Мышь Elecom M-3D1UR снабжена высокоточным лазерным сенсором с разрешением, регулируемым в диапазоне от 400 до 1600 dpi (точек на дюйм). Новинка должна заинтересовать дизайнеров, архитекторов, инженеров, а также любителей трёхмерных игр.
Возможности трехмерной лазерной мыши Elecom M-3D1UR демонстрировались на выставке Tokyo Game Show. На прилавки японских магазинов новинка должна поступила по цене около 12800 иен (примерно 110 долларов США). Появится ли модель M-3D1UR на территории Российской Федерации, пока не известно.
К недостаткам этого устройства можно отнести опять же стоимость и ограниченность действий.
3. SpaceNavigator Пожалуй самый распространенный и интересный вариант трёхмерной мыши. Является эволюцией Space Mouse которая на данный момент не производится. По заявлению разработчиков: «Этот 3D манипулятор предназначен для начинающих архитекторов, художников и тех, кто просто хочет насладиться новым опытом. Он идеально подходит для приложений Google Earth и Google SketchUp. При использовании манипулятора SpaceNavigator от фирмы 3Dconnexion в этих программах, Вы ощутите все прелести естественно-интуитивного перемещения в трехмерном виртуальном пространстве. Также легко происходит работа с трехмерными объектами в приложениях для трехмерного моделирования».
Поставляемое с 3D манипулятором программное обеспечение распознает множество различных программ и для каждой из них соответствующим образом конфигурирует устройство, избавляя пользователя от необходимости делать это вручную. SpaceNavigator имеет две настраиваемые кнопки, которые позволяют еще более ускорить работу. По умолчанию они настроены на команды "Fit" (Подогнать под размер экрана) и "Panel" (Панель управления). Команда "Fit"быстро центрирует Вашу модель или чертеж на экране и изменяет масштаб так, чтобы Вы могли полностью увидеть изображение. Команда "Panel" вызывает панель настройки устройства, в которой можно изменить параметры работы манипулятора. 
Очевидным недостатком данного манипулятора является то, что он не самостоятельный, т. е. применяется в сочетании с обычной мышью, и занимает вторую руку пользователя, которая обычно занята клавиатурой.
Интерфейс фонарика.
Главной сложностью при использовании оптических систем захвата движения является необходимость установки нескольких камер вокруг рабочей области и проведение процесса калибровки. Даже с учётом того, что необходимо осуществлять лишь захват движений рук, с учётом того, что руки пользователь держит перед собой (т. е. они всегда видны), требуется использовать как минимум две камеры. Выходом может являться закрепление камер на некотором жёстком каркасе, но можно поступить гораздо проще: сделать источник света не точечным, а протяжённым. Это позволить вычислять расстояние до маркера, опираясь на изменение видимых размеров источника света, а значит, для определения трёхмерного положения достаточно использовать всего одну камеру. Единственную же камеру можно размещать совершенно произвольно, не выполняя при этом какой-либо калибровки.
В качестве дешёвого протяжённого источника света был выбран
обыкновенный карманный фонарик. В качестве датчика света используется стандартная веб-камера. Поскольку веб-камера и фонарик работают в видимом оптическом диапазоне, в кадре может находиться множество других источников света, таких как окна, лампы, экраны компьютеров.
Чтобы облегчить выделение светового пятна фонарика в изображении, на фонарик одевается цветная бумага (что, кстати, предотвращает ослепление фонариком веб-камеры и других людей). Автором использовалась бумага красного цвета, хотя это и не имеет принципиального значения. В случае захвата движения двух рук используются идентичные фонарики, прикрытые бумагой одинакового цвета.
Интерфейс фонарика является недорогим (менее $30), простым в установке (единственная камера устанавливается произвольным образом) и простым в использовании. Процесс подготовки к работе ограничивается выставлением яркости камеры на минимальное значение (благодаря чему становится различим цвет источников света, а прочие объекты превращаются в чёрные силуэты). Однако, несмотря на простоту и примитивность, данная система способна не только определять трёхмерное положение фонарика, но и вычислять его ориентацию в пространстве (т. е. вектор, в направлении которого смотрит фонарик) [1].
Более подробное описание и результаты исследования касательно интерфейса фонарика можно прочитать в [9].
Модифицированный интерфейс фонарика.
