reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© OSRAM Technologie | 17 lutego 2017

Wykorzystanie technologii LED w VR i AR

Projektowane w ostatnim czasie systemy wirtualnej i rozszerzonej rzeczywisto艣ci s膮 najbardziej intuicyjn膮 mo偶liwo艣ci膮 interakcji ludzi i sprz臋t贸w elektronicznych.
Wykorzystuj膮 one wbudowane czujniki do rejestrowania ruch贸w i dynamicznego odpowiadania na aktywno艣膰 u偶ytkownik贸w oraz ich imersji w wirtualnym otoczeniu. Obserwowanie os贸b korzystaj膮cych z ostatnich system贸w wirtualnej albo rozszerzonej rzeczywisto艣ci przypomina obserwowanie tancerzy. Ubieraj膮c headsety albo specjalne okulary lawiruj膮 oni wok贸艂 przestrzeni, w kt贸rej si臋 znajduj膮 poruszaj膮c r臋kami w powietrzu w spos贸b, kt贸ry dla obserwatora z zewn膮trz wydaje si臋 nie mie膰 jakiegokolwiek sensu. Jednak ten pozornie nieskoordynowany taniec stanowi jedn膮 z najbardziej nowoczesnych i intuicyjnych form interakcji z gr膮 komputerow膮, czy w艂a艣ciwie bezpo艣rednio z samym oprogramowaniem. Czujniki wykorzystuj膮ce zazwyczaj 艣wiat艂o podczerwone rozpoznaj膮 pozycj臋 u偶ytkownika, rejestruj膮 jego ruchy i gesty, na kt贸re system odpowiada, a nawet w艂膮cza do akcji rozwijaj膮cej si臋 w wirtualnej rzeczywisto艣ci. Wirtualna rzeczywisto艣膰 jako r贸wnoleg艂e uniwersum U偶ytkownicy wirtualnej rzeczywisto艣ci (VR) pozostaj膮 ca艂kowicie zanurzeni w r贸wnoleg艂ym, stworzonym przez system komputerowy 艣wiecie. System nie tylko tworzy szczeg贸艂ow膮 symulacj臋 otoczenia, ale tak偶e pozwala u偶ytkownikom VR aktywnie dzia艂a膰 w wytworzonej rzeczywisto艣ci. Cho膰 obecnie rozwi膮zania wykorzystuj膮ce wirtualn膮 rzeczywisto艣膰 nastawione s膮 g艂贸wnie na odbiorc臋 gamingowego, to lista potencjalnych mo偶liwo艣ci wykorzystania tej technologii jest bardzo d艂uga. Rozci膮ga si臋 od wirtualnych wakacyjnych wycieczek, przez zwiedzanie nowych, pozostaj膮cych jeszcze w fazie projektu budynk贸w a偶 do treningowej symulacji wyzwa艅, przed kt贸rymi mog膮 stan膮膰 fachowcy (stra偶acy, piloci) w swojej codziennej pracy. Z technicznego punktu widzenia systemy VR sk艂adaj膮 si臋 z headsetu z dwoma obiektywami, przez kt贸re mo偶na obserwowa膰 t臋 sam膮 鈥瀞cen臋鈥 z dw贸ch r贸偶nych perspektyw. Dzi臋ki temu u偶ytkownik VR zachowuje poczucie g艂臋bi obrazu. Ruchy u偶ytkownika rejestrowane s膮 za pomoc膮 czujnik贸w umieszczonych w specjalnym headsecie przeznaczonym do VR lub 鈥 co spotyka si臋 coraz cz臋艣ciej 鈥 w smartfonie. Cz臋sto spotykanym ostatnio rozwi膮zaniem jest wykorzystanie specjalnych gogli, kt贸re pozwalaj膮 zamontowa膰 telefon z w艂a艣ciwym oprogramowaniem w taki spos贸b, 偶eby maksymalnie wyizolowa膰 wzrokowo u偶ytkownika od otaczaj膮cej rzeczywisto艣ci i dzi臋ki temu pozwoli膰 mu na najwy偶szej jako艣ci do艣wiadczenie gry 鈥 tak na komputerze, jak i na konsoli. Specjalnie zaprojektowane sensory nie tylko rozpoznaj膮 pozycj臋 u偶ytkownika w realnej przestrzeni, ale tak偶e pozwalaj膮 mu na orientacj臋 w tej wirtualnej, gamingowej. Cz臋sto rejestruj膮 tak偶e ruchy r膮k 鈥 ka偶dej oddzielnie i przenosz膮 te dane do wykreowanego 艣wiata VR. U偶ytkownicy technologii dzi臋ki wykorzystaniu tego typu czujnik贸w mog膮 poczu膰 si臋 w pe艂ni przeniesieni do wirtualnego 艣wiata, w kt贸rym s膮 w stanie funkcjonowa膰 niemal tak, jak w tym realnym 鈥 np. 