Подавляющая часть людей общается с компьютерами при помощи зрения и слуха. Однако, в некоторых случаях, самым подходящим чувством стало бы осязание. Производители в сфере компьютерных технологий признают это и расширяют использование тактильных решений.
Тактильный (от греческого слова, означающего "схватить" или "потрогать") отражает способность оборудования давать на выходе сигнал, который мы можем чувствовать, благодаря осязанию, а не видеть или слышать. Тактильный сигнал — это обычно отдача или вибрация. Насколько сильная отдача? "Маленькие аппараты выдают 3-4 ньютона [от 300 до 400 грамм], а некоторые большие — более, чем 30 Н ”, — утверждает Бен Лэндон, специалист по тактильному оборудованию компании SensAble Technologies Inc.
Применение тактильных технологий
Можно выделить две основные сферы применения тактильных технологий: виртуальная реальность (в том числе игры и медицинские тренинги) и удаленное управление (или телеуправление). Хотя самой очевидной возможностью использования тактильных технологий являются компьютерные игры, аналогичные проекты существуют и в промышленности. Например, тактильные технологии предоставляют пользователям возможность потрогать и почувствовать объекты компьютерного дизайна и проектирования в системах САПР и подобных. Такие средства предоставляют обратную связь с программным приложением, в котором ведется проектирование, а полностью электронное рулевое управление и тормоза вполне реалистично реагируют на действия операторов или водителей, избавляя от массивных и сложных прямых соединений или систем с усилителями.
"Рука" Omni производства компании SensAble Technologies поддерживает позиционирование с шестью степенями свободы и силовую обратную связь
Тактильные технологии, применяемые в медицине, — это способ защитить пациента от врачебных ошибок, они обеспечивают "виртуальный" тренинг для неопытного персонала. Тактильные медицинские тренировочные системы с поражающей реалистичностью воспроизводят ощущение погружения иглы или перитонеоскопа и позволяют видеть результаты на экране, а заодно и слышать, как жалуется пациент, если что-то сделано неправильно. Такие приборы могут быть использованы для проведения стоматологических процедур и многого другого.
"Существующий сегодня процесс обучения врачей сопровождается долей риска, — считает Том Андерсон, президент компании Novint Technologies. — Во время первых 50 процедур на живом пациенте, они учатся”. В Novint есть эпидуральный и дентальный имитаторы, которые получили положительные отзывы от пользователей. Майкл Левин, вице-президент и главный менеджер по промышленным и игровым технологиям компании Immersion Corp., сообщает, что сейчас используются около 800 приборов его компании, имитирующих сосудистую систему. Они позволяют обучать студентов технике введения иглы капельницы.
Тактильные технологии также находят применение при разработке медицинских имплантатов, отмечает Боб Стейнгарт, президент и директор по производственным вопросам компании SensAble Technologies Inc. Данные компьютерного томографа поступают в виде вокселов (трехмерных объемных пикселов). Оборудование SensAble использует тот же формат. "Представьте себе человека с дыркой в черепе, — объясняет Стейнгарт. — Следует начать с модели, полученной при помощи компьютерного или магнитно-резонансного томографа. Цель — получить протез, который заполнит это отверстие. Используя нашу систему вокселов и виртуальный наполнитель — модель черепа тоже будет состоять из вокселов, — можно получить очень хорошо подогнанную синтетическую часть тела, и, главное, очень быстро. Выходные данные обычно подаются на прибор, который быстро создает прототип, а в некоторых случаях — на фрезерный станок".
"Тактильные технологии также могут быть использованы для улучшения представления данных, — отмечает Лэндон (комапния SensAble), — что дает возможность пользователю ориентироваться в целом море данных (например, сейсмическое отображение скальных пород) при помощи дополнительных средств восприятия. У Вас есть не только цвет и время, но также силовое воздействие, что поможет вам определить характер данных".
Кнопки, мыши, джойстики
Возможно, самый простой пример тактильных технологий — это регулировочные ручки, наподобие тех, которые используются для настройки радио. Оснастив такую ручку двигателем и тормозом, можно добиться различных типов фиксации, упора и даже амортизации. И все эти характеристики можно изменять по мере необходимости.
Тактильные мыши поддерживают отдачу или вибрацию, или и то и другое в качестве реакции программного обеспечения на действия пользователя. Они применяются в широком спектре задач: от игр до физиотерапии, а сейчас исследуется применение тактильной мыши в качестве инструмента ввода данных в компьютер для слепых людей. При использовании тактильной мыши возникает одна проблема. Она заключается в том, что мышь должна иметь какие-либо средства отслеживания своего абсолютного положения; сейчас для этого используют оси или нити, связанные с основой.
Робототехника наоборот: виртуальные манипуляторы
В виртуальном трехмерном мире тактильные технологии соответствуют "роботам наоборот”. Робот позволяет виртуальному миру (программному обеспечению) манипулировать реальными объектами. Тактильный прибор позволяет человеку манипулировать виртуальными объектами и чувствовать их, как если бы они были настоящими.
Сенсорный экран, оборудованный электромагнитными приводами
Например, пользователь может взяться за манипулятор (некоторые системы используют перчатку или "кольцо"), соединенный с системой кронштейнов.
У тактильных приборов могут быть три степени свободы (3 СС), которые позволяют ощущать оси X, Y и Z, или 6 степеней свободы (6 СС), которые также чувствительны к повороту и наклону. Количество степеней свободы отражает количество изменяемых параметров. Система чувствует положение рукоятки и передает пользователю соответствующую отдачу и вибрацию с помощью встроенных двигателей и систем торможения. Когда курсор встречает виртуальный объект, оператор чувствует сопротивление, которое может быть жестким (для твердого объекта), мягким или эластичным. Если это необходимо, рукоятка может вибрировать, чтобы имитировать, например, ощущения человека, ведущего пером по неровной поверхности. Тактильные перчатки могут использоваться в физиотерапии, чтобы помочь пациентам, перенесшим сердечный приступ, вернуть силы и улучшить функции организма.
Исследователи Японского технологического университета города Тоехаши изучали возможность применения тактильных джойстиков для управления подъемными кранами с целью предотвращения столкновений. Некоторые организации занимаются разработкой систем тактильной обратной связи для хирургических роботов (которые, в действительности, дистанционно управляются). Нано-технологи пытаются интегрировать тактильные приборы в сканирующие электронные микроскопы, чтобы обеспечить чувство прикосновения при манипуляции нано-объектами.
Сенсорные экраны с обратной связью
Совсем недавно тактильные технологии стали использовать при изготовлении сенсорных экранов. Обычные сенсорные экраны позволяют оператору воздействовать на любую точку поверхности экрана, а тактильные технологии дают возможность действительно это почувствовать. Нажмите на кнопку, и вы почувствуете (а часто даже услышите) щелчок. Виртуальные кнопки могут быть любого размера или формы и находиться где угодно на экране. Тип реакции на прикосновение тоже может различаться.
В декабре 2005 года компания Volkswagen AG получила лицензию на использование тактильных технологий компании Immersion в автомобильных панелях. Вместо того, чтобы просто ощущать твердую поверхность виртуальной контрольной панели, водители чувствуют, как кнопки утапливаются и отпускаются, совсем как настоящие кнопки и переключатели. По словам Левина, пользователи, которым предлагали выбор между сенсорными экранами с тактильным откликом и без него, выказывали большое предпочтение тактильным вариантам, и если они могли выбрать только один вариант, они выбирали именно этот.
