Создатели
Apple iPhone и Nintendo Wii продемонстрировали всем, что
помимо нажатия кнопок на клавиатуре, существуют и другие способы взаимодействия
с электронными устройствами.
Все,
кто смотрел вышедший в 2002 году фильм «Особое мнение», наверняка были
впечатлены тем, как герой Тома Круза из недалекого будущего общается с
компьютером. Прошло каких-то семь лет, и системы управления техникой при помощи
движений и жестов стали обычным делом.
Чрезвычайно
успешный плеерофон iPhone компании Apple — лишь один из
множества мобильных телефонов, в которых реализована такая технология, а
игровая приставка Nintendo Wii с системой распознавания
движений может смело претендовать на звание самой продаваемой игровой консоли всех времен.
ИЗМЕРЯЕМ УСКОРЕНИЕ
Присмотримся
поближе к новому поколению карманных устройств, которые можно наклонять, трясти
и переворачивать. Окинем взглядом и более массивные системы, вроде Microsoft SecondLight, управляемые жестами рук.
Посмотрим, какие существуют способы взаимодействия с мультимедийным контентом и
какие перспективные разработки могут появиться на рынке в самое ближайшее
время.
В смартфоне Nokie 5500 Sport датчик ускорения использовался в качестве шагомера
Если
вы владелец iPhone или iPod Touch, то вам не надо рассказывать
о том, что на этом устройстве можно менять ориентацию экрана (с портретной на
пейзажную и наоборот) простым поворотом корпуса. Эта замечательная функция
реализована при помощи так называемых акселерометров, на основе показаний
которых микропроцессор автоматически определяет, какая сторона гаджета в данный
момент является верхней. Акселерометры измеряют ускорение движения в любом
направлении и соотносят его с гравитационным полем Земли. Благодаря этой
функции на прямоугольном дисплее iPhone
можно смотреть широкоэкранные фильмы или играть в игры, наклоняя устройство в
ту или иную сторону.
Благодаря дополнительному видеопроектору, двум инфракрасным камерам и инфракрасным светодиодам, установленным по периметру экрана, SecondLight умеет проецировать второе изображение на лист бумаги или пластика
Акселерометры
также применяются в популярных смартфонах HTC Touch Diamond под управлением Windows Mobile, в HTC Magic на платформе Google Android и, конечно же, в джойстике Nintendo Wii Remote.
Микрокомпьютер
распознает, какие именно сигналы приняты джойстиком Wiimote, и методом триангуляции
рассчитывает его расположение относительно сенсорной линейки и экрана.
Призма
отражает свет только тогда, когда она не закрыта жидкостью, поэтому система
может определить, когда клиент допивает свой напиток, и бармен тут же предложит
ему «повторить».
Главная
цель инженеров GestureTek — создать Wii-подобную технологию
управления при помощи жестов, для которой не были бы нужны какие-либо
специальные пульты
Современная
техника «понимает» голосовые команды и «читает» тексты, специальные датчики
принимают сигналы человеческого мозга, отслеживают движения тела и конечностей,
распознают всевозможные предметы, лица и даже улыбки!
NINTENDO WII
Технология
распознавания движений хорошо знакома миллионам семей по всему свету благодаря
игровой приставке Nintendo Wii. Для работы с джойстиком Nintendo Wii Remote, который сокращенно называют
Wiimote, система должна знать не
только о том, какая его сторона направлена вверх. Требуются сведения, в
каком положении он находится относительно телевизионного экрана. Это нужно для
того, чтобы распознавать движения игрока — «удары» по виртуальной
теннисной ракетке или запуск шара по дорожке кегельбана. Необходимые данные
получают при помощи инфракрасных волн: в сенсорной линейке, прикрепляемой к
верхней панели телевизора, и в самой Wiimote
установлены инфракрасные светодиоды и датчики. Сенсорная линейка отправляет
сигналы из нескольких точек в пространстве, а Wiimote их принимает. Микрокомпьютер распознает,
какие именно сигналы приняты джойстиком, и методом триангуляции рассчитывает
расположение Wiimote относительно сенсорной
линейки — то есть экрана.
