Наука и Техника

Наука И Техника
7 июля 2014

Интеллектуальный напёрсток заменит 3D-мышь

В Университете штата Вайоминг создали гаджет с рабочим названием 3DTouch. Это «интеллектуальный напёрсток», который способен точно отслеживать свои координаты в трёх измерениях и реагировать на набор запрограммированных жестов. Он помогает пользователю взаимодействовать как с обычными плоскими элементами интерфейса на экране, так и с трёхмерными объектами в виртуальном мире. Особый акцент разработчики делают на универсальность применения: технология может использоваться со всеми системами трёхмерной виртуализации, а не только со специализированными приложениями.

Различные методы для отслеживания перемещений в трёх измерениях используются давно. Microsoft Kinect следит за движениями пользователя при помощи камеры и датчика глубины пространства. Wii Remote использует акселерометр и CMOS-матрицу. Оба решения зарекомендовали себя в игровой сфере, а в последнее время находят применение и в других областях — включая дистанционное управление марсоходами и военной техникой.

В других устройствах схожего назначения используются электромагнитные поля (например, Polhemus Liberty), оптический трекинг (NaturalPoint OptiTrack) или гибридная система из ультразвукового и инерциального отслеживания (Intersense IS900). При всех различиях эти методы объединяют существенные ограничения: они привязаны к базовой станции, пространству перед массивом камер или радиусу действия эмиттера. Вдобавок системы с ультразвуковыми и электромагнитными способами отслеживания оказались слишком чувствительны к помехам.

С этими же ограничениями столкнулся и коллектив научного общества 3DUI, в котором разрабатывались прототипы «цифрового напёрстка». Ранний вариант назывался Ring mouse (кольцевая мышь). Он представлял собой небольшое кольцо с двумя кнопками, которое надевалось на указательный палец. Использование ультразвуковой системы отслеживания было недостаточно точным и удобным, а длительно нажимать кнопки на кольце слишком утомляло. По схожим причинам закрылся проект FingerSleeve, в котором использовался магнитный трекер.

Инерциальные системы слежения оказались более удачными в силу самодостаточности. Они не требуют внешних устройств, поскольку используют наборы встроенных датчиков. Среди них есть акселерометры, гироскопы и цифровые компасы, помогающие оценить изменения положения в пространстве.

Сочетание таких вариантов и было использовано группой исследователей из Университета штата Вайоминг. Многочисленные датчики наделяют «цифровой напёрсток» 3DTouch пятью степенями свободы. С их помощью определяются перемещения вверх/вниз, вправо/влево, вперёд/назад, а также поворот вокруг оси и наклон. Они не только превращают закреплённый на пальце гаджет в указующее устройство для трёхмерных систем, но также позволяет пользователям перенести объекты в 3D-пространство и обеспечивают реалистичные ощущения от работы.

Поскольку 3DTouch разрабатывали как универсальное устройство, в него также встроили оптический сенсор с ИК-лазером, как у обычной мыши. Он используется для работы с традиционным двумерным интерфейсом в любой операционной системе. Примечательно, что в качестве поверхности при этом можно применять всё что угодно – от офисного стола до собственной ладони.

На данный момент устройство находится на стадии раннего прототипа. Это самоделка на платформе Arduino, от которой сигнал передаётся по проводам в ноутбук. Разработчики поясняют, что эти недостатки временные и обусловлены размерами использованных компонентов. Образец собрали буквально из того, что было под рукой. Серийные устройства будут в разы компактнее, а провода заменит пара модулей XBee, выполняющих передачу данных по экономичному протоколу ZigBee.

Несмотря на кустарный вид, уже сейчас удалось достичь впечатляющих показателей. При использовании поверхностей с тремя различными текстурами (джинсы, коврик для мыши и деревянный стол) средняя ошибка позиционирования составляла 1,10 мм. Ошибка в один миллиметр с долями сопоставима с таковой у оптических мышей с разрешением 400 точек на дюйм и частотой сканирования 1 500 кадров в секунду. В 3D-режиме ошибка определения направления составляла 2,33 градуса, что гораздо меньше, чем у большинства других систем.

3DTouch и подобные устройства ввода стали чрезвычайно актуальными после разработки шлемов виртуальной реальности Oculus Rift и Google cardboard. Видеть и слышать детально прорисованный мир гораздо интереснее, если есть возможность потрогать его.