3D-пойнтер

3D-пойнтер

3D Пойнтер, новая модификация (EligoVision)

3D Пойнтер (англ. 3D Pointer) — интерактивное устройство управления 2D и 3D приложениями виртуальной реальности, которое работает на удалении от дисплея и обладает функцией внутреннего трекинга. С его помощью пользователь может свободно передвигаться в виртуальном трехмерном окружении и взаимодействовать с ним. В основе работы 3D Пойнтера лежит технология трекинга виртуальной реальности (ВР).

Трекинг — технология, лежащая в основе взаимодействия человека с виртуальным миром. Она предназначена для определения позиции и ориентации реального объекта в виртуальной среде.

Интерактивные устройства ВР

Сегодня в мире существует множество интерактивных устройств для работы с 3D приложениями виртуальной реальности. Некоторые из них уже давно известны многим пользователям, например перчатки виртуальной реальности, шлемы виртуальной реальности, игровые приставки и системы motion capture.

Подобных устройств несколько сотен. При этом каждое из них уникально: некоторые используются только в отдельных областях науки и бизнеса (медицина, архитектура, военное дело, промышленность), некоторые могут быть доступны каждому, кто захочет попробовать их в действии.

Любое интерактивное устройство виртуальной реальности нужно настраивать для каждого отдельного приложения ВР. Даже стандартные шлемы ВР не будут работать с компьютерной игрой, которая не была предварительно адаптирована под данное устройство.

Все современные устройства ВР имеют больше степеней свободы, чем, например, обычная компьютерная мышь (2 степени свободы). Человеку достаточно шести степеней свободы, чтобы комфортно ощущать себя в реальном мире. В отличие от устройств относительного перемещения (мыши, джойстики, трекболы, стилусы), устройства ВР должны обладать достаточным количеством пространственных степеней свободы, чтобы обеспечить работу с трёхмерными приложениями без создания дополнительных графических интерфейсов.

Одним их таких интерактивных устройств управления виртуальной реальностью является разработка компании EligoVision — 3D Пойнтер EligoVision.

Принцип работы 3D Пойнтера

3D Пойнтер имеет пять пространственных степеней свободы (3 координаты и 2 угла), что позволяет ему производить навигацию и манипуляцию трёхмерными объектами в компьютерном пространстве, а также позиционировать курсор в 3D пространстве приложения без использования дополнительных графических интерфейсов.

Сегодня 3D Пойнтер производит только компания EligoVision(Россия) — эта разработка является «ноу-хау» компании.

Работа 3D Пойнтера основана на интерпретации его позиции и ориентации в реальном пространстве и пространстве трёхмерного компьютерного приложения (трекинг). Основной тип используемого трекинга этого устройства — оптический. Движение, перемещение и направление прибора в пространстве позволяет точно позиционировать его в виртуальном окружении благодаря специальной системе оптического трекинга на базе всего одной камеры (модуля регистрации оптического сигнала).

Компоненты устройства 3D Пойнтер

1. Прибор 3D Пойнтер

2. Модуль регистрации оптического сигнала (специальная камера)

3. Программное обеспечение (EligoVision SDK)

Ноу-хау

Модуль регистрации оптического сигнала (камера EligoVision)

Системы оптического трекинга западных компаний сегодня используют от 2-х до 4-х камер в каждой системе трекинга. Отслеживаемая точка или объект находятся в трёхмерном пространстве. Чтобы определить его координаты и углы, одной проекции недостаточно. Матрица у камеры (модуля регистрации оптического сигнала) является плоской. Следовательно, для работы с объёмным пространством нужны две камеры — по одной плоской проекции на каждую камеру. Поэтому в стандартных системах оптического трекинга камеры настроены на попарную работу.

Зная физическое расположение камер в пространстве, используя методы эпиполярной геометрии, можно восстановить позицию источника оптического сигнала. Если камеры откалиброваны в тех же самых координатах, в которых работает система (в метрах, сантиметрах и т. п.), то можно в точности узнать, откуда на камеру попадает сигнал. Для снятия сигнала используется специальная процедура калибровки. Масштабная сетка с одной камеры должна совпадать с масштабной сеткой на другой камере.

Специалисты компании EligoVision разработали технологию оптического трекинга, основанную на использовании только одной камеры, что существенно снижает затраты на установку и эксплуатацию системы (более чем в 3 раза). С её помощью определяется положение оптических маркеров на 3D Пойнтере.

В большинстве систем оптического трекинга рабочая зона — это область пересечения видимости двух камер. В системе 3D Пойнтер трекинг осуществляется при использовании одной камеры. Вторая камера используется для увеличения рабочей зоны. Отпадает необходимость в попарной калибровке камер.

Профессиональный оптический трекинг с одной камерой EligoVision даёт системе ВР дополнительные преимущества:

• упрощается процедура калибровки системы
• система легко масштабируется
• используется стандартный разъём FireWire (IEEE 1394)
• работа при стандартном освещении
• система может быть как стационарной, так и мобильной

Функциональные возможности интерактивного устройства 3D Пойнтер

• Свободное перемещение и навигация в любых направлениях и в любых плоскостях (вперёд, в стороны, назад; на земле, воде, в воздухе, под водой, под землёй и т. д.)
• Изменение скорости движения
• Указание на любые объекты (маркер указания может быть абсолютно любым: от лазерного луча и подсветки «фонарем» до виртуальной руки)
• Захват любых трёхмерных объектов, находящихся на разной глубине и с разных сторон от пользователя
• Перемещение 3D объектов в любых плоскостях на любой глубине приложения
• Деформация 3D моделей
• Манипулирование на любых уровнях, от самых простых до самых сложных: нажатие кнопки «вкл-выкл», поворот дверной ручки, управление сложными устройствами, разрезание скальпелем и т.д)
• Имитация различных функций: взрывы, затемнения, исчезновения, моделирование физических процессов.
• Полная имитация функций привычных нам устройств управления компьютером — 3D Пойнтер может делать всё то же самое, что доступно компьютерной мыши или джойстику.

См. также

• Системы трекинга
• Система отслеживания движений головы
• Виртуальная реальность
• Степени свободы
• Virtual reality
• Head-mounted display

Литература

• http://www.osp.ru/pcworld/2008/04/5175003/
• http://portal.acm.org/citation.cfm?doid=965400.965527
• http://portal.acm.org/citation.cfm?doid=1008653.1008685

Ссылки

• http://www.eligovision.ru российские разработки в области виртуальной реальности на системах оптического трекинга
• http://www.vrealities.com/P5.html
• http://www.vrealities.com/hmd.html