Кибернетическое пространство

Материал из ПИЭ.Wiki

Перейти к: навигация, поиск

Кибернетическое пространство представляет собой аппаратно-программный комплекс для создания виртуальной, то есть кажущейся "действительности". Иллюзия присутствия и влияния человека на текущую ситуацию в воображаемом трехмерном пространстве производится с помощью программ и технического оборудования:

  • специальных перчаток (инфоперчатки), реагирующих на мельчайшие движения пальцев руки и оказывающих необходимое, регулируемое компьютером, сопротивление этим движениям;
  • костюма с датчиками (инфокостюм), улавливающими движения головы, тела, рук и ног;
  • шлема со специальными оптическими устройствами для создания объемного изображения (инфошлем).

Такие системы очень широко используются при подготовке летчиков, космонавтов, для имитации войсковых учений, танковых и воздушных сражения, в игровых программах типа "звездных войн".

Содержание

Инфоперчатки

Кибер-клавиатуры от Samsung

Кибер-клавиатуры от Samsung

На иллюстрации - коллаж из снимков прототипа кибер-клавиатуры от Samsung Electronics. Правый и нижний снимок - первое поколение, слева более элегантный аппарат второго поколения. Носимые клавиатуры имеют встроенный электронно-механический блок, контролирующий скорость передвижения надеваемых на пальцы модулей и их положение в пространстве. Печатать можно на любой поверхности по предполагаемой клавиатуре. Клавиатура может работать в нескольких режимах, задаваемых программно: печать одной рукой, различные раскладки клавиатур, работа только с определенными командами и т.д. Она может работать практически с любым информационным устройством: ПК, ноутбук, КПК, сотовый телефон.

Электронная перчатка P5

Американская компания Essential Reality выпустила электронную перчатку P5, которая в скором времени может заменить традиционную пару "клавиатура + мышь" во многих компьютерных играх. Разработчики устройства считают, что с помощью перчатки управление в играх становится более интуитивным и естественным. Разработка перчатки P5 заняла у компании около трех лет, при этом за основу было взято появившееся еще в 1989 г. устройство Nintendo power glove. Специалисты Essential Reality провели большую работу над усовершенствованием конструкции электронной перчатки, и в результате создали весьма компактный, легкий и, главное, универсальный манипулятор для компьютерных игр. Перчатка состоит из основного модуля, надеваемого на ладонь, а вдоль пальцев располагаются полосы с датчиками изгиба, фиксирующими изменения положения и формы пальцев. Крепление сенсорных полос осуществляется при помощи специальных гибких колец. В настоящее время в Essential Reality работают над адаптацией P5 к компьютерам Macintosh и ОС Linux, в перспективе перчатка может быть выпущена и для игровых приставок.

Сенсорные перчатки

Сенсорные перчатки

В университете Калифорнии (Беркли) разработаны сенсорные перчатки, одев которые, можно в буквальном смысле руками показать компьютеру, что от него требуется. Основой каждой из пары перчаток служат шесть миниатюрных акселерометров: по одному на каждом пальце и один на тыльной стороне ладони. Они регистрируют все движения, совершаемые руками. Полученная информация оцифровывается и по беспроводной связи передаётся в компьютер. Сравнивая показания датчиков, машина вычисляет положение рук и пальцев в пространстве. После этого при помощи специальной программы не так уж сложно определить, какой жест сделал человек. Помимо жестов-команд, сенсорные перчатки из Беркли можно использовать вместо обычной мыши. Мышиная стрелка следует в то место, куда указывает рука, а движение пальца соответствует клику. Клавиатура с такими перчатками тоже, пожалуй, не нужна, во всяком случае, настоящая. Достаточно кнопок, нарисованных на бумаге, а какие из них нажимаются, компьютер узнает по координатам руки. Если обычную клавиатуру можно заменить виртуальной, ничто не мешает подвергнуть виртуализации и другие предметы, например, музыкальные инструменты или какие-то приспособления. Так что, по мнению разработчиков, у перчаток большое будущее: они могут использоваться при профессиональном обучении или в компьютерных играх. Сенсорные перчатки - лишь часть крупного нанотехнологического проекта "Умная пыль" (Smart dust). Его конечной целью является создание крохотных, размером не больше кубического миллиметра, устройств, объединяющих в себе энергетические, коммуникационные и сенсорные возможности. В сочетании они должны будут образовать всеобщую чувствительную сеть. Связанные с компьютером акселерометры перчаток имитируют часть возможностей, которыми будет обладать множество таких "умных" пылинок, незаметно осевших на человеке и взаимодействующих друг с другом. В случае, если проект удастся осуществить, способ взаимодействия людей и компьютера подвергнется не меньшим изменениям,чем после появления мыши и GUI.

