 | Hardware & Software Sketching bei Prof. Christine Goutrié

STUFE9 | Präsentation

STUFE9 | Prozess

Fingerübungen halfen zu verstehen, wie eine LED-Matrix funktioniert. Zunächst wurden per Arduino 2×8 LEDs angesprochen. Anhand des erarbeiteten Prinzips, Zeilen und Spalten anzusprechen, wurde schließlich eine Matrix mit 64 einzeln ansteuerbaren LEDs entwickelt. Um einheitliche LED-Matrizen zu ermöglichen, entwickelte der Kurs ein CNC-Gefrästes Lochrasterbrett zum Einstecken der LEDs und eine per 3D-Druck angefertigte Biegevorrichtung für Anode und Kathode der einzelnen LEDs.

Aus vielen Konzeptvarianten wurde in der Diskussion die für das Kursthema interessanteste Idee erkannt und im nächsten Schritt weiterentwickelt.

Favorisierter Entwurf: „Fang den Pixel“

Fangen spielen kennt jeder. Zahllose Computerspiele beschäftigen sich mit diesem Thema. Vom Verfolgen eines Gegners mit seinem Avatar zu Fuß bis hin zur futuristischen Raumschiffverfolgungsjagd ist alles vertreten. Doch kann auch eine reduzierte, abstrakte Variante des Spiels überzeugen? Ich möchte zeigen, dass auch eine Umsetzung mit einfachen Mitteln der Darstellung und Steuerung Spaß machen kann.
Darüber hinaus interessiert mich persönlich die Technik des Lage- und Beschleunigungssensors, die mittlerweile in jedem modernen Smartphone und vielen Spielekonsolen oder Controllern verbaut ist. Sie findet in vielerlei Spielen als Joystick oder Tastenkreuz Anwendung.

Idee & Umsetzung

Eine aus 64 roten LEDs zusammengelötete Leuchtmatrix wird mit Hilfe eines Beschleunigungssensors über ein Arduino Board gesteuert. Das Spiel muss zur Steuerung in den Händen gehalten und geneigt werden. Die Technik befindet sich in einem handgerechten, zweiteiligen Gehäuse. Die Erstellung des Gehäuses wird in einem Separaten Abschnitt auf dieser Website behandelt.

Wie STUFE9 gespielt wird

Die Neigung des Spielbrettes wird sensorisch erfasst und auf einen Pixel auf dem Display übertragen. Mit diesem muss ein anderer, feststehender Punkt gefangen werden. Je höher die erreichte Stufe, desto weniger Zeit steht zur Verfügung. Läuft die Zeit aus, steigt man ein Level ab. Als gewollter Nebeneffekt setzt sich das Spiel innerhalb kurzer Zeit nach nichtgebrauch auf Stufe 0 zurück, sodass der nächste Spieler von vorn beginnen kann.

Storyboard

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Bereitschaftsmodus. Das Spiel liegt auf einem Tisch. Die Matrix zeigt mit einem Lauflicht eine Animation, die dazu anregen soll, mit dem Gerät zu interagieren.

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Spielbeginn. Der Spieler hat das Gerät aufgenommen und sieht zwei aktive LEDs – eine dauerhaft leuchtende, und eine blinkende. Es bedarf keiner Anleitung: Durch die Bewegung des Spielobjekts erkennt der Spieler die Funktionsweise sehr schnell explorativ. Der nicht blinkende Punkt bewegt sich entsprechend der Neigung des Objekts.

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Das Spielprinzip ist schnell erkannt: Einzig mögliche Aktion ist, zu versuchen, den Punkt mit dem Blinkenden kollidieren zu lassen. Gerät der bewegliche Punkt an den Rand, so bleibt er dort, wenn er nicht durch Kippen des Spielobjekts zum Umkehren bewegt wird. Die Bewegung des Punktes ist ähnlich eines kleinen Balls auf einem Tablett, geschieht also relativ und nicht absolut.

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Hat der Spieler es geschafft, den Punkt zu „fangen“, beginnt ein zufällig gewählter anderer Punkt zu blinken, zu dem gesteuert werden muss. Ist eine Blinkende LED durch die gesteuerte LED berührt und damit ausgeschaltet worden, ist das nächste Level erreicht. Erkenntlich wird dies durch die Sieben-Segment LED-Anzeige oberhalb des Spielfeldes, welche die aktuell erreichte Stufe als Ziffer wiedergibt. Zusätzlich wird für eine kurze Zeit der im Gehäuse verbaute Vibrationsmotor für eine Sekunde aktiviert, um dem Spieler ein haptisches Feedback zu geben.

