Герои научно-фантастических фильмов редко пользуются обычной компьютерной клавиатурой или мышью. Гораздо более впечатляюще выглядит, когда человек одевает специальные перчатки и манипулирует голографическими изображениями в пространстве, или нажимает на сенсорные кнопки, проецируемые прямо на его предплечье. Впрочем, в последние годы альтернативные интерфейсы для управления компьютерами перестали быть научной фантастикой и активно используются в игровых приставках, например система Kinect от Microsoft. Современные технологии позволяют обычному пользователю купить устройство, которое с помощью веб-камеры и микрофона будет регистрировать его движения в пространстве, и с его помощью управлять компьютером. Но технологии альтернативных интерфейсов продолжают активно развиваться, инженеры трудятся над созданием действительно точного или просто радикально иного способа управления.
Актуальность новых интерфейсов очевидна. Например, недавно журнал New Scientist опубликовал отчет о первом использовании «воздушного» интерфейса в хирургии.
Учитывая ограниченное пространство операционной комнаты, инженеры Microsoft Research запрограммировали свою систему Kinect так, чтобы хирург мог одной рукой и голосовыми командами перелистывать и масштабировать необходимые ему рентгеновские снимки, изображения компьютерной томографии или трёхмерные модели органов.
Раньше из-за необходимости поддержания стерильных условий эти задачи выполняли ассистенты, что не всегда было удобно. Кроме того, исследования показали, что
пользуясь такой системой хирурги могут чаще обращаться к необходимым изображениям и «освобождать» внимание на сложных операциях.
Kinect не является новинкой — он появился в продаже еще в конце 2010 года, однако только сейчас он начинает полностью раскрывать свой потенциал. Впрочем, разрешение его камеры составляет всего 640 на 480 пикселей, которых достаточно для регистрации движений всего тела на расстоянии до 5 метров, но слишком мало для высокоточных манипуляций. Американская компания Leap Motion заявила, что зимой 2012 году в продажу поступит их система распознавания жестов The Leap, которая регистрирует движения в радиусе 20 см от датчика, но при этом обладает точностью до 0.01 миллиметра. К сожалению, разработчики не проясняют, какая именно технология используется в их устройстве, но если их заявления будут соответствовать действительности, то такой контроллер может стать очень полезным для 3D-моделистов, художников и инженеров, которым недостаточно обычного двумерного сенсорного стилуса.
Разумеется, дело не ограничивает исключительно датчиками распознавания движений. Научно-исследовательская лаборатория Disney Research совместно с университетом Карнеги-Меллон представили в мае 2012 года свою новейшую разработку под названием Touché, которая позволяет превратить любой объект — как твердый предмет, так и человеческое тело или даже емкость с водой — в сенсорный мульти-тач контроллер. Она использует знакомый метод регистрирования изменения частоты сигнала, который ранее использовался в датчиках движения и в беспроводной связи, однако Disney Research первыми догадались применить его для регистрации прикосновений. Их технология получила название Swept Frequency Capacitive Sensing (SFCS), емкостное измерение качания часоты.
Обычный ёмкостный сенсор посылает электрический сигнал определенной частоты на проводящий объект — например, палец или стилус — и регистрирует прикосновение по изменению частоты сигнала. SFCS измеряет сразу изменения сразу по нескольким частотам.Благодаря тому, что человеческое тело неоднородно и обладает различным сопротивлением в разных своих частях, а следовательно, и электрический ток проходит через него по-разному, Touché позволяет регистрировать не только сам факт касания, но и то, как именно было произведено прикосновение, в каком положении при этом находилось тело человека и регистрирующий объект. Рабочий прототип может определять количество пальцев, которыми человек касается дверной ручки, позу, в которой человек сидит за столом, сколько пальцев человек опустил в подключенную к системе ёмкость с водой, сколько пальцев человек приложил к собственной руке и даже был ли пользователь взрослым или ребёнком.
Систему предварительно необходимо «научить», то есть задать диапазоны частот для разных случаев прикосновений, дальше за анализ данных уже отвечает высокотехнологичное программное обеспечение. При этом работает Touché всего с одним электродом, подсоединенным к объекту. Использоваться может всё, что проводит ток, а в случае если материал непроводящий — например, дерево — его можно покрыть тонким слоем металлизированной краски.
По словам разработчиков, им понадобился год, чтобы создать Touché, и уже поданы документы в патентное бюро США.
Другой учёный из Карнеги-Меллон, Крис Харрисон, совместно с Microsoft разрабатывает уникальный интерфейс Skinput, который использует для ввода данных человеческое тело. Skinput основан на принципе распространения звука в твердых телах. Если постучать по руке в разных её местах, то в зависимости от множества факторов — толщины и плотности костей, соединительных тканей, мышц — звук будет распространяться по-разному. Харрисон создал сенсор, который прикрепляется к плечу, и может определять с точностью до 95% зоны, в которых было произведено касание — пять кончиков пальцев, ладонь, запястье, различные зоны предплечья. При этом на точность определения не влияют погодные, электромагнитные и прочие условия, и даже бег. При условии достаточной миниатюризации детектора возможно обеспечить беcконтактное управление карманными устройствами: например, двойное касание указательного пальца увеличивает громкость музыки в плеере, а двойное касание безымянного — уменьшает. А в сочетании с пико-проектором можно создавать интерфейсы, проецируемые на руку, и управляемые касаниями руки.
По похожему принципу работает и другой интерфейс от Microsoft под названием Omnitouch. В нём используется пико-проектор и датчик глубины, закрепленные на плече пользователя.
Это даже больше, чем просто распознавание жестов, а в некоторой степени дополненная реальность. Инженеры продемонстрировали на рабочих образцах множество примерных задач, которые может выполнять Omnitouch, например, может спроецировать на стену «холст», а на ладонь левой руки — «палитру», в которой пользователь выбирает цвет и рисует на стене с помощью кончика пальца; контекстно распознавать поверхности, попадающие в область проецирования, например, проецировать на стол основное окно приложение, а на ладонь — окно настроек; следить за перемещающимися поверхностями и автоматически регулировать угол проекции. Система весьма громоздка, человеку приходится одевать на грудь металлический каркас, который держит над плечом проектор и камеру, поэтому о повседневном применении пока говорить не приходится. Но уже сейчас система может пригодиться 3D-моделистам или инженерам, а с появлением еще более компактных проекторов и камер Omnitouch может стать и массовой технологией, или по-крайней мере, найти своё место в мире электронных развлечений — как система Kinect.
«Воздушные» интерфейсы вряд ли в ближайшее время полностью заменят привычные нам тач-скрины телефонов и экраны компьютеров, но определенно сфера их применения уже скоро перестанет ограничиваться компьютерными играми. Обеспечиваемая ими плавность и быстрота управления могут создать конкуренцию привычным компьютерным устройствам ввода — в первую очередь мыши — в сферах, требующих естественности и быстроты движений. Вероятно, первым после Kinect коммерческим проектом такого рода станет Leap, и успех (или провал) его зимой 2012-2013 года покажет реальный интерес рынка к таким устройствам.
