Дополненная модель проекции - Projection augmented model

А дополненная модель проекции (Модель PA) - элемент, который иногда используется в виртуальная реальность системы. Он состоит из физической трехмерной модели, на которую проецируется компьютерное изображение для создания реалистично выглядящего объекта. Важно отметить, что физическая модель имеет ту же геометрическую форму, что и объект, который изображает модель PA.

Объединение физических и виртуальных объектов

Пространственно дополненная реальность (SAR) визуализирует виртуальные объекты непосредственно в физическом пространстве пользователя или на нем.^[1] Ключевым преимуществом SAR является то, что пользователю не нужно носить Шлем виртуальной реальности. Вместо этого, с использованием пространственных дисплеев, широкое поле зрения и, возможно, изображения виртуальных объектов с высоким разрешением могут быть интегрированы непосредственно в окружающую среду. Например, виртуальные объекты могут быть реализованы с помощью цифровых световых проекторов для рисования 2D / 3D изображений на реальных поверхностях или с помощью встроенных плоских дисплеев.

С реальными объектами можно обращаться физически и естественно манипулировать ими, чтобы их можно было рассматривать с любого направления, что важно для эргономической оценки и обеспечивает сильное ощущение осязаемости.^[2] Хотя смоделировано тактильная обратная связь устройства позволяют коснуться некоторых аспектов созданных компьютером объектов, они не могут соответствовать этому уровню функциональности.^[3] Поэтому неудивительно, что физические объекты все еще используются для многих приложений, таких как дизайн продукта.^[4] Однако у созданных компьютером объектов есть ключевое преимущество; они обеспечивают уровень гибкости, с которым не могут сравниться физические объекты. Следовательно, необходим дисплей, который каким-то образом объединяет реальный физический мир и объекты, созданные компьютером, тем самым позволяя воспринимать их одновременно.^[5]

Ощутимые пользовательские интерфейсы (TUI) и дополненная реальность оба стремятся решить эту проблему. Системы TUI используют реальные физические объекты как для представления, так и для взаимодействия с компьютерной информацией (рисунок 1). Однако, хотя TUI создают физическую связь между реальными и созданными компьютером объектами, они не создают иллюзию того, что объекты, созданные компьютером, действительно находятся в реальной среде пользователя. Это цель дополненной реальности.

Адаптированный milgrams VR-AR континуум.png

Рис. 1. Континуум современных компьютерных интерфейсов на основе Милграма и Кишино (1994).

В отличие от виртуальная реальность (VR), которая погружает пользователя в компьютерную среду, дополненная реальность (AR) объединяет физическое и виртуальное пространства, создавая иллюзию, что компьютерные объекты на самом деле являются реальными объектами в среде пользователя.^[6] (Рисунок 1). Кроме того, системы AR и VR на основе головных дисплеев могут напрямую включать физические объекты. Таким образом, когда пользователь обращается к сгенерированному компьютером объекту, который он может видеть, он касается эквивалентной физической модели, размещенной в том же пространственном месте.^[7] Такие системы позволяют динамически изменять созданный компьютером визуальный облик объекта, в то время как физическая модель обеспечивает тактильную обратную связь для базовой формы объекта. Однако системы на основе головных дисплеев требуют, чтобы пользователи носили оборудование, что ограничивает количество людей, которые могут одновременно использовать дисплей.

Вариант парадигмы дополненной реальности, который не страдает этими ограничениями, - это пространственно дополненная реальность (рисунок 1).^[8] Пространственно дополненная реальность отображает компьютерную информацию проекта непосредственно в среде пользователя.^[9] Хотя существует несколько возможных конфигураций отображения, наиболее естественным является проекционная модель с дополнениями.