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Das Blinken des zu fangenden Punktes dient zusätzlich als Zeitanzeige. Schafft der Spieler es nicht, ihn innerhalb einer vorgegebenen Zeit zu fangen, fällt er ein Level zurück – erkennbar an Segmentanzeige und einem sehr kurzen, unrund taumelnden Vibrationsfeedback unter einer halben Sekunde.
Level 1 hat keine Zeitbegrenzung. Die Ablaufende Zeit, in der es möglich ist ein Level durch fangen des Punktes aufzusteigen, wird durch die Blinkfrequenz deutlich gemacht. Je weniger Zeit noch übrig ist, bis man ein Level zurückfällt, desto schneller Blinkt die Ziffer. Je höher das Level, desto höher der Schwierigkeitsgrad: Mit jeder erreichten Stufe verringert sich die Zeitspanne in der es möglich ist, den blinkenden Punkt zu fangen ohne eine Stufe abzusteigen.

Es gibt insgesamt neun Level. Hat der Spieler es geschafft, in Level neun den Punkt zu fangen, zeigt die LED-Matrix eine grafisch ansprechende Animation. Gleichzeitig wird der Vibrationsmotor für vier Sekunden aktiviert.

Wird das Spielgerät über einen Zeitraum von zehn Sekunden nicht bewegt, zeigt die Matrix eine Pausenanimation, bis sie wieder aufgenommen wird.

STUFE9 | ESSAY: "ATOMS+BITS=THE NEUE CRAFT"

Bits umgeben uns und sind Teil des menschlichen Lebens geworden. Die Digitaluhr an unserem Handgelenk, das Smartphone in unserer Hosentasche, die Mikrowelle in unserer Küche, unsere Autos, Spiele, Musik. Zeit, Kommunikation, Nahrung, Mobilität & Kultur – ermöglicht durch Chips, die elektrische Signale verarbeiten und erzeugen. Bits selbst nützen dem Menschen nicht, sondern sind stets Vehikel. Bits müssen in analoge Signale – Atome – dekodiert werden, damit sie von den menschlichen Sinnen verständlich sind. Erst die Rückverbindung mit den Atomen rechtfertigt die Existenz von Bits und verleiht ihnen einen Sinn. Ähnlich wie Bargeld einen vernachlässigbaren realen Wert hat, manifestiert sich der Wert von Bits erst in deren Resultat, das vielerlei Formen annehmen kann. Diese Formen werden durch das jeweilige Ausgabemedium bestimmt: Bildschirme geben Licht aus, Drucker Farbe, Motoren physische Bewegung. Die stetige Verbesserung und die wachsende Verbreitung führen zu einem immer unabhängiger werdenden Verbraucher (Man führe sich die Zunahme der Internetkäufe vor Augen – Oftmals informiert sich der Käufer lieber online selbst als im Fachhandel). Dabei steigt die Abhängigkeit des Menschen von Technologien.
Zur Nutzung der Technik bedarf es einer Steuerung, welches die Kommunikation zwischen Mensch und Technik ermöglicht. Diese ist heutzutage meist softwarebasiert und wird an einem Computer mit der Maus bedient. Die Einfachheit der Steuerung und die Features der Software unter Berücksichtigung des Anwendungszwecks und der Nutzergruppe sind maßgeblicher Faktor für die Qualität des Resultats, dem Produkts aus Atomen. Erst die Bedienbarkeit verleiht der Technik eine Bedeutung, der je nach Art der Bedienungsweise und -Möglichkeiten unterschiedlich sein kann.
Der Verbraucher erwartet von der Technik, dass sie immer funktioneller wird, gleichzeitig aber immer einfacher zu bedienen ist. Dies ist auf den ersten Blick natürlich nachvollziehbar – Produkte sollen eine Evolution durchleben, und es muss stets neue Kaufanreize geben. Andererseits liegt genau hier eine Kernproblematik des Interface- und Interactiondesigns. Je mehr Features, desto schwieriger ist es eine gute Bedienbarkeit zu implementieren. Je höher die Anforderungen an eine einfache Bedienung, desto schwieriger die Unterbringung einer Vielzahl von (sinnvollen!) Features.

