Система трекінгу для GearVR або виробництво електроніки в Росії

Десяток чоловік одного разу сиділи разом у барі. Спілкувалися, жартували і, раптом, подумали: чому б не зробити високоточну і швидкісну систему трекінгу для мобільного VR.



Насправді все було зовсім не так. У 2010 році з'явилася компанія Nettle. Ми стали розробляти голографічні столи NettleBox. Основою для пристрою була власна система трекінгу, що відслідковує положення користувача. У планах команди було зробити девайс масовим. Для цього треба було створити умови для зовнішніх контент студій, які змогли б перенести свої проекти на нашу платформу.

Але минав час і досвід показав, що дороге пристрій ($28 000) складно надати в якості демо зразка, який необхідний партнерам, щоб перевіряти контент. Нам потрібно було полегшити доступ до технології для невеликих студій візуалізації. В той час прийшла думка, що виходом стане недорога версія системи трекінгу для розробника, створює MotionParallax3D дисплей з того, що є під рукою у багатьох, тобто 3D TV. Тоді і народилася концепція ALT (antilatency tracker) — гібридний оптико-інерціальна inside-out tracker, який повинен був стати своєрідним DevKit'ом системи трекінгу NettleBox. Розмірковуючи над концептом пристрою, ми прийшли до висновку, що трекер це не тільки інструмент для рішення нашої бізнес-задачі, але і повноцінне користувальницьке пристрій для голографічного геймінга. Це виглядало привабливо: ААА проекти від третьої особи були зацікавлені в реалізації своїх продуктів VR, а HMD спочатку були задумані для 1st-person games.

У результаті повинна була вийти компактна бездротова мікрокамера, яка кріпилася до 3D очками і визначала власні координати орієнтуючись по інфрачервоним маркерів.
Команда приступила до розробки.

Відправною точкою було багато бажання і власна камера для NettleBox з вельми гідними характеристиками.

Був обраний стандартний для стартапу шлях. Друкувати прототипи на 3D принтері, а в подальшому, після остаточної налагодження дизайну, замовити прес-форму. Після деякого часу обговорення з'явився перший дизайн нашого проривного пристрою: гладкий, обтічний, схожий на космічний корабель девайс. Ось такий.

І ось настав момент X. В офіс приїхала посилка з прототипом корпусу, надрукованим на 3D принтері.
Солодкі хвилини розпакування, відірвані в передчутті листи обгорткового паперу, обривки скотчу, що летять в рапіді з офісу… І ось вперше наш вінець творіння, опускається в долоні до команди.
Огидна єресь! Одностайно вирішуємо ми.

Ребриста поверхня надрукованій деталі була очікуваним явищем, але точність розмірів залишала бажати кращого, а надрукувати різьблення М12х0.5 взагалі виявилося нереальним. Довелося довго допрацьовувати деталь, щоб просто вставити у неї електроніку і оптику. Плюс м'який пластик не дозволяв точно утримувати об'єктив щодо матриці; у нашому випадку зміщення на кілька мікрон вже було неприпустимо — доводилося заново калібрувати пристрій. Стало ясно, що 3D друку нам не вистачить навіть для прототипування. Технологію потрібно було міняти.

Крім того, було багато питань і до дизайну. Намагаючись розмістити всередині обтікання корпусу неправильної форми щодо прямокутну електроніку, ми отримували багато пустот. З-за цього при малому обсязі комплектуючих зовні девайс був більше, ніж міг би бути.

Стали думати, як зробити форму більш підходящої для наших завдань. У нашому арсеналі була яку вона відкатала на виробництві NettleBox фрезерування алюмінію і було вирішено знову взяти її на озброєння. Повертаючись до алюмінію, команда вирішувала завдання жорсткого кріплення об'єктива в корпусі.

Паралельно модернізувалася і зменшувалася електроніка. В першому корпусі можна було розмістити акумулятор лише на 100 мАһ, цього здавалося мало. Зменшували електроніку ми з застосуванням навіть самих упоротых ідей, на зразок розміщення однієї з плат по діагоналі корпусу.



В процесі роботи була виявлена цікава для виробництва корпусів електроніки технологія — екструзія алюмінію. Здебільшого вона використовується для виробництва алюмінієвих труб. Ми вирішили, що після отримання профілю потрібної форми, нам залишиться лише відфрезерувати отвори і розпиляти його. Справа в тому, що довгий тонкий корпус вкрай невідповідний об'єкт для фрезерування, тому, на заводі була замовлена матриця для виробництва необхідного алюмінієвого профілю, розмірами 16х16мм і товщиною стінки в 1мм, до якої навіть додавалися демонстраційні 8 метрів профілю. Мінімальної партії вистачило б на початок будівництва хмарочоса або більш ніж на 55 000 корпусів, кожен з яких обійшовся б у шість з половиною центів.



