فري تراك

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

FreeTrack هو تطبيق لتتبع الحركة البصرية لأنظمة مايكروسوفت ويندوز ، مُرخص بموجب رخصة جنو العمومية ، ويمكن استخدامه مع الكاميرات الشائعة منخفضة التكلفة. يركز التطبيق بشكل أساسي على تتبع حركة الرأس، ويُستخدم في الواقع الافتراضي ، والمحاكاة ، وألعاب الفيديو ، والنمذجة ثلاثية الأبعاد ، والتصميم بمساعدة الحاسوب ، والحوسبة العامة بدون استخدام اليدين لتحسين إمكانية الوصول إلى الحاسوب . يتميز التطبيق بحساسية عالية في التتبع، بحيث لا يتطلب سوى حركات رأس طفيفة، مما يُبقي عيني المستخدم على الشاشة طوال الوقت.

تُوضع كاميرا لمراقبة نموذج نقطي صلب يرتديه المستخدم، ويجب عزل هذه النقاط عن ضوء الخلفية باستخدام ترشيح فيزيائي وبرمجي. يتم تتبع الحركة بست درجات حرية (6DOF): الانحراف، والميل، والدوران، واليسار/اليمين، والأعلى/الأسفل، والأمام/الخلف. يدعم النظام أجهزة الفيديو المتوافقة مع نظام ويندوز، مثل كاميرات الويب ، بالإضافة إلى كاميرا جهاز التحكم عن بُعد الخاص بجهاز نينتندو وي ، وكاميرا آيفون ترو ديبث المزودة بتقنية آي وير بيم، وكاميرات ناتشورال بوينت ( تراك آي آر ، وسمارت ناف، وأوبتي تراك).

يُمكن لبرنامج FreeTrack إخراج بيانات تتبع الرأس إلى البرامج مباشرةً باستخدام واجهته المفتوحة، بالإضافة إلى واجهات TrackIR وSimConnect وFSUIPC. تُعتبر البرامج التي تدعم هذه الواجهات متوافقة مع FreeTrack . كما يُمكن لـ FreeTrack محاكاة الفأرة ولوحة المفاتيح وعصا التحكم (عبر PPJoy) في حال عدم دعم البرنامج لواجهة مباشرة.

تمت برمجة FreeTrack باستخدام لغة Delphi 7، وتعتمد على DirectShow و DirectX . يتم تتبع حركة الرأس باستخدام تطبيقات لخوارزمية تقدير الوضعية التكرارية ذات النقاط الأربع (POSIT) لـ DeMenthon [ 1 ] وخوارزمية Alter الهندسية ذات النقاط الثلاث [ 2 ] .

برمجة

يستخدم نظام FreeTrack كاميرا لجمع معلومات آنية عن نموذج النقاط الذي يرتديه المستخدم. وتحديدًا، إحداثيات صور نقاط النموذج، والتي تُستقبل إما مباشرةً من الكاميرا أو تُستخرج من بث فيديو. تُستخدم هذه الإحداثيات لإنشاء تقدير لوضعية الرأس الحقيقية، والتي يمكن للمستخدم تعديلها بعدة طرق لإنشاء وضعية افتراضية. إحدى أهم هذه التعديلات هي تكبير الدوران بحيث لا تتطلب سوى حركات رأس طفيفة. أخيرًا، تُرسل الوضعية الافتراضية إلى مخرجات يختارها المستخدم. كل هذا يتم في الخلفية، مع عرض حالة التتبع في شريط النظام .

تتوفر معاينة ثلاثية الأبعاد تُظهر موضع واتجاه الرأس الافتراضيين لوضعية رأس حقيقية معينة، ويمكن عرضها من زوايا متعددة، بما في ذلك منظور الشخص الأول. يُسهّل هذا الأمر عملية الاختبار بشكل كبير، ويُمكّن من تجربة إعدادات مختلفة.

لكل درجة حرية (محور) منحنى استجابة يمكن تعديله لتغيير طريقة حركة الرأس الافتراضي لحركة رأس حقيقية معينة. يُستخدم هذا عادةً لإنشاء منطقة مركزية غير فعالة بحيث يكون رأس المستخدم أكثر استرخاءً فيها.

يمكن استخدام أزرار لوحة المفاتيح والماوس وعصا التحكم لتبديل إعدادات التتبع، بما في ذلك موقع المركز الافتراضي (مثل ضبط وضعية المقعد في السيارة) وتبديل المحاور والمخرجات بشكل فردي.

بالنسبة لكاميرات NaturalPoint، يمكن لبرنامج FreeTrack توفير ميزات متقدمة ومستوى من التخصيص غير متوفر في البرامج الرسمية.