Беспроводной джойстик Wii Remote сделал игровую приставку Nintendo Wii настоящим хитом
Существуют
и другие гаджеты, разработанные для использования с Wii Remote. К примеру, Wii MotionPlus позволяет игровой приставке
распознавать более сложные движения джойстиком — вращение и закручивание.
ЧТО ТАКОЕ
АКСЕЛЕРОМЕТР?
«Большая
советская энциклопедия» дает такое определение: «Акселерометр (от лат. accelero — ускоряю и греч. metréō — измеряю),
прибор для измерения ускорения (перегрузок), возникающего на космических
летательных аппаратах, ракетах, самолетах и др. движущихся объектах, при
испытаниях машин, двигателей и т. д.».
Сегодня это описание кому-то может показаться забавным, хотя по своей сути оно
верно. Только вот из космических летательных аппаратов спустя тридцать лет
акселерометры пришли в самые обычные бытовые устройства. Более универсальное
определение звучит так: акселерометр — прибор, измеряющий проекцию суммы
всех сил негравитационной природы, приложенных к его корпусу.
Простейший
акселерометр, возможно, знаком вам по школьным урокам физики: это свободно
двигающийся в любых направлениях грузик на пружинке, прикрепленной к гвоздику.
Конечно, датчик ускорения в смартфоне выглядит иначе, тем не менее, основные
его элементы остались: кремниевая пружина и кремниевый грузик. Положение
грузика определяется при помощи электрического тока, проходящего по пружинам.
Появление
акселерометров в портативной технике стало возможным лишь в конце девяностых
годов прошлого века — именно тогда серьезных успехов добились разработчики
микроэлектромеханических систем — MEMS (Micro-Electro Mechanical Systems). Суть этой технологии
заключается в сочетании механических и электрических элементов на одном
полупроводнике. Благодаря развитию технологического процесса появилась
возможность совмещать на одном кристалле механические конструкции, датчики и
электронику, причем такое производство мало отличается от выпуска обычных
интегральных микросхем. Самый распространенный образец технологии MEMS — микрозеркальные чипы
в DLP-проекторах и проекционных
телевизорах.
MICROSOFT
SECONDLIGHT
SecondLight — это следующее
поколение Microsoft Surface (cм. Mobi №08, 2008) — агрегата,
похожего на журнальный столик с сенсорным интерфейсом. Работа над SecondLight еще не закончена, так что
пока невозможно сказать, когда мы увидим эту систему в действии. Тем не менее
принципы ее работы хорошо известны.
Устройство под называнием AirPoint, которое можно установить на столе, позволяет управлять изображением на экране при помощи простых движений рук
Для
управления SecondLight используются жесты,
распознаваемые в инфракрасном свете: пользователю даже не нужно прикасаться к
поверхности экрана. На руки проецируется свет, позволяющий камерам отслеживать
движения.
Полученная информация передается в компьютер, который ее обрабатывает и
выполняет соответствующие команды.
Автоматической сменой ориентации изображения на дисплее сейчас никого не удивишь, но iPhone был первым действительно массовым телефоном с такой функцией
Главное
отличие SecondLight от Microsoft Surface первого поколения — возможность
проецировать второе изображение на лист пластика или бумаги, который помещен
над дисплеем.
Эта функция реализована при помощи дополнительного видеопроектора, второй
инфракрасной камеры, а также инфракрасных светодиодов, установленных по периметру
экрана. Листок не нужно класть на дисплей — система автоматически
определяет его расположение в пространстве и искажает картинку таким образом,
чтобы она правильно прорисовывалась. В прототипе SecondLight используется пластиковый лист
с двумя линейками инфракрасных светодиодов, но в принципе система способна
распознавать любой предмет, отражающий или излучающий свет.
Благодаря
применению видеопроектора с самонастраиваемой оптической системой, лист, на
который проецируется второе изображение, может быть расположен практически
вертикально над дисплеем. При этом конструкторы системы обещают, что в будущем
можно будет взять этот лист со стола и, например, устроиться с ним в кресле.
