FreeTrack - FreeTrack

FreeTrack
Freetrack logo.png
Freetrack 210 screenshot.jpg
Стабильный выпуск
v2.2 / 7 октября 2008 г.
Операционная системаМайкрософт Виндоус
ТипОптическое отслеживание движения
ЛицензияСтандартная общественная лицензия GNU
Интернет сайтwww.free-track.net

FreeTrack универсальный оптическое отслеживание движения заявка Майкрософт Виндоус, выпущенный под Стандартная общественная лицензия GNU, которые можно использовать с обычными недорогими камерами. Его основное внимание уделяется отслеживанию головы с использованием в виртуальная реальность, симуляция, видеоигры, 3D моделирование, системы автоматизированного проектирования и вообще вычисления без помощи рук улучшить доступность компьютера. Отслеживание можно сделать достаточно чувствительным, чтобы потребовались лишь небольшие движения головы, чтобы глаза пользователя никогда не отрывались от экрана.

Камера предназначена для наблюдения за жесткой точечной моделью, которую носит пользователь, точки которой необходимо изолировать от фонового света с помощью физической и программной фильтрации. Движение отслеживается с точностью до шесть степеней свободы (6DOF): рыскание, тангаж, крен, влево / вправо, вверх / вниз и вперед / назад. Windows-совместимые видеоустройства, например веб-камеры поддерживаются, а также специальные Nintendo Пульт Wii камеры и камеры NaturalPoint (TrackIR, SmartNav и OptiTrack).

FreeTrack может выводить данные отслеживания головы в программы напрямую, используя собственный открытый интерфейс, а также TrackIR, SimConnect и интерфейсы FSUIPC. Программы, поддерживающие эти интерфейсы, считаются FreeTrack-совместимый. FreeTrack также может эмулировать мышь, клавиатура, и джойстик (через PPJoy), если программа не поддерживает прямой интерфейс.

FreeTrack закодирован в Delphi 7 и использует DirectShow и DirectX. Отслеживание головы достигается с использованием реализаций четырехточечного итеративного метода DeMenthon. поза алгоритм оценки (POSIT) [1] и Альтера трехточечный геометрический алгоритм.[2]

Программного обеспечения

FreeTrack использует камеру для сбора информации в реальном времени о точечной модели, которую носит пользователь. В частности, координаты изображения точек модели, которые либо принимаются непосредственно с камеры, либо извлекаются из видеопотока. Эти координаты используются для оценки реальной позы головы, которая может быть преобразована пользователем различными способами для создания виртуальной позы. Одно из самых фундаментальных преобразований заключается в усилении вращения, так что требуются лишь небольшие движения головы. Наконец, виртуальная поза отправляется на выбор пользователя. Все это делается в фоновом режиме, а статус отслеживания отображается в системный трей.

Доступен предварительный просмотр в 3D, который показывает положение и ориентацию виртуальной головы для данной реальной позы головы и может просматриваться с разных точек зрения, в том числе от первого лица. Это значительно облегчает тестирование и упрощает эксперименты с различными настройками.

Каждый степень свободы (ось) имеет кривую отклика, которую можно изменить, чтобы изменить способ движения виртуальной головы для данного реального движения головы. Это обычно используется для создания центральной мертвой зоны, чтобы голова пользователя могла быть более расслабленной.

Кнопки клавиатуры, мыши и джойстика можно использовать для переключения настроек отслеживания, включая расположение виртуального центра (например, регулировку положения сиденья в автомобиле) и индивидуального переключения осей и выходов.

Для камер NaturalPoint FreeTrack может предоставить расширенные функции и уровень настройки, которые недоступны в официальном программном обеспечении.

