"Ручное управление": в поисках естественного интерфейса

Автор: Олег Нечай

Опубликовано 13 мая 2010 года

Поиски наиболее естественного интерфейса "человек-компьютер" начались более семидесяти лет назад, ещё на заре эры электронных вычислительных машин, и не прекращались никогда. Самым очевидным и одновременно эффектным способом управления машиной всегда считался "ручной": человек как бы дирижирует компьютером, а "железный мозг" распознаёт и выполняет команды рук.

Мышь, перемещающая курсор на мониторе ПК - одна из простейших реализаций этого принципа. Сенсорные дисплеи (о двух самых распространённых вариантах мы писали совсем недавно) – дальнейшее развитие всё той же идеи. При этом экраны, реагирующие на прикосновения и нажатия, перестали казаться экзотикой и стали использоваться даже в дешёвых телефонах всего лишь в течение последнего десятилетия. Технологии настолько продвинулись вперёд, что нельзя даже сравнивать мутный монохромный сенсорный экран наладонника Palm из начала 2000-х, откликающийся на прикосновение пластмассового стилуса, и яркий цветной дисплей iPhone, поддерживающий управление с помощью нескольких пальцев.

Следующий шаг на пути создания естественного интерфейса – отрыв пальцев от экрана: компьютер должен распознавать не только касания и нажатия, но и обычные жесты рук в воздухе. Причём машина должна отличать руки и пальцы от каких-то других предметов, а желательно, и определять, что это за предметы. Очевидно, что это должна быть уже не столько электрическая, сколько оптическая технология.

Наибольших успехов в этом направлении добилась компания Microsoft в рамках проекта Microsoft Surface. Более того, результат работы доступен в качестве коммерческого продукта уже в течение нескольких лет, правда, продаётся он в единичных экземплярах и лишь в некоторых странах (России в их числе нет), а стоит довольно внушительную сумму: "умный стол" Microsoft Surface стоит в США 12500 долларов, а специальная версия для разработчиков – 15000. Суммы совсем иного порядка, чем просят за самый дорогой сенсорный коммуникатор, но и возможности несоизмеримы.

Что же такое Microsoft Surface? Внешне – это небольшой столик (109х69х54 см), столешница которого представляет собой 30-дюймовый экран, способный распознавать положенные на дисплей предметы и их передвижение, а также перемещать выводимые на него виртуальные предметы при помощи движений рук.

Внутри же это довольно мощный компьютер, работающий в тесной связке с DLP-проектором и пятью инфракрасными камерами. "Начинка" Microsoft Surface постоянно совершенствуется и на сегодняшний день выглядит так: двухъядерный процессор Intel Core 2 Duo 2,13 ГГц, 2 Гб оперативной памяти DDR2, SATA-винчестер объёмом от 250 Гб, графический ускоритель ATI X1650 c 256 Мб видеопамяти. Предусмотрены также проводные (USB 2.0, Gigabit LAN) и беспроводные (WiFi IEEE 802.11b/g и Bluetooth 2.0) интерфейсы для взаимодействия с другими устройствами.

Принцип работы Microsoft Surface прост: установленный внутри стола видеопроектор проецирует изображение на полупрозрачный акриловый экран, а встроенные камеры распознают расположенные на этом столе объекты. Максимальное разрешение устанавливаемого в "умный стол" проектора сравнительно невелико для 30-дюймового экрана – 1024х768 пикселей, но увеличение разрешения привело бы к снижению точности реакции и к существенному усложнению всей конструкции. Для минимизации искажений широкоугольных объективов и для возможности одновременного распознавания сразу нескольких предметов в устройстве используются сразу несколько камер, работающих в инфракрасном диапазоне, невидимом для глаза.

Как всё это работает, лучше всего посмотреть на видео.

Работа над проектом Microsoft Surface продолжается, и в его рамках уже были созданы две интересные модификации. Первая из них – TouchWall: изображение проецируется на вертикальный экран, а прикосновения и жесты фиксируются камерами. Эта конструкция проще изначальной, поскольку в ней отсутствует возможность манипуляций с физическими объектами, помещаемыми на экран.

Второй вариант – усовершенствованный "умный стол", получивший название Second Light Surface. Инфракрасные камеры отслеживают движения рук, на которые проецируется свет, поэтому пользователю даже не нужно прикасаться к экрану. Принципиальное отличие этого устройства от базовой версии заключается в возможности проецировать второе изображение на лист бумаги или пластика, помещённый над дисплеем. Причём этот лист не обязательно класть на экран: при помощи ещё одного проектора с самонастраиваемой оптикой, дополнительной инфракрасной камеры и инфракрасных светодиодов, установленных по периметру экрана, система автоматически определяет его расположение в пространстве и так искажает картинку, чтобы на лист выводилось правильное изображение.

По замыслу конструкторов, лист со вторым изображением может быть расположен практически перпендикулярно к экрану, а в будущем его можно будет взять со стола и не торопясь изучить виртуальную картинку, например, сидя на диване.

В отличие от Microsoft, которая не слишком преуспела в коммерциализации столь любопытного продукта, японская Sony намерена уже в июне 2010 года вывести на рынок аналогичное устройство под названием atracTable. Совместная разработка швейцарской компании Atracsys, специализирующейся на оптических системах отслеживания движений, и Sony ISS представляет собой стол с 35-дюймовым экраном высокого разрешения и повышенной контрастности.

Принцип работы всё тот же: проектор формирует картинку, а камеры отслеживают движения. Как утверждают в Sony, atracTable распознаёт предметы, поддерживает технологию мультитач, узнаёт пользователей в лицо и даже определяет их эмоциональное состояние! О цене аппарата пока ничего не сообщается, но до официальной презентации серийной модели ждать осталось совсем недолго.

Существуют и гораздо менее сложные и дорогие системы распознавания движений. Достаточно вспомнить игровую приставку Nintendo Wii, укомплектованную беспроводным джойстиком Wii Remote и специальной сенсорной линейкой, крепящейся к верхней панели телевизора. И на джойстике, и на линейке установлены инфракрасные светодиоды и датчики, при помощи которых рассчитывается положение Wii Remote в пространстве, а приставка распознаёт движения рук и использует их для управления в играх.

Похожую технологию использует и американская GestureTek в устройстве под названием AirPoint. Оно реализует систему распознавания движений при помощи массива инфракрасных светодиодов и датчиков. Такой прибор чрезвычайно компактен и позволяет управлять "взмахом руки" буквально любой компьютерной программой. Разумеется, лучше всего AirPoint приспособлено для проведения презентаций, но потенциальный спектр применений этой разработки чрезвычайно широк.

Буквально у нас на глазах уходят в прошлое, казалось бы, незыблемые атрибуты общения с компьютером: кнопки, клавиатуры, мыши и даже мониторы. И "ручное управление" машиной давно уже не фантастика. Более того, даже существуют действующие системы управления силой мысли ("Компьютера" публиковала статью на эту тему). Впрочем, с практической точки зрения у технологий управления на базе распознавания движений преимуществ больше: всё-таки кто его знает, о чём мы можем случайно подумать...