3D interakció - 3D interaction

A számítástechnikai , 3D kölcsönhatás egyfajta ember-gép interakció , ahol a felhasználók képesek mozogni, és hajtsa végre kölcsönhatás a 3D-s térben . Mind az ember, mind a gép feldolgozza az információkat, ahol az elemek fizikai elhelyezkedése a 3D-s térben releváns.

Az interakcióhoz használt 3D-s tér lehet a valós fizikai tér, a számítógépen szimulált virtuális tér- ábrázolás, vagy mindkettő kombinációja. Amikor a valós helyet adatbevitelre használják, az emberek műveleteket hajtanak végre, vagy parancsokat adnak a gépnek egy olyan bemeneti eszköz segítségével, amely felismeri az emberi cselekvés 3D-s helyzetét. Amikor használják kimeneti adatok , a szimulált 3D-s virtuális jelenet vetíti az igazi környezet egy kimeneti eszköz vagy ezek kombinációja.

Háttér

A 3D korai kezdete 1962-re vezethető vissza, amikor Morton Heilig feltalálta a Sensorama szimulátort. 3D video visszacsatolást, valamint mozgási, hang- és haptikus visszajelzéseket adott virtuális környezet létrehozásához. A fejlesztés következő szakasza az volt, hogy Dr. Ivan Sutherland úttörő munkája 1968-ban befejeződött. Fejlécre állított képernyőt, a Damocles kardját készítette, amely 3D-s virtuális környezetet hozott létre, a bal és a jobb oldali állókép bemutatásával.

A technológia elérhetősége, valamint a nem gyakorlati költségek az 1980-as évekig hátráltatta a virtuális környezet fejlesztését és alkalmazását. A pályázatok az Egyesült Államok katonai vállalkozásaira korlátozódtak. Azóta a további kutatás és technológiai fejlődés lehetővé tette új ajtók megnyitását számos más területen, például oktatás, szórakozás és gyártás területén.

A 3D interakció során a felhasználók feladataikat és funkcióik elvégzését azáltal, hogy információt cserélnek számítógépes rendszerekkel a 3D térben. Ez egy interakcionális típusú interakció, mivel az emberek a valóságban három dimenzióban lépnek kölcsönhatásba. A felhasználók által elvégzendő feladatokat objektumok kiválasztására és manipulálására sorolták be a virtuális térben, a navigációban és a rendszervezérlésben. A feladatok virtuális térben végrehajthatók interakciós technikákkal és interakciós eszközök felhasználásával. A 3D interakciós technikákat az általuk támogatott munkacsoport szerint osztályozták. A navigációs feladatokat támogató technikákat navigációs technikáknak kell besorolni . Az objektumválasztást és a manipulációt támogató technikákat jelöljük meg a szelekciós és manipulációs technikákkal . Végül, a rendszervezérlő technikák támogatják azokat a feladatokat, amelyek magának az alkalmazásnak a vezérléséhez kapcsolódnak. A technikák és az interakciós eszközök közötti következetes és hatékony leképezést kell készíteni annak érdekében, hogy a rendszer használható és hatékony legyen. A 3D interakcióhoz társított interfészeket 3D interfészeknek nevezzük . Más felhasználói interfészekhez hasonlóan ez a felhasználó és a rendszer közötti kétirányú kommunikációt is magában foglalja, de lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy 3D-s térben műveleteket hajtsanak végre. A bemeneti eszközök lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy utasításokat és parancsokat adjanak a rendszernek, míg a kimeneti eszközök lehetővé teszik a gép számára, hogy visszaadja az információkat nekik.

A 3D interfészeket olyan alkalmazásokban használják, amelyek virtuális környezeteket, valamint kibővített és vegyes valóságot mutatnak . Virtuális környezetben a felhasználók közvetlenül interakcióba léphetnek a környezettel, vagy speciális funkciókkal rendelkező eszközöket használhatnak ehhez. A 3D-s interakció akkor fordul elő, amikor a fizikai eszközöket 3D-s térbeli környezetben irányítják a megfelelő virtuális eszköz vezérlésére.