آلة تصوير

مقارنة بين بعض الكاميرات المتوافقة مع FreeTrack
آلة تصويردقة المستشعرمعدل الإطارات في الثانيةمستشعرالزاوية (°)الناتجاستخدام وحدة المعالجة المركزيةدقة البكسل الفرعيمصابيح LED بالأشعة تحت الحمراءالسعر التقريبي (بالدولار الأمريكي)
كاميرا ويب مثالية640×480≥60أحادي اللون42مضغوط للغايةصغيريعتمد على البرمجياتنعم؟
كاميرا ويب تعمل بالأشعة تحت الحمراء من الشركة المصنعة الأصلية [ 3 ]640×48030لون42ملف مضغوط بصيغة JPEGصغيريعتمد على البرمجياتنعم5 دولارات
سوني بلاي ستيشن آي توي640×48030لون56JPEG مضغوط [ 4 ]صغيريعتمد على البرمجياتلا16 دولارًا
سوني بلاي ستيشن 3 آي640×480187@320x240( CLEye ), 125@320x240(Directshow), 75@640x480(DirectShow) [ 5 ]لون75، 56ملف JPEG مضغوط، ملف خامصغيريعتمد على البرمجياتلا24 دولارًا
مايكروسوفت إكس بوكس ​​لايف فيجن640×48060@320×240، 30@640×480لون؟مضغوطة بصيغة JPEG، [ 6 ] خامصغيريعتمد على البرمجياتلا14 دولارًا
جهاز تحكم نينتندو وي128×96100 ( بلوتوث )، 250 ( I2C ) [ 7 ]لون41إحداثيات النقطةلا أحد1/8لا23 دولارًا
NaturalPoint TrackIR 1 [ 8 ]60 ألف بكسل (على سبيل المثال 300×200)60أحادي اللون33العتبة الثنائيةالحد الأدنىنعممتقاعد
NaturalPoint TrackIR 2 [ 8 ]60 ألف بكسل (على سبيل المثال 300×200)100أحادي اللون33العتبة الثنائية [ 9 ]الحد الأدنىنعممتقاعد
NaturalPoint TrackIR 3 [ 10 ]355×28880أحادي اللون33العتبة الثنائيةالحد الأدنىنعممتقاعد
NaturalPoint TrackIR 3 Pro [ 10 ]355x288120أحادي اللون33العتبة الثنائيةالحد الأدنىنعممتقاعد
NaturalPoint TrackIR 4 Pro [ 10 ]355×288 (تم أخذ عينة فرعية عند 710×480)120أحادي اللون46العتبة الثنائية [ 11 ]الحد الأدنى1/20نعم99.95 دولارًا
NaturalPoint TrackIR 5 [ 10 ]640×480120أحادي اللون51.7عتبة التدرج الرمادي [ 12 ]الحد الأدنى1/150نعم149.95 دولارًا
NaturalPoint SmartNav 1/260 ألف بكسل (على سبيل المثال 300×200)60أحادي اللون33العتبة الثنائيةالحد الأدنىنعممتقاعد
NaturalPoint SmartNav 3 [ 13 ]355×288120أحادي اللون33العتبة الثنائيةالحد الأدنى1/20نعممتقاعد
NaturalPoint SmartNav 4 [ 13 ]640×480 (تم أخذ عينة فرعية عند 1280×480)100أحادي اللون41عتبة التدرج الرمادي [ 14 ]الحد الأدنى1/150نعممن 400 إلى 500 دولار

دقة

في معظم الحالات، تكفي دقة 320×240 بكسل، فهي قادرة على إنتاج دقة بكسل فرعية أعلى بكثير ، ما يسمح بتحكم دقيق في المؤشر على شاشة عالية الدقة. أما الدقة 640×480 وما فوق، فتُظهر فائدة متناقصة وتؤدي إلى زيادة كبيرة في استهلاك وحدة المعالجة المركزية عند عدم ضغط الصورة بشكل كافٍ قبل وصولها إلى الحاسوب. وتزداد أهمية الدقة العالية كلما ابتعدنا عن الكاميرا. يستخدم جهاز Wii مستشعرًا منخفض الدقة 128×96 بكسل، والذي لاحظ البعض أنه يُنتج تتبعًا متقطعًا، وقد يتطلب تنعيمًا لتحسين الثبات على حساب انخفاض الاستجابة. [ 15 ]

مستشعر

بالنسبة لنفس الدقة، يمكن للمستشعرات أحادية اللون أن تعالج التفاصيل الدقيقة بشكل أفضل بكثير من مستشعرات الألوان بسبب عدم وجود مصفوفة مرشح الألوان .