Чувство прикосновения можно воссоздать несколькими способами. Вероятно, самым прямым будет построить целый ряд подвижных контактных выводов на экране так, что поверхность действительно примет желаемую форму. Хотя такой подход и эффективен, он сложен и дорог. Более простой подход — расположить в углах экрана электромагнитные приводы, которые будут управлять движением внешней поверхности сенсорного экрана (см. схему). Исследования показали, что критическим параметром является не расстояние, а ускорение. Согласно стандарту ассоциации NEMA, смещение может составлять от 0,1 до 0,2 мм.
В то время как тактильные технологии завоевывают все большее признание в играх и тренировочных имитаторах, расширение области промышленного применения проходит медленнее. Одним из факторов, который будет способствовать расширению применения этой технологии в промышленном оборудовании, является упрощение задачи интеграции тактильных технологий в итрерфейсы.
Большинство компаний, занимающихся тактильными технологиями, предлагают целый ряд программных интерфейсов (API) для различных областей применения этих технологий и другого программного обеспечения, облегчающего разработку. Immersion Corp работает над универсальным комплектом, состоящим из небольшой круглой панели, набора приводов и руководства по эксплуатации. В панели заранее запрограммированы тактильные эффекты, любые другие можно будет дополнительно загрузить и сохранить на флэш-памяти. Компания SensAble Technologies также предлагает различные тактильные средства для своего оборудования.
Снижение стоимости также приведет к увеличению спроса на тактильные технологии. В нижнем ценовом диапазоне находится модель Falcon компании Novint с тремя степенями свободы, которая продается за 150-200$. Хотя этот прибор создан для повседневного применения, опыт показал, что некоторые потребительские электронные товары проникают в промышленный и коммерческий сектор практически без изменений. И если они производятся и продаются в количествах, характерных для розничной продажи, цены могут оказаться весьма привлекательными. Что касается надежности прибора, то, по словам Андерсона (компании Novint), эта продукция "рассчитана на то, что люди будут по ней стучать, им также захочется, чтобы она работала непрерывно в течение длительного времени, особенно, когда они играют на ней в видео игры".
Phantom Omni компании SensAble — "рука" с шестью степенями свободы, прикрепленная к основанию, которое может располагаться на рабочем столе — стоит около 2400$ вместе с пакетом программного обеспечения. Что касается сенсорных экранов: доступны дисплеи Immersion размером до 19", цена устройства тактильной обратной связи примерно равна цене сенсорного экрана.
Хотя тактильные технологии далеко не совершенны, уже ясно, что у них многообещающее будущее в промышленной сфере. Хотя обычные мыши, скорее всего, не исчезнут, несмотря на то, что компания Novint назвала одну из своих моделей Falcon (Сокол) в честь хищной птицы, питающейся мышами, может оказаться, что не только они смогут выполнять такие функции.
Сенсорная перчатка . Непосредственное отслеживание движений руки давно вызвало большой интерес у многих разработчиков. Например, в 1983 г. было запатентовано устройство Digital Entry Glove. Но настоящим прорывом стала сенсорная перчатка DataGlove, разработанная в Исследовательском центре имени Джозефа Эймса NASA, а затем усовершенствованная и выпущенная на рынок компанией VPL Research (рис.2.20).
Для определения величины углов сгиба пальцев в перчатке VPL DataGlove были использованы эластичные оптические волокна (световоды). Сгибание пальцев обнаруживается с помощью набора из десяти оптоволоконных датчиков, которые вшиты в перчатку над каждым суставом пальцев. Работа датчиков основана на том, что, если оптоволокно сгибается, то переданный по нему свет ослабевает пропорционально изгибу. Каждый датчик состоит из источника света на одном конце оптоволокна и детектора на другом. Микропроцессор последовательно сканирует все сенсоры и вычисляет угол сгиба каждого сустава пальцев, используя определенную модель строения человеческой кисти. Перчатка подключается к ПК с помощью стандартного последовательного интерфейса RS-232 .
| Рис.2.20. Сенсорная перчатка VPL DataGlove |
Разработано несколько конкурирующих сенсорных перчаток, самая известная из которых – недорогая перчатка Nintendo PowerGlove (рис.2.21, слева), предназначенная для использования в видеоиграх. Перчатки со световыми сенсорами разработала калифорнийская фирма Virtual Technologies, например, самые простые варежки CyberGlove. Существует также 18-сенсорная модель, отслеживающая движения пальцев (рис.2.21, в центре), и 22-сенсорная, способная еще и уловить сгибание-разгибание всех пальцев, кроме большого.Эти перчатки дают ошибку лишь на 0,5-1°. 22-сенсорная модель снимает показания 149 раз в секунду, а 18-сенсорная – 112 раз в секунду. Компания Computers & more выпускает перчатку 5 th Glove (рис.2.68, справа) .
В других моделях, в частности, Virtex CyberGlove, для определения величины углов сгиба пальцев применяются датчики натяжения. Для некоторых задач точность (порядка ±10º) и повторяемость показаний таких датчиков могут быть недостаточны. Более точный метод измерения дает устройство Dexterous Handmaster компании Exos, имеющее наружный скелет, закрепляемый на суставах пальцев, и датчики, использующие эффект Холла. Датчики позволяют определять углы сгиба пальцев с точностью ±0,5º. Однако, не вполне ясно, можно ли извлечь какую-либо пользу из такой точности, и вполне может оказаться, что четырех уровней данных, которые дает перчатка Nintendo PowerGlove, фактически достаточно для большинства задач .
Рис.2.21. Сенсорные перчатки: Nintendo PowerGlove; 18-сенсорная модель фирмы Virtual Technologies; 5 th Glove
Есть и технология с механическими датчиками, но она тяжела и несовершенна .
Следящая система переводит в цифровую форму также и положения руки . Аэрокосмическая корпорация МсDonnell Douglas разработала систему Polyhemus, которая встраивается в перчатку DataGlove и служит для определения положения руки .
Упоминавшиеся видеошлем VIEW и перчатка DataGlove используют систему датчиков, чувствительных к электромагнитному полю. Точность определения положения порядка двух миллиметров. Перчатка может находиться в любой точке условного шара диаметром в 1 м .
Более современная перчатка P5 американской фирмы Essential Reality показана на рис. 2.22. Базовая станция включается в порт USB и не требует внешнего питания, перчатка включается проводом в базовую станцию. На тыльной стороне «ладони» расположено 8 инфракрасных светодиодов, которые позволяют базовой станции отслеживать перемещения руки в пространстве. В базовой станции, находятся 2 инфракрасные камеры, что позволяет более надежно следить за перчаткой и точно определять расстояние до нее.
Рис.2.22. Базовая станция и перчатка P5
Зона видимости базовой станции составляет 45° по вертикали и горизонтали и около 1,5 м в «глубину». В этом конусе P5 может отслеживать координаты руки по 3 осям с точностью до 0,6 см (в 60 см от базы), а также поворот и наклон ладони с точностью до 2°. Опрос координат происходит с частотой 40 Гц (задержка составляет 12 мс). Кроме светодиодов системы слежения, в перчатке имеется 5 резиновых «пальцев» с датчиками изгиба. К пальцам пользователя они крепятся пластиковыми кольцами и меряют изгиб с точностью в 1,5°. Еще на тыльной стороне перчатки имеется 4 кнопки, одна из которых программируется (остальные служат для калибровки, включения/выключения и переключения режимов работы). Таким образом, в терминах джойстика P5 имеет 11 аналоговых осей и 1 кнопку .
Тактильная обратная связь (Forced Feedback) используется в сенсорных перчатках для имитации прикосновения руки к объекту. Тактильную обратную связь наиболее просто реализует небольшой динамик на ладони , поскольку рука хорошо чувствует щелчок, издаваемый динамиком в ответ на какое-либо событие. Но это лишь сигнал о событиях, а хотелось бы получить ощущение прикосновения к виртуальным объектам . Такое ощущение можно имитировать разными способами.