Имитатор клавиатуры Senseboard VK

Имитатор клавиатуры Senseboard VK

Фирма Senseboard разработала устройство, объединяющее в себе сенсорную технологию с искусственной нейронной сетью, которое позволяет точно отслеживать движения пальцев печатающего человека. Представители шведской компании полагают, что созданный ими имитатор клавиатуры решит проблемы пользователей мобильных компьютеров, которым больше не придется тыкать по крохотным кнопкам. Senseboard VK крепится на внутреннюю поверхность ладони, где специальные датчики отслеживают микроскопические сокращения мышц, происходящие при пространственном перемещении пальцев рук. Пользователю, обладающему навыками печатания вслепую, нужно лишь совершать привычные движения пальцами, представив перед собой стандартную клавиатуру. А в это время, программа, поставляемая вместе с устройством, интерпретирует получаемый сигнал и воспроизводит на экране нужные последовательности символов. Владельцы КПК теперь смогут работать на любой поверхности, как будто на ней лежит клавиатура. Прибор улавливает движения пальцев при нажатии, а точные измерения позволяют определить, на какие клавиши хотел нажать человек, набирая текст. Датчики, сделанные из резины и пластика, подсоединяются к ладоням пользователя так, чтобы не мешать движениям пальцев. С использованием технологии Bluetooth, информация о "напечатанном" передается беспроводным образом на компьютер, где программа - текстовый редактор анализирует сигналы и превращает их в текст.

Помимо системы исправления ошибок устройство имеет функцию "пауза", которая позволяет человеку есть, пить и чесать голову, не снимая датчиков. При этом движения рук не будут создавать ненужные буквы и символы. Кроме того, устройство позволяет вносить изменения на экране таким же образом, как это делается на обычной клавиатуре. Приспособление в настоящее время может использоваться с КПК Palm и других производителей. Представители Senseboard заявляют, что в конечном итоге оно будет совместимо с большинством карманный компьютеров, мобильных телефонов и ноутбуков.

Игровая перчатка P5

Игровая перчатка P5

Это устройство американской компании Essential Reality - перчатка с гибкими тактильными датчиками, фиксирующими изменение положения руки в пространстве и движения ладони и пальцев, и дающая, таким образом, пользователю возможность управлять происходящим на экране естественными, "реальными" движениями руки. Прежде всего, P5 ориентирована на работу с трехмерной компьютерной графикой и на компьютерные игры. Однако использовать перчатку можно и как обычную мышь с расширенными возможностями, например, для рассматривания с разных сторон покупок в интернет-магазинах.

Инфокостюм

Motion capture

Существует несколько систем motion capture, которые различаются техническими особенностями. Оптические системы бывают активными и пассивными. Пассивный захват основан на вычислении положения точек в трехмерном пространстве, снятых с разных ракурсов, по отражениям света от датчиков. Аппаратура засекает набор координат и отслеживает моменты вращения точек. Допустим, системы с датчиками типа Micron обеспечивают видеопоток в 500 кадров в секунду (обычно требуется 100-120 fps) при разрешении 1,3 мегапикселя.

Сами маркеры представляют собой небольшие пластмассовые шарики (от 3 до 25 миллиметров в диаметре), обработанные специальным материалом для усиления отражения света. Яркость видео уменьшается так, чтобы на экране не осталось ничего, кроме ярких точек. По ним получают данные движения актера и передают их компьютерной модели.

В активном захвате происходит нечто похожее, но каждая метка снабжена собственным передатчиком, который непрерывно сигнализирует о своем положении в пространстве. В активных оптических системах это источник света. А в магнитных системах motion capture вместо камер используют приемники сигналов, которые излучают датчики магнитного поля. Однако в этом случае к актеру нужно подводить электропитание. Издалека он похож на новогоднюю елку, опутанную гирляндами.