Magával ragadó virtuális világban a felhasználók a jelenlét érzését tapasztalják meg. Annak lehetővé tétele, hogy a felhasználók 3D-ben kölcsönhatásba lépjenek ezzel a világgal, lehetővé teszik számukra, hogy felhasználják a természetes és a belső ismereteket arról, hogyan történik az információcsere a fizikai tárgyakkal a valós világban. A textúra, a hang és a beszéd mindegyike felhasználható a 3D interakció fokozására. Jelenleg a felhasználóknak továbbra is nehezen tudják értelmezni a 3D-s térképeket és megérteni, hogyan történik az interakció. Noha az emberek számára természetes módon mozoghat egy háromdimenziós világban, a nehézség azért merül fel, mert a valós környezetben jelenlévő sok jel hiányzik a virtuális környezetekből. Az érzékelés és az elzáródás az emberek által alkalmazott elsődleges észlelési útmutatások. Ugyanakkor, bár a virtuális tér jelenetei háromdimenziósnak tűnnek, továbbra is egy 2D felületen jelennek meg, így a mélység észlelésében továbbra is vannak bizonyos ellentmondások.

3D felhasználói felületek

Ez a szakasz a fizikai 3D bemeneti / kimeneti eszközökről szól. A 3D-s felhasználói felületekről mint szoftverekről lásd: Grafikus felhasználói felület § Háromdimenziós felhasználói felületek .

A felhasználói felületek a felhasználók és a rendszerek közötti kommunikáció eszközei. A 3D interfészek tartalmaznak adathordozókat a rendszer állapotának 3D ábrázolására és médiumokat a 3D felhasználói bevitelre vagy manipulációra. A 3D reprezentációk használata nem elegendő a 3D interakció létrehozásához. A felhasználóknak rendelkezniük kell azzal is, hogy 3D-ben is végrehajtsák a műveleteket. Ennek érdekében speciális bemeneti és kimeneti eszközöket fejlesztettek ki az ilyen típusú interakció támogatására. Néhányat, például a 3D egeret, a 2D interakció meglévő eszközein alapulva fejlesztették ki.

Beviteli eszközök

A bemeneti eszközök az objektumok manipulálására és vezérlő utasítások küldésére a számítógépes rendszerhez használt eszközök. Ezek a rendelkezésükre álló szabadságfokok szerint változnak, és szabványos bemeneti eszközökre, nyomkövetőkre, vezérlőberendezésekre, navigációs berendezésekre és gesztusos interfészekre oszthatók.

A szokásos beviteli eszközök közé tartozik a billentyűzet, a toll alapú tabletta és a ceruza, a joystick és a 2D egér . Ennek ellenére számos tanulmány megkérdőjelezte az asztali felület komponenseinek 3D-s interakciókra való alkalmasságát, bár ez még mindig vitatott.

A nyomkövető észleli vagy figyeli a fej, a kéz vagy a test mozgását, és elküldi ezeket az információkat a számítógépre. Ezután a számítógép lefordítja és biztosítja, hogy a helyzet és az orientáció pontosan tükröződjön a virtuális világban. A követés fontos a helyes nézet bemutatásakor, a felhasználók számára bemutatott térbeli és hanginformációk összehangolásában, valamint azok a feladatok vagy funkciók végrehajtásában, amelyeket végrehajthatnak. A 3D-s nyomkövetőket mechanikai, mágneses, ultrahangos, optikai és hibrid tehetetlenségként azonosították. A nyomkövető példák közé tartoznak a mozgáskövető , a szemkövető és az adatkesztyűk.

Egy egyszerű 2D egér akkor tekinthető navigációs eszköznek, ha lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy egy másik helyre költözjön egy virtuális 3D-s térben. A navigációs eszközök, mint például a futópad és a kerékpár, felhasználják az emberek természetes útjait, amelyekkel az emberek valódi világban utazhatnak. A futópadok gyaloglást vagy futást szimulálnak, a kerékpárok vagy hasonló típusú eszközök a jármű utazását szimulálják. Navigációs eszközök esetében a gépnek továbbított információ a felhasználó helyét és mozgását jelenti a virtuális térben.