Для имитации ощущения прикосновения с помощью давления часто используют воздушные надувные баллончики , с помощью которых регулируется сила или жесткость давления перчатки на пальцы. Делались попытки применить пьезоэлектрические кристаллы , которые при вибрации создают ощущение давления, а также сплавы с памятью формы , которые можно заставить изогнуться, пропуская слабый электрический ток. Подобное устройство Portable Dexterous Master (рис.2.23), состоящее из перчатки VPL DataGlove, снабженной тремя пневматическими приводами, было разработано изобретателем Григором Бердиа из Университета Рутгерса .
Рис.2.23. Устройство Portable Dextrous Master
Кроме ощущения давления важна и имитация ощущения сопротивления при попытке сдвинуть виртуальный объект. Для этой цели может использоваться миниатюрный робот-манипулятор , закрепляемый на руке . Например, более поздние модели перчатки DataGlove уже включали пьезоэлектрические датчики на кончиках пальцев, чтобы обеспечить некоторый уровень тактильной обратной связи. Когда пользователь берет в руку виртуальный объект, то ощущает давление от соприкосновения его пальцев с поверхностью объекта. Еще позднее перчатка была снабжена специальным робототехническим экзоскелетом , позволяющим создавать ощущения веса и силы .
«Силовая» обратная связь может быть реализована и без сенсорных перчаток. Простое устройство «силовой» обратной связи было разработано компанией Digital. Это рукоятка , подобная ручке газа на мотоцикле, которая может менять силу своего сопротивления повороту . Группа специалистов из компании UNC для создания «силовой» обратной связи применила электромеханический манипулятор.
Тактильная обратная связь весьма чувствительна к характеристикам контуров обратной связи: пользователь подсознательно мгновенно реагирует на импульсы от системы и корректирует свою реакцию до того, как система успеет отработать предыдущие реакции. Считается, что для создания надежной иллюзии ощущения объекта тактильная система должна иметь скорость обновления информации 300-1000 Гц, что как минимум на порядок выше, чем скорость обновления визуальной информации .
Компания Virtual Technologies разработала устройство CyberGrasp с обратным тактильным воздействием, предоставляя пользователю возможность почувствовать виртуальный мир своими руками (рис. 2.24).
Специальные крючья одеваются поверх перчаток и при необходимости препятствуют сжиманию кисти с силой до 12 Н (Ньютон) на каждый палец (силу в 1 Н надо приложить, чтобы телу весом 1 Кг изменить ускорение на 1 м/с; или это сила тяготения, действующая на 1/9,8 Кг). Максимальное воздействие CyberGrasp сравнимо с тем, которое можно испытать, подвесив по 1,2 Кг на каждый палец при прямом локтевом суставе, плюс сама лапка весит еще 350 г.
Компания Virtual Technologies изобрела и устройство CyberTouch с обратным тактильным воздействием (рис.2.25). Это устройство небольших размеров надевается на кончики пальцев и передает им разного рода вибрацию. Крепится оно поверх VR-перчаток.
| Рис.2.24. Устройство CyberGrasp | Рис.2.25. Устройство CyberTouch |
Англичане придумали перчатки с системой шариков и компрессором для нагревания воздуха, в которых можно почувствовать не только неровности виртуальных объектов, но и их температуру. Такое устройство наиболее полно передает тактильное воздействие на руки.
Датчики кисти руки предназначены для слежения за ее перемещениями. В самые простые датчики встроен только Position Tracker, отслеживающий перемещения небольшого кубика в руке пользователя. Производством таких датчиков занимается компания Ascension Technology Corporation. Например, датчик MibiBird (рис. 2.26, слева) способен отслеживать кисть при вращении ±180° по вертикали и горизонтали, а также ±90° вокруг своей оси с ошибкой на 0,1-0,5°. Приспособление Motion Star (рис. 2.26, справа) более массового характера схоже с MibiBird. Существуют и более чувствительные подобные приборы .
Тренажеры и симуляторы . Многие ремесела основаны на тонком моторном контроле и координации рук человека. Изучение и подготовка в некоторых профессиях требует большой практики, а достижение определенного мастерства может занимать годы (например, каллиграфия). Тренажеры, симуляторы и системы имитации предназначены для повышения эффективности обучения. Использование устройств с тактильной обратной связью позволяет проводить процесс обучения более эффективно, особенно когда руку обучаемого ведет электронный эксперт – устройство с тактильной обратной связью.
Телеуправление (дистанционное управление) и микро-манипуляции, робототехника .Работа с недоступным или опасным материалом требует телеприсутсвия оператора. Использование устройств с осязательной обратной связью позволяет повысить качество дистанционного управления роботами и различными исполняющими устройствами за счет передачи дополнительной интуитивно понятной оператору осязательной информации. К сожалению, стандартные джойстики не позволяют использовать данный канал восприятия информации человека.
Использование устройств с обратной тактильной связью оправданно в ответственных операциях с дистанционным управлением роботами, когда операторы могут мгновенно чувствовать реакцию и различные ограничения манипулятора (динамика, ограничения рабочего пространства и т.д.).
Микро-манипуляторы – маленькие роботы, построенные, чтобы выполнять различные задачи с объектами, часто более тонкими, чем человеческие волосы. Соответственно, использование устройств с тактильной обратной связью позволяет оператору манипулировать микро-роботами интуитивно понятным и привычным способом.
Медицина . Большое число высокотехнологичных устройств для медицины часто ограничивается первичным инструментом хирурга, а именно их руками. Соответственно, использование систем с обратной тактильной связью в медицинских тренажерах и реальных медицинских роботах позволяет передавать хирургу осязательную информацию, что позволяет сделать все манипуляции в привычной и интуитивно понятной форме .
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Мультимедиа технологии в образовании
Федеральное государственное автономное образовательное.. учреждение высшего профессионального образования.. Южный федеральный университет..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Мультимедиа технологии в образовании
Учебное пособие
Часть 2. Виртуальная реальность, создание мультимедиа продуктов, применение мультимедиа технологий
в образовании
Понятие виртуальной реальности
Одно из перспективных направлений повышения эффективности использования компьютеров связано с разработкой аппаратных и программных средств комплексного воздействия на пользователя персонального ком
Определения и восприятие ВР
Определение 1. ВР – это совокупность средств, позволяющих создать у человека иллюзию того, что он находится в искусственно созданном мире, путем подмены обычного восприятия окружающей действительно
Измерения ВР
Разные системы ВР предоставляют различные виды интерактивности, уровни погружения и функции.
Виды интерактивности:
· полет в ВР. Свобода передвижения,
Появление и разработки систем ВР
Создание систем ВР основано на использовании компьютерной графики и анимации, компьютерного и имитационного моделирования, дистанционного управления, автоматизированного проектирования, техники чел
Способы отображения
Проще всего «окунуться» в виртуальный мир можно, наблюдая за ним с помощью обычного дисплея ПК. В таком случае говорят о «настольной» или «оконной» системе ВР. Такая система имеет более высокое раз
Передвижение в виртуальном пространстве
Передвижение в виртуальном пространстве связано с необходимостью позиционирования. Обычная двумерная мышь как устройство указания точек на плоскости имеет всего 2 степени свободы.
