Трекинг (виртуальная реальность)

У этого термина существуют и другие значения, см. Трекинг (значения).

См. также: Трекинг (компьютерная графика)

Трекинг (англ. tracking) — одна из технологий виртуальной реальности, лежащая в основе взаимодействия человека с виртуальным миром. Предназначена для определения позиции и ориентации реального объекта (например, руки, головы или специального устройства в виртуальной среде с помощью нескольких степеней свободы. Как правило трех координат его расположения (x, y, z) и трёх углов, задающих его ориентацию в пространстве («крен», «тангаж», «рыскание» или углы Эйлера). Определение позиции и ориентации реального объекта в пространстве определяется при помощи специальных датчиков и маркеров. Датчики снимают сигнал с реального объекта при его перемещении и передают полученную информацию в компьютер.

Естественные системы трекинга в реальном мире

Система трекинга виртуальной реальности представляет собой некую копию систем позиционирования и ориентации, существующих в природе. «Естественные» системы трекинга в реальном мире — органы чувств человека. Например, зрение помогает человеку определить, где он находится относительно других предметов и людей.

При отсутствии способности видеть для ориентации в пространстве подключается слух. Летучие мыши и дельфины пользуются именно такой системой трекинга. Ультразвук дает им возможность не только заметить препятствие на пути, но и определить расстояние до него.

Типы трекинга

Ни одна система не может считаться полноценной системой ВР, если она не будет знать позицию и ориентацию пользователя и его действия в каждый момент времени. Трекинг организует передачу этой информации в «головной мозг» системы. Трекинг — это глаза, уши, осязание и обоняние системы ВР.

Для реализации трекинга в ВР применяются электромагнитные, ультразвуковые, инерционные и оптические системы.

Оптический трекинг

Системы оптического трекинга (англ. optical tracking) основаны на том же принципе, что и стереоскопическое зрение человека. Когда человек смотрит двумя глазами, он способен определить, на каком расстоянии находится объект и как он ориентирован.

Принцип работы

Работа систем оптического трекинга основана на отслеживании специальных оптических маркеров, которыми оснащено устройство взаимодействия с ВР (интерактивное устройство). Затем система трекинга передает сигнал в компьютер, где информация обрабатывается. После этого система дает реакцию на изменение позиции и ориентации интерактивного устройства, видоизменяя ВР согласно прописанному сценарию взаимодействия.

Устройства для оптического трекинга с оптическими маркерами (A.R.T. GmbH)

Для систем оптического трекинга, как правило, используются специальные модули регистрации оптического сигнала, иначе датчики или камеры (от одного в простых системах и до нескольких десятков в комплексных системах ВР).

Одной из задач систем оптического трекинга является калибровка системы в координатах реального мира. Это делается для установления взаимно однозначной связи между координатами в реальном и виртуальном мирах, чтобы человек смог «взять» виртуальный предмет своей рукой или специальным устройством, а система отразила это действие в своем виртуальном пространстве.

Недостатки оптического трекинга

Основной недостаток систем оптического трекинга — необходимость точной калибровки модулей приема оптического сигнала (камеры). Для работы такой системы обычно требуется две камеры или больше. Их рабочая зона — это область пересечения видимости камер. Чем обширнее должна быть зона взаимодействия, тем больше камер необходимо установить, тем сложнее становится процедура калибровки. Однако оптические системы трекинга применяются чаще остальных, поскольку они более надежны и доступны в цене.

Оптический трекинг на базе 2-х и более камер

Системы профессионального оптического трекинга от западных компаний сегодня используют от 2-х до 4-х камер в каждой системе трекинга. В системах с двумя и более камерами нужно провести внутреннюю калибровку, то есть установить зависимость между внешними размерами шаблона-маски и его образом на матрице камеры. После этого следует выполнить внешнюю калибровку, связав координатные системы (реальное местоположение) камер между собой, а затем с координатной системой виртуального мира (как правило, это координаты экрана, являющегося «окном» в виртуальную реальность).

При использовании двух, трёх, четырёх и более камер, необходимо их калибровать попарно. Раньше это делалось вручную, сейчас это сделано в полуавтоматическом режиме. Стоимость таких систем — от $10 тыс.^{[источник не указан 197 дней]}

Ультразвуковой трекинг

Принцип работы

В системе ультразвукового трекинга передатчики располагаются на реальном объекте, который двигается в пространстве, а приемники крепятся таким образом, чтобы образовать антенну (в некоторых системах передатчики и приемники меняются местами, все зависит от бизнес задачи).

Когда передатчик посылает сигнал, его принимают статичные сенсоры и измеряют время между отправлением и приемом сигнала. На основе полученного результата, то есть по времени задержки, высчитывается расстояние между излучателем и приемником. По данным о расстоянии вычисляются трехмерные координаты объекта в системе. Ориентация объекта определяется с помощью связки из трех жестко закрепленных передатчиков.

Достоинства систем ультразвукового трекинга

Достоинствами систем ультразвукового трекинга является хорошая точность измерения координат и углов, а также возможность построения практически любой рабочей зоны.

Недостатки ультразвукового трекинга

К основным недостаткам ультразвукового трекинга можно следует отнести необходимость прямой видимости между излучателями и приемниками, низкая скорость ультразвука, необходимость точной калибровки приемников, снижение точности при изменении температуры и при порывах ветра.

См. также

• Система отслеживания движений головы
• Виртуальная реальность
• Дополненная реальность
• Телеприсутствие
• Степени свободы

Примечания

Литература

• Валерия Холодкова Виртуальная реальность: общие понятия, системы трекинга. Мир ПК (25 июня 2008). Архивировано из первоисточника 27 марта 2012. Проверено 20 августа 2010.
• Sergey V. Matveyev, Martin Göbel Direct interaction based on a two-point laser pointer technique (англ.) // ACM SIGGRAPH 2003 Sketches & Applications, San Diego, California. — New York, NY, USA: ACM, 2003. — DOI:10.1145/965400.965527
• Sergey V. Matveyev, Martin Göbel The optical tweezers: multiple-point interaction technique (англ.) // Proceedings of the ACM symposium on Virtual reality software and technology, Osaka, Japan. — New York, NY, USA: ACM, 2003. — С. 184—187. — ISBN 1-58113-569-6. — DOI:1008653.1008685

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии. Проверить достоверность указанной в статье информации.