Дипломная работа по теме создание VR-перчатки. К дипломному проект Тема Разработка универсального кистевого устройства управления

• Название: К дипломному проект Тема Разработка универсального кистевого устройства управления
• Анкор: Дипломная работа по теме создание VR-перчатки
• Дата: 08.01.2022
• Размер: 1.31 Mb.
• Имя файла: Diplomnaya_rabota_Pripeka_D_I_9SK-41_18.docx
• Тип: Диплом; #325971
• страница: 3 из 11

ГЛАВА 1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ РАЗРАБОТКИ УНИВЕРСАЛЬНОГО КИСТЕВОГО УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Перчатки для виртуальной реальности

Под виртуальной реальностью понимают трёхмерное пространство, смоделированное за счёт компьютерных средств и использующее органы чувств - зрение, слух и осязание. Есть несколько способов взаимодействия с виртуальной реальностью, все они так или иначе связанны с VR-системой (VR – с английского Virtual Reality, виртуальная реальность). Есть несколько типов систем. Первая из них Oculus Rift, вторая система Steam Index. Различия между ними заключается в способах ввода информации у Oculus Rift. Ввод осуществляется за счёт обычного кнопочного контроллера, а в системе Steam Index за счёт контроллеров аналогичным конкурентам, но в контроллерах Steam Index используются сенсорные кнопки, эмулирующие «сгибание» пальцев. Также в разработках находятся различного вида перчатки, частично представляющие из себя экзоскелет, считывающий сгибание пальцев и положение кисти в пространстве. Комплект готовой системы виртуальной реальности¹ представлен на рисунке 1.



Рисунок 1. Система виртуальной реальности Steam Index

Эти системы обладают рядом недостатков и физических ограничений, при этом они имеют огромную стоимость, предоставляя только игровые функции. По данным статистики Steam владельцами VR-устройств является около 1% от всех пользователей. Несмотря на неутешительную статистику такие устройства активно применяются у нас в стране для обучения в высших учебных заведениях. Но они ограничены возможностями контроллеров, не давая необходимых знаний. Для таких целей можно применить уже существующие VR-перчатки, но из-за их стоимости они получили ещё меньшее применение чем контроллеры. Это частично связанно с тем, что они используют слишком сложные в производстве технологии, которые по большому счёту являются излишними и не дающими достаточную точность. Например, в перчатках, разрабатываемыми компанией Oculus использую 14 гироскопов, что крайне дорого.

В данном дипломном проекте будет использоваться один гироскоп и в качестве датчиков изгиба будут использованы оптические каналы. Таким образом, применив меньшее количество гироскопов и оптический датчик изгиба, можно значительно снизить стоимость устройства. Датчики изгиба будут подавать команды на ПК и в различных программах перчатка будет выполнять разные функции. Также для увеличения списка команд можно использовать трекболл или аналоговый стик с кнопкой. Использование такой системы сильно увеличит качество обучения, доступность для потребителя и возможности персонального компьютера. В будущем можно создать семейство устройств, которым будет отправляется специальный сигнал, по собственному протоколу связи, для сопряжения перчатки и устройства, которым нужно управлять. [1, с. 20]

1.2 Анализ рынка VR-перчаток

VR-шлемы в целом не получили достаточного распространения, их применение можно увидеть в специальных аттракционах, которые предоставляют доступ к некоторым VR-играм, а также в обучении специалистов высокого класса - хирурги, пилоты и так далее. На данный момент в этих отраслях используются стандартные контроллеры, что непосредственно влияет на качество специалистов и качество развлекательных услуг. В свою очередь VR-перчатки ещё менее распространённый тип устройства.

Как и было написано выше, VR-перчатки на данный момент являются предметом роскоши, они не получили достаточного распространения для использования в повседневной жизни. В основном, конструкция таких устройств представляет собой обычную перчатку, оснащённую микроконтроллером и различными сенсорами, в зависимости от конструкции. Применяют акселерометры, магнитометры, гироскопы и другие способы. Также существуют образцы, работающие за счёт трекинга на самом шлеме, такие системы не несут практического применения и применяются только в сфере различения и развития отрасли. Наиболее дешёвыми и доступными являются устройства, работающие за счёт датчиков. Так как им не нужен специальный шлем, они более дешёвые и простые в плане конструкции.

В ходе анализа рынка было установлено, что доступные системы не предоставляют нужного функционала, слишком дорогостоящие и применяются только в узких сферах жизни. Такие системы не могут быть использованы в повседневной жизни и огранивают развитие отрасли.

Ниже представлены доступные на данный момент VR-перчатки.