A vezetékes kesztyűk és a felsők teszik lehetővé a gesztusos interakciót. Ezek érzékelők segítségével kéz vagy test helyzetéről és mozgásáról továbbítják a számítógépet.

Kimeneti eszközök

A kimeneti eszközök lehetővé teszik a gép számára, hogy információkat vagy visszajelzéseket adjon a felhasználónak. Ezek magukban foglalják a vizuális kijelzéseket, a hallóképernyőket és a haptikus kijelzőket. A vizuális kijelzők visszajelzéseket adnak a felhasználók számára 3D-s vizuális formában. A virtuális valóság fejhallgatók és a CAVE ( Cave Automatic Virtual Environment ) példák egy teljesen magával ragadó vizuális megjelenítésre, ahol a felhasználó csak a virtuális világot látja, nem pedig a való világot. A félig magával ragadó kijelzők lehetővé teszik a felhasználók számára, hogy mindkettőt látják. A monitorok és a munkapadok példák a félig magával ragadó kijelzőkre. A hallható kijelzők hallható formában nyújtanak információkat. Ez különösen akkor hasznos, ha a hely- és térinformációkat szolgáltatja a felhasználóknak. A háttér audió összetevő hozzáadása a kijelzőhöz növeli a realizmus érzetét. A haptikus kijelzők tapintható visszajelzést vagy érzetet küldenek a felhasználónak.

3D interakciós technikák

A 3D interakciós technikák olyan módszerek, amelyeket különféle típusú feladatok végrehajtására használnak 3D térben. A technikákat az általuk támogatott feladatok szerint osztályozzák.

Kiválasztás és manipuláció

A felhasználóknak képesnek kell lenniük a virtuális objektumok manipulálására. A manipulációs feladatok egy objektum kiválasztását és mozgatását foglalják magukban. Időnként a tárgy forgása is szerepet játszik. A közvetlen kéz-manipuláció a legtermészetesebb technika, mivel a fizikai tárgyak kézzel történő kezelése az emberek számára intuitív. Ez azonban nem mindig lehetséges. A virtuális kéz, amely kiválaszthatja és újra megtalálja a virtuális objektumokat, szintén működni fog.
3D widgeteket lehet használni, hogy ellenőrzések tárgyak: ezek általában nevezik 3D Gadgets vagy manipulátorok (jó példa van az is, honnan Blender ). A felhasználók ezeket felhasználhatják egy objektum újbóli megkeresésére, átméretezésére vagy újraorientálására (fordítás, méretezés, elforgatás).
Más technikák közé tartozik a Go-Go technika és a sugárzás, ahol egy virtuális sugár segítségével mutatunk rá, válogathatunk és objektálhatunk.

Navigáció

A számítógépnek a felhasználónak információkat kell szolgáltatnia a helyről és a mozgásról. A navigációs feladatok két összetevőből állnak. Az utazás magában foglalja az aktuális helyről a kívánt pontra történő mozgatást. A Wayfinding az útvonalak megtalálását és beállítását jelenti az utazási cél eléréséhez a virtuális környezetben.

  • Útirányosítás  : A virtuális térben történő úttekercselés eltérő és nehezebb megtenni, mint a való világban, mivel a szintetikus környezetekben gyakran hiányoznak az észlelési utalások és a mozgáskorlátozások. Támogatható felhasználói központú technikákkal, például nagyobb látómező használatával és mozgásjelzések biztosításával, vagy környezetközpontú technikákkal, például szerkezeti felépítés és útmeghatározási elvekkel.
  • Utazás  : A jó utazási technikák lehetővé teszik a felhasználó számára, hogy könnyen mozogjon a környezetben. Három típusú utazási feladat létezik, nevezetesen a felfedezés, a keresés és a manőverezés. Az utazási technikák a következő öt kategóriába sorolhatók:
    • Fizikai mozgás - a felhasználó mozog a virtuális világban
    • Kézi nézőpontú manipuláció - kézzel mozgassa a mozgást
    • Kormányirány meghatározása
    • Cél alapú utazás - rendeltetési hely meghatározása
    • Útvonaltervezés - útvonal meghatározása