Еврика! — в голову прийшла така ідея дизайну і ми не стали робити замовлення, інакше новою темою для ресерча став би збут п'ятисот кілограм алюмінію. Незважаючи на те, що ми відмовилися від вирішення завдання таким способом — дана технологія є дуже життєздатною у виробництві hardware, тому розповімо про неї докладніше в одній з наступних статей.

Перші працюють пристрої зібрали, використовуючи ті 8 метрів профілю, які прийшли з матрицею. Девайс вийшов компактним, зручним і дуже схожим на те, чого ми хотіли досягти. Це дозволило нам приміряти на себе роль гравця. Із-за збільшеного обсягу батареї гаджет важив 34 грами, що викликало суперечки в команді. Чи Не занадто важке пристрій і не захоче користувач провідне пристрій вдвічі меншої ваги.

Справа в тому, що час ігрової сесії (Згадуємо про те, що ми маримо концепцією голографічного геймінга) — 3 години, а то і більше, при цьому час життя батареї — не більше двох. У цей момент прийшла ТА САМА ідея: розділити девайс навпіл!


Прагне до нескінченності перфекціонізм нашого технічного директора(*irony*) і здоровий глузд допомогли позбавитися від контролера, розміщеного по діагоналі і упихнуть електроніку в 1 квадратний сантиметр плати. Заради цього був переглянутий підхід до процесу обробки зображення — потужний контролер ми розміняли на контролер поменше плюс FPGA. Ось, що ми отримали на виході.



У передній частині пристрою знаходиться залізо: оптика, гіроскоп, акселерометр, «обчислювальні потужності», радіо зв'язок та управління живленням. Тепер 60% обсягу в основному модулі пристрою займала оптика.

Корпусу в цій версії стали в три рази коротше і їх можна було фрезерувати за один раз. На цьому етапі ми відкрили для себе новий чудовий світ фрезерування в Китаї, про що докладно розповімо в одній з наших наступних статей.

Інша частина може стати що завгодно!

Наприклад, це модуль з батареєю або micro-usb адаптер. Це вирішило нашу «проблему» з провідним/бездротовим пристроєм. Воно стало одночасно і тим і іншим. Ми вирішили задачу з зарядкою акумулятора. Тепер, поки одна батарея розряджається в пристрої — інша заряджається в заряднике. І потрібно всього 4 секунди, щоб поміняти батарейки місцями. Бонусом до вирішення наших поточних завдань стало те, що такий підхід зробив наш пристрій трекером загального призначення. Задньою частиною девайса міг стати, наприклад, квадрокоптер, що дозволило б повторювати точне переміщення при відеозйомці.

За новою концепцією дві половини пристрою кріпляться один до одного за допомогою сили.



Одночасно з тим, як до нас прийшла ця думка у світі набрав критичну масу тренд віртуальної реальності. Все як божевільні намагалися зарахувати свої компанії до лику адептів VR. Великі корпорації ставили менеджерам в KPI нові незрозумілі завдання, користувачі читали про неймовірні успіхи oculus і htc, google подарував світу cardboard, а samsung став бандл з флагманськими моделями смартфонів давати GearVR. І ось в цей самий момент ми зрозуміли, що у нас в руках є рішення, яке дістане курний GearVR з полиці. Залишалося тільки зробити для нього задню платформу і портувати софт під андроїд.

Що у нас є сьогодні:

Гібридний оптико-інерціальна трекер, який орієнтується по стрічкам з інфрачервоними маркерами. Час інсталяції такої системи трекінгу, за умови встановленого на смартфон софта, не більше хвилини. На відміну від звичних систем трекінгу, де для збільшення площі потрібно додавати камери — inside-out підході потрібно тільки додати нові лінійки маркерів, що виходить сильно дешевше. За одним і тим же стрічок орієнтуються відразу кілька девайсів, що відкриває багатокористувацькі сценарії. Ще у лінійки дуже яскраві світлодіоди, тому трекер може працювати на вулиці навіть під прямим сонцем. Ну і приємною плюшки стане наявність гейм-контролерів, які можуть бути і пістолетом, і ракеткою для тенісу.



Ці дві з невеликим сторінки тексту — насправді два роки R&D.

У наступних серіях розповімо, як працювати з китайськими фабриками, де фрезерувати алюміній, як простіше заливати форми силіконом, у кого найшвидші 3D принтери; покажемо еволюцію кожної складової частини нашого девайсу — корпусу, плат, оптики; поділимося рецептами, де і як зробити дешевше і швидше, відкриємо рішення, які знайшли за час розробки.



Хай буде з вами магнітик!
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.