Neue Technologien und deren Verbreitung bieten die Möglichkeit, neue Wege der Interaktion zu gehen, resp. eine neue Verbindung zwischen Bits und Atomen zu schaffen. Das Nutzungserlebnis kann beispielsweise ein vermeintlich antikes Spiel ganz neu definieren. Anwendungen gibt es vor allem in der Welt der Computerspiele zahlreich. Ein Musterbeispiel: Nintendos Wii konnte bei der Markteinführung im Vergleich zu anderen Spielkonsolen kaum mit verbesserter Grafik punkten, war aber wegen des neuartigen Interaktionskonzepts ein Erfolg. Die Wii-Fernbedienung ermöglicht eine Steuerung durch Lage- und Neigungsveränderungen. Das wiederum eröffnete neue Verwendungsmöglichkeiten der Spielkonsole, die einen nun sogar beim Fitnesstraining unterstützen konnte. Gleichzeitig wurde der Abstraktionsgrad der Steuerung gesenkt, was wiederum neuen, vorwiegend älteren Nutzergruppen den Einstieg in die Welt der Videospiele ermöglichte. Die Hemmschwelle der Komplexen Steuerung wurde erfolgreich überwunden.

Doch auch die Abstraktion kann in gewissem Maße genussbringend sein und stellt eine willkommene Herausforderung dar. Die Verbindung von natürlichen Gesten mit einem unerwartetem Resultat dieser ist ein interessanter Anreiz zur Auseinandersetzung mit einem spielerischen Problem.

Maeda betont in seinem Vortrag “Atoms + Bits = the neue Craft” auch, dass das Schaffen von realen Objekten einen spirituellen Wert besitzt, der durch die zunehmende Computerarbeit verloren geht. Dies wirkt sich auf die Qualität der Objekte aus. Gefragt sind nun Kreative, die Erfahrung des Nutzers bei der Interaktion mit Computertechnologie zu konkretisieren und im weitesten Sinne natürlicher und erlebbarer zu gestalten. Eine menschliche Interaktionsweise mit dem Handwerks schafft ein gutes Endprodukt.

Point&Click-Interfaces zur Erstellung von Programmcode sind defintiv eine Erleichterung. Gerade für visuell orientierte Menschen ist es so sehr leicht, schnell zu einem befriedigenden Ergebnis zu gelangen. Dennoch neigt man dazu, nicht alle Möglichkeiten auszureizen oder gar sich diesen Möglichkeiten Bewusst zu sein, da der Weg der Erstellung durch die vereinfachte Bedienung stets eingeschränkt wird. Ganz abgesehen davon, dass ohne das Grundlegende Verständnis der dahinterstehenden Logik trotz vermeintlich einfachem Bedienkonzept Fehler entstehen können, die für den unerfahrenen Nutzer unverständlich sind und somit unlösbar zu sein scheinen.

Stark vereinfachte Prozesse in Programmen für Kreative verführen dazu, nur zu verbessern, anstatt das Problem grundlegend zu betrachtet und eine ganz neue Lösungsweise zu erarbeiten. Es braucht nicht immer, aber doch meist einen ganz neuen Ansatz und damit einhergehend einen anderen Blickwinkel, um ein Anderes, im Idealfall auch besseres Konzept zu kreieren.

 

Im Laufe des Projektes, dem dieses Essay als Einleitung dienen soll, möchte ich versuchen, den Gestaltungsprozess der LED-Matrix mitsamt Programmierung als Handwerk zu begreifen.

Quelle: http://tv.adobe.com/watch/adobe-museum-of-digital-media/john-maeda, Februar 2011, Letzter Aufruf 30.07.2012

STUFE9 | Analoge Pixelbilder 2D

Unterschiedlich dicht ausgeführte, hastige Schraffuren bilden die Pixel. Das Raster bildet Rechenpapier aus einem alten Mathematikschreibheft. Die Kombination aus Unsauberkeit der Linienführung in Kombination mit dem gerasterten Papier und den nummerierten Kästchen lässt den Betrachter an eine Schulaufgabe denken. Und immerhin wurde hier die Auflösung des Bildes berechnet.

Pixel: Tinte
Auflösung: 4 dpi
Material: Rechenpapier

Sicher kein Banksy, aber auch Stencilgraffiti. Die Schablonen wurden mit Hilfe des Computers erzeugt: Pro Pixelfarbe wird eine passende Schablone ausgedruckt und dann per Hand geschnitten. Anschließend wird nach und nach jede Schablone gesprüht.

Pixel: Sprühlack
Auflösung: 4 dpi
Material: Verpackungskarton

Gleichmäßige Raster eignen sich am Besten für Pixel. Anstatt die Schrauben als dreidimensionale Objekte zu begreifen, die je nach Eindrehtiefe einen bestimmten Grauwert wiedergeben, wird einfach mit dem Schraubenkopf gestempelt. Verschiedene Grauwerte erzeugen virtuell die Höhenunterschiede der einzelnen Schrauben.