Более высокую точность обеспечивают оптические системы. Маркеры могут быть очень маленького размера (до 3 миллиметров). Пассивные системы (Motion Analysis, BTS, Vicon-Peak) могут фиксировать положение меток со скоростью до 2000 fps. Активные (Visualeyez, Optotrak) — почти вдвое больше, до 5000 fps.

Motion capture со стороны выглядит довольно занятно. Вместо морфинга, кинематики и прочего колдовства специалисты снимают на видео движения живого актера, а затем подключают практически готовую анимацию к персонажам компьютерной игры. Во всяком случае, так все выглядит в теории.

Технические проблемы mocap

Несмотря на то, что технология motion capture придумана достаточно давно и программное обеспечение прекрасно отточено, при захвате движений возникает немало проблем. Более того, разные студии подходят к этому по-разному. С одной стороны, так вроде бы и должно быть: моделлеры, аниматоры, художники тоже используют разные техники. С другой стороны, технология по-прежнему не универсальна.

Оборудование и программы — во всяком случае, от главных производителей — развивались довольно долго. Взять, к примеру, motion capture-системы от фирм Vicon или Motion Analysis — они ведь практически безупречны. Править что-то руками приходится крайне редко, чаще всего материал готов к употреблению немедленно, без дополнительной доводки.

Теоретически можно делать захват любого движения, но на деле мы все еще сталкиваемся с проблемой перекрытия маркеров при использовании оптических систем motion capture (ситуация, когда между меткой на теле актера и камерами оказывается непрозрачный предмет). Иногда приходится специально разрабатывать сцену таким образом, чтобы система могла видеть маркеры хотя бы частично. Например, щиты для актеров, которые использовались в захвате движения для игры King Arthur: Pendragon Chronicles, пришлось делать из проволоки. Представляете, рыцари короля Артура с проволочными щитами! Перекрытие маркеров — главная проблема в оптических системах захвата. Если камера не видит их, захват в принципе невозможен. Другая проблема — физический размер области, на которой можно выполнить съемку. Объект записи должен быть в меру большим. Пока на теле можно разместить достаточное количество датчиков и они видимы для камер, никаких проблем нет. Современная аппаратура высокочувствительна, иногда даже бывают сюрпризы: мы делаем запись в таких условиях, которые кажутся просто невозможными.

Для повышения скорости с анимацией работают без текстур. Их добавляют на заключительном этапе.

Порой во время записи случаются сбои. Во-первых, маркеры могут перепутаться или окажутся скрытыми для камер. Во-вторых, система может ложно сработать на отраженный свет, шумы. Последствия подобных сбоев приходится исправлять вручную. Лучше получить хоть что-то, чем заново начинать работу. Удачный исход дела в первую очередь зависит от профессиональной подготовки специалистов mocap.

Когда мультипликация хорошо спланирована, выполнить захват несложно. Мы заранее пытаемся настроить клиентов и просим продумывать «чистые» движения. Но если они хотят, чтобы актер большую часть времени ползал по полу, пусть готовятся к повторным съемкам и длительной чистке анимации.

Лицевая анимация

Лицевую анимацию системы 4D Facial Capture обкатывали на игре TOCA Race Driver 3.

Идея обособить лицевую анимацию, выделить ее в отдельное производство не нова. LifeStudio: HEAD SDK применялась для шевеления губ и управления мимикой компьютерных героев в фильмах «Властелин Колец» и Final Fantasy. Но ей не нужны живые актеры. Разработчики LifeStudio построили компьютерную модель человеческого лица, в которой движение каждой мышцы запрограммировано на определенную реакцию. Каждая «косточка» математически просчитана.

Чтобы «лицо» изобразило эмоцию, нужно набрать комбинацию команд. Основная сложность — привязать к общему «лицу» свою модель и научиться дергать «за ниточки». HEAD SDK использовалась в игре «Мор: Утопия». Artem Digital пошла по совершенно иному пути.

В motion capture при обычном захвате на лицо актера приклеивают небольшое количество маркеров. Они могут передать лишь малую часть мимики. Чтобы получить лицевую анимацию высокого качества, меток требуется гораздо больше. Мы выяснили, что можно точно передать фактическое выражение лица актера в каждый момент времени, если снимать его с нескольких камер, зафиксированных в определенном положении.