معدل الإطارات

تستخدم تقنية FreeTrack الاستيفاء مع أجهزة الفيديو ذات معدل الإطارات المنخفض لتحسين سلاسة الحركة. مع ذلك، فإن سرعة الاستجابة محدودة أساسًا بمعدل الإطارات؛ إذ يبلغ أقصى تأخير استجابة لكاميرا ويب بمعدل 30 إطارًا/ثانية 33.3 مللي ثانية، مقارنةً بـ 8.33 مللي ثانية لكاميرا بمعدل 120 إطارًا/ثانية. ولتوضيح ذلك، يبلغ زمن رد فعل الإنسان للمؤثرات البصرية (رد فعل الإصبع) عادةً حوالي 200 مللي ثانية؛ ويمكن اعتبار 30 مللي ثانية زمن استجابة تنافسيًا في الألعاب الإلكترونية التي تعتمد على سرعة رد الفعل، ويبلغ معدل تحديث شاشة LCD عادةً 17 مللي ثانية.

تُعطي الاستجابة العالية شعورًا أكبر بالتحكم، ولكن نظرًا لتضخيم حركة الرأس الافتراضية، فقد يؤدي ذلك إلى تحركها بسرعة غير واقعية. لهذا السبب، تحدّ بعض البرامج من سرعة حركة الرأس، مما يُهدر جزءًا من استجابة الكاميرات ذات معدل الإطارات العالي.

زاوية

تتيح زاوية الرؤية الأوسع نطاق تتبع أكبر عند الاقتراب من الكاميرا. أما عند المسافات الأبعد، فلا يُفضّل استخدام زاوية واسعة، إذ يصبح جزء أكبر من الإطار غير مُستغل، وتنخفض الدقة الفعلية بسرعة أكبر. كما يُمكن رؤية المزيد من الضوء المحيطي، مما قد يُعيق عملية التتبع. يُمكن تقليل زاوية الرؤية باستخدام التكبير الرقمي على حساب الدقة.

استخدام وحدة المعالجة المركزية

لا يستهلك جهاز التحكم عن بُعد الخاص بجهاز نينتندو وي أي موارد من المعالج، بينما تستهلك كاميرات ناتشورال بوينت كمية ضئيلة منه، وقد تستهلك أجهزة الفيديو العامة كمية كبيرة، وذلك بحسب العلامة التجارية وإعدادات الكاميرا المستخدمة. تشغيل كاميرا بلاي ستيشن آي بنفس دقة ومعدل إطارات كاميرا تراك آي آر 4 سيُشكّل عبئًا كبيرًا على المعالج أحادي النواة. مع ذلك، تُقلّل المعالجات الحديثة متعددة النوى من هذه المشكلة. ويمكن دائمًا خفض الدقة ومعدل الإطارات لتوفير موارد المعالج.

الفلاتر

يتطلب برنامج FreeTrack عزل نقاط التتبع عن جميع مصادر الضوء الأخرى؛ ويُفضل استخدام مصابيح LED تعمل بالأشعة تحت الحمراء وفلتر لحجب الضوء المرئي أمام الكاميرا لتحقيق ذلك. يمكن استخدام الأفلام الفوتوغرافية أو وسائط التخزين المغناطيسية داخل الأقراص المرنة كفلاتر رخيصة الثمن للضوء المرئي. كما يمكن إجراء المزيد من عمليات الترشيح برمجياً عن طريق ضبط التعريض والعتبة.

تحتوي جميع أجهزة الفيديو، مثل كاميرات الويب، على مرشح مدمج لحجب الأشعة تحت الحمراء، والذي يمكن إزالته لتحسين حساسية هذه الأجهزة للأشعة تحت الحمراء، مما يسمح بعزل أفضل للنقاط وإمكانية التتبع الانعكاسي. عادةً ما تكون هذه العملية بسيطة وقابلة للعكس في معظم كاميرات الويب.

تم تصميم أجهزة التحكم عن بعد Wii وكاميرات NaturalPoint لتتبع النقاط بالأشعة تحت الحمراء، لذا فهي تحتوي بالفعل على مرشحات لحجب الضوء المرئي.