Проекционные дополненные модели

Дополненная модель проекции 1.jpg

Рисунок 2 Концепция модели с расширенной проекцией

Модель с дополненной проекцией (PA-модель) состоит из физической трехмерной модели, на которую проецируется компьютерное изображение для создания реалистично выглядящего объекта (рисунок 2). Важно отметить, что физическая модель имеет ту же геометрическую форму, что и объект, который изображает модель PA. Например, изображение, проецируемое на объекты, показанные на рисунке 3, имеет цвет и визуальную текстуру, благодаря чему кажется, что они сделаны из разных материалов.

Дополненная модель проекции 2.jpg

Рисунок 3 Пример модели с расширенной проекцией (врезка - без проекции).

В моделях PA используется уникальная комбинация физических объектов и компьютерной информации, и, следовательно, они наследуют преимущества обоих. «Человеческий интерфейс к физической модели - это сущность« интуитивного ». Нет виджетов, которыми можно было бы манипулировать, ползунков для перемещения и дисплеев, через которые можно было бы смотреть (или носить). Вместо этого мы ходим вокруг объектов, приближаясь и удаляясь для увеличения, пристально вглядываясь и фокусируясь на интересных компонентах, и все это с очень высокой визуальной, пространственной и временной точностью ».^[10] Модели PA сочетают в себе высокий уровень интуитивности физических моделей с гибкостью и функциональностью компьютерной графики, такой как возможность быстрого изменения, анимации, сохранения и обновления (Jacucci, Oulasvirta, Psik, Salovaara & Wagner, 2005). Таким образом, модель PA по существу придает физическую форму сгенерированному компьютером объекту, который пользователь может коснуться и схватить голыми руками. Поэтому неудивительно, что исследования пользователей, в которых модели PA сравнивались с другими дисплеями виртуальной и дополненной реальности, показали, что модели PA являются естественным и интуитивно понятным типом дисплея (Nam & Lee, 2003; Stevens et al., 2002).

Однако концепция модели PA не нова. Фактически, один из первых дисплеев типа PA был создан более двадцати лет назад, когда Наймарк построил арт-инсталляцию «Смещения» (Naimark, 1984), а совсем недавно - в аттракционе «Особняк с привидениями» в Диснейленде (Liljegren & Foster, 1990 ). В то время еще не существовало технологий, чтобы модель PA была чем-то большим, чем художественное оформление. Однако, учитывая доступные сегодня технологии и немного «неограниченного воображения», изучение новых проекционных дисплеев теперь «потенциально безгранично».^[11]

Рост технологии создания моделей PA был отмечен недавним воссозданием установки Naimark «Displacements» в SIGGRAPH (Displacements, 2005). В частности, была разработана новая технология, которая полуавтоматизирует процесс создания и согласования физической модели и проецируемого изображения. Это поддерживает несколько проекторов, что позволяет освещать модель PA со всех сторон. Кроме того, можно использовать мощные проекторы (2000–3000 люмен), чтобы позволить разместить модель PA в хорошо освещенной комнате (Nam, 2005; Umemoro, Keller & Stappers, 2003). Однако, хотя эта технология позволяет модели PA быть жизнеспособным и полезным типом дисплея, она не решает ее основной цели.

Модель PA призвана создать иллюзию того, что это действительно объект, который она изображает. Например, при использовании в приложении для дизайна продукта важно, чтобы модель PA обеспечивала убедительное восприятие того, что она действительно является конечным продуктом (Nam, 2006; Saakes, 2006; Verlinden, Horváth & Edelenbos, 2006; Keller & Stappers, 2001). Аналогичным образом, при использовании в музейном приложении для создания копии артефакта, модель PA стремится создать иллюзию того, что она является настоящим артефактом (Hirooka & Satio, 2006; Senckenberg Museum, 2006; Bimber, Gatesy, Witmer, Raskar & Энкарнакао, 2002; Лондонский музей, 1999).

Однако ни одно из предыдущих исследований специально не рассматривало эту иллюзию. Таким образом, этот тезис определяет «иллюзию модели с расширенной проекцией» как ситуацию, в которой модель PA воспринимается как фактически изображаемый объект. Например, эта иллюзия возникает, когда пользователь воспринимает модель PA на рисунке 3 как настоящие кирпичи, цветочные горшки и куски дерева, в отличие от белых моделей с проецируемым на них изображением. Однако суть этой иллюзии не в обмане пользователя. Пользователь может воспринимать модель PA как объект, который она изображает, зная, что на самом деле это белая модель и проецируемое изображение.

