Дипломная работа





Скачать 462.65 Kb.
НазваниеДипломная работа
страница3/4
Дата публикации13.12.2014
Размер462.65 Kb.
ТипДиплом
100-bal.ru > Информатика > Диплом
1   2   3   4

Постановка задачи.

На сегодняшний день существуют множество средств для работы со средами виртуальной реальности. Поэтому несколько ограничим области нашего исследования, более подробный обзор можно прочитать в [5], [6], [7], [8].

Для погружения в виртуальную реальность будем использовать очки виртуальной реальности, снабженные акселерометрами, позволяющими определять положение головы оператора.

Исходя из несовершенства и дороговизны современных технологий, было решено использовать манипулятор в качестве способа взаимодействия с объектами виртуального пространства. История развития «двухмерных» манипуляторов показала, что наиболее универсальным и удобным из них является мышь. Это обусловлено как её удобством и простотой, так и низкой стоимостью. Применительно к виртуальной реальности, а, следовательно, и трёхмерным интерфейсам, логично было бы применять некую «трёхмерную» мышь. Разработкой таких манипуляторов занимаются многие институты и корпорации, в одном из последующих разделов будет рассмотрено несколько наиболее интересных из них.

В 2011 году аспирантом Кафедры информатики и процессов управления Александром Зыряновым была защищена кандидатская диссертация на тему «Программный комплекс пользовательского интерфейса на базе манипуляционных устройств ввода». В рамках этой диссертации Александром был предложен «интерфейс фонарика», как новый язык человеко-компьютерного взаимодействия основанного на жестах. Бесспорное преимущество данного подхода – его простота и дешевизна. Мы отойдём от жестовой составляющей предложенного интерфейса и попытаемся «скрестить» его с обычной мышью.

Использование очков виртуальной реальности даёт возможность использовать преимущества бинокулярного зрения человека, благодаря которому появляется возможность оценивать расстояния и размеры предметов, а так же видеть сквозь мелкие предметы. Постараемся реализовать виртуальную среду в которой получилось бы использовать данные преимущества.

Манипуляторы типа «трёхмерная мышь».

  1. SUMA

Коллектив исследователей из компании Cambridge Consultants разработал сжимаемое устройство ввода, реагирующее на сжатие. По своему внешнему виду оно напоминает привычную всем мышь и управляет перемещением в трехмерном пространстве.




Манипулятор SUMA

Рис 1.




Устройство получило название Suma, созвучное названию мандарина сорта сацума, - сообщил Данкен Смит, руководитель подразделения Cambridge Consultants, которое отвечает в компании за разработку потребительских товаров и выдачу производителям лицензий на право выпуска инновационных продуктов.
В компании Cambridge Consultants были созданы несколько вариантов Suma. В январе 2010 года они были представлены на выставке Consumer Electronics Show, в Лас-Вегасе.

Внутри эластичного корпуса Suma находятся легкие приводные механизмы, окружающие ядро датчиков. В момент сжатия устройства или его движения датчики регистрируют изменение давления и перемещение. Сигналы обрабатываются встроенным программным обеспечением, а соответствующая информация пересылается активному приложению.

Разница между Suma и контроллером Nintendo Wii заключается в том, что последний реагирует только на перемещение объектов, а не на изменение их формы. Таким образом, своим появлением Suma создает условия для появления целого нового класса приложений.
Теперь вы можете одним движением руки менять всю картину происходящего, - отметил Смит.

Открывается, в частности, возможность одновременно смотреть на события как глазами пользователя, так и с позиции объекта, находящегося в фокусе внимания пользователя. Контроллерам, имеющимся сегодня, такое не под силу.

Разработчики интегрировали в свое устройство акселерометр, обеспечивающий дополнительные возможности управления. Смит утверждает, что программное обеспечение для Suma может разрабатывать кто угодно, а члены его команды представили специальную игру для привыкания, которая запускается на платформе Linux и позволяет лучше познакомиться с возможностями нового устройства.
Недостатками данного подхода является сравнительно высокая стоимость, а также «неестественность манипулирования объектами», кроме того ограниченный диапазон положений при сжатие манипулятора.


  1. Мышь Elecom M-3D1UR.

Новинка построена на технологиях, разработанных фирмой Sandio Technology Corporation. Посредством мыши, как сообщает Bios Magazine, можно осуществлять перемещение и вращение объектов по осям абсцисс, ординат и аппликат. Достигается это за счёт дополнительных органов управления, размещённых на боковой панели корпуса мыши в области большого пальца и на верхней панели над колесом прокрутки.

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.




Манипулятор Elecom M-3D1UR

Рис 2.




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.

  1. 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».




Манипулятор SpaceNavigator

Рис 3.

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

Рис 4.




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.


visor_controller_480

Очки Emagin Z800 3D Visor

Рис 5.




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.
1   2   3   4

Похожие:

Дипломная работа iconДипломная работа по теме: “ Интерактивная база данных по дендроклиматологии” Работу
Моя дипломная работа очень актуальна, потому что дендроклиматология – малоизученная и малоизвестная область биологии. Дендроклиматология...
Дипломная работа iconДипломная работа содержит 104 листа, 6 таблиц, 35 рисунков. Тема:...
Данная дипломная работа посвящена проблемам разработки и внедрения устройств связи высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазона....
Дипломная работа iconНазвание организации
Заголовок «Дипломная работа» или «Курсовая работа»: Times New Roman, 14 (вопреки П. 113), по центру. Затем – 2 пустые строки
Дипломная работа iconРеферат. Содержание
Дипломная работа (далее просто работа) выполняется на листах формата А4 с размерами полей: сверху – 20 мм, снизу – 20мм, справа –...
Дипломная работа icon2 требования к содержанию работы
Дипломная работа (далее просто работа) выполняется на листах формата А4 с соблюдением следующих размеров полей: правое – 10 мм, верхнее...
Дипломная работа iconДипломная работа

Дипломная работа iconРеферат. Содержание
Дипломная работа (далее просто работа) выполняется на листах формата А4 с размерами полей: сверху – 20 мм, снизу –20мм, справа- 15мм,...
Дипломная работа iconДипломная работа пгу 030501

Дипломная работа iconКнига 1
Объем работы – реферат от 12 до 25 печатных листов, курсовая работа – от 20 до 30 страниц, дипломная работа 60-70 страниц компьютерного...
Дипломная работа iconТребования к дипломной работе учащихся 10 11-х классов
Дипломная работа заключительная работа учебно-исследовательского характера, выполняемая оканчивающими университеты, экономические,...
Дипломная работа iconЛатинские заимствования в современном русском литературном языке (дипломная работа)

Дипломная работа iconДипломная работа Создание программы помогающей изучать английский язык

Дипломная работа iconДипломная работа на тему: «Совершенствование организации поддержки...
Дипломная работа «Совершенствование организации поддержки и развития малого предпринимательства в муниципальном районе на примере...
Дипломная работа iconДипломная работа
Соответствие современной интернет-рекламы психологическим особенностям подростков
Дипломная работа iconДипломная работа не менее 65 страниц без приложения
Курсовая работа выполняется на одной стороне листа белой бумаги формата А4 (210 Х 297 мм). Иллюстрированный материал (таблицы, схемы,...
Дипломная работа icon«Финансовый менеджмент» проф. Шохин Е. И. 2007 г. Выпускная квалификационная...
Сотрудничество с Консультативной группой Экономической Комиссии для Европы ООН (эке оон) 6


Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
100-bal.ru
Поиск