Pixel: Acrylfarbe
Auflösung: 4 dpi
Material: Zeichenkarton

STUFE9 | Analoge Pixelbilder 3D

Knäckebrot in verschiedenen Stufen getoastet, in Pixel gesägt und zu einem Bild arrangiert. Nicht essbar – die Einzelteile sind mit Klebstoff auf Karton aufgebracht.

Pixel: Knäckebrot
Auflösung: 4 dpi
Material: Karton

Quadratische Fliesen dienen als Pixel. In unterschiedlichen Farbtönen bemalt, wird ein Bild sichtbar.

Pixel: Fliesen
Auflösung: 4 dpi
Material: Wasserfarbe

Transparentpapier überlagert schwarze Pixel null bis fünffach und hellt sie somit stufenweise auf. Als Abstandhalter zwischen den einzelnen Lagen dienen Rahmen aus 1 mm dicken Karton.

Pixel: Druckertinte
Auflösung: 8 dpi
Material: Transparentpapier

STUFE9 | Digitale Pixelbilder

Einfach reduzierte Bildauflösung.

Pixel: Farbflächen
Auflösung: 4 dpi
Material: Licht

Ein Bild aus Bildern. Auf http://flashmonkey.co.uk/flash/collagecreator/ bietet der Autor eine Flashapplikation an. Ein vom Nutzer hochgeladenes Foto wird in Segmente unterteilt. Das Script findet Fotos mit ähnlichen Farbwerten & bildet sie an den jeweiligen Stellen ab.

Pixel: Bilder
Auflösung: 4 dpi
Material: Licht

Verschiedene Zylinder, CAD generiert mit Hilfe des Grasshopperplugins für Rhinoceros. Größe und Radius lassen sich mit einem per Arduino Angeschlossenen Potentiometer modifizieren.

Pixel: 3D-Zylinder
Auflösung: 4 dpi
Material: Licht

STUFE9 | Ausblick

Stufe9 macht Spaß. Das zeigte sich schon in der Phase der Feinabstimmung des Schwierigkeitsgrads per Programmcode. Jeder, der Interesse Zeigte, konnte das Spiel ausprobieren und diente damit gleichzeitig, die Ablaufzeit der Level zu beurteilen und anzupassen. Auch auf der SiNNflut-Ausstellung gab es positive Resonanz, Jung und Alt hatte Vergnügen am digitalisierten Katz&Maus-Spiel. Sollte man Stufe9 dennoch überarbeiten? Theoretisch gibt es am eigentlichen Objekt nicht viel zu verbessern, das Spiel lebt von seiner Einfachheit und der Reduktion aufs wesentliche Spielprinzip. Natürlich ließen sich weitere Features wie Soundeffekte per Lautsprecher oder ein integrierter Akku implementieren, was das Gerät an sich noch ein Stück interessanter beziehungsweise wohnzimmertauglicher machen würde. Die Funktionalität lässt sich immer erweitern. Eine weitere Segmentanzeige würde die Anzahl der Level auf maximal 99 erhöhen können.
Mit einer zweiten Matrix und Datenübertragung zwischen beiden Geräten könnte ein Spieler die Maus, der andere die Katze steuern. Die Segmentziffer würde dann genauso der Anzeige des Punktestandes dienen – wer als erster den neunmal hintereinander gefangen hat, gewinnt. Eine andere Variante wäre, gemeinsam mit zwei Matrizen die Maus zu fangen. Keine einfache Übung, da beide LEDs die gleiche Farbe hätten – es sei denn, man baut eine RGB-LED-Matrix in das Gehäuse ein, die entsprechend schwieriger anzusteuern wäre. Stets kann man Spiele dieser Art durch Änderung der Abmessungen modifizieren. Wäre Stufe9 beispielsweise sehr groß, müssten mindestens zwei Leute zur gleichen Zeit spielen, um das Gerät überhaupt halten zu können. So entstehen lustige gemeinsame Momente und gleichzeitig wird die Konzentration auf die Zusammenarbeit beansprucht. Auch eine Miniatur des Spiels wäre interessant und würde wiederum die Feinmotorik beanspruchen. Und ein gutes Geschenk für Begeisterte Arduino-Prototyper abgeben (was freilich auch bei der aktuellen Variante gegeben wäre).

28.06.2013 | Adrian Wendt |