Оригинальный интерфейс фонарика, предложенный Александром Зыряновым, был несколько изменен, а именно:
· Мы отказались от идеи использовать язык жестов для взаимодействия с объектами.
· Было решено остановиться на использовании одного фонарика в качестве манипулятора (автор как один из вариантов предлагал использование двух фонариков).
· Фонарик был соединен с обычной мышью. Для нашего исследования использовался фонарик небольших размеров и беспроводная мышь для ноутбука. Оба манипулятора были соединены липкой лентой в один, так чтоб его было удобно держать в руке и нажимать кнопки мыши и кнопку включения фонарика.
· Было решено задействовать кнопку включения/выключения фонарика, для внесения дополнительных преимуществ манипулирования.
Остановимся подробнее на последнем изменении. Одним из достоинств мыши, являлось то что, при достижение манипулятором края коврика (стола) его можно было поднять, перенести на удобное место, и продолжить перемещение объекта (курсора), получив, таким образом, неограниченную амплитуду манипуляций. Последнее изменение в работе фонарика позволяет получить то же самое преимущество, только вместо поднятия мыши теперь нужно отключать фонарик.
В итоге получаем манипулятор обладающий достоинствами первоначального варианта интерфейса фонарика (простота установки и дешевизна), а также достоинствами компьютерной мыши (универсальность и удобство). Такие характеристики как точность и быстрота отклика полностью совпадают с интерфейсом фонарика, подробнее можно прочитать в [9].
Получившейся манипулятор лишён основных недостатков его конкурентов, описанных выше, однако имеет несколько своих:
· При работе с интерфейсом фонарика рука оператора всегда должна находится навесу, что делает невозможным длительную работу с ним.
· Данный интерфейс в значительной мере уступает в точности устройствам, описанным выше.
Аппаратное обеспечение исследования.
Исследование проводилось с использованием очков виртуальной реальности Emagin Z800 3D Visor. Это очки с двумя встроенными жидкокристаллическими дисплеями, изображение с которых через линзы направляется на глаза, вследствие чего они отличаются достаточно компактным размером.
Краткие характеристики:
Разрешение экранов: 800х600
Горизонтальный угол зрения: 32 градуса
Вертикальный угол зрения: 24
Зона перекрытия: 32 градуса
Угловое разрешение: 25 пикселей/градус
Стоимость (по состоянию на 2006 год): 549 долларов США
Очки представляют собой модель начального уровня. На сегодняшний день они сняты с производства. К недостаткам данной модели можно отнести то, что они не полностью закрывают поле зрения пользователя, поэтому периферическим зрением могут быть видны окружающие объекты реального мира. Чтобы скомпенсировать этот недостаток, во время работы они применялись в изолированном помещении, и во время работы в очках выключалось освещение.
Для исследования использовался ноутбук, который применялся для подключения очков виртуальной реальности и был оснащен видеокартой NVidia GeForce 7300. Наличие GPU фирмы Nvidia являлось важным аппаратным требованием, поскольку на момент начала исследования только специальные драйвера для видеокарт NVidia имели встроенную поддержку стереорежима.
Использование очков виртуальной реальности как инструмента навигации.
Как говорилось ранее, погружение в виртуальную среду происходит за счёт подмены обычного восприятия окружающей действительности информацией, генерируемой компьютером. В рамках нашего исследования замещалась, главным образом, информация, поступающая через зрительный канал. В реальном мире человек в качестве способа навигации в пространстве использует поворот головы, поэтому естественно бы было применить данный способ в виртуальной среде.
Используемые очки снабжены встроенным гироскопическим трекером, с акселерометром оси X, Y, Z, позволяющим определять положение головы оператора. Разработчики заявили следующие характеристики:
Вес встроенного трекера: Менее 15 г
Отслеживаемый угол поворота: 360 градусов
Частота опросов трекера: 125 раз в секунду
Время отклика трекера: Менее 4мс
Допустимое отклонение точности трекера: Менее 1 градуса за 5 минут
Разрешение трекера: 1 градус
Для проверки эффективности данного трекера в качестве способа навигации в виртуальной среде был спланирован и проведён небольшой эксперимент. Суть эксперимента заключалась в погружение испытуемого в виртуальную среду, сначала без применения трекера, навигация осуществлялась при помощи мыши и клавиатуры, а затем с ним. При подведении результатов оценивалось субъективное мнение испытуемых, а так же визуально наблюдение за ходом эксперимента.
