В преддверии SIGGRAPH

Сергей Асмаков

С 5 по 9 августа нынешнего года в Сан-Диего (США) пройдет 34-я международная выставка-конференция по компьютерной графике и интерактивным технологиям — SIGGRAPH 2007. Предваряя это событие, мы расскажем о некоторых интересных технологических новинках, которые можно будет увидеть на выставке.

Понятие «виртуальная реальность» уже давно стало привычным. Но многие ли читатели могут похвастаться тем, что ощущали эффект полного погружения в эту самую реальность? Одной из основных проблем, препятствующих, этому является несовершенство интерфейсных устройств, не позволяющих в полной мере передать всю гамму ощущений, которые испытывает виртуальный персонаж. Впрочем, работы в этом направлении продолжаются и в этом году на SIGGRAPH можно будет увидеть в действии немало интересных новинок.

Разработанное в японском университете Цукуба (University of Tsukuba) устройство под названием String Walker является одним из вариантов реализации двигательных интерфейсов (locomotion interface), позволяющих пользователю перемещаться по виртуальному пространству не при помощи клавиатуры или мыши, а самым естественным образом — двигая собственными ногами.

 

String Walker

Конструкция String Walker представляет собой круглый поворотный стол, по краям которого размещены восемь электродвигателей. Для совершения виртуальных прогулок необходимо обуть специальные ботинки, к каждому из которых прикреплены четыре струны. Восемь электродвигателей, установленных по периметру поворотного стола, обеспечивают натяжение этих струн. На валах двигателей установлены специальные датчики, по показаниям которых определяется текущее положение и ориентация каждого ботинка. Когда пользователь начинает идти, датчики реагируют на изменение положения ботинка, а натяжение струн увеличивается, противодействуя перемещению пользователя в реальном пространстве. Управляет силой натяжения специальная программа.

Одним из главных преимуществ String Walker перед подобными устройствами, созданными на основе беговой дорожки, является возможность «ходить» по виртуальному пространству в различных направлениях, а также перемещаться назад или вбок.

По мнению разработчиков, String Walker может найти применение в тренажерах и устройствах ввода для систем виртуальной реальности.

Система Gravity Grabber, созданная в одной из лабораторий Токийского университета (University of Tokyo), представляет собой новую разновидность широко распространенных устройств обратной тактильной связи и позволяет создавать у пользователя реальное ощущение веса «взятых в руку» виртуальных объектов.

Действие Gravity Grabber основано на весьма интересном эффекте. Как выяснили физиологи, деформация подушечки пальца создает у человека достоверную иллюзию веса даже в том случае, если отсутствует его проприоцептивное восприятие. Система Gravity Grabber состоит из нескольких оконечных устройств, надеваемых на кончики пальцев. На подушечку пальца воздействует закольцованный ремешок, натянутый между валами двух миниатюрных электродвигателей. Работой оконечных устройств управляет специальная программа. Для создания ощущения сжатия (например, когда пользователь «берет» виртуальный объект в руки) валы двигателей вращаются в противоположных направлениях, усиливая натяжение ремешка. Чтобы передать ощущение тяжести, валы двигателей вращаются в одном и том же направлении.

По мере миниатюризации электроприводов и источников питания размеры и вес подобных устройств можно будет уменьшить, сделав их гораздо более удобными. Кроме того, в перспективе возможен переход к использованию беспроводного интерфейса, что позволит устранить многочисленные кабели, соединяющие интерфейсный блок с оконечными устройствами, и обеспечить свободу перемещения пользователя.

По мнению создателей Gravity Grabber, подобные интерфейсы могут найти применение в развлекательных и игровых приложениях. Еще одним возможным вариантом применения является реализация механизма обратной тактильной связи в системах дистанционного управления манипуляторами и роботами. Учитывая небольшие размеры оконечных устройств, такой интерфейс можно использовать вместе с традиционными устройствами ввода, например с компьютерной мышью.

Еще одна необычная разработка сотрудников Токийского университета — интерфейсное устройство Fibratus Tactile Sensor (в вольном переводе его название можно трактовать как «ворсовый тактильный сенсор»), которое позволяет воспринимать даже самые легкие прикосновения. Как утверждают создатели, подобной возможности пока нет у других существующих систем тактильного ввода.

Работа Fibratus Tactile Sensor основана на использовании отраженного света. Чувствительная поверхность по своему виду напоминает ковер с длинным ворсом: к тонкой и эластичной основе прикреплено большое количество похожих на волокна длинных выступов. Эти выступы, расположенные перпендикулярно к основе и имеющие несколько большую жесткость по сравнению с основой, выполняют роль своеобразных рецепторов сенсора. Внутренняя сторона основы, изготовленной из прозрачного силикона, образует гибкую зеркальную поверхность. Излучаемый источником свет отражается от нее и попадает в объектив миниатюрной цифровой камеры. При прикосновении к поверхности сенсора волокна отклоняются, вызывая локальную деформацию основы, что приводит к соответствующим изменениям на воспринимаемом камерой изображении.

По словам разработчиков, благодаря применению бесконтактной оптической системы такая конструкция обладает высоким быстродействием и возможностью воспринимать прикосновения сразу в нескольких зонах поверхности. При использовании более мягких волокон сенсор может реагировать не только на прикосновения, но и на движение воздушных потоков вблизи его поверхности. Столь высокая чувствительность делает возможным создание принципиально новых типов интерфейсных устройств. Одной из сфер применения Fibratus Tactile Sensor могут стать «органы осязания» бытовых роботов — по мнению ученых, высокая чувствительность сенсора позволит лучше адаптировать их для использования в повседневной жизни.

В заключение расскажем о «воздушном интерфейсе» BYU-BYU-View, созданном японскими инженерами из Университета электрокоммуникаций (University of Electro-Communications). Этот интерфейс, позволяющий воспринимать и воссоздавать движение воздуха, обеспечивает возможность создания дополнительного канала взаимодействия с виртуальным пространством или с удаленным собеседником.

Строго говоря, BYU-BYU-View является гибридной конструкцией, объединяющей специальный экран для проецирования изображения и собственно «воздушный интерфейс». Экран изготовлен из особого воздухопроницаемого материала, созданного специалистами компании Teijin Nestex Limited. Для создания воздушного потока используется установленный за экраном массив вентиляторов. Восприятие движения воздуха со стороны пользователя, находящегося с внешней стороны экрана, обеспечивает система тепловых сенсоров, которые позволяют определить силу потока и зону экрана, на которую он воздействует.

Первый работающий прототип этой системы был продемонстрирован на форуме IVRC2006 (International Virtual Reality Contest). На SIGGRAPH 2007 будет представлена усовершенствованная версия, обеспечивающая более широкий диапазон скоростей создаваемого воздушного потока.

Как считают создатели этого необычного интерфейса, его можно будет использовать в телекоммуникационных системах для передачи осязательных ощущений между абонентами, создавая у них иллюзию присутствия в одном физическом пространстве. Помимо этого BYU-BYU-View позволит получить эффект более глубокого погружения в системах виртуальной реальности, дополняя видеоряд и звуковое сопровождение передачей движения воздуха. И еще один вариант применения «воздушного интерфейса» — реализация устройств ввода для людей с ограниченными физическими возможностями. 

 

На прилагаемом к журналу CD-ROM представлены видеоиллюстрации к данной статье.

 

В начало В начало

КомпьютерПресс 7'2007