Трекинг (англ. tracking)

Это технология, лежащая в основе взаимодействия человека с виртуальным миром. Она предназначена для определения позиции и ориентации реального объекта в виртуальной среде

Это три пространственные координаты (x, y, z) и три угла (α, β, λ), задающие его позицию и ориентацию в пространстве. Определение позиции и ориентации реального объекта в пространстве осуществляется при помощи специальных датчиков и маркеров. Датчики снимают сигнал с реального объекта при его перемещении и передают полученную информацию в компьютер.

Система трекинга виртуальной реальности (VR) представляет собой некую копию методов позиционирования и ориентации, которые уже существуют в природе. "Естественные" системы трекинга в реальном мире – это органы чувств человека. Например, зрение помогает человеку определить, где он находится относительно других предметов и людей.

Ни одна система не может считаться полноценной VR системой, 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 и уши" системы VR.

Оптический трекинг

Системы оптического трекинга (англ. optical tracking) основаны на том же принципе, что и стереоскопическое зрение человека. Благодаря ему человек способен определить, на каком расстоянии находится объект, как он ориентирован и куда он перемещается в трехмерном пространстве.

Работа систем оптического трекинга основана на отслеживании специальных оптических маркеров, которыми оснащено устройство взаимодействия с VR. Система трекинга передает сигнал в компьютер, где информация обрабатывается. После этого система реагирует на изменение позиции и ориентации интерактивного устройства. При этом она видоизменяет виртуальный мир согласно заданному сценарию взаимодействия.

Одной из задач системы оптического трекинга является калибровка в координатах реального мира. Это делается для установления взаимно однозначной связи между координатами в реальном и виртуальном пространствах. При этом человек в реальном пространстве может "взять" виртуальный предмет своей рукой или специальным устройством, а система отражает это действие в своем виртуальном пространстве.

Недостатки стандартных систем

Основной недостаток систем оптического трекинга – необходимость взаимной калибровки модулей приема оптического сигнала (камер). Для работы такой системы обычно требуется 2 камеры или больше. Их рабочая зона – это область пересечения видимости камер. Чем обширнее нужна зона взаимодействия, тем больше камер необходимо установить и тем сложнее становится процедура их взаимной калибровки. Однако оптические системы трекинга применяются чаще остальных, поскольку они более надежны и доступны по цене.

Системы профессионального оптического трекинга от западных компаний сегодня используют от 2 до 4 камер в каждой системе трекинга. Стоимость таких систем – от 10 000 у.е. 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).

Отслеживаемая точка или объект находятся в трехмерном пространстве. Чтобы определить его координаты и углы, одной проекции недостаточно. Матрица у камеры является плоской. Следовательно, для работы с объемным пространством нужны две камеры – по одной плоской проекции на каждую камеру. Поэтому в стандартных системах оптического трекинга камеры настроены на попарную работу.

Зная физическое расположение камер в пространстве, с помощью методов эпиполярной геометрии, можно восстановить позицию источника оптического сигнала. Раньше калибровка производилась вручную, сейчас это сделано в полуавтоматическом режиме.

Наше "ноу-хау"

Мы разработали технологию оптического трекинга, основанную на использовании только одной камеры. Это более удобное решение, которое сильно снижает затраты на установку и эксплуатацию всей системы.

В профессиональном трекинге EligoVision одна камера одновременно снимает и координаты объекта в пространстве, и его ориентацию (2 угла и 3 координаты). На этом принципе работает наше интерактивное устройство VR – 3D Пойнтер.

В стандартных системах оптического трекинга работает только зона пересечения областей видимости двух камер. В системе 3D Пойнтер эта проблема решается путем использования всего лишь одной камеры. Дополнительные камеры в нашей системе трекинга также могут быть использованы, но лишь с целью увеличения площади рабочей зоны системы, вплоть до нескольких сотен кв.м. При этом необходимость в попарной калибровке камер отпадает.

Оптический трекинг EligoVision

Дополнительно это дает нашим системам следующие преимущества:

  • упрощается процедура калибровки системы;
  • система легко масштабируется;
  • используется стандартный разъем FireWire (IEEE 1394);
  • работа идет при как стандартном освещении, так и в ИК-диапазоне;
  • система может быть как стационарной, так и мобильной;
  • стоимость системы снижается как минимум в 2, а чаще в 3 раза!

​Наша статья о системах VR трекинга на Wikipedia