В качестве искусственной реальности были выбраны виртуальные среды известных трёхмерных компьютерных игр. Этот выбор был обусловлен высокой реалистичностью в плане графики и физической модели. В разное время принять участие в эксперименте предлагалось 25 человекам, являющимися опытными пользователями компьютеров, и раннее знакомых с выбранными играми. Выбор данной тестовой группы был обусловлен желанием получить оценку именно способности очков служить способом навигации, а не качества виртуального мира игры, т. к. важным критерием было субъективное мнение испытуемого.
В ходе эксперимента, был выявлен существенный недостаток используемого оборудования. Несмотря на заявленные технические данные о погрешности трекера, уже через 5 минут погружения в виртуальную реальность, отклонение от первоначального положения составляло более 90 градусов. Однако на данный недостаток испытуемые практически не обратили внимания, внешне он проявлялся в необходимости менять положение тела на стуле и, как следствие, устройства ввода (клавиатура, мышь) оставались сбоку испытуемого.
Несмотря на описанное выше неудобство, абсолютно все испытуемые отметили, что движения головой воспринимаются очень естественно, и даже столь значительная погрешность, осталась для них практически незаметной.
В результате, можно сделать вывод, что данный способ навигации является удобным и естественным для пользователя, выявленный же недостаток мог быть следствием того, что использовалась устаревшая модель очков, а также, возможно, вследствие несовершенства драйверов предлагаемых производителем.
Использование модифицированного интерфейса фонарика в качестве манипулятора в среде виртуальной реальности.
Одна из ключевых идей данной работы – использование манипулятора типа «трёхмерная мышь» как средство взаимодействия с объектами виртуального мира. В качестве данного манипулятора был выбран модифицированный интерфейс фонарика. Основные его преимущества это
· простота в развёртывании
· схожая с мышью а, следовательно, интуитивно-простая система управления объектами.
· Цена
Для проверки возможностей данного интерфейса был спланирован эксперимент. Суть эксперимента заключается в том, чтобы предоставить испытуемому задачу, которая бы реализовывала преимущества виртуальной реальности над двухмерными интерфейсами, и предложить для выполнения модифицированный интерфейс фонарика.
Для достижения наших целей была разработана следующая задача: в глубокой комнате, с разным уровнем пола, на произвольно генерируемом отдалении от оператора, на полу появляются квадраты разных размеров (также произвольно выбираемые компьютером), и кубики соответствующих размеров. Цель – расставить кубики по соответствующим квадратам. В данной задаче должно являться преимуществом использование бинокулярного зрения, а также использоваться ключевые возможности модифицированного интерфейса фонарика.
Для проведения эксперимента была разработана виртуальная сцена. При разработке использовался пакет для работы с трёхмерной графикой 3D studio MAX, для создания сцены использовалась Visual Studio 2008 (VB), для работы с трёхмерными объектами был задействован engine OGRE. Выбор данных средств реализации обусловлен изначальным использованием данных продуктов для реализации интерфейса фонарика.
На сегодняшний день разработаны все необходимые компоненты для эксперимента, но требуется их состыковка. Поэтому ещё проведён не был.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе исследования были изучены существующие методы взаимодействия человека со средой виртуальной реальности. Были выявлены их основные недостатки, а именно:
· Отсутствие универсальности (ограниченные возможности манипуляций)
· Сложность в развёртывании и использовании.
· Высокая стоимость.
На базе созданного Александром Зыряновым интерфейса фонарика был создан «Модифицированный интерфейс фонарика», преимуществами данного интерфейса являются:
· Простота в установке: требуется только одна веб-камера и карманный фонарик, а также отсутствует необходимость калибровки.
· Удобство и универсальность использования, за счет схожести с обычной компьютерной мышью.
· Низкая стоимость (менее 600 рублей).
В качестве способа навигации было предложено использовать встроенный в очки виртуальной реальности трекер. Был спланирован и проведен эксперимент по применению данного метода. В результате был выявлен существенный недостаток этого подхода, связанный с особенностями используемого оборудования. Тем не менее, эксперимент показал, что использование встроенного трекера в качестве инструмента навигации в виртуальной среде является удобным и естественным. Абсолютно все принимавшие участие в эксперименте высказали мнение, что данный способ навигации гораздо удобнее стандартных (с помощью клавиатуры и мыши).