نموذج النقطة

تكوينات النموذج

  • نقطة واحدة: نقطة تتبع واحدة، على سبيل المثال مثبتة على قبعة بيسبول أو سلك يمتد أمام الرأس. يمكن تحقيق ذلك بسهولة باستخدام مصدر ضوء صغير مثل قلم ضوئي . على عكس التكوينات الأخرى، يقتصر هذا على درجتي حرية (الانحراف والميل) وقد يكون أكثر حساسية للحركة الانتقالية من الدوران.
  • مشبك ثلاثي النقاط: ترتيب مثلثي غير متماثل للنقاط التي يمكن تثبيتها على سماعات الرأس ووضعها على جانب الرأس.
  • قبعة ثلاثية النقاط: ترتيب مثلثي متناظر للنقاط، وعادة ما يتم تثبيته على حافة قبعة البيسبول.
  • قبعة ذات أربع نقاط: ترتيب متناظر غير مستوٍ للنقاط، متصلة أيضًا بحافة قبعة البيسبول.

يمكن صنع النماذج يدويًا بأقل تكلفة باستخدام مكونات إلكترونية متوفرة بسهولة. كما تتوفر مجموعات المكونات والنماذج الجاهزة للشراء من بعض أعضاء مجتمع FreeTrack.

النقاط النشطة

يستخدم نموذج النقاط النشطة مصابيح LED مرئية أو تعمل بالأشعة تحت الحمراء (5  مم أو أكبر) لتمثيل نقاط التتبع، ويتم تشغيلها بواسطة بطارية أو محول كهربائي أو منفذ USB . الدائرة الكهربائية بسيطة للغاية ويمكن لأي شخص لديه خبرة قليلة أو معدومة في الإلكترونيات تصميمها.

تتميز مصابيح LED الشائعة، كتلك الموجودة في أجهزة التحكم عن بُعد ، بشعاع ضيق ومركز للغاية، وهو غير مناسب لتتبع الحركة البصرية. ويمكن تحويلها بسهولة إلى مصابيح LED واسعة الزاوية عن طريق برد أطراف عدساتها لتصبح مسطحة. كما يمكن شراء مصابيح LED واسعة الزاوية من متاجر الإلكترونيات المتخصصة، مثل مصباح الأشعة تحت الحمراء Siemens/Osram SFH485P، بزاوية نصفية تبلغ 40 درجة.

نقاط عاكسة

يمكن استخدام مواد عاكسة للضوء لتمثيل نقاط التتبع عن طريق إضاءتها بمصدر ضوء تحت أحمر. لا يتطلب هذا التكوين أسلاكًا أو بطاريات موصولة بالمستخدم، ولكنه أكثر عرضة للتداخل من ضوء الخلفية. في معظم الحالات، يلزم إزالة مرشح حجب الأشعة تحت الحمراء الداخلي لكاميرا الويب لزيادة حساسيتها بما يكفي لرؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء المنعكس من نقاط التتبع.

واجهة FreeTrack

يتميز برنامج FreeTrack بواجهة بسيطة يمكن استخدامها بحرية من قِبل برامج خارجية مثل Eyeware Beam للوصول إلى بيانات تتبع 6DOF، سواءً كانت قياسات حقيقية أو افتراضية. وهو مستقل عن نوع الجهاز، فلا يعتمد على علامة تجارية أو إصدار محدد، ويمكن استخدامه دون قيود. تُعد لعبة ARMA 2 من Bohemia Interactive أول لعبة تدعم واجهة FreeTrack [ 16 ] ، بينما تُعد GP Bikes أول لعبة تحصل على دعم حصري لها [ 17 ] .

واجهة TrackIR

يتوافق برنامج FreeTrack مع النسخة غير المشفرة من واجهة تتبع الرأس TrackIR من NaturalPoint، والتي تحظى بدعم واسع في ألعاب المحاكاة. وقد دأبت NaturalPoint على تزويد مطوري الألعاب بنسخة مشفرة من هذه الواجهة لألعابهم الأكثر شهرة منذ أواخر عام 2008، ويمكن تمييز هذه الألعاب بأنها تتطلب إصدار برنامج TrackIR 4.1.036 أو أحدث، وهي غير متوافقة مع FreeTrack. [ 18 ] حاول مطورو أول لعبة تأثرت بهذه المشكلة، DCS: Black Shark ، [ 19 ] إصدار واجهة تتبع رأس خاصة بهم، لكنهم سرعان ما ألغوها بناءً على طلب NaturalPoint. [ 20 ] لا يزال من الممكن تحقيق التوافق مع FreeTrack باستخدام TrackIRFixer لإزالة شرط التشفير في الألعاب. [ 21 ]

ملف TIRViews.dll هو مكتبة ارتباط ديناميكي تُوزع مع برنامج TrackIR، وتوفر دعمًا مُخصصًا لعدد محدود من الألعاب، معظمها ألعاب قديمة ، باستخدام واجهات خاصة أو تقنيات مُعدلة للذاكرة لتسهيل التحكم في العرض. [ 22 ] على الرغم من أن ذلك يُعد انتهاكًا لاتفاقية ترخيص المستخدم النهائي لبرنامج TrackIR ، [ 23 ] إلا أنه من الممكن استخدامه مع FreeTrack.

