Dronevision: 飛行する光の点の実験的な 3D テストベッド

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概要と序論

飛んでいる光の粒

ユーザーインタラクション

マルチメディアシステムの課題

関連作業

結論と現在の取り組み、謝辞、参考文献

抽象的な

今日のドローンのロボット実験室は、大きな部屋に設置されています。時には、倉庫ほどの大きさです。これらのスペースには通常、ドローンの位置を特定するための常設装置 (Vicon 赤外線カメラなど) が備え付けられています。ドローンの位置を計算して制御するための位置特定装置の微調整には、かなりの時間が費やされます。これらの実験室を使用して、光源を備えた小型ドローンを備えた 3D マルチメディア システムを開発することもできます。代替案として、この大胆な新しいアイデアの論文では、これらの部屋サイズの実験室を、机の上に置ける 1 万ドル未満の立方体または直方体のサイズに縮小することを想定しています。結果として得られる Dronevision (DV) は、1990 年代のテレビほどの大きさになります。光源に加えて、その Flying Light Specks (FLS) は、分散アルゴリズムを実装するためのストレージおよび処理機能を備えたネットワーク対応ドローンになります。DV には、3D ディスプレイの開発を迅速化するための位置特定技術が含まれます。 これは、ユーザーが 3D 仮想照明と対話して操作するための触覚インターフェイスとして機能します。これにより、実験者は、研究室を予約することなく、オフィスで快適に新しいアルゴリズムを実現するソフトウェアとハ​​ードウェアを設計、実装、テスト、デバッグ、および保守できるようになります。生産性が向上するだけでなく、事故の可能性を最小限に抑えることで、実験者の安全性が向上します。この論文では、DV の概念、このデバイスを使用して追求できる研究計画、およびそれを実現するための計画を紹介します。

1 はじめに

Dronevision (DV) は、Flying Light Specks (FLS) を使用して次世代のマルチメディア アプリケーションを設計および実装するための 3D ディスプレイです。FLS は、明るさを調整できる 1 つ以上の光源 (25～27) を備えた小型のドローンです。連携する FLS の群れが、3D ディスプレイの固定ボリュームで 3D シェイプ、ポイント クラウド、およびアニメーション シーケンスをレンダリングします。この Brave New Idea (BNI) は、マルチメディア コンテンツの作成とレンダリングのために、今日の部屋サイズのロボット ラボをユーザーのデスクに収まる直方体サイズに縮小することを構想しています。図 1 は、視覚表示のみに構成された DV セットアップを示しています。4 枚のガラス板により、不正な FLS がユーザーに接触して怪我をするのを防ぎ、ユーザーの安全性を高めています。照明のレンダリングが安全であることが検証されると、ユーザーはガラス板を取り外すことができます。 DV はバラのベースの大きさを超えてバラを照らすことがあります (図 2 を参照)。さらに、ユーザーは照明に触れて操作することができます。

3D メディア コンテンツの場合、DV は、さまざまな研究グループが共有する高価なロボット ラボに代わる低コストの手段です。DV は、ハードウェアおよびソフトウェア ソリューションをデバッグおよび評価するための専用の 3D テストベッドを実験者に提供します。コンテンツ作成者は、ヘルスケアからエンターテイメントまで、さまざまなマルチメディア アプリケーションを設計および実装できます。ヘルスケアでは、設計者は患者とその臓器の 3D MRI スキャンを照らす 3D FLS ディスプレイを開発し、医師がさまざまな臓器 (照明) を分離してリアルタイムで検査できるようにします。エンターテイメントでは、設計者は Minecraft や Fortnite などのマルチプレイヤー ゲームのキャラクターを照明し、テーブル上で生き生きと動かして互いにやり取りさせることができます。生産性の向上に加えて、DV は実験者とコンテンツ作成者の両方の安全性を高めます。