Камера

Сравнение некоторых камер, совместимых с FreeTrack
КамераРазрешение сенсораFPSДатчикУгол (°)Выходиспользование процессораСубпиксельная точностьИК СветодиодыПрибл. цена (долл. США)
Идеальная веб-камера640×480≥60монохромный42сильно сжатыймаленькийЗависит от программного обеспеченияда?
OEM ИК ВЭБ-камера[3]640×48030цвет42JPEG сжатыймаленькийЗависит от программного обеспеченияда$5
Sony PlayStation EyeToy640×48030цвет56JPEG сжатый[4]маленькийЗависит от программного обеспеченияНет$16
Sony PlayStation 3 Eye640×480187 @ 320x240 (CLEye ), 125 @ 320x240 (Directshow), 75 @ 640x480 (DirectShow)[5]цвет75, 56JPEG сжатый, необработанныймаленькийЗависит от программного обеспеченияНет$24
Microsoft Xbox Live Vision640×48060@320×240, 30@640×480цвет?JPEG сжатый,[6] сыроймаленькийЗависит от программного обеспеченияНет$14
Nintendo Пульт Wii128×96100(Bluetooth ), 250(I2C )[7]цвет41координаты точкиникто1/8Нет$23
NaturalPoint TrackIR 1 [8]60k пикселей (например, 300 × 200)60монохромный33бинарный порогминимальныйдана пенсии
NaturalPoint TrackIR 2 [8]60k пикселей (например, 300 × 200)100монохромный33бинарный порог[9]минимальныйдана пенсии
NaturalPoint TrackIR 3 [10]355×28880монохромный33бинарный порогминимальныйдана пенсии
NaturalPoint TrackIR 3 Pro [10]355x288120монохромный33бинарный порогминимальныйдана пенсии
NaturalPoint TrackIR 4 Pro [10]355 × 288 (с субдискретизацией 710 × 480)120монохромный46бинарный порог[11]минимальный1/20да$99.95
NaturalPoint TrackIR 5 [10]640×480120монохромный51.7градации серого[12]минимальный1/150да$149.95
NaturalPoint SmartNav 1/260k пикселей (например, 300 × 200)60монохромный33бинарный порогминимальныйдана пенсии
NaturalPoint SmartNav 3 [13]355×288120монохромный33бинарный порогминимальный1/20дана пенсии
NaturalPoint SmartNav 4[13]640 × 480 (с субдискретизацией 1280 × 480)100монохромный41градации серого[14]минимальный1/150даОт 400 до 500 долларов

Разрешение

В большинстве случаев достаточно разрешения 320 × 240, это позволяет получить гораздо более высокое разрешение. субпиксельное разрешение, достаточно для точного управления курсором на мониторе с высоким разрешением. Разрешения 640 × 480 и выше имеют убывающую отдачу и соответствуют экспоненциальному[Почему? ] увеличение загрузки ЦП при недостаточном сжатии до достижения компьютера. Более высокое разрешение становится более важным на большем расстоянии от камеры. В Wii используется сенсор с низким разрешением 128 × 96, который, как считают некоторые, производит неустойчивое отслеживание и может потребовать сглаживания для повышения стабильности за счет снижения отзывчивости.[15]

Датчик

Для того же разрешения монохромный датчики может разрешать более мелкие детали намного лучше, чем датчики цвета, из-за отсутствия массив цветных фильтров.

Частота кадров

FreeTrack использует интерполяция с видеоустройствами с низкой частотой кадров для улучшения плавности панорамирования. Однако скорость отклика в основном ограничена частотой кадров; веб-камера со скоростью 30 кадров / с имеет максимальную задержку отклика 33,3 миллисекунды по сравнению с 8,33 миллисекундами для камеры со скоростью 120 кадров / с. Для сравнения, время реакции человека на визуальный стимул (рефлекс пальца) обычно составляет около 200 мс; 30 мс можно считать конкурентным пинг в онлайн-играх, основанных на рефлексах, а частота обновления ЖК-монитора обычно составляет 17 мс.

Более высокая отзывчивость дает большее ощущение контроля, но поскольку виртуальное движение головы усиливается, оно также может привести к нереалистично быстрому движению. По этой причине некоторые программы ограничивают скорость движения головы, теряя часть скорости отклика камер с более высокой частотой кадров.

Угол

Более широкий угол обзора позволяет увеличить область отслеживания при нахождении в непосредственной близости от камеры. На больших расстояниях использование широкого угла нежелательно, большая часть кадра не используется и эффективное разрешение падает быстрее. Также можно увидеть больше периферийного света, который может мешать отслеживанию. Угол обзора можно уменьшить, используя цифровое увеличение ценой разрешения.

