Jak vlastně HeadTracking funguje?

Na hlavě má hráč umístěny 3, nebo 4 body (záleží na použité konstrukci), které mají v prostoru přesně danou polohu. Na základě vyhodnocení jejich polohy lze i pomocí 2D obrazu z běžné webové kamery zjistit přesnou polohu hlavy, její natočení nahoru/dolu/doleva/doprava, nebo náklon hlavy k rameni. Co také vytváří dojem letu skutečným letadlem je zaznamenávání posunu hlavy v prostoru, protože když sedíte za kniplem s forcee feedbackem (nebo ve skutečném letounu), tak nikdy nesedíte naprosto nehnutě, takže běžně strnulý obraz neodpovídá realite, leda byste měli v kokpitu upnutou hlavu do svěráku přidělaném na pevno ke kostře sedačky. Dokud nezkusíte v praxi, neuvěříte, jak opravdu drobné posuny obrazu kopírující pohyb vašeho těla dodají na realite libovolnému simulátoru. Kde se vlastně body, které kamera umí vyhodnotit, na vaší hlavě vezmou? Používají se dvě varianty:

- U kamery máte infra reflektor a na hlavě máte umísteny reflexni body.
- Varianta číslo dvě spočívá v umístění normálních, nebo infra LED na konstrukci uchycenou na kšíltovce nebo na sluchátkách.

TrackIR 5

   Nejsnadnější je pořídit si hotový produkt od firmy Natural Point. https://www.highinthesky.cz/obchod/sortiment/trackir-5-p781/
Cena okolo 4500kč za samotné zařízení, nebo okolo 5500kč za komplet není úplně zanedbatelná, za tyto peníze ovšem dostanete vysoký komfort a přesné ovládání.

Technické údaje:
Rozlišení snímače: 640 x 480
Převedené rozlišení: 96,000 x 72,000
Snímaný úhel: 51.7°
Frekvence snímání: 120 fps
Velikost (bez podstavce): 2" x 1.5" x 0.57"
Čas odezvy: 9 ms

TrackIR 4 PRO

O něco levnější alternativou je pořízení použitého Trackiru 4, na inzertních serverech jsou k sehnání za cenu kolem 3000kč.

Technické údaje:
Rozlišení snímače: 355 x 288
Převedené rozlišení: 7,100 x 5,760
Snímaný úhel: 46°
Frekvence snímání: 120 fps

FreeTrack

   Lacinou, ale plně dostačující alternativou k TrackIRu je FreeTrack, který si sami můžete zhotovit z vaší webkamery a třech (nejlépe infračervených) diod. Webkamera s nejvyššími parametry na trhu je Sony PS3 Eye určená pro herní konzoli Playstation 3. S přílušnými ovladači pro Windows se dá použít i na běžném PC.

Cílem tohoto článku je pouze zběžně seznámit čtenáře s touto problematikou HeadTrackingu, nebudu zde uvádět přesný návod na stavbu FreeTracku. Na to jsou tu jiné specializovanější weby, např. https://joskapilot.webnode.cz/ Zmíním zde alespoň vhodný typ IR diod, které jsou osvědčené pro použití s FreeTrackem.

IR emitor Harvatek, HE3-290AC, 940 nm, 8 mW/sr, 90 °, 5 mm

Vysoký výkon 8 mW/sr činí tuto diodu nejvhodnějším kandidátem pro FreeTrack. Její vysoký výkon umožní funkci FreeTracku i za běžného denního světla. Zakoupit ji lze např. zde: https://virtualni-obchod.webnode.cz/products/sada-soucastek-pro-trackir-freetrack-opentrack-clip-3xir-led-he3-290ac-1x-odpor-10-ohm/

OSRAM - SFH485P - IR EMITTER LED, 5MM, 880NM, 5,5mW, úhel osvitu 80° (s PS3 Eye webkamerou ověřeno až 160°)

Pokud se vám nepodaří sehnat výše uvedený typ, je SFH485P další dobrou volbou pro FreeTrack. Doporučený odpor pro tuto diodu v třídiodovém uspořádání FreeTracku je 10 Ohmu. Zakoupit ji lze např. zde: https://virtualni-obchod.webnode.cz/products/sada-soucastek-pro-trackir-freetrack-opentrack-clip-3xir-led-sfh485p-1x-odpor/

Pokud si netroufáte na odstranění IR filtru z webkamery, ani nemáte zkušenosti nebo nástroje pro zhotovení vlastního držáku diod pro FreeTrack, lze si objednat hotový komplet včetně instalačního CD od českého amatérského výrobce FreeTracků a dalších herních periferií - Joskypilota, viz. banner níže.

