Системы трекинга

У этого термина существуют и другие значения, см. Трекинг (значения).

См. также: Трекинг (компьютерная графика)

Трекинг (англ. tracking) — это специальная технология, лежащая в основе взаимодействия человека с виртуальным миром. Она предназначена для определения позиции и ориентации реального объекта (например, руки, головы или специального устройства) в виртуальной среде с помощью нескольких степеней свободы. Как правило трех координат его расположения (x, y, z) и трех углов, задающих его ориентацию в пространстве («крен», «тангаж», «рыскание» или углы Эйлера). Определение позиции и ориентации реального объекта в пространстве определяется при помощи специальных датчиков и маркеров. Датчики снимают сигнал с реального объекта при его перемещении и передают полученную информацию в компьютер.

Естественные системы трекинга в реальном мире

Система трекинга виртуальной реальности (ВР) представляет собой некую копию систем позиционирования и ориентации, существующих в природе. «Естественные» системы трекинга в реальном мире — органы чувств человека. Например, зрение помогает человеку определить, где он находится относительно других предметов и людей.

При отсутствии способности видеть для ориентации в пространстве подключается слух. Летучие мыши и дельфины пользуются именно такой системой трекинга. Ультразвук дает им возможность не только заметить препятствие на пути, но и определить расстояние до него.

Типы трекинга

Ни одна система не может считаться полноценной системой ВР, если она не будет знать позицию и ориентацию пользователя и его действия в каждый момент времени. Трекинг организует передачу этой информации в «головной мозг» системы. Трекинг — это глаза, уши, осязание и обоняние системы ВР.

Для реализации трекинга в ВР применяются электромагнитные, ультразвуковые, инерционные и оптические системы.

Оптический трекинг

Системы оптического трекинга (англ. optical tracking) основаны на том же принципе, что и стереоскопическое зрение человека. Когда человек смотрит двумя глазами, он способен определить, на каком расстоянии находится объект и как он ориентирован.

Принцип работы

Работа систем оптического трекинга основана на отслеживании специальных оптических маркеров, которыми оснащено устройство взаимодействия с ВР (интерактивное устройство). Затем система трекинга передает сигнал в компьютер, где информация обрабатывается. После этого система дает реакцию на изменение позиции и ориентации интерактивного устройства, видоизменяя ВР согласно прописанному сценарию взаимодействия.

Устройства для оптического трекинга с оптическими маркерами (A.R.T. GmbH)

Для систем оптического трекинга, как правило, используются специальные модули регистрации оптического сигнала, иначе датчики или камеры (от одного в простых системах и до нескольких десятков в комплексных системах ВР).

Одной из задач систем оптического трекинга является калибровка системы в координатах реального мира. Это делается для установления взаимно однозначной связи между координатами в реальном и виртуальном мирах, чтобы человек смог «взять» виртуальный предмет своей рукой или специальным устройством, а система отразила это действие в своем виртуальном пространстве.

Разработчики систем оптического трекинга

Сегодня в мире насчитывается около десяти компаний, которые занимаются профессиональными разработками в области оптического трекинга. Наиболее успешные системы разрабатываются компаниями A.R.T., InterSense, WorldViz, PhoeniX Technologies, Ascension, PhaseSpace, EligoVision.^[1]

Недостатки оптического трекинга

Основной недостаток систем оптического трекинга — необходимость точной калибровки модулей приема оптического сигнала (камеры). Для работы такой системы обычно требуется две камеры или больше. Их рабочая зона — это область пересечения видимости камер. Чем обширнее должна быть зона взаимодействия, тем больше камер необходимо установить, тем сложнее становится процедура калибровки. Однако оптические системы трекинга применяются чаще остальных, поскольку они более надежны и доступны в цене.

Оптический трекинг на базе 2-х и более камер

Системы профессионального оптического трекинга от западных компаний сегодня используют от 2-х до 4-х камер в каждой системе трекинга. В системах с двумя и более камерами нужно провести внутреннюю калибровку, то есть установить зависимость между внешними размерами шаблона-маски и его образом на матрице камеры. После этого следует выполнить внешнюю калибровку, связав координатные системы (реальное местоположение) камер между собой, а затем с координатной системой виртуального мира (как правило, это координаты экрана, являющегося «окном» в виртуальную реальность).

При использовании 2-х, 3-х, 4-х и более камер, необходимо их калибровать попарно. Раньше это делалось вручную, сейчас это сделано в полуавтоматическом режиме. Стоимость таких систем — от 10 000 у.е.

См. также

• Система отслеживания движений головы
• Виртуальная реальность
• Дополненная реальность
• Телеприсутствие
• Степени свободы

Примечания

1. ↑ Виртуальная реальность: общие понятия, системы трекинга — № 04, 2008 | Журнал для пользователей персональных компьютеров | «Мир ПК» | Издательство «Открытые системы»

Литература

• Валерия Холодкова Виртуальная реальность: общие понятия, системы трекинга. Мир ПК (25 июня 2008). Проверено 20 августа 2010.
• Sergey V. Matveyev, Martin Göbel Direct interaction based on a two-point laser pointer technique  (англ.) // ACM SIGGRAPH 2003 Sketches & Applications, San Diego, California. — New York, NY, USA: ACM, 2003. — DOI:10.1145/965400.965527
• Sergey V. Matveyev, Martin Göbel The optical tweezers: multiple-point interaction technique  (англ.) // Proceedings of the ACM symposium on Virtual reality software and technology, Osaka, Japan. — New York, NY, USA: ACM, 2003. — С. 184—187. — ISBN 1-58113-569-6. — DOI:1008653.1008685