использование процессора

В Пульт Nintendo Wii эффективно не использует ЦП, камеры NaturalPoint используют небольшой объем, а обычные видеоустройства могут использовать значительный объем, в зависимости от марки и конкретных настроек камеры. PlayStation Eye, работающая с тем же разрешением и частотой кадров, что и TrackIR 4, будет очень требовательна к одноядерному процессору. Однако современные многоядерные процессоры решают эту проблему. Разрешение и частоту кадров всегда можно уменьшить для экономии ресурсов ЦП.

Фильтры

FreeTrack требует, чтобы точки слежения были изолированы от всех других источников света; Лучше всего это делать с помощью инфракрасных светодиодов и фильтра, блокирующего видимый свет, перед камерой. Фотопленка или магнитное хранилище средний внутри дискеты могут использоваться как недорогие фильтры видимого света. Дальнейшую фильтрацию можно выполнить в программном обеспечении, настроив экспозицию и порог.

Все видеоустройства, такие как веб-камеры, имеют встроенный фильтр, блокирующий инфракрасное излучение, который можно снять для повышения чувствительности к инфракрасному свету, что обеспечивает лучшую изоляцию точек и возможность отслеживания на обратное отражение. Обычно это простая и обратимая процедура для большинства веб-камер.

Камеры Wii Remotes и NaturalPoint предназначены для отслеживания инфракрасных точек, поэтому в них уже есть фильтры, блокирующие видимый свет.

Точечная модель

Конфигурации модели

  • Единая точка: одна точка слежения, например, прикрепленная к бейсболке или проволоке, идущей вперед от головы. Этого легко добиться с помощью небольшого источника света, например фонарик. В отличие от других конфигураций, это ограничено двумя степенями свободы (рыскание и тангаж) и может быть более чувствительным к поступлению, чем вращению.
  • Трехточечный зажим: асимметричный треугольное расположение точек, которые можно обрезать наушники и расположен сбоку от головы.
  • Трехточечная кепка: симметричное треугольное расположение точек, обычно прикрепленных к краю бейсболки.
  • Колпачок с четырьмя точками: симметричный некомпланарный расположение очков, также прикрепленных к ободку бейсболки.

Модели могут быть выполнены в Сделай сам мода с минимальными затратами с использованием готовых электронных компонентов. Комплекты компонентов и полностью сконструированные модели также доступны для покупки у некоторых членов сообщества FreeTrack.

Активные точки

В модели активной точки используются видимые или инфракрасные светодиоды (5 мм или больше) для представления точек слежения, питание от батареи, трансформатора (штекерный блок) или USB. Электрическая схема очень проста и может быть изготовлена ​​кем-то с небольшим опытом работы с электроникой или без него.

Обычные светодиоды, такие как пульты управления, имеют узкий, сильно сфокусированный луч, который не подходит для оптического отслеживания движения. Их можно легко превратить в широкоугольные светодиоды, приплюснув кончики линз. В качестве альтернативы, широкоугольные светодиоды можно приобрести в специализированных магазинах электроники, например, инфракрасные светодиоды Siemens / Osram SFH485P с половинным углом 40 градусов.

Светоотражающие точки

Световозвращающий материал может использоваться для представления точек слежения за счет освещения источником инфракрасного света. Эта конфигурация не требует подключения к пользователю проводов или батарей, но она более восприимчива к помехам из-за фонового освещения. В большинстве случаев внутренний инфракрасный блокирующий фильтр веб-камеры необходимо удалить, чтобы повысить чувствительность настолько, чтобы можно было видеть инфракрасный свет, отраженный точками слежения.

FreeTrack интерфейс

FreeTrack имеет простой интерфейс, который может свободно использоваться сторонними программами для доступа к данным отслеживания 6DOF, как к реальным необработанным измерениям, так и виртуальным. Он не зависит от оборудования, поэтому не зависит от конкретной марки или версии оборудования и может использоваться без ограничений. Bohemia Interactive's ARMA 2 первая игра, поддерживающая интерфейс FreeTrack[16] и Велосипеды GP является первым, кто получил эксклюзивную поддержку.[17]