Полученное видео обрабатывается специальными программными методами. Изображение покрывается сетью контрольных точек, а затем отслеживается изменение их положения относительно друг друга. Как будто на физиономии актера размещаются тысячи лицевых маркеров!

Системы записи

Хороший автомобиль для motion capture должен быть, во-первых, деревянным, а во-вторых, дырявым со всех сторон

Принцип работы аппаратуры для mocap не менялся с момента изобретения технологии. А вот сами приборы постоянно совершенствуются. Давайте разберемся, на каких системах работают современные специалисты по захвату движения.

Все зависит от того, что вы хотите сделать, какова конечная цель. Многие предпочитают системы, от которых легче получить данные в режиме реального времени. К ним относятся магнитные (например, Ascension, Polhemus) или системы кинематики (вроде Gypsy). Некоторые предпочитают аппаратуру активного оптического захвата. Она тоже неплохо работает в режиме реального времени. Но, без сомнения, наиболее широкое распространение получили пассивные оптические системы. По качеству данных они абсолютные лидеры.

Магнитная система слишком чувствительна. Чтобы работать с ней, нужно исключить любое влияние постороннего электромагнитного поля. Кроме того, магнитную систему непросто настроить. Однако у нее свои преимущества. К примеру, нет проблем с распознаванием маркеров — они не перемешиваются и не скрываются от камеры за другими предметами.

Основная проблема захвата мимики — на лице нельзя разместить сотни датчиков. В лучшем случае помещается штук 40-50.

Для оптических систем объем захвата четко связан с количеством камер, и все они активны во время записи. Да и число маркеров на теле актера при обычном захвате меняется редко.

Есть определенное количество точек, достаточное для описания движения (около 50). Для гарантии добавляют несколько избыточных маркеров. Впрочем, всегда есть желание поставить их немного больше. Но чем больше маркеров налеплено на актера, тем больше должно быть расстояние между ним и камерами. Слишком далеко камеры ставить тоже нельзя, магнитные датчики начнут создавать помехи, а оптические сольются в однородное светлое пятно. Вот и приходится выбирать: либо побольше маркеров и куча помех, либо небольшое число датчиков, но чуть дерганная анимация.

Основные ограничения mocap — число датчиков на теле актеров; количество камер и расстояние, на котором движение может быть нормально захвачено. Чем дальше отнесены камеры от сцены, тем большее число актеров попадет в кадр, но если отнести камеры слишком далеко, то система не будет различать сигнал от разных датчиков. Приходится идти на компромисс. В некоторых случаях жертвовать детализацией, в некоторых — числом актеров и амплитудой движений.

Принципиальные ограничения

Экипировка для mocap иногда бывает посложнее костюмов аквалангистов или спецназовцев

В завершение разговора о motion capture давайте разберемся в самом важном вопросе. В каких же случаях разработчикам лучше обратиться к технологии захвата движений, а когда проще (или даже нужно) использовать классические технологии 3D-моделлинга? Практика показывает, что даже профессиональные девелоперы не всегда знают ответ на этот вопрос и делают неправильный выбор. В результате страдает качество, да и с экономической точки зрения проигрыш.

Конечно, мультипликация с motion capture получается намного быстрее, чем, например, при ротоскопировании. С motion capture вы получаете то, что действительно попало в объектив. Допустим, планировался удар в прыжке ровно на полсантиметра выше головы противника. Как актеру обеспечить такую точность? Не приделывать же к ноге линейку. В финале будет так, как получилось на съемках.

При ручной анимации персонажи полностью под контролем создателя. Когда имеется четкая цель и понимание того, как должен выглядеть конечный результат, хороший аниматор сделает все в лучшем виде. Зато ему потребуется очень много времени, чтобы передать незаметные характерные детали, которые придают достоверность любому движению.

Сила motion capture именно в ее реалистичности. Принципиальное ограничение метода в том, что нельзя повторить «мультяшных» движений. Мы не можем пригласить на съемки Винни-Пуха с кроликом Роджером. В этом случае выход один — записать в системе motion capture только ключевые, самые сложные моменты.