Звуковая поддержка ВР
Звук дополняет визуальную информацию и предупреждает пользователя о событиях, им невидимых, например, происходящих за его спиной. Для такой сигнализации иногда вполне достаточно и монозвука. А если
Системы ВР VFX 1 и VFX 3D
Система ВР VFX 1 Headgear VR System компании Forte Technologies (рис.2.44), основой которой является HMD, состоит из следующих модулей :
Рабочая станция Haptic Workstation
Она является примером комплексной разработки различных устройств ВР компанией Immersion (погружение). В комплект рабочей станции Haptic Workstation (рис.2.48) входят :
Сферы и перспективы применения сред ВР
Сферы применения рассматриваемой аппаратно-программной среды ВР достаточно широки и многообразны:
· визуальное трехмерное конструирование;
· дистанционное управление роботами, тра
Интерактивные интеллектуальные игры
Все начиналось в среде операционных систем (ОС) UNIX и MS-DOS с достаточно просто организованных, но весьма увлекательных компьютерных игр стратегического плана, таких как «Шахматы», «Подземелье»,
Перфоманс-анимация
Перфоманс-анимация – это относительно новое направление в анимации, которое дает возможность передавать естественные, реалистичные движения в РВ. Маленькие, легкие датчики прикрепляются на передвиг
Моделирование и синтез визуальных динамических образов виртуальных людей
Весьма интересным и перспективным направлением исследований и разработок является и так называемый синтез динамических образов виртуальных людей на основе моделирования различных систем и элементов
Интерактивные интеллектуальные действа с альтернативными сценариями
Гипертехнологии можно применить не только к текстам или изображениям, но и к динамическим действам (фильмам или анимациям). Нелинейность информационной структуры в этом случае достигается на основе
Области применения мультимедиа приложений
По большому счету все многочисленные области применения ММ приложений можно свести в три основные группы .
1. Деловая сфера, где могут использоваться
·
Программы создания и редактирования текста и гипертекста
Текстовые процессоры. Среди множества текстовых процессоров сегодня доминируют:
· MS Office Word 2007 – развитая ПС, позволяющая создавать достаточно слож
Программы создания и редактирования графики
В данной группе выделяют четыре вида программ :
· программы для работы с растровой графикой;
· программы для работы с векторной графикой;
· комбиниров
Программы создания и редактирования звука
Программы для работы со звуком можно условно разделить на три большие группы :
· программы-секвенсоры для создания музыки на основе секвенсорной или MIDI-технологии;
·
Программы создания и редактирования трехмерной графики и анимации
Для создания традиционной (двухмерной) анимации могут использоваться программы: Macromedia Director, семейство Autodesk Animator, Animator Pro,
Программы создания и редактирования интерактивных трехмерных представлений
К ним относятся программы поддержки виртуальных панорам: QuickTime, программы компании Live Picture (для создания изображений в форматах FPX и IMOB), программа для просмотра
Основные этапы и стадии разработки ММ продуктов
Используются две основных технологии создания ММ продуктов различного назначения :
· internet/intranet-технология, когда продукт представляет собой ГТ-документ;
Технологии поддержки текста и гипертекста УМ
Методы представления информации могут быть разделены на линейный и структурный. При линейном представлении учебной информации структура изложения УМ однозначно определяется порядком их следо
Технологии использования графики
Известно, что векторные изображения требуют меньшего объема памяти при их хранении, чем растровые, и могут масштабироваться без потери качества .
Таким образом, если в ММ продукте (напр
Технологии поддержки анимации и трехмерной графики
Анимация является одной из современных форм представления графики в электронных публикациях. На первый взгляд анимация подобна видеофильму, но она принципиально отличается от него, так как имеет де
Технологии создания и поддержки видео
Видеоинформация представляется в виде видеоклипов (видеороликов), т.е. наборов последовательно выводимых друг за другом взаимосвязанных изображений – кадров (видеокадров). Если скорость появления в
Технологии создания и поддержки интерактивных трехмерных представлений
Технология QuickTimeVR.Она обеспечивает поддержку таких важнейших представлений среды ВР как панорама ВР, объект ВР и сцена ВР. Панорама ВР отражает вид из фиксированной точ
Мультимедиа издания на CD-ROM и DVD-ROM
1. Энциклопедии. Это наиболее дорогие и широко известные издания на CD. К ним относятся: «Иллюстрированный Энциклопедический словарь» (издательство «Аутопан»); «Большая энциклопеди
Типы программных средств разработки ММ продуктов
Интегрированные среды разработчика (ИСР) позволяют объединить созданные отдельно фрагменты разных типов в единое законченное целое – ММ приложение. ИСР ММ приложений можно условно
Инструментальные среды поддержки языков программирования
Универсальные языки программирования в сравнении с авторскими системами оказываются более гибкими и позволяют создавать более производительные ММ приложения. Но в современных условиях гибкость и бы
Проблемы создания мм ксо
Создание ММ КСО связано с решением целого ряда разноплановых проблем. И как часто бывает в современных и перспективных, интегрированных и постоянно усложняющихся областях знаний и человеческой деят
Направления и средства адаптации ММ КСО к возможностям и особенностям пользователя
Особую значимость имеют следующие направления адаптации ММ КСО, которые пользователь может применить:
· к возможностям графического интерфейса пользователя (ГИП) среды обучения. Проявляетс
Образовательные ресурсы
Рис.4.1. Архитектура образовательной среды
Ø ускоренное – проводится по одной из первых двух основны
Новые способы работы с информацией
ММ обеспечивает возможность интенсификации и повышение мотивации обучения за счет применения таких новых способов работы с аудиовизуальной информацией как :
· «манипулиров
Расширение возможностей иллюстраций
При использовании ММ средств в образовании существенно расширяются возможности иллюстраций. Вообще говоря, существует два основных толкования термина «иллюстрация»:
· изображение
Интерактивность
ММ является исключительно полезной и плодотворной образовательной технологией, именно благодаря присущим ей качествам интерактивности, гибкости и интеграции различных типов учебной информации, а та
Активизация обучаемых
Использование ММ позволяет обучаемым работать над учебными материалами по-разному – самим решать,
· как именно изучать материалы,
· как применять интерактивные возможности
Интенсификация процессов обучения
Применение ММ может позитивно сказаться сразу на нескольких аспектах учебного процесса.
1. ММ может стимулировать когнитивные аспекты обучения, такие как восприятие и осознание
Глоссарий к модулю 2
Аватар – особый класс объектов VRML, трехмерный образ персонажа, действующего в виртуальном мире. В некоторых Internet-приложениях аватары выступают в качестве виртуальных представ
Заключение
ММ технологии постоянно развиваются, поскольку совершенствует-ся компьютерная и сетевая аппаратура, периферийные устройства аудио-визуализации и техника эффективного представления все больших объе-
Список сокращений
АОМ – автоматизированный обучающий модуль;
АОС (КОС) – автоматизированная (компьютерная) обучающая система;
АСТК – автоматизированная система тестового контроля;
АУК (КУК
Библиографический список
1. Григорьев С.Г., Гриншкун В.В. Мультимедиа в образовании. – http://www.ido.edu.ru/open/mm/.
2. Кречман Д.Л., Пушков А.И. Мультимедиа своими руками. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург,
Подавляющая часть людей общается с компьютерами при помощи зрения и слуха. Однако, в некоторых случаях, самым подходящим чувством стало бы осязание. Производители в сфере компьютерных технологий признают это и расширяют использование тактильных решений.
Тактильный (от греческого слова, означающего "схватить" или "потрогать") отражает способность оборудования давать на выходе сигнал, который мы можем чувствовать, благодаря осязанию, а не видеть или слышать. Тактильный сигнал — это обычно отдача или вибрация. Насколько сильная отдача? "Маленькие аппараты выдают 3-4 ньютона [от 300 до 400 грамм], а некоторые большие — более, чем 30 Н ”, — утверждает Бен Лэндон, специалист по тактильному оборудованию компании SensAble Technologies Inc.