Для исследования модифицированного интерфейса фонарика, был подготовлен программный комплекс реализующий задачу в виртуальной реальности, цель которой определить манипулятивные возможности интерфейса фонарика, а также попытаться использовать преимущества виртуальной среды. На данный момент элементы комплекса разработаны, но требуют дополнительной состыковки, поэтому эксперимент проведён не был.
В качестве ближайших перспектив дальнейшего исследования можно выделить следующие задачи:
· Проведение разработанного эксперимента, и оценка результатов.
· Необходимая доработка модифицированного интерфейса фонарика исходя из результатов эксперимента.
· Переведение интерфейса на многоплатформенный уровень.
Список литературы.
1. , , А., , К обоснованию проекта изуализационной компоненты виртуального испытательного стенда //Параллельные ычислительные технологии (ПаВТ'2010): Труды международной научной конференции (Уфа 29 марта - 2 апреля 2010 г.).. Челябинск. : Издательский центр ЮУрГУ. стр. 378-386.
2. Jacob R. J.K. Direct Manipulation // Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, (Atlanta, GA, 1986), N. Y. 1986. V.1, pp. 384-389.
3. Guger Ch. Real-Time Data Processing under Windows for an EEGbased Brain-Computer Interface // Dissertation vorgelegt an der Technischen Universität Graz zur Erlangung des akademischen Grades “Doktor der Technischen Wissenschaften” (Dr. Techn.) September 1999.
4. Piccione F.; Priftis K., Silvoni S., Piron L., Merico A., Tonin P., Vidale D., Furlan R. Integration of a P300 Brain Computer Interface into Virtual Environment // Virtual Rehabilitation, 20Sept. 2007, P.88.
5. Jacob R. J.K. Human-computer interaction: input devices // ACM Computing Surveys. Volume 28. Issue 1 (March 1996), Pages: 177-179.
6. Benko, H., Wilson, A., and Balakrishnan, R. Sphere: Multi-Touch Interactions on a Spherical Display // Proc. User Interface Software and Technology (UIST '08). Monterey, CA. 2008. pp. 77-86.
7.Froehlich B., Hochstrate J., Skuk V., Huckauf A. The GlobeFish and the GlobeMouse: two new six degree of freedom input devices for graphics applications // Proceedings of the SIGCHI conference on Human Factors in computing systems, Montreal, Quebec, Canada, 2006, pp. 191-199.
8. , , Методы манипуляции объектами в трехмерных визуальных средах // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Математическое моделирование физических процессов. 2009. Выпуск 3. Стр. 58-69.
9. , Программный комплекс пользовательского интерфейса на базе манипуляционных устройств ввода. // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, УрГУ, 2010.
10. Optical Motion Capture Systems
(http://www. /motion-capture/optical-motion-capture-1.htm)
11. Maletsky L., Junyi Sun, Morton Ni. Accuracy of an optical active-marker system to track the relative motion of rigid bodies // Journal of Biomechanics 2007, vol. 40. No 3, pp. 682-685.
12. Raskar R., Nii H., deDecker B., Hashimoto Y., Summet J., Moore D., Zhao Y., Westhues J., Dietz P., Barnwell J., Nayar Sh., Inami M., Bekaert Ph., Noland M., Branzoi V., Bruns E. Prakash: lighting aware motion capture using photosensing markers and multiplexed illuminators // ACM Transactions on Graphics (TOG) Volume 26, Issue 3 (July 2007). Proceedings of the 2007 SIGGRAPH Conference. Article No. 36, 2007.
13. Литвак И.И., Ломов Б.Ф., Соловейчик И.Е. Основы построения аппаратуры отображения в автоматизированных системах.-М.: Советское радио, 1975.
munications of the ACM. Non command user interfaces (future user uterfaces) (GUIs: The Next Generation).-April 1993, v.10.
15. PC Week. Virtual Reality emerging as a key computing tool.-Jan. 11, 1993, v.10, P.110.
16. , Зарецкий компьютерных и телевизионных систем последовательного типа, Москва: Вопросы Кибернетики, 1995.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 |