لا تتوفر حزمة تطوير البرامج (SDK) الخاصة بواجهة TrackIR من NaturalPoint إلا بموجب اتفاقية ترخيص موقعة [ 24 ] وتخضع لاتفاقية عدم إفشاء المعلومات (NDA) ، لذلك على الرغم من أن FreeTrack برنامج مجاني ، إلا أن مكون واجهة TrackIR مطلوب أن يكون مغلق المصدر . [ 25 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ديمينثون، دانيال؛ لاري إس. ديفيس (1992). "تحديد وضعية الكائن باستخدام نموذج في 25 سطرًا من التعليمات البرمجية". المؤتمر الأوروبي لرؤية الحاسوب . 15 : 335-343 . CiteSeerX 10.1.1.50.9280 . 
  2. ↑ ألتر، تي دي (1992). "وضع ثلاثي الأبعاد من ثلاث نقاط متناظرة تحت إسقاط منظور ضعيف". مذكرة الذكاء الاصطناعي . 1378 (AIM–1378): 43. CiteSeerX 10.1.1.18.1908 . 
  3. ↑ "كاميرا ويب بدقة 8.0 ميجابكسل مزودة بـ 6 مصابيح LED تعمل بالأشعة تحت الحمراء، متوافقة مع سكايب وMSN وميكروفون" . تم الاطلاع عليها بتاريخ 7 سبتمبر 2010 .
  4. ↑ "استخدام كاميرات الويب ov519 (Eyetoy) مع pdp/Gem (إطارات jpeg)" . تم الاسترجاع في 2010-05-08 .
  5. ↑ "سجل تغييرات CL Eye Platform SDK" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-10-2010 .
  6. ↑ "كاميرا Xbox Live Vision في أوبونتو" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 2010-01-06 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-05-08 .
  7. ↑ "التحكم الآلي في الإقلاع والتحليق والهبوط للطائرات الهليكوبتر المصغرة باستخدام أجهزة مدمجة منخفضة التكلفة" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 مايو 2010 .
  8. 1 2 "وحدة تحكم الألعاب TrackIR3 Pro ذات الشاشة الأمامية" . آرس تكنيكا. 25 أغسطس 2004. تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 أكتوبر 2007 .
  9. ↑ "TrackIR2، جهاز تتبع الرأس Track IR2، الشراء، المراجعة، المميز" . تم الاسترجاع في 2010-05-08 .
  10. 1 2 3 4 "مقارنة منتجات TrackIR" . NaturalPoint . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-10-2007 .
  11. ↑ "TrackIR 4 Grayscale" . 11 يونيو 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 8 مايو 2010 .
  12. ↑ "TrackIR 5 Grayscale" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 14-07-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-05-2010 .
  13. 1 2 "مقارنة طرازات SmartNav القديمة" . NaturalPoint. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2008-10-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2008-11-01 .
  14. ↑ "SmartNav 4 Grayscale" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 22-07-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 08-05-2010 .
  15. ↑ "دقة عرض جهاز Wii وزمن الاستجابة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 ديسمبر 2010 .
  16. ↑ "Arma 2: Patch v1.05" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20-07-2010 .
  17. ↑ "إصدار PiBoSo Alpha 6" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مارس 2010 .
  18. ↑ "NaturalPointofView - احتكار NaturalPoint لتقنية TrackIR" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 يوليو 2010 .
  19. ↑ "ألعاب محسّنة بتقنية TrackIR : DCS: Black Shark" . NaturalPoint . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26-10-2008 . 
  20. ↑ تيز - فريق ED (14 نوفمبر 2008). "واجهة HeadTracker - منتديات ED" . إيجل داينامكس . تم الاسترجاع في 16 مارس 2010 .
  21. ↑ "NaturalPointofView - احتكار NaturalPoint لتقنية TrackIR: TrackIRFixer" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20-07-2010 .
  22. ↑ "منتدى FreeTrack الإصدار 2.2 و FSX/FS9" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 فبراير 2010 .
  23. ↑ "صفحة تنزيل برنامج TrackIR" . NaturalPoint . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 فبراير 2010 .
  24. ↑ "مطورو TrackIR : ما هي حزمة تطوير البرامج (SDK) التي أحتاجها؟" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 فبراير 2010 . 
  25. ↑ "هز الرأس..." مؤرشف من الأصل بتاريخ 2011-06-05 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2010-02-20 .