図 1 は、散りゆく花びらとともに光るバラを表示する DV を示しています。このバラの原画は、Intel RealSense 深度カメラ (1) を使用して撮影できます。DV の上部パネルは、ワイヤレス充電ステーションで構成されています。残りの飛行時間が少ない FLS は、四角い穴を通り抜けて充電コイルに着地し、バッテリーを充電します。数百の FLS が充電コイルに着地し、同時にバッテリーを充電する場合があります。

DV の床は、ハブ、タイル、ターミナル、コンベア ベルトで構成されています。側面の各ロッドはエレベーターとして機能し、完全に充電された FLS を DV のベースに運び、将来の展開に備えて黒いタイルに保管します。

ハブは今日のサーバーに相当し、深度カメラやイヤホンなどの周辺機器への有線および無線接続の両方を提供します。黒と白のタイルはモジュール式のピースで、他のタイルに差し込んでさまざまな長さや深度の DV を構築できます。黒のタイルは格納庫と FLS のディスパッチャの両方の役割を果たします。FLS はエレベーターを使用して上下に動かされ、白のタイルは床をまとめる剛性ピースです。FLS を含む黒のタイルは白のタイルの下に積み重ねることができます (図 1 を参照)。空の黒のタイルを白のタイルの下に押すと、FLS を含む黒のタイルがエレベーターに押し上げられ、その FLS が DV の床まで運ばれます。その後、これらの FLS がディスパッチされて仮想オブジェクトを照らします。

故障した FLS はコンベア ベルト上に落下します。これは故障した FLS をターミナスに捨てるガベージ コレクターです。ターミナスとは、DV フロアの空き列のことで、図 1 (2) のユーザーに最も近い列 (背面パネル) を指します。コンベア ベルトは、黒いタイルに置かれた FLS を故障した FLS の落下から保護します。

ハブは、黒いタイルの上に 1 つ以上の FLS を展開する前に、コンベア ベルトを停止します。展開された FLS は、コンベア ベルトの下を飛行し、終端を通過して、DV の表示ボリューム内の座標に移動します。コンベア ベルトを停止すると、故障した FLS が展開された FLS に衝突して損傷する可能性が最小限に抑えられます。同様に、充電ステーションを DV の上部に配置すると、故障した FLS が充電ステーションへ移動中の機能している FLS に衝突して損傷する可能性が最小限に抑えられます。

DV はモジュール式で、構成可能です。実験者が図 1 のセットアップの安全性に満足したら、ガラス板を取り外し、上部を Terminus の前の背面パネルとして配置します。これにより、DV はベースの長さと幅を超えて照明をレンダリングできるようになり、ユーザーは照明と物理的にやり取りできるようになります (図 2)。照明によって提供される触覚フィードバックには、運動感覚と触覚の組み合わせが含まれます。運動感覚 (力) フィードバックにより、ユーザーは照明されたオブジェクトの形状と硬さを体験できます。たとえば、ユーザーは指を使ってバラの花びらの側面をつかむことができます。ユーザーは指を押し合わせてバラの花びらを曲げ、その硬さを体験できます。触覚 (皮膚ベース) フィードバックにより、ユーザーはオブジェクトの表面特性を体験できます。 たとえば、電気触覚アクチュエータを備えた FLS は、図 2 の仮想のバラのとげに指を走らせたときにユーザーが期待する鋭い感覚を提供できます。

の 貢献 この論文の内容は次のとおりです。

• FLS を使用して次世代マルチメディア アプリケーションを設計および実装するための実験的な 3D プラットフォームとしての DV (セクション 1 および 2)。

• 触覚インタラクションのためのDVの使用（セクション3）。

• DV によって提起された 2 つのマルチメディア システム研究の課題 (セクション 4)。

第 5 章では関連する作業を紹介し、第 6 章では簡単な結論と DV を実現するための現在の取り組みについて説明します。

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（１）カメラの使用は説明目的のみである。示されているバラはBlender（3、26）を使用して作成された65Kポイントで構成されたメッシュファイルである。