Применение тактильных технологий
Можно выделить две основные сферы применения тактильных технологий: виртуальная реальность (в том числе игры и медицинские тренинги) и удаленное управление (или телеуправление). Хотя самой очевидной возможностью использования тактильных технологий являются компьютерные игры, аналогичные проекты существуют и в промышленности. Например, тактильные технологии предоставляют пользователям возможность потрогать и почувствовать объекты компьютерного дизайна и проектирования в системах САПР и подобных. Такие средства предоставляют обратную связь с программным приложением, в котором ведется проектирование, а полностью электронное рулевое управление и тормоза вполне реалистично реагируют на действия операторов или водителей, избавляя от массивных и сложных прямых соединений или систем с усилителями.
"Рука" Omni производства компании SensAble Technologies поддерживает позиционирование с шестью степенями свободы и силовую обратную связь
Тактильные технологии, применяемые в медицине, — это способ защитить пациента от врачебных ошибок, они обеспечивают "виртуальный" тренинг для неопытного персонала. Тактильные медицинские тренировочные системы с поражающей реалистичностью воспроизводят ощущение погружения иглы или перитонеоскопа и позволяют видеть результаты на экране, а заодно и слышать, как жалуется пациент, если что-то сделано неправильно. Такие приборы могут быть использованы для проведения стоматологических процедур и многого другого.
"Существующий сегодня процесс обучения врачей сопровождается долей риска, — считает Том Андерсон, президент компании Novint Technologies. — Во время первых 50 процедур на живом пациенте, они учатся”. В Novint есть эпидуральный и дентальный имитаторы, которые получили положительные отзывы от пользователей. Майкл Левин, вице-президент и главный менеджер по промышленным и игровым технологиям компании Immersion Corp., сообщает, что сейчас используются около 800 приборов его компании, имитирующих сосудистую систему. Они позволяют обучать студентов технике введения иглы капельницы.
Тактильные технологии также находят применение при разработке медицинских имплантатов, отмечает Боб Стейнгарт, президент и директор по производственным вопросам компании SensAble Technologies Inc. Данные компьютерного томографа поступают в виде вокселов (трехмерных объемных пикселов). Оборудование SensAble использует тот же формат. "Представьте себе человека с дыркой в черепе, — объясняет Стейнгарт. — Следует начать с модели, полученной при помощи компьютерного или магнитно-резонансного томографа. Цель — получить протез, который заполнит это отверстие. Используя нашу систему вокселов и виртуальный наполнитель — модель черепа тоже будет состоять из вокселов, — можно получить очень хорошо подогнанную синтетическую часть тела, и, главное, очень быстро. Выходные данные обычно подаются на прибор, который быстро создает прототип, а в некоторых случаях — на фрезерный станок".
"Тактильные технологии также могут быть использованы для улучшения представления данных, — отмечает Лэндон (комапния SensAble), — что дает возможность пользователю ориентироваться в целом море данных (например, сейсмическое отображение скальных пород) при помощи дополнительных средств восприятия. У Вас есть не только цвет и время, но также силовое воздействие, что поможет вам определить характер данных".
Кнопки, мыши, джойстики
Возможно, самый простой пример тактильных технологий — это регулировочные ручки, наподобие тех, которые используются для настройки радио. Оснастив такую ручку двигателем и тормозом, можно добиться различных типов фиксации, упора и даже амортизации. И все эти характеристики можно изменять по мере необходимости.
Тактильные мыши поддерживают отдачу или вибрацию, или и то и другое в качестве реакции программного обеспечения на действия пользователя. Они применяются в широком спектре задач: от игр до физиотерапии, а сейчас исследуется применение тактильной мыши в качестве инструмента ввода данных в компьютер для слепых людей. При использовании тактильной мыши возникает одна проблема. Она заключается в том, что мышь должна иметь какие-либо средства отслеживания своего абсолютного положения; сейчас для этого используют оси или нити, связанные с основой.
Робототехника наоборот: виртуальные манипуляторы
В виртуальном трехмерном мире тактильные технологии соответствуют "роботам наоборот”. Робот позволяет виртуальному миру (программному обеспечению) манипулировать реальными объектами. Тактильный прибор позволяет человеку манипулировать виртуальными объектами и чувствовать их, как если бы они были настоящими.
Сенсорный экран, оборудованный электромагнитными приводами
Например, пользователь может взяться за манипулятор (некоторые системы используют перчатку или "кольцо"), соединенный с системой кронштейнов.
У тактильных приборов могут быть три степени свободы (3 СС), которые позволяют ощущать оси X, Y и Z, или 6 степеней свободы (6 СС), которые также чувствительны к повороту и наклону. Количество степеней свободы отражает количество изменяемых параметров. Система чувствует положение рукоятки и передает пользователю соответствующую отдачу и вибрацию с помощью встроенных двигателей и систем торможения. Когда курсор встречает виртуальный объект, оператор чувствует сопротивление, которое может быть жестким (для твердого объекта), мягким или эластичным. Если это необходимо, рукоятка может вибрировать, чтобы имитировать, например, ощущения человека, ведущего пером по неровной поверхности. Тактильные перчатки могут использоваться в физиотерапии, чтобы помочь пациентам, перенесшим сердечный приступ, вернуть силы и улучшить функции организма.
Исследователи Японского технологического университета города Тоехаши изучали возможность применения тактильных джойстиков для управления подъемными кранами с целью предотвращения столкновений. Некоторые организации занимаются разработкой систем тактильной обратной связи для хирургических роботов (которые, в действительности, дистанционно управляются). Нано-технологи пытаются интегрировать тактильные приборы в сканирующие электронные микроскопы, чтобы обеспечить чувство прикосновения при манипуляции нано-объектами.
Сенсорные экраны с обратной связью
Совсем недавно тактильные технологии стали использовать при изготовлении сенсорных экранов. Обычные сенсорные экраны позволяют оператору воздействовать на любую точку поверхности экрана, а тактильные технологии дают возможность действительно это почувствовать. Нажмите на кнопку, и вы почувствуете (а часто даже услышите) щелчок. Виртуальные кнопки могут быть любого размера или формы и находиться где угодно на экране. Тип реакции на прикосновение тоже может различаться.
В декабре 2005 года компания Volkswagen AG получила лицензию на использование тактильных технологий компании Immersion в автомобильных панелях. Вместо того, чтобы просто ощущать твердую поверхность виртуальной контрольной панели, водители чувствуют, как кнопки утапливаются и отпускаются, совсем как настоящие кнопки и переключатели. По словам Левина, пользователи, которым предлагали выбор между сенсорными экранами с тактильным откликом и без него, выказывали большое предпочтение тактильным вариантам, и если они могли выбрать только один вариант, они выбирали именно этот.
Чувство прикосновения можно воссоздать несколькими способами. Вероятно, самым прямым будет построить целый ряд подвижных контактных выводов на экране так, что поверхность действительно примет желаемую форму. Хотя такой подход и эффективен, он сложен и дорог. Более простой подход — расположить в углах экрана электромагнитные приводы, которые будут управлять движением внешней поверхности сенсорного экрана (см. схему). Исследования показали, что критическим параметром является не расстояние, а ускорение. Согласно стандарту ассоциации NEMA, смещение может составлять от 0,1 до 0,2 мм.
В то время как тактильные технологии завоевывают все большее признание в играх и тренировочных имитаторах, расширение области промышленного применения проходит медленнее. Одним из факторов, который будет способствовать расширению применения этой технологии в промышленном оборудовании, является упрощение задачи интеграции тактильных технологий в итрерфейсы.