Typy pro majitele FreeTracku

Rušivé zdroje světel  

Často slýchám nářky uživatelů na špatnou funkčnost FreeTracku, pokud se v blízkosti zorného pole webkamery nachází nějaký silný zdroj světla, žárovka v lustru, odraz slunce na zdi apod. Pokud máte dostatečně výkonné diody, jejichž svítivost je vyšší, než tento rušivý zdroj světla, je možné snížit práh citlivosti kamery posuvníkem Treshold v aplikaci FreeTrack, případně posuvníkem Exposure v nastavení webkamery. Pokud je ale rušivý zdroj světla silnější, než vaše IR diody, je zde druhá možnost. V aplikaci FreeTrack lze nastavit, jak velké světelné body má FreeTrack akceptovat. Nastavíte citlivost kamery posuvníkem Treshold v aplikaci FreeTrack na takovou úroveň, aby se rušivé světlo v záběru kamery slilo do jedné velké skvrny, jako na tomto obrázku:

V levém horním rohu černého pole vidíte příklad takového rušivého zdroje světla (žárovka mého lustru), které by běžně učinilo FreeTrack nefunkčním. Po té se přepněte do záložky Point size a do textových polí Min point diameter a Max point diameter napište kolik pixelů má činit minimální a maximální průměr světelného bodu, který má FreeTrack pokládat za LED diodu. V mém případě jsem zvolil hodnoty 4 a 30 pixelů. FreeTrack tedy bude od této chvíle ignorovat všechny světelné obrazce v zorném poli, které mají průměr menší, než 4 pixely, nebo větší, než 30 pixelů, přestože je kamera uvidí a zobrazí. Potřebné hodnoty je nutné získat zkusmo, protože každý typ webkamery znázorňuje LED diody v jiném průměru a každý uživatel má jiné typy rušivých zdrojů světel.
   V určitém letním období mám například v pozdně odpoledních hodinách problém, že paprsky slunce dopadající téměř kolmo na moji stěnu, registruje moje webkamera jako síť velice malých bodů úplně po celé ploše jejího zorného pole. Tyto body byly v aplikaci FreeTrack znázorňovány o velikosti asi 2-4 pixely, takže stačilo pouze zvednout hodnotu Min point diametr na 6 a FreeTrack začal opět spolehlivě pracovat. Pro tyto korekce je spíše vhodnější kamera PS3 Eye, než např. VX-800, protože PS3 Eye vykresluje IR diody jako body o mnohem větším průměru, než tomu je u VX-800.

Zaostření optiky PS3 Eye po demontáži IR filtru

Jakmile demontujete z webkamery PS3 Eye její IR filtr a poprvé si pustíte obraz, tak záhy zjistíte, že obraz kamery je o trochu rozostřený a tím pádem ne moc dobře použitelný pro běžnou funkci webkamery, jako např. Skype. Je to způsobeno tím, že IR filtr v PS3 Eye je zároveň jednou z funkčních čoček optiky kamery. Běžně je kamera pro FreeTrack stejně pro jiné účely nepoužitelná, jelikož jsme si na objektiv umístnili světelný filtr z kotoučku diskety, díky kterému vidí kamera pouze silné zdroje světla, ne běžný obraz. Pokud ale stejně chcete tuto webkameru PS3 Eye používat i pro běžnou komunikaci a vybavili jste ji proto oddělavatelným světelným filtrem, dá se rozostřený obraz kamery ještě jednoduše doostřit. Objektiv kamery se dá pootočením nastavit do dvou režimů. Pokud objektiv pootočíte tak, aby se nacházel přesně mezi těmito dvěmi režimy, doostří se vám obraz téměř na původní hodnoty. Obraz bez IR filtru sice už nikdy nebude tak kvalitní, ale může vám pro běžnou potřebu např. ve Skype postačovat.

Upevnění webkamery PS3 Eye

Pokud máte problémy s upevněním své Webkamery PS3 Eye na monitor, můžete si pořídit plastový držák Speed Link TORK, který tento problém řeší. Speed Link TORK je běžně v prodeji, koupíte ho např. zde https://www.originalky.cz/Sony-PlayStation/PlayStation-3/Prislusenstvi/Speed-Link-TORK-Cam-Comfort-Kit-for-PS-EYE-Cam-black-PS3.html za cenu kolem 260kč.

S trochou štěstí ho lze sehnat podstatně levněji na aukčním portálu www.aukro.cz, kde bývá často v prodeji za 60kč.

