Беспроводная система отслеживания улучшит впечатления от расширенной реальности

Новая технология, разработанная инженерами Калифорнийского университета в Сан-Диего, способна сделать процесс использования расширенной реальности, XR, более плавным и бесшовным. Технология состоит из системы локализации объектов, которая использует беспроводные сигналы для отслеживания физических объектов с сантиметровой точностью в режиме реального времени, а затем генерирует виртуальное представление этих объектов.

Области применения этой технологии варьируются от улучшения качества виртуальных игр до повышения безопасности на рабочем месте.

Команда под руководством Динеша Бхарадии, профессора кафедры электротехники и вычислительной техники Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего, представила технологию на конференции ACM по встраиваемым сетевым сенсорным системам (SenSys 2023), проходившей в Стамбуле, Турция.

Существующие методы локализации сталкиваются с существенными ограничениями. Например, многие приложения XR используют камеры для локализации объектов, будь то устройства виртуальной реальности (VR), очки дополненной реальности (AR) или камеры смартфонов, говорит соавтор исследования Адитья Арун, который является аспирантом кафедры электротехники и вычислительной техники в лаборатории Бхарадии.

Однако эти методы, основанные на использовании камер, ненадежны в высокодинамичных сценариях с визуальными препятствиями, быстро меняющимся окружением или плохими условиями освещения, — говорит Арун.

Между тем, беспроводные технологии, такие как WiFi и Bluetooth Low Energy (BLE), часто не обеспечивают требуемой точности, а технология сверхширокополосной связи (UWB) требует сложной установки и настройки.

Новая система локализации объектов, разработанная командой Бхарадии из Калифорнийского университета в Сан-Диего в сотрудничестве с Шунсуке Саруватари из Университета Осаки (Япония), преодолевает эти ограничения, обеспечивая точную локализацию объектов в реальном времени с сантиметровой точностью даже в динамичных и плохо освещенных средах. Система также упакована в легко развертываемый и компактный модуль размером в один метр, который может быть встроен в электронные устройства, такие как телевизоры или саундбары, с минимальными затратами на настройку.

Исследователи создали свою систему, используя мощь беспроводных сигналов в диапазоне суб-6 ГГц.

В отличие от методов, основанных на использовании камер, эти беспроводные сигналы меньше подвержены влиянию визуальных заслонов и продолжают работать даже в условиях отсутствия прямой видимости, — говорит Арун.

Система использует беспроводные сигналы для определения местоположения UWB-меток, прикрепленных к объектам с помощью батарей. Она состоит из двух основных компонентов. Один из них — UWB-метка, передающая сигнал маяка для локализации. Другой компонент — модуль локализации, оснащенный шестью UWB-приемниками, которые синхронизированы по времени и фазе для приема сигнала маяка. По мере распространения сигнал достигает каждого приемника с разной фазой и временем. Система комбинирует эти различия, чтобы точно измерить местоположение метки в двухмерном пространстве.

В ходе испытаний исследователи использовали свою систему для игры в шахматы в натуральную величину с использованием повседневных предметов. Они оснастили кружки готовыми UWB-метками, превратив их в виртуальные шахматные фигуры. Когда фигуры перемещались по столу, система могла плавно отслеживать их движения в реальном времени с сантиметровой точностью.

Мы обнаружили, что наша система достигает 90-го процентиля точности в динамических сценариях и работает по крайней мере в восемь раз лучше, чем современные системы локализации, — говорит Арун.

В настоящее время команда дорабатывает систему. Следующие шаги включают улучшение конструкции печатной платы, чтобы сделать систему более надежной, уменьшение количества приемников для повышения энергоэффективности и добавление антенн вдоль вертикальной оси для поддержки полной 3D-локализации.

21.12.2023