Rendszervezérlés

A rendszervezérlés kategóriájába azok a feladatok tartoznak, amelyek parancsok kiadását jelentik az alkalmazás számára a rendszermód megváltoztatásához vagy bizonyos funkciók aktiválásához. A rendszervezérlési feladatokat háromdimenziós támogató technikákat a következők szerint osztályozzák:

  • Grafikus menük
  • Hangparancsok
  • Gesztusos interakció
  • Virtuális eszközök speciális funkciókkal

Szimbolikus bemenet

Ez a feladat lehetővé teszi a felhasználó számára például szöveg bevitelét és / vagy szerkesztését, lehetővé téve a 3D jelenetek vagy 3D objektumok kommentálását.

Lásd még

Irodalom

  1. Bowman, D., Kruijff, E., LaViola, J., Poupyrev, I. (2001, február). Bevezetés a 3D-s felhasználói felület kialakításához. Jelenlét, 10. (1), 96–108.
  2. Bowman, D., Kruijff, E., LaViola, J., Poupyrev, I. (2005). 3D felhasználói felületek: elmélet és gyakorlat. Boston: Addison – Wesley.
  3. Burdea, GC, Coiffet, P. (2003). Virtuális valóság technológia (2. kiadás). New Jersey: John Wiley & Sons Inc.
  4. Carroll, JM (2002). Az ember és a számítógép közötti interakció az új évezredben. New York: ACM Press
  5. Csisinko, M., Kaufmann, H. (2007, március). A 3D felhasználói interakció technikák egyetemes megvalósítása felé [Specifikáció, a szerzők készítése, a vegyes valóság felhasználói felületének adaptálása, IEEE VR]. Charlotte, NC, USA.
  6. Fröhlich, B .; Plate, J. (2000). Msgstr "A kocka egér: új eszköz a 3D bemenethez". Az ACM CHI 2000 folyóiratai . New York: ACM Press. 526–531. doi : 10.1145 / 332040.332491 .
  7. Keijser, J .; Carpendale, S .; Hancock, M .; Isenberg, T. (2007). Msgstr "A 3D interakció feltárása az alternatív vezérlő-kijelző helymeghatározásokon". A 3D felhasználói felületekről szóló 2. IEEE szimpózium folytatásai . Los Alamitos, Kalifornia: IEEE Computer Society. 526–531.
  8. Larijani, LC (1993). A virtuális valóság alapja. Amerikai Egyesült Államok: RR Donnelley and Sons Company.
  9. Rhijn, A. van (2006). Konfigurálható bemeneti eszközök 3D-s interakcióhoz optikai követés segítségével. Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven.
  10. Stuerzlinger, W., Dadgari, D., Oh, JY. (2006, április). 3D-s valóság-alapú objektummozgási technikák. CHI 2006 műhely: "Mi az ember és a számítógép közötti interakció következő generációja?". Műhelybemutató.
  11. Vince, J. (1998). Alapvető virtuális valóság gyors. Nagy-Britannia: Springer-Verlag London Limited
  12. Yuan, C., (2005, december). Zökkenőmentes 3D interakció AR-ban - Látás-alapú megközelítés. Az első nemzetközi szimpózium, ISVC folytatásában (321–328. Oldal). Lake Tahoe, NV, USA: Springer Berlin / Heidelberg.
  13. A CAVE (CAVE automatikus virtuális környezet). Látogatva 2007. március 28-án
  14. Virtuális valóság. Látogatva 2007. március 28-án
  15. A Java 3-D engedélyezte a CAVE-t a Sun Visual Genomics kiválósági központjában. Látogatva 2007. március 28-án
  16. 3D kölcsönhatás a kézi számítógépekkel és a számítógépekkel. Látogatva 2008. március 28-án

Külső linkek