Большинство компаний, занимающихся тактильными технологиями, предлагают целый ряд программных интерфейсов (API) для различных областей применения этих технологий и другого программного обеспечения, облегчающего разработку. Immersion Corp работает над универсальным комплектом, состоящим из небольшой круглой панели, набора приводов и руководства по эксплуатации. В панели заранее запрограммированы тактильные эффекты, любые другие можно будет дополнительно загрузить и сохранить на флэш-памяти. Компания SensAble Technologies также предлагает различные тактильные средства для своего оборудования.
Снижение стоимости также приведет к увеличению спроса на тактильные технологии. В нижнем ценовом диапазоне находится модель Falcon компании Novint с тремя степенями свободы, которая продается за 150-200$. Хотя этот прибор создан для повседневного применения, опыт показал, что некоторые потребительские электронные товары проникают в промышленный и коммерческий сектор практически без изменений. И если они производятся и продаются в количествах, характерных для розничной продажи, цены могут оказаться весьма привлекательными. Что касается надежности прибора, то, по словам Андерсона (компании Novint), эта продукция "рассчитана на то, что люди будут по ней стучать, им также захочется, чтобы она работала непрерывно в течение длительного времени, особенно, когда они играют на ней в видео игры".
Phantom Omni компании SensAble — "рука" с шестью степенями свободы, прикрепленная к основанию, которое может располагаться на рабочем столе — стоит около 2400$ вместе с пакетом программного обеспечения. Что касается сенсорных экранов: доступны дисплеи Immersion размером до 19", цена устройства тактильной обратной связи примерно равна цене сенсорного экрана.
Хотя тактильные технологии далеко не совершенны, уже ясно, что у них многообещающее будущее в промышленной сфере. Хотя обычные мыши, скорее всего, не исчезнут, несмотря на то, что компания Novint назвала одну из своих моделей Falcon (Сокол) в честь хищной птицы, питающейся мышами, может оказаться, что не только они смогут выполнять такие функции.
2.3.3. Способы подачи команд
Кроме задания положения объекта в трехмерном пространстве желательно также иметь возможность подавать команды , которые должны быть выполнены в определенных его точках. Для подачи команд проще всего использовать обычную клавиатуру компьютера и привычную систему экранных меню, но лучше использовать набор кнопок на позиционном датчике типа «плавающая мышь».
Микрофон и наушники видеошлема могут быть подключены к звукогенератору и к системе распознавания и синтеза речи. В среде синтетической реальности, в принципе, даже можно использовать виртуальную клавиатуру и управлять всем процессом работы через нее с помощью сенсорной перчатки. Но человеку все же легче и проще для подачи команд использовать свой речевой канал, а компьютерную систему речевого ввода сегодня уже можно «обучить» распознаванию десятков тысяч слов с достаточно высокой надежностью .
2.3.4. Сенсорная перчатка и тактильная обратная связь
Сенсорная перчатка . Непосредственное отслеживание движений руки давно вызвало большой интерес у многих разработчиков. Например, в 1983 г. было запатентовано устройство Digital Entry Glove. Но настоящим прорывом стала сенсорная перчатка DataGlove, разработанная в Исследовательском центре имени Джозефа Эймса NASA, а затем усовершенствованная и выпущенная на рынок компанией VPL Research (рис.2.20).
Для определения величины углов сгиба пальцев в перчатке VPL DataGlove были использованы эластичные оптические волокна (световоды). Сгибание пальцев обнаруживается с помощью набора из десяти оптоволоконных датчиков, которые вшиты в перчатку над каждым суставом пальцев. Работа датчиков основана на том, что, если оптоволокно сгибается, то переданный по нему свет ослабевает пропорционально изгибу. Каждый датчик состоит из источника света на одном конце оптоволокна и детектора на другом. Микропроцессор последовательно сканирует все сенсоры и вычисляет угол сгиба каждого сустава пальцев, используя определенную модель строения человеческой кисти. Перчатка подключается к ПК с помощью стандартного последовательного интерфейса RS-232 .
|
Рис.2.20. Сенсорная перчатка VPL DataGlove |
Разработано несколько конкурирующих сенсорных перчаток, самая известная из которых – недорогая перчатка Nintendo PowerGlove (рис.2.21, слева), предназначенная для использования в видеоиграх. Перчатки со световыми сенсорами разработала калифорнийская фирма Virtual Technologies, например, самые простые варежки CyberGlove. Существует также 18-сенсорная модель, отслеживающая движения пальцев (рис.2.21, в центре), и 22-сенсорная, способная еще и уловить сгибание-разгибание всех пальцев, кроме большого.Эти перчатки дают ошибку лишь на 0,5-1°. 22-сенсорная модель снимает показания 149 раз в секунду, а 18-сенсорная – 112 раз в секунду. Компания Computers & more выпускает перчатку 5 th Glove (рис.2.68, справа) .
В других моделях, в частности, Virtex CyberGlove, для определения величины углов сгиба пальцев применяются датчики натяжения. Для некоторых задач точность (порядка ±10º) и повторяемость показаний таких датчиков могут быть недостаточны. Более точный метод измерения дает устройство Dexterous Handmaster компании Exos, имеющее наружный скелет, закрепляемый на суставах пальцев, и датчики, использующие эффект Холла. Датчики позволяют определять углы сгиба пальцев с точностью ±0,5º. Однако, не вполне ясно, можно ли извлечь какую-либо пользу из такой точности, и вполне может оказаться, что четырех уровней данных, которые дает перчатка Nintendo PowerGlove, фактически достаточно для большинства задач .
|
|
|
Рис.2.21. Сенсорные перчатки: Nintendo PowerGlove; 18-сенсорная модель фирмы Virtual Technologies; 5 th Glove
Есть и технология с механическими датчиками, но она тяжела и несовершенна .
Следящая система переводит в цифровую форму также и положения руки . Аэрокосмическая корпорация МсDonnell Douglas разработала систему Polyhemus, которая встраивается в перчатку DataGlove и служит для определения положения руки .
Упоминавшиеся видеошлем VIEW и перчатка DataGlove используют систему датчиков, чувствительных к электромагнитному полю. Точность определения положения порядка двух миллиметров. Перчатка может находиться в любой точке условного шара диаметром в 1 м .
Более современная перчатка P5 американской фирмы Essential Realityпоказана на рис. 2.22. Базовая станция включается в порт USB и не требует внешнего питания, перчатка включается проводом в базовую станцию. На тыльной стороне «ладони» расположено 8 инфракрасных светодиодов, которые позволяют базовой станции отслеживать перемещения руки в пространстве. В базовой станции, находятся 2 инфракрасные камеры, что позволяет более надежно следить за перчаткой и точно определять расстояние до нее.
|
|
|
|
Рис.2.22. Базовая станция и перчатка P5
Зона видимости базовой станции составляет 45° по вертикали и горизонтали и около 1,5 м в «глубину». В этом конусе P5 может отслеживать координаты руки по 3 осям с точностью до 0,6 см (в 60 см от базы), а также поворот и наклон ладони с точностью до 2°. Опрос координат происходит с частотой 40 Гц (задержка составляет 12 мс). Кроме светодиодов системы слежения, в перчатке имеется 5 резиновых «пальцев» с датчиками изгиба. К пальцам пользователя они крепятся пластиковыми кольцами и меряют изгиб с точностью в 1,5°. Еще на тыльной стороне перчатки имеется 4 кнопки, одна из которых программируется (остальные служат для калибровки, включения/выключения и переключения режимов работы). Таким образом, в терминах джойстика P5 имеет 11 аналоговых осей и 1 кнопку .
Тактильная обратная связь (Forced Feedback) используется в сенсорных перчатках для имитации прикосновения руки к объекту. Тактильную обратную связь наиболее просто реализует небольшой динамик на ладони , поскольку рука хорошо чувствует щелчок, издаваемый динамиком в ответ на какое-либо событие. Но это лишь сигнал о событиях, а хотелось бы получить ощущение прикосновения к виртуальным объектам . Такое ощущение можно имитировать разными способами.
