3D-мышь

3D-манипулятор (3D-мышь) — устройство управления, подключаемое к компьютеру и используемое для трёхмерного позиционирования курсора и манипулирования объектами в виртуальном пространстве с шестью степенями свободы.

Оно нашло широкое применение в программных пакетах 3D-проектирования, моделирования и 3D-графики. С помощью 3D-манипулятора можно контролировать перемещение объектов в пространстве. Таким образом, это устройство не является заменой обычной компьютерной мыши, а служит в качестве дополнительного инструмента для работы в программах трёхмерной графики и анимации. Как правило, 3D-мышь представляет собой разновидность джойстика, вращая и поворачивая который можно осуществлять навигацию в 3D-пространстве (работая например в DCC, CAD/CAM, CAE и других приложениях). Иногда её также выполняют в виде сенсора с трекболом, который надевается на палец пользователя. Положение пальца в 3D-пространстве определяется сенсором помощью акустического или оптического отслеживания, а трекболом задаются вращательные параметры. Существуют также модели, реализованные в виде дистанционного пульта управления с инерционным датчиком движения и кнопками для подачи команд, многие из таких устройств работают с использованием беспроводных технологий.

История возникновения

На появление и разработку манипуляторов типа 3D-мышь значительное влияние оказали идеи американского учёного Колина Уэра.

3D-манипуляторы берут своё начало в немецком «Центре авиации и космонавтики» (DNL). В 70-х годах XX века разработан первый образец манипулятора. Устройство, созданное в «Институте робототехники и мехатроники», было ориентировано на управление роботизированной рукой. В 1981 году исследования продолжались и экспериментальным путем было установлено, что наиболее оптимальным вариантом манипулятора является шарообразный шестиосевой сенсор. Шар реагирует на крутящий момент и усилие, регистрируя смещения углового и линейного типа, производимые рукой человека. При помощи компьютера информация обрабатывается и переводится во вращательную и поступательную скорости движения. Позднее стало понятно, что для управления роботами данная технология подходит не очень хорошо. Однако её можно использовать для работы в системах 3D-графики. В 1985 году немецкий «Центр авиации и космонавтики» выпускает манипулятор Magellan (первое доступное по цене оборудование, которое было запатентовано). Этот 3D-манипулятор использовал 6 датчиков положения одноосного типа. В европейских странах 3D-манипулятор продавался специальным подразделением DNL, а в Азии и Америке компанией Logitech. В настоящее время вышеназванное подразделение, носит название 3Dconnexion и является дочерним предприятием Logitech.

Возможности 3D-манипулятора

3D-мышь активно используют в разных профессиональных сферах, одним из перспективных направлений её использования является разработка полноценного интерактивного окружения (3D-интерфейса), взаимодействующего с 3D-манипулятором. Данный инструмент позволяет значительно ускорить работу инженера или дизайнера, исключить ошибки, часто возникающие при использовании только стандартного набора оборудования (клавиатура и обычная мышь). 3D-мышь позволяет осуществлять следующие манипуляции:

• изменять масштаб;
• перемещать объект в трёхмерном пространстве;
• создавать крен в нужную сторону;
• вращать объект относительно определенной оси;
• перемещать камеру в пространстве.

3D-манипуляторы используются во многих областях науки и техники:

• робототехника — некоторые роботы управляются при помощи 3D-мыши;
• 3D-конструирование и моделирование — наиболее широкая сфера профессионального использования 3D-манипулятора;
• 3D-анимация;
• архитектура;
• промышленный дизайн;
• медицина — 3D-мышь не раз использовалась для имитации хирургической операции, в частности при точном позиционировании имплантата.

Программное обеспечение и подключение

3D-манипуляторы совместимы с большинством современных программных приложений для дизайна и проектирования: 3ds Max, Autodesk Inventor, NX, Solid Edge, CATIA, Creo, Компас 3D, а также Google Earth и Google SketchUp и многих других. 3D-манипулятор подключается к компьютеру через USB-разъем.

Литература

• J. LaViola Jr., Е. Kruijff, R. McMahan, D. Bowman, I. Poupyrev. 3D User Interfaces. Theory and Practice. — Second Edition. — Addison-Wesley, 2017. — ISBN 978-0-13-403432-4.
• F. Ortega, F. Abyarjoo, A. Barreto, N. Rishe, M. Adjouadi. Interaction Design for 3D User Interfaces. — CRC Press, 2016. — ISBN 978-1-4822-1695-0.
• L. Xuchen, H. Haiming, Y. Meng, and L. Jingang. The Reseach of Interaction System in 3D Desktop System // Recent Advances in Computer Science and Information Engineering / Z. Qian, L. Cao, W. Su, T. Wang, H. Yang. — Springer-Verlag, 2012. — Vol. 4. — ISBN 978-3-642-25768-1. — doi:10.1007/978-3-642-25769-8.