Инфошлем

Также используется название Мультимедиашлем. Устройство, относящееся к системам виртуальной реальности, выполненное в виде шлема, оснащенное оптической системой с трехмерным изображением, стереозвуком, микрофоном и множеством датчиков.

Обеспечивает полную иллюзию реальности происходящего, отслеживает повороты головы и перемещения в любом направлении.


Очки с памятью

Очки с памятью

Человек давно окружает себя маленькими техническими хитростями. Они помогают ему сделать жизнь легче, улучшить органы чувств, победить склероз и так далее. Расчетливые электронные мозги намного четче справляются с некоторой работой. Это и решили использовать ученые University of Bielefeld и University of Surrey Department of Electronics and Electrical Engineering. Они создали достаточно миниатюрные стерео очки. Изюминка решения в том, что они оборудованы цифровой памятью. Пользователь может получать простое изображение и защищать свои глаза от механического повреждения, а может прокручивать видео назад, что иногда бывает очень полезно. Системой очень заинтересовались военные и исследователи космоса



Виртуальный дисплей

Виртуальный дисплей

Liteye Systems и eMagin Corporation сообщили о заключении соглашения для продвижения на рынок устройства, относящегося к категории Head Mounted Display (HMD). Дабы повысить покупательский спрос, в продажу поступит 3000 устройств оборудованных новыми органическими диодами пониженного излучения (OLED), производства eMagin. Новинки будут выпускаться согласно лицензионному соглашению Liteye с корпорацией IBM, относительно выпуска HMD. Liteye/IBM HMD - легкое мобильное устройство, генерирующее пространственное изображение в разрешении до 800х600 пикселей, потребляющее всего 200 мА от источника питания

Носимый дисплей компании Mitsubishi

Носимый дисплей


Компания Mitsubishi Electric разработала новую модель носимого дисплея. Представленная новинка выделяется на фоне существующих на рынке аналогов своими компактными размерами, которые позволяют пользователю видеть все что происходит в окружающей действительности, а не только картинку на экране. Этого удалось добиться благодаря значительному снижению показателя рассеивания света и, как следствие, ограничению видимой для глаза области (до 4 миллиметров по вертикали и 8 миллиметров - по горизонтали). Изображение на экране устройства эквивалентно виду 10" дисплея на расстоянии 50 сантиметров, размеры новинки составляют 70х29х18 миллиметров, масса - всего лишь 20 грамм. Основной сферой применения дисплея станет его использование при работе с DVD плеерами, КПК и сотовыми телефонами.



Головные" дисплеи

Головныйе дисплеи

Компания Microvision выпустила Nomad Personal Display System HMD (головные дисплеи, Head Mounted Displays) с разрешением 800х600 SVGA на основные вертикальные рынки. Nomad Personal Display System предназначены для продаж на так называемых вертикальных рынках - промышленности, авиации, медицине и вооруженных силах. Эти головные дисплеи являются одними из наиболее технически совершенных HMD в индустрии на данный момент. Дисплей состоит из двух частей: надеваемого на голову проектора, и небольшого управляющего модуля, который крепится на поясе. Проектор содержит маломощный лазер, формирующей изображение, и оптической системы, отражающей его на сетчатку. Полупрозрачный дисплей высокого разрешения надевается на голову и позволяет смотреть сквозь изображение, то есть пользователь получает информацию (диаграммы, инструменты, техническую документацию или карту местности) и при этом видит все, что происходит вокруг и имеет обе руки свободными. По данным Microvision, Nomad отслеживает время суток и освещенность, что позволяет автоматически подстраивать контраст изображения при любом освещении. Кроме того, экран имеет стандартное разрешение SVGA. Первые поставки отражают разнообразие вариантов применения HMD. Microvision принимает участие в разработке медицинской системы Telesensory совместно с Stryker Leibinger. Эта система использует Nomad совместно с хирургическим аппаратом для облегчения распознавания печатного текста людям с пониженным зрением.