TrackIR интерфейс

FreeTrack совместим с незашифрованной версией интерфейса TrackIR отслеживания головы NaturalPoint, который широко поддерживается в играх-симуляторах. NaturalPoint предоставляет разработчикам игр зашифрованный Версия интерфейса для более популярных игр с конца 2008 г. может быть определена как требующая программного обеспечения TrackIR версии 4.1.036 или выше и несовместима с FreeTrack.[18]Разработчики первой игры затронули, DCS: Черная акула,[19] пытались выпустить свой собственный интерфейс отслеживания движения головы, но вскоре отменили его по запросу NaturalPoint.[20] Совместимость с FreeTrack все еще возможна при использовании TrackIRFixer убрать требование шифрования в играх.[21]

TIRViews.dll это библиотека с динамической компоновкой файл, распространяемый с программным обеспечением TrackIR, который обеспечивает индивидуальную поддержку небольшое количество преимущественно старых игр, используя специальные интерфейсы или память хаки для облегчения контроля просмотра.[22]Хотя нарушение программного обеспечения TrackIR EULA,[23]его можно использовать с FreeTrack.

Интерфейс NaturalPoint TrackIR SDK доступно только в рамках подписанного лицензионного соглашения[24]и покрывается NDA, поэтому пока FreeTrack бесплатно программное обеспечение, компонент интерфейса TrackIR должен быть закрытый исходный код.[25]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ ДеМентон, Дэниел; Ларри С. Дэвис (1992). «Модельно-ориентированная поза объекта в 25 строках кода». Европейская конференция по компьютерному зрению. 15: 335–343. CiteSeerX  10.1.1.50.9280.
  2. ^ Альтер, Т. Д. (1992). «Трехмерная поза из трех соответствующих точек при проекции со слабой перспективой» (AIM – 1378): 43. CiteSeerX  10.1.1.18.1908. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  3. ^ «8.0 Mega 6 IR LED Webcam Web Cam Camera Skype MSN Mic». Получено 2010-09-07.
  4. ^ «Использование веб-камер ov519 (Eyetoy) с pdp / Gem (кадры jpeg)». Получено 2010-05-08.
  5. ^ "Журнал изменений SDK платформы CL Eye". Получено 2010-10-30.
  6. ^ «Камера XBOX Live Vision в Ubuntu». Получено 2010-05-08.
  7. ^ «Автоматическое управление взлетом, зависанием и посадкой для миниатюрных вертолетов с недорогим бортовым оборудованием» (PDF). Получено 2010-05-08.
  8. ^ а б "Игровой контроллер TrackIR3 Pro Heads-Up". ars technica. 25 августа 2004 г.. Получено 2007-10-13.
  9. ^ «TrackIR2, трекер Track IR2, покупка, обзор, особенности». Получено 2010-05-08.
  10. ^ а б c d «Сравнение продуктов TrackIR». NaturalPoint. Получено 2007-10-13.
  11. ^ "TrackIR 4 Grayscale". Получено 2010-05-08.
  12. ^ "TrackIR 5 Grayscale". Получено 2010-05-08.
  13. ^ а б «Сравнение старых моделей SmartNav». NaturalPoint. Получено 2008-11-01.
  14. ^ "SmartNav 4 Grayscale". Получено 2010-05-08.
  15. ^ «Разрешение Wii и задержка». Получено 2010-12-07.
  16. ^ «Arma 2: Патч v1.05». Получено 2010-07-20.
  17. ^ «Выпущен PiBoSo Alpha 6». Получено 2010-03-16.
  18. ^ «NaturalPointofView - монополия NaturalPoint TrackIR». Получено 2010-07-20.
  19. ^ «TrackIR Enhanced Games: DCS: Black Shark». NaturalPoint. Получено 2008-10-26.
  20. ^ Tez - ED Team. "Интерфейс HeadTracker - форумы ED". Eagle Dynamics. Получено 2010-03-16.
  21. ^ «NaturalPointofView - Монополия NaturalPoint TrackIR: TrackIRFixer». Получено 2010-07-20.
  22. ^ "Форум FreeTrack V2.2 и FSX / FS9". Получено 2010-02-20.
  23. ^ "Страница загрузки программного обеспечения TrackIR". NaturalPoint. Получено 2010-02-20.
  24. ^ "Разработчики TrackIR: какой SDK мне нужен?". Получено 2010-02-20.
  25. ^ "Битье головой..." Архивировано из оригинал на 2011-06-05. Получено 2010-02-20.

внешняя ссылка