Для имитации ощущения прикосновения с помощью давления часто используют воздушные надувные баллончики , с помощью которых регулируется сила или жесткость давления перчатки на пальцы. Делались попытки применить пьезоэлектрические кристаллы , которые при вибрации создают ощущение давления, а также сплавы с памятью формы , которые можно заставить изогнуться, пропуская слабый электрический ток. Подобное устройство Portable Dexterous Master (рис.2.23), состоящее из перчатки VPL DataGlove, снабженной тремя пневматическими приводами, было разработано изобретателем Григором Бердиа из Университета Рутгерса .
Рис.2.23. Устройство Portable Dextrous Master
Кроме ощущения давления важна и имитация ощущения сопротивления при попытке сдвинуть виртуальный объект. Для этой цели может использоваться миниатюрный робот-манипулятор , закрепляемый на руке . Например, более поздние модели перчатки DataGlove уже включали пьезоэлектрические датчики на кончиках пальцев, чтобы обеспечить некоторый уровень тактильной обратной связи. Когда пользователь берет в руку виртуальный объект, то ощущает давление от соприкосновения его пальцев с поверхностью объекта. Еще позднее перчатка была снабжена специальным робототехническим экзоскелетом , позволяющим создавать ощущения веса и силы .
«Силовая» обратная связь может быть реализована и без сенсорных перчаток. Простое устройство «силовой» обратной связи было разработано компанией Digital. Это рукоятка , подобная ручке газа на мотоцикле, которая может менять силу своего сопротивления повороту . Группа специалистов из компании UNC для создания «силовой» обратной связи применила электромеханический манипулятор.
Тактильная обратная связь весьма чувствительна к характеристикам контуров обратной связи: пользователь подсознательно мгновенно реагирует на импульсы от системы и корректирует свою реакцию до того, как система успеет отработать предыдущие реакции. Считается, что для создания надежной иллюзии ощущения объекта тактильная система должна иметь скорость обновления информации 300-1000 Гц, что как минимум на порядок выше, чем скорость обновления визуальной информации .
Компания Virtual Technologies разработала устройство CyberGrasp с обратным тактильным воздействием, предоставляя пользователю возможность почувствовать виртуальный мир своими руками (рис. 2.24).
Специальные крючья одеваются поверх перчаток и при необходимости препятствуют сжиманию кисти с силой до 12 Н (Ньютон) на каждый палец (силу в 1 Н надо приложить, чтобы телу весом 1 Кг изменить ускорение на 1 м/с; или это сила тяготения, действующая на 1/9,8 Кг). Максимальное воздействие CyberGrasp сравнимо с тем, которое можно испытать, подвесив по 1,2 Кг на каждый палец при прямом локтевом суставе, плюс сама лапка весит еще 350 г.
Компания Virtual Technologies изобрела и устройство CyberTouch с обратным тактильным воздействием (рис.2.25). Это устройство небольших размеров надевается на кончики пальцев и передает им разного рода вибрацию. Крепится оно поверх VR-перчаток.
|
Рис.2.24. Устройство CyberGrasp |
Рис.2.25. Устройство CyberTouch |
Англичане придумали перчатки с системой шариков и компрессором для нагревания воздуха, в которых можно почувствовать не только неровности виртуальных объектов, но и их температуру. Такое устройство наиболее полно передает тактильное воздействие на руки.
Датчики кисти руки предназначены для слежения за ее перемещениями. В самые простые датчики встроен только Position Tracker, отслеживающий перемещения небольшого кубика в руке пользователя. Производством таких датчиков занимается компания Ascension Technology Corporation. Например, датчик MibiBird (рис. 2.26, слева) способен отслеживать кисть при вращении ±180° по вертикали и горизонтали, а также ±90° вокруг своей оси с ошибкой на 0,1-0,5°. Приспособление Motion Star (рис. 2.26, справа) более массового характера схоже с MibiBird. Существуют и более чувствительные подобные приборы .
Тренажеры и симуляторы . Многие ремесела основаны на тонком моторном контроле и координации рук человека. Изучение и подготовка в некоторых профессиях требует большой практики, а достижение определенного мастерства может занимать годы (например, каллиграфия). Тренажеры, симуляторы и системы имитации предназначены для повышения эффективности обучения. Использование устройств с тактильной обратной связью позволяет проводить процесс обучения более эффективно, особенно когда руку обучаемого ведет электронный эксперт – устройство с тактильной обратной связью.
Телеуправление (дистанционное управление) и микро-манипуляции, робототехника .Работа с недоступным или опасным материалом требует телеприсутсвия оператора. Использование устройств с осязательной обратной связью позволяет повысить качество дистанционного управления роботами и различными исполняющими устройствами за счет передачи дополнительной интуитивно понятной оператору осязательной информации. К сожалению, стандартные джойстики не позволяют использовать данный канал восприятия информации человека.
Использование устройств с обратной тактильной связью оправданно в ответственных операциях с дистанционным управлением роботами, когда операторы могут мгновенно чувствовать реакцию и различные ограничения манипулятора (динамика, ограничения рабочего пространства и т.д.).
Микро-манипуляторы – маленькие роботы, построенные, чтобы выполнять различные задачи с объектами, часто более тонкими, чем человеческие волосы. Соответственно, использование устройств с тактильной обратной связью позволяет оператору манипулировать микро-роботами интуитивно понятным и привычным способом.
Медицина . Большое число высокотехнологичных устройств для медицины часто ограничивается первичным инструментом хирурга, а именно их руками. Соответственно, использование систем с обратной тактильной связью в медицинских тренажерах и реальных медицинских роботах позволяет передавать хирургу осязательную информацию, что позволяет сделать все манипуляции в привычной и интуитивно понятной форме .
- Перевод
Обратная тактильная связь присутствует в гаджетах уже весьма продолжительное время. Чаще всего она представлена в смартфонах и джойстиках игровых приставок в форме «виброзвонков» и ответной вибрации в ответ на действия пользователя. Дублирование входящих вызовов, напоминания и дрожание при стрельбе и взрывах, вот наиболее распространённые варианты использования тактильной функции. И подавляющее большинство пользователей не представляет себе иных способов применения этого канала связи.
Однако существует несколько направлений использования этого метода взаимодействия и получения информации от устройств. Точнее, этих направлений три. И их широкое применение в массовой электронике даст пользователям качественно новый опыт использования привычных, казалось бы, гаджетов. Это ознаменует начало нового этапа в развитии потребительских устройств, метко названного «неосенсорной эрой ».
Первый способ применения обратной тактильной связи - расширение спектра тактильных ощущений от использования гаджетов. Второй способ - передача специфической шаблонной информации. Третий способ - общение. Рассмотрим каждый из них подробнее.
Расширение спектра тактильных ощущений
На днях Amazon выпустил пять новых устройств, две читалки на электронных чернилах три планшета. И самым интересным устройством является читалка премиум-класса Kindle Voyage.Чем она примечательна? По обеим сторонам экрана, чья поверхность текстурой напоминает бумагу, расположены сенсорные зоны для перелистывания страниц. При этом само перелистывание инициируется не привычным касанием или жестом скольжения, а лёгким сжатием этих сенсорных зон. Когда «переворачивается» страница, устройство сопровождает это вибрацией, похожей на ту, что возникает при скольжении бумажных страниц друг по другу.