LG Viewty — один из первых аппаратов, в которых используется стабилизатор изображения фотокамеры на основе датчиков положения
Среди
прочих умений SecondLight — распознавание жестов
мультитач, рук и лиц, прозрачных и непрозрачных трехмерных предметов. Наконец, система
способна проецировать изображение внутрь объемных объектов. Таким образом,
можно «оживить», фигуры на шахматной доске или добавить анимацию в статуэтки… Благодаря
SecondLight презентации, где
используются трехмерные предметы (например, макеты автомобилей или зданий)
будут выглядеть гораздо более впечатляюще.
МАРКЕТИНГОВЫЕ
УЛОВКИ
Объективно
нельзя считать датчики, устанавливаемые в портативную технику, акселерометрами.
Тут дело в определении — «прибор для измерения ускорения (перегрузок)». Прибор.
Для измерения. В заданном интервале величин, по градуированной шкале, причем по
всему интервалу этой шкалы. В случае с игровой приставкой или телефоном речь
следует вести о датчике положения. Датчик этот сообщает системе о достижении
определенного порогового значения, на которое система должна отреагировать.
Если значение ниже пороговой отметки, реакции быть не должно.
Простая
аналогия: есть прибор вольтметр, и есть такая штука, как предохранитель. Первое
устройство измеряет напряжение электротока, а второе — блокирует подъем этого
напряжения выше заданной отметки, разрывая цепь. Оба устройства работают в
одной области, но первое — контрольно-измерительный прибор, а второе — лишь
контрольный датчик. Задача первого — измерить точное напряжение в цепи, второго
— не допустить скачка напряжения выше установленной отметки.
Акселерометр
от датчика положения тоже отличает назначение. Первый — прибор, который
измеряет ускорение или перегрузки. Второй — устройство, которое должно
отреагировать при достижении заданного значения этих величин. А уж как эту
реакцию будет интерпретировать система, в которую датчик встроен — дело
десятое. Винчестер запаркует считывающие головки, фотоаппарат попробует
компенсировать смещение корпуса, а телефон отсчитает очередной шаг хозяина или,
скажем, повернет изображение экрана.
Так
почему все-таки «акселерометр»? Проще некуда: термин «датчик положения» или «гиродатчик»
показался маркетологам компаний (а кое-где — даже инженерам!) слишком
несолидным. И решили они заюзать куда более внушающий (и, понятно,
привлекательный!) «акселерометр». Охотнее купят. Кстати, этот велосипед и
правда неплохо работает. Покупают, ибо покупаются.
GESTURETEK
Американская
компания GestureTek специализируется на
технологиях распознавания движений и жестов. Несмотря на то, что большинство ее
разработок адресовано корпоративным заказчикам, некоторые из них могут
использоваться и в домашних условиях. К примеру, GestureTek поставляет на заказ системы
на основе технологий распознавания, которые позволяют работать с информацией,
управлять мультимедийным контентом и даже бродить по трехмерным мирам. В GestureTek заявляют, что их главная
цель — создать технологию (подобную той, что используется в Wii) для управления при помощи
жестов, без пульта ДУ.
Среди
продукции GestureTek выделяется устройство под
названием AirPoint, устанавливаемое на столе.
Оно позволяет управлять изображением на экране при помощи простых движений рук. Видеоролик, демонстрирующий
систему в работе, можно посмотреть на нашем диске в разделе «По журналу».
Главное предназначение AirPoint — проведение
презентаций, но этот девайс несложно превратить и в пульт управления бытовой
электроникой или компьютером.
Samsung SCH-S310: чтобы набрать нужную цифру телефонного номера, можно просто «начертить» ее трубкой в воздухе
Другая
система GestureTek, показанная на выставке CES 2009, называется 3D Depth Tracking & Control. Принцип ее действия также
основан на распознавании жестов в трехмерном пространстве и преобразовании их в
понятные компьютеру команды. Как утверждают разработчики, новинка позволяет
управлять практически любым устройством, оснащенным микропроцессором и камерой.
«АКСЕЛЕРОМЕТРЫ» В
МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕФОНАХ
Датчики
ускорения массово применяют в мобильных телефонах, начиная с 2005 года.