Výběr správné webkamery PS3 Eye pro Freetrack

Existují dva typy webkamery PS3 Eye - SLEH-00201 (starší) a SLEH-00448 (novější). Ač na pohled vypadají téměř stejně, základním rozdílem je umístění IR filtru. Starší model ho má u PCB, dá se lehce vyndat, zatímco novější ho má mezi čočkama a tam to jen tak nevyndáte, aniž byste ji neporušili. Rozdíly mezi oběma typy webkamer jsou popsány ZDE

Problém kompatibility FreeTracku s TrackIRem

Pokud vám ve vašem simulátoru FreeTrack nefunguje, můžete tento problém vyřešit nakopírováním souborů pro kompatibilitu:
TIRViews.dll (103936)
TrackIRHaiku.ini (272)

OpenTrack

   V současné době je rozšířeno několik různých HeadTracking systémů. Vedle komerčního TrackIR je zatím stále nejrozšířenějším systémem FreeTrack. Důvodů jeho obliby je hned několik, jednoduchá výroba, nízká pořizovací cena, snadné nastavení a v kombinaci s webkamerou Sony PS3 Eye i prakticky srovnatelné parametry s komerční verzí TrackIR. Samotný software FreeTrack se již ale dále nerozvíjí, roky již ustrnul na své poslední verzi a to dalo vzniknout několika odvozeným systémům pracujícím na stejném principu, z nichž zřejmě nejpovedenějším je software s názvem OpenTrack.
   OpenTrack prochází neustálým procesem zlepšování, snad každý měsíc přináší nějakou novou aktualizaci přinášející nové funkce nebo optimalizaci. Novinek a vylepšení, které OpenTrack oproti svému předchůdci FreeTracku přináší je tolik, že přechod z FreeTracku na OpenTrack se mi jeví jako vcelku logický krok. OpenTrack zatím není zdaleka tak rozšířený, jako jeho předchůdce FreeTrack, může za to nejspíše částečně i jeho komplikovanější nastavení, kde má začínající uživatel přece jen větší možnosti udělat chybu, než u FreeTracku, který nemá tolik možností a tím pádem je jeho nastavení a uvedení do provozu jednodušší. Já sám jsem byl uživatelem Freetracku i TrackIRu a tak mohu zmínit pár rozdílů a výhod OpenTracku, které mohou zajímat ty, kteří tento přechod zatím jen zvažují.

   Mezi hlavní výhody OpenTracku bych zmínil možnost převrácení logické osy X při pohledu vzad obdobně jako tomu je u TrackIRu. Tedy když se chci podívat „na šestku“ a vyklonit se za pancéřovou desku vlevo, tak se tělem vykloním také vlevo. Toto přehození logické osy X FreeTrack nemá a člověk se musel při pohledu vzad vyklonit na opačnou stranu, než se chtěl ve hře vlastně podívat. Jako další výhodu lze uvézt možnost nesymetrického nastavení křivek rozhlížení od středové roviny. Toho lze s výhodou použít například pro nastavení jiné křivky pohledu dolů (např. na přístrojovou desku) a jinou křivku pro pohled nahoru. Velká výhoda FreeTracku, kdy měl navrch oproti TrackIRu, byla možnost nastavení parametrů bodů IR LED, čímž se dala eliminovat většina světelných ruchů, které zabírala webkamera a které často znepříjemňovaly chod TrackIRu. Tato funkce zůstala v OpenTracku zachována, navíc zde uživatel vidí přímo číselně, jak velký je bod IR LED, takže následné nastavení parametrů při řešení problému se světelným šumem je ještě komfortnější, než u FreeTracku.
   Jedinou nevýhodu, kterou jsem oproti FreeTracku postřehl, je nutnost častějšího použití funkce vycentrování hlavy. Vlastním bezdrátová sluchátka s bezdrátovým IR LED clipem, takže jsem byl zvyklý si během hry odskakovat mimo počítač i se sluchátky na hlavě, FreeTrack se při mém návratu před monitor vždy chytnul a většinou jsem ho nemusel ani centrovat. OpenTrack se mi automaticky nechytne po odběhnutí a občas se po mém návratu pohled vyosí natolik, že nepomůže ani centrování a musím dát Stop/Start. Nicméně ostatní uživatelé tento problém nepopisují, může tedy být způsoben alternativní konstrukcí mého clipu, který má IR LED rozmístěny do trojúhelníku v ose hlavy, tzv. CAP system

   Hlavní výhody FreeTracku si OpenTrack zanechává a přidává i spoustu nových funkcí a větší možnost uživatelského nastavení, není tedy důvod nepřejít na tento nový HeadTracking systém. Chce to jen si trochu pohrát s nastavením křivek, které tu jsou udělané odlišně, než u FreeTracku a nastavit si citlivost a mrtvé zóny v Acela filtru, budete pak překvapeni, jak kvalitní HeadTracking umí OpenTrack být.

Další HeadTracking systémy