Кстати, в первом YotaPhone мы тоже экспериментировали с тактильной отдачей при пользовании сенсорной зоны под вторым экраном. При перелистывании страниц жестом скольжения смартфон приятно вибрирует. Во втором YotaPhone будет полностью сенсорный второй экран, что даёт гораздо больше возможностей. Поэтому разработали совершенно новые сценарии использования второго экрана, о которых вы узнаете после презентации смартфона.
Ещё один пример нового подхода к использованию тактильной связи демонстрируют Apple iWatch, которые поступят в продажу в следующем году. В них интегрирован так называемый «Taptic engine» (комбинация слов tap (касание) и haptic (тактильный)), своеобразная система физического реагирования на действия пользователя. Например, когда вы поворачиваете головку «завода», то сразу ощущаете специфическую вибрацию, словно танцующую по вашему запястью, добавляющую необычные ощущения при использовании этого механического органа управления. Когда вы проводите пальцем по экрану, нажимаете кнопку рядом с головкой или выполняете какие-то другие действия, Taptic engine генерирует специфические ответные тактильные реакции, сопровождая на уровне ощущений .
Не остался в стороне от нового направления и заклятый друг Apple, Samsung. Корейцы недавно представили серию многофункциональных принтеров Smart MultiXpress , оснащённых «планшетным» интерфейсом с разнообразной тактильной связью.
Все эти вышеупомянутые устройства используют преимущества нового направления в инженерии, получившего название haptography (haptic + photography , можно перевести как «тактилография»). Оно подразумевает регистрацию и запись физических ощущений с последующим воспроизведением. По сути, это направление находится в самом начале своего становления. С его дальнейшим развитием, пользователям станет доступно новое измерение во взаимодействии с гаджетами. Например, мы сможем ощущать текстуру поверхности предметов, которые видим на экране или слышим из динамиков. Современные безжизненные дисплеи смартфонов и планшетов оживут, станут в буквальном смысле реагировать на прикосновения. Все виды интерфейсов, от приборных панелей автомобилей до дверей холодильников и пультов дистанционного управления, станут «касаться в ответ» на наши прикосновения. И эта тактильная «отзывчивость» будет практически завораживать.
Передача специфической шаблонной информации
В часах Apple iWatch также реализован механизм передачи специфической шаблонной информации. Например, если вы идёте по маршруту, проложенному в картографическом приложении, часы будут предупреждать вас о необходимости повернуть, вибрируя правой или левой стороной, так что вам даже не придётся смотреть на экран.Новый гибридный автомобиль Mersedes S550 будет передавать тактильную информацию с помощью вибрации пола под ногами водителя. Например, таким образом машина будет подсказывать о необходимости сбавить газ, чтобы экономить топливо или заряд аккумулятора. Другим видом вибрации водителя известят о переключении с электромотора на ДВС.
Носимые устройства вроде умных очков (которые, в отличие от изделия Google, будут выглядеть как обычные очки) будут слабо вибрировать, предупреждая пользователя о попадании в поле зрения какой-либо специфической информации.
Общение
Пожалуй, общение с людьми - это один из наиболее интересных способов применения обратной тактильной связи. И тут мы снова должны упомянуть Apple iWatch. Если вы выбираете чей-то контакт из списка избранных и потом касаетесь экрана, тот этот человек будет ощущать это касание через специфическую вибрацию своего экземпляра Apple iWatch. Можно даже отправить другому человеку своё сердцебиение, при этом отправитель и получатель увидят на экранах пульсирующее сердце, и оба будут ощущать его ритм на своих запястьях. Кстати, возможно, в русском языке со временем появится такой словарный оборот, как «часами чую».Эту идею используют и во многих стартапах, например, в браслете Tactilu , который передаёт «прикосновение» от одного пользователя другому.
Конечно, вскоре это свойство внедрят и в смартфоны. Возможно, дойдёт даже до стандартизации некоего «тактильного протокола». Наверняка появятся кастомные вибросхемы, по аналогии с мелодиями для звонков и SMS, так что можно будет понять, кто вам звонит, просто по специфической вибрации, выбранной для этого контакта.
Самое удивительное в этой перспективе заключается вовсе не потакании ленивым пользователям, не желающим даже смотреть на экран телефона, а в новом психологическом опыте, чем-то напоминающем телепатию, когда вы, в первые мгновения даже неосознанно, вдруг «почувствуете» внимание другого человека.
Как обратная тактильная связь улучшает пользовательский опыт
Мы сейчас стоим у самого начала «неосенсорной эры». Весьма вероятно, что уже через пару лет в подавляющем большинстве гаджетов будет встроена функция крайне правдоподобной обратной тактильной связи. Мы окажемся в ситуации, когда ожидания пользователей будут побуждать производителей интегрировать высококачественные тактильные интерфейсы во все новые гаджеты.
Особенно ярко новая тенденция будет проявляться в носимых гаджетах. Не исключено, что появятся устройства, у которых вообще не будет иного интерфейса, кроме тактильного - ни сенсорно-графического, ни механического. Подобные интерфейсы добавят своеобразной глубины, завершённости и, в буквальном смысле, хорошего ощущения компьютерам, телефонам, планшетам и носимым устройствам, включая автомобили и различные бытовые приборы. Отчасти это даст чисто утилитарные преимущества, но в основном нас будет привлекать именно психологический, эстетический момент.
А если ко всевозможным видам вибрации добавить изменение текстуры поверхности гаджета ? Вы сможете не просто получить какую-то активную реакцию на свои действия, это уже в полной мере можно охарактеризовать как «ощущаю кожей».
Пожалуй, наибольшее разнообразие применений тактильной обратной связи будет наблюдаться именно в смартфонах, просто по причине их универсальности и постоянной востребованности пользователями.
Представьте, вы смотрите фильм, сцена в пустыне, и ваш смартфон становится словно сделан из прессованного песка. Или ваш любимый человек напишет вам, что прикоснулся к стеклу окна, и вы начинаете ощущать гладкость и твёрдость его поверхности. Бумага, древесина, стекло, бетон, песок, всё это можно будет не просто «потрогать», наш мозг будет получать гораздо больше информации о ситуации, и почти на бессознательном уровне мы гораздо глубже понимать и сопереживать другим людям, сюжетам книг, фильмов, игр, телевизионных новостей, даже песен.
Интересные перспективы открываются для пользователей, ведущих активную переписку на смартфонах. Для разных пользователей в списке контактов, в соцсетях и мессенджерах можно будет настроить не только разные вибросхемы, но и изменения текстуры поверхности. И набирая кому-то сообщение, вам не придётся отвлекаться, чтобы посмотреть, кто вам уже написал. Разные тактильные схемы можно будет создать даже для разных смайликов, передавая таким образом ощущения улыбки, смеха, грусти, злости и множества других эмоций.
Весьма вероятно, что могут появиться сменные панели для смартфонов, жёсткие или в виде мягких тонких облегающих чехлов, способные по другому менять текстуру своей поверхности. Естественно, для YotaPhone они будут совершенно прозрачными, позволяя работать с сенсорными экранами. При этом вибросхемы могут быть разными в зависимости от того, с каким экраном YotaPhone вы работаете в данный момент. Настоящее раздолье для кинестетиков-гурманов.
Появятся программы, позволяющие создавать собственные вибросхемы и алгоритмы изменения текстуры. И если сегодня мы показываем друг другу фотографии, снятые на смартфон, то не исключено, что лет через 15 будем предлагать друг другу просто подержать их.
Не удивимся, если многие пользователи подсознательно станут воспринимать свои смартфоны как живых питомцев, ведь они будут не только чутко реагировать на наши действия, но и проявлять «собственные эмоции».
Мы считаем, что через два десятка лет большинство гаджетов и устройств будут оснащены тактильными пользовательскими интерфейсами. По крайне мере, мы очень на это надеемся.