Технология была разработана для усиления этой иллюзии за счет увеличения физического сходства между моделью PA и объектом, который она изображает, или, другими словами, увеличения точности модели PA. Например, можно динамически моделировать то, как отражаются блики на объекте, когда наблюдатель меняет положение. Это позволяет сделать модель PA изготовленной из самых разных материалов. Например, тусклая глиняная ваза может казаться сделанной из блестящего пластика.

Однако возникновение иллюзии модели PA полностью зависит от субъективного восприятия пользователя. Следовательно, повышение точности различных аспектов модели PA может по-разному влиять на силу иллюзии. По сути, это то же самое, что и способ повышения точности различных аспектов фотореалистичного изображения, созданного на компьютере, может по-разному влиять на степень восприятия изображения как реальной фотографии (Longhurst, Ledda & Chalmers , 2003; Радемахер, Лендьель, Катрелл и Уиттед, 2001). Например, повышение четкости текстур на изображении обычно может быть более важным, чем повышение четкости теней, поэтому нельзя предположить, что повышение точности любого аспекта модели PA автоматически усилит иллюзию модели PA, и аналогично нельзя предположить, что снижение точности какого-либо аспекта автоматически ослабит его. Следовательно, учитывая, что никакие предыдущие исследования не исследовали эту иллюзию, трудно определить успех технологии, которая направлена на ее улучшение, и трудно принимать обоснованные решения при разработке новой технологии. Возможности системы восприятия человека должны определять развитие любого продвинутого интерфейса (Stanney et al., 2004), поэтому этот вопрос требует решения.

Примечание. Модели с расширенной проекцией иногда называют 'Шейдерные лампы' (Raskar, Welch, Low & Bandyopadhyay, 2001, стр. 89).

Смотрите также

Проецирование

Другие соответствующие публикации

Беннетт Э. и Стивенс Б. (2006). Влияние визуальных и тактильных проблем, связанных с прикосновением к модели с дополненной проекцией, на присутствие объекта. Journal of Presence: Teleoperators and Virtual Environments, специальный выпуск лучших докладов с Международной конференции присутствия, 15 (4), 419-437, MIT Press.

Беннетт Э. и Стивенс Б. (2006). Структура «Обнаружение, восприятие и объект-присутствие»: единая структура для исследования иллюзорных представлений о реальности.. В материалах симпозиума SIGGRAPH по компьютерной графике и прикладному восприятию.

[1] [1]

[2] Исии и Ульмер, 1997.^{[страница нужна ]}

[3] Эванс, Уоллес, Чешир и Сенер, 2005; Барадаран и Штюрцлингер, 2005; Худжа, Хафез и Хеддер, 2004 г.^{[страница нужна ]}

[4] Датсон и Вуд, 2005 г.

[5] Гибсон, Гао и Кэмпбелл, 2004; Исии и Ульмер, 1997.

[6] Адзума и др., 2001

[7] Уиттон, Лок, Инско и Брукс, 2005 г .; Биллингсхерст, Grasset & Looser, 2005; Borst & Volz, 2005; Ли, Чен, Ким, Хан и Пан, 2004 г .; Хоффман, Гарсия-Паласиос, Карлин, Фернесс и Ботелла-Арбона, 2003 г.^{[страница нужна ]}

[8] Раскар, Велч, Фукс, 1998.

[9] Бимбер и Раскар, 2005.

[10] Раскар, Велч, Лоу и Bandyopadhyay, 2001, стр.89

[11] Наймарк, 2005, с.605

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

Дополненная модель проекции - Projection augmented model

Содержание

Объединение физических и виртуальных объектов

Проекционные дополненные модели

Смотрите также

Рекомендации

Другие соответствующие публикации