Second Sight M1100

Second Sight M1100

Шлем виртуальной реальности под названием Second Sight M1100 от компании Interactive Imaging System можно подключить к любому карманному компьютеру на базе Pocket PC или к ноутбуку, если в них есть слоты расширения Compact Flash Type II или PCMCIA. Собственно, сам "дисплей" очень похож на обыкновенные очки. Он обеспечивает передачу полноцветного изображения с разрешением 640х480 точек (это в два раза больше, чем разрешение стандартного Pocket PC) и частотой обновления экрана 72 Гц. Ручная фокусировка позволяет подстроить прибор с учетом любых особенностей или нарушений зрения. При этом пользователю кажется, что он смотрит на 15-дюймовый монитор с расстояния примерно в полметра. Никаких дополнительных батареек не требуется, устройство работает от энергии встроенного аккумулятора карманного компьютера.



Шлем VFX3D Технические характеристики

Шлем VFX3D

Видео: два ЖКД с диагональю 0.7 дюйма; разрешение каждого 360000 пикселей; 16 бит цвет Оптика: угол обзора 35 градусов; фиксированный фокус 11 футов; можно использовать вместе с очками VOS (система ориентации в виртуальном пространстве; треккинг) - 3 сенсора: Yaw (поворот головы вправо/влево) 360°, чувствительность ± 0.1° (12 бит); Pitch (наклон головы вверх/вниз) ± 70°, чувствительность ± 0.1° (12 бит); Roll (наклон головы вправо/влево) ± 70°, чувствительность ± 0.1° (12 бит) · Аудио: высококачественные наушники; диапазон поддерживаемых частот: 20 Гц - 20 КГц; встроенный регулятор громкости · Контроль параметров: яркость; контраст; цветность; подсветка; видеорежимы: Mono, Stereo 1, Stereo

Cпециальные очки для трехмерных фильмов

Очки для трехмерных фильмов

Компания TDV собирается дать многочисленным пользователям возможность смотреть трехмерные видеофильмы IMAX прямо из дома. Для этого компания разработала систему визуализации глубины изображения (True Depth Visualization, TDV), с помощью которой можно просматривать трехмерные изображения в интернете, если у вас имеются специальные очки. Состоит система из пары 3D-очков, присоединяемых к монитору, беспроводной пары очков, инфракрасного порта и программ преобразования двумерного изображения в трехмерное. Если вы просматриваете содержимое сайтов, поддерживающих TDV, с помощью этих очков, то изображения, выглядящие на экране совершенно обычно, будут выглядеть трехмерными картинками. Уже сейчас можно просмотреть некоторые статьи журнала Sports Illustrated, видеоклипы Sony IMAX и прочие образцы применения TDV на сайте компании. Многие другие компании также изъявили желание задействовать трехмерную технологию на своих сайтах, в том числе Honda, Faberge и Harley-Davidson.



Очки-дисплей "Eye-Trek FMD-220

Очки-дисплей "Eye-Trek FMD-220

Очки-дисплей "Eye-Trek FMD-220" разработаны японской компанией Olympus. Модель оснащена двумя 0,55 жидкокристаллическими экранами с активной матрицей размером 180.000 пикселей, которые создают ощущение просмотра на экране размером 52 дюйма с расстояния в 2 метра. "Eye-Trek FMD-220" является самым легким устройством в своем классе, а его цена составит 56.000 йен (467 долларов). Основные характеристики:

Угол обзора по горизонтали - 30 градусов Угол обзора по вертикали - 22,7 градусов Размеры устройства - 161х50х63,5мм Размеры пульта управления - 39х100х18,5мм Вес устройства - 85 грамм Вес пульта - 37 грамм

Литература

  1. Степанов А.Н. Информатика: Учебник для вузов. 4-е изд. - СПб.: Питер, 2006. - 684 с.: ил. ISBN 5-94723-898-5
  2. Фридланд А.Я. Информатика и компьютерные технологии: Основные термины: Толк. слов.: Более 1000 базовых понятий и терминов. - 3-е изд., испр. и доп. / А.Я. Фридланд, Л.С. Ханамирова, И.А. Фридланд. - М.: ООО "Издательство Астрель": ООО "Издательство АСТ", 2003. - 272 с. ISBN 5-17-014546-2 (ООО "Издательство АСТ") ISBN 5-271-04324-X (ООО "Издательство Астрель")
Просмотры
Инструменты

Besucherzahler russian mail order brides
счетчик посещений
Rambler's Top100
Лингафонные кабинеты  Интерактивные доски  Интерактивная приставка Mimio Teach