Недорогой «спортивный» смартфон Nokia 5500 Sport, выпущенный около трех лет
назад, оснащен акселерометром, который используется в качестве шагомера. На
основе показаний этого датчика встроенная в аппарат программа рассчитывает не
только количество пройденных шагов, но и расстояние, среднюю скорость и даже
количество сожженных калорий.
Еще
одна модель с аналогичными функциями — Sony Ericsson W710i, только это раскладушка, а
не моноблок. Здесь датчик ускорения также выступает в роли шагомера. Введя
необходимые данные перед началом пробежки, можно узнать текущую скорость,
среднюю скорость за круг, количество кругов и преодоленное расстояние. Как и Nokia 5500, W710i способен рассчитывать
израсходованные в результате тренировки калории — для этого телефону нужно
знать ваш вес, рост, возраст и пол.
В Samsung пошли дальше и в модели E750 использовали датчик
ускорения для навигации по меню и управления в играх. Наклоняя телефон в ту или
иную сторону, можно выбирать нужный пункт настроек, «перематывать» треки в
медиаплеере или «подбрасывать» виртуальные кубики. Любопытно, что датчики в
этом аппарате отключаются — прямо на лицевую панель «раскладушки» выведена
кнопка, переводящая акселерометры в режим ожидания.
Конструкторы
коммуникатора HTC X7500 Advantage применили акселерометр для
реализации фирменной функции VueFLO, которая позволяет
использовать наклоны телефона для управления браузером. Благодаря этой
технологии можно не только прокручивать страницы, но и регулировать скорость
прокрутки — она зависела о того, насколько резко наклоняется аппарат.
Еще
более любопытный пример использования акселерометра — телефон Samsung SCH-S310: здесь датчики ускорения
применяются для набора телефонного номера и для управления некоторыми
функциями. Аппарат распознает различные жесты, реагируя на траекторию движения.
Каждому жесту соответствует та или иная команда. Например, чтобы набрать нужную
цифру, можно просто «начертить» ее трубкой в воздухе. Эффектно, но не слишком
удобно — набор номера отнимает слишком много сил и времени.
В
смартфон Nokia N91 встроен микровинчестер.
Акселерометр там используется для защиты жесткого диска: при падении аппарата
подается сигнал, отключающий питание накопителя. Точно такую же функцию датчики
ускорения выполняют в современных ноутбуках некоторых производителей, например
компании Apple.
ПОЙМИ МЕНЯ
В последние
годы становятся реальностью самые фантастические способы управления
электроникой: техника «понимает» голосовые команды и «читает» тексты,
специальные датчики принимают сигналы человеческого мозга, отслеживают движения
тела и конечностей, распознают всевозможные предметы, лица и даже улыбки! Взаимодействие
с машинами становится все более естественным, постепенно уходят в прошлое
становящиеся ненужными посредники — клавиатуры, мыши, кнопки и рычаги.
Придет
время, и пользователи будут общаться с девайсами посредством мысли… Но об этом читайте
в другой статье в этом же номере.
ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ
Трудно
представить себе современный мобильный телефон без встроенной камеры. При этом,
хотя разрешение матрицы постоянно растет, по качеству съемки многие камерофоны
уступают даже недорогим фотоаппаратам-мыльницам. Тому есть три причины: повышенный
уровень цифрового шума из-за микроскопических размеров сенсора, посредственные
характеристики миниатюрной оптики и так называемая «шевеленка», возникающая
из-за дрожания трубки при съемке. Если с двумя первыми проблемами еще можно
как-то мириться — в условиях дневного освещения практически все камерофоны
снимают вполне пристойно, — то смазанное изображение означает испорченный
кадр.
Оптические
и механические системы стабилизации изображения, используемые в обычных
фотоаппаратах, неприменимы в мобильных телефонах, прежде всего из-за их
габаритов. К счастью, с развитием технологий MEMS появились
микроэлектромеханические датчики положения, основанные на гироскопическом
эффекте. Такие датчики используются, например, в телефоне LG KE990 Viewty и доказали свою
эффективность. Можно не сомневаться, что аппаратов с подобными системами будут
выпускать все больше.
ВИДЕО НА ДИСКЕ
На DVD вы найдете несколько роликов,
демонстрирующие работу акселерометра.
Конкурс:
26.11.2009, 5:00