艂apa膰 i przenosi膰 przedmioty. Prawdziwi bohaterowie wirtualnego 艣wiata Do rejestracji ruch贸w u偶ytkownika w przestrzeni gamingowej, systemy VR wykorzystuj膮 kombinacj臋 podczerwieni i kamer lub fotodetektor贸w. Jedn膮 z mo偶liwo艣ci jest umieszczenie LED贸w nadaj膮cych 艣wiat艂o podczerwone wok贸艂 headsetu, emituj膮cych wi膮zki 艣wiat艂a wg okre艣lonego wzoru. Przednia kamera, rejestruj膮ca 鈥瀖arkery鈥 艣wietlne, wykorzystuj膮c specjalne algorytmy przelicza pozycj臋 u偶ytkownika i jego ruchy na podstawie wy艣wietlanego 鈥瀢zoru鈥 i jego zmian. Do wygenerowania 艣wiat艂a niezb臋dne s膮 kompaktowe i odpowiednio wydajne diody, kt贸re pozwalaj膮 na redukcj臋 rozproszonego 艣wiat艂a do minimum. Ze wzgl臋du na swoje w艂a艣ciwo艣ci, 艣wiat艂o o d艂ugo艣ci fali wynosz膮cej 850 nanometr贸w jest odpowiednie 鈥 podczas gdy jest niewidoczne go艂ym okiem, mo偶e by膰 odczytane przez czujniki spektralnej czu艂o艣ci kamery rejestruj膮cej ruchy i po艂o偶enie u偶ytkownika. Ma艂a 偶ar贸wka LEDowa SFH 4053 (1.0 mm x 0.5 mm x 0.45 mm) stanowi dobry wyb贸r przy tego typu sprz臋tach 鈥 dostarcza 35 miliwat贸w mocy optycznej przy nat臋偶eniu 70 miliamper贸w. Rys.1. Do optymalizacji pozycjonowania u偶ytkownika, w systemach VR cz臋sto montuje si臋 specjalne odbiorniki i nadajniki w headsecie. Inne rozwi膮zania wykorzystuj膮 odwrotne podej艣cie 鈥 zamiast rzucania 艣wiat艂a na pole gry, fotodetektory wbudowane w headset wykrywaj膮 podczerwie艅 wy艣wietlan膮 z r贸偶nych kierunk贸w na tym polu. Algorytmy przeliczaj膮 pozycj臋 u偶ytkownika i dokonuj膮 analizy na podstawie odebranych sygna艂贸w z pola. Podobnie rejestruje si臋 ruchy r膮k: u偶ytkownicy mog膮 u偶ywa膰 r臋cznych kontroler贸w i za ich pomoc膮 dokonywa膰 okre艣lonych dzia艂a艅 na planszy. Kontrolery 鈥 tak偶e wyposa偶one w specjalne fotodetektory mog膮 by膰 w艂膮czone do symulacji i w pe艂ni zintegrowane z wirtualn膮 rzeczywisto艣ci膮 gry. Jednostki 艣wietlne 鈥 nadaj膮ce podczerwie艅 powinny by膰 zbudowane z mocnych, wysokowydajnych diod LED, emituj膮cych fal臋 艣wiat艂a o d艂ugo艣ci 850 nanometr贸w. Jako jedne z najmocniejszych i najbardziej wydajnych urz膮dze艅 dost臋pnych na rynku emituj膮cych podczerwie艅 wymienia si臋 偶ar贸wki serii Oslon Black, generuj膮ce moc optyczn膮 przewy偶szaj膮c膮 nawet 1.3 watta przy nat臋偶eniu 1 ampera energii, w zale偶no艣ci od rodzaju chipu. Montowane na obudowie headsetu standardowe fotodiody odbieraj膮 sygna艂 wysy艂any przez takie nadajniki. Aby unikn膮膰 zderzenia u偶ytkownik贸w z przedmiotami we w艂a艣ciwej rzeczywisto艣ci, system VR stale ocenia przestrze艅 do gry przy pomocy diody laserowej o d艂ugo艣ci fali 850 nm. Je偶eli u偶ytkownik zbli偶y si臋 do 艣ciany lub innego przedmiotu w realnej przestrzeni, w wirtualnej rzeczywisto艣ci pojawi si臋 paralelna przeszkoda, kt贸r膮 trzeba b臋dzie omin膮膰. Rozszerzona lub mieszana rzeczywisto艣膰, czyli rzeczywisto艣膰 pokryta informacj膮 Rozszerzona rzeczywisto艣膰 (AR) wzbogaca realny 艣wiat o dodatkowe, kontekstowe informacje. Tego typu rozwi膮zania dot膮d wykorzystywane by艂y g艂贸wnie w aplikacjach zwi膮zanych z przemys艂em. U偶ytkownicy AR pracuj膮cy przy z艂o偶onych systemach mieli mo偶liwo艣膰 szczeg贸艂owego przegl膮du z艂o偶onych komponent贸w