CaptoGlove — это контроллер движения виртуальной реальности, способный интерпретировать действия человека в цифровые команды. Эти перчатки имеют широкий спектр других применений: от реабилитации здоровья, управления беспилотными системами и до профессиональной подготовки. С помощью перчаток можно также управлять смартфоном, планшетом и любыми другими устройствами, оснащенными системами iOS/Android. Фото устройства представлено на рисунке 2.

Плюсы:

• 
  совместимость с любыми VR-гарнитурами;
  
• 
  использование интуитивно понятных жестов для замены клавиатуры, мыши и других периферийных устройств;
  
• 
  настройка двух перчаток для расширения возможностей управления;
  
• 
  готовые профили или создание собственных наборов жестов;
  
• 
  быстрое время отклика и непревзойденная реалистичность;
  

Минусы:

• 
  стоимость;
  
• 
  доступность на территории РФ.
  

Рисунок 2. Перчатка CaptoGlove – Pair

Dexmo, разработанный компанией Dexta Robotics, переносят в виртуальную реальность сигналы с ваших рук и позволяют захватывать объекты. С их помощью вы можете ощущать размер, форму и жесткость виртуальных объектов. По сравнению с другими устройствами обратной связи, Dexmo очень легкий. Перчатки отслеживают 11 степеней свободы движения рук пользователя и берут во внимание каждый палец по отдельности при взаимодействии руки с предметом. Фото устройства представлено на рисунке 3.

Плюсы:

• 
  эффект обратной связи
  
• 
  точность;
  

Минусы:

• 
  стоимость;
  
• 
  доступность на территории РФ;
  
• 
  громоздкость;
  

Рисунок 3. Перчатка Dexmo

Далее в список аналогов входит контроллер Exoglobe.

Noitom Hi5 VR Glove — одни из первых беспроводных перчаток, предназначенных для гарнитур виртуальной реальности.. Перчатка Noitom Hi5 VR обеспечивает быстрый ответ, точность, удобство подключения и воспроизведения для переноса рук в виртуальную реальность. Фото устройства представлено на рисунке 4.



Рисунок 4. Перчатка Hi5 VR Glove

Manus VR Glove имеет потенциал для решения многих отраслевых проблем. Чтобы решить некоторые проблемы, компания работает вместе с другими компаниями на рынке для обеспечения лучших решений по отслеживанию своих рук. Например, они сотрудничали с Xsens, лидером рынка в захвате движения, добавив отслеживание рук в свою систему. Фото устройства представлено на рисунке 5.

Плюсы:

• 
  стоимость - на данный момент — это самый доступный вариант.
  

Минусы:

• 
  доступность на территории РФ;
  

Рисунок 5. Перчатка Manus VR Glove

Senso Glove — это беспроводной контроллер виртуальной и расширенной реальности, разработанный Senso, встроенный в перчатку. Перчатка Senso позволяет точно отслеживать руки и пальцы с помощью тактильного эффекта обратной связи для каждого пальца. Фото устройства представлено на рисунке 6.



Рисунок 6. Перчатка Manus VR Glove

VRfree. Система состоит из 6 различных типов датчиков, которые полностью интегрированы в HMD и перчатки. Он позволяет отслеживать ваши руки и пальцы в VR пространстве без необходимости в каком-либо другом устройстве слежения. Перчаткам VRfree не нужны никакие другие внешние устройства, такие как камеры или маяки.

Перчатка VRgluv выполняет полное отслеживание рук и поворотов запястья. Ваши виртуальные руки будут двигаться точно так же, как ваша настоящая рука с очень высокой точностью. Разработчики утверждают, что тактильная обратная связь улучшит ситуацию, поскольку она способна воссоздать форму виртуальных объектов в вашей руке. Гаптические перчатки также включают датчики силы в каждом пальце, чтобы обеспечить обратную связь в реальном времени с пользователем. В основном вы почувствуете разницу между мягкими и твердыми предметами, и сможете хлюпать, раздавливать и взаимодействовать с ними многими реалистичными способами.

Проанализировав рынок существующих систем, был сделан вывод о том, что ключевым барьером для распространения данного устройства является его узкая сфера применения из-за ограниченного функционала, отсутствие совместимости с рядом ПО, отсутствие некоторых представленных экземпляров на отечественном рынке и высокая стоимость.

На основании этого было решено использовать в проекте систему работы за счёт датчиков, также будет учтён основной недостаток в виде ограниченного функционала, при этом функция тактильного восприятия будет сделана за счёт отсека с аккумулятором. Срабатывание датчика будет совершатся по полному сгибанию пальцев, тем самым человек будет дотрагивается фиксирующей ручки с аккумулятором внутри. В этом проекте будут реализована: эмуляция компьютерной мыши, VR-контроллера и устройства управления другими устройствами.