poszczeg贸lnych narz臋dzi czy przyjrzenia si臋 z bliska w艂a艣ciwemu etapowi procesu produkcji. Jednak podobnie jak w przypadku VR, aplikacje oparte na rozszerzonej rzeczywisto艣ci rozwijane s膮 z my艣l膮 o znacznie szerszej grupie odbiorc贸w. Elementy AR ju偶 pojawiaj膮 si臋 w reklamach podczas zakup贸w czy przy aplikacjach nawigacyjnych przeznaczonych dla pieszych. Latem 2016 roku AR nagle zyska艂o szerok膮 rozpoznawalno艣膰 dzi臋ki grze zaprojektowanej na smartfony 鈥 Pokemon GO, w kt贸rej zadaniem graczy by艂o 鈥炁俛panie鈥 wirtualnych postaci pojawiaj膮cych si臋 w realnym otoczeniu. Wiele system贸w AR wy艣wietla informacje na ekranach smartfon贸w i u偶ywa czujnik贸w zamontowanych w tych urz膮dzeniach do okre艣lenia dok艂adnego po艂o偶enia u偶ytkownika w przestrzeni. W okularach data glasses 鈥 znanych tak偶e jako smart glasses 鈥 r贸wnie偶 wykorzystuje si臋 technologi臋 AR do wy艣wietlania u偶ytkownikom informacji bezpo艣rednio w ich polu widzenia. Okulary pozwalaj膮 zachowa膰 wolne r臋ce (w kt贸rych nie trzeba trzyma膰 smartfona) i dzi臋ki temu pos艂ugiwa膰 si臋 programami AR ca艂kowicie intuicyjnie, wy艂膮cznie za pomoc膮 gest贸w. Podczerwie艅 dla rozpoznawania gest贸w W systemach AR ruchy i gesty u偶ytkownik贸w wykrywaj膮 miniaturowe kamery 3D wbudowane do okular贸w typu smart glasses. Istniej膮 dwie podstawowe metody osi膮gni臋cia tego rezultatu, wykorzystywane wcze艣niej m.in. w konsolach do gry. Kamery oparte na technologii 鈥瀟ime-of-flight鈥 rejestruj膮 czas potrzebny na powr贸t generowanego przez laser impulsu do 藕r贸d艂a. Odleg艂o艣膰 pomi臋dzy przedmiotem i czujnikiem jest tym samym przeliczana piksel po pikselu. 殴r贸d艂o 艣wiat艂a o d艂ugo艣ci fali 850 nm emituje laserowa dioda podczerwieni. Laser jest od艣wie偶any z pr臋dko艣ci膮 wi臋ksz膮 ni偶 50 megaherc贸w. Czas powrotu jest okre艣lany na podstawie zmiany fazowej pomi臋dzy impulsem emitowanych i odbitym. Dlatego od lasera wymagany jest wysoki cykl pracy oraz mo偶liwo艣膰 wytworzenia kr贸tkich impuls贸w o wysokim nat臋偶eniu. Strukturalne rozwi膮zania 艣wietlne oferuj膮 alternatywne podej艣cie. Zdefiniowany wz贸r znacznik贸w z艂o偶ony ze 鈥炁泈ietlnych punkt贸w鈥 jest wy艣wietlany w okre艣lonej przestrzeni i kamera wykrywa, jak punkty zmieniaj膮 swoje po艂o偶enie podczas ruchu obserwowanego obiektu. 艢wiat艂o uderza w dyfrakcyjny element optyczny (DOE), kt贸ry emituje zmieniaj膮cy si臋 wz贸r 鈥 podobny do uk艂adu optycznego 鈥 co razem tworzy po偶膮dany 鈥瀞zablon鈥 punkt贸w 艣wiat艂a. Podsumowanie Zamiast polega膰 na znanych urz膮dzeniach s艂u偶膮cych do wprowadzania danych, takich jak smartfony czy tablety, systemy VR i AR w coraz pe艂niejszej formie obserwuj膮 swoich u偶ytkownik贸w i odpowiadaj膮 bezpo艣rednio na ich dzia艂ania, wci膮gaj膮c ich do symulowanej, r贸wnoleg艂ej rzeczywisto艣ci. Skutkiem tego wykszta艂ca si臋 najbardziej intuicyjna droga interakcji ludzi i maszyn. Ta technologia wymaga wykorzystywania 藕r贸de艂 podczerwieni i sta艂ego rozwoju rozwi膮za艅 w ka偶dym przypadku dok艂adnie dopasowanych do konkretnego przypadku, otoczenia i wspieranych przez zaawansowane aplikacje. Artyku艂 uzyskany dzi臋ki uprzejmo艣ci OSRAM Opto Semiconductors.
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 15 2019 09:57 V12.1.1-1