Cómo superar los desafíos del desarrollo de interfaces de usuario atractivas para el metaverso

La combinación del metaverso de AR (realidad aumentada), VR (realidad virtual) y XR (realidad extendida) está surgiendo rápidamente en una variedad de aplicaciones de consumo, médicas, de la Industria 4.0 y otras. El desafío para la comunidad de diseño es identificar y aplicar las tecnologías que harán que la experiencia del usuario sea lo más fluida e inmersiva posible. Por ejemplo, se necesitan tecnologías como la detección 3D para comprender el entorno circundante, y la posición y el movimiento del usuario dentro de ese entorno. Otras tecnologías incluyen HMI (interfaces hombre-máquina) fáciles de usar, como seguimiento manual, reconocimiento de gestos y audio de alta fidelidad.

Dediquemos un minuto a revisar algunos de los desafíos que debe superar al desarrollar experiencias de usuario atractivas e inmersivas, incluida la necesidad de rendimiento en tiempo real, factores de forma compactos y eficiencia energética. Luego, proporcionaremos algunos ejemplos de soluciones de Analog Devices que pueden ayudar, incluidos los sensores 3D (tridimensionales) que pueden respaldar las interacciones del usuario con dispositivos AR, VR y XR en el metaverso, amplificadores de audio Clase D compactos y eficientes para audio de alta calidad, y placas de evaluación para acelerar el proceso de desarrollo.

¿Qué hay en la habitación?

Los generadores de imágenes de VCSEL (láser de emisión de superficie de cavidad vertical) de alta resolución se pueden utilizar con el software de ToF (tiempo de vuelo) para detectar, medir y rastrear objetos en la habitación. Necesitará un generador de imágenes con resolución VGA, la capacidad de operar en diversas condiciones de iluminación, múltiples modos de detección de rango para una mayor precisión, y el software 3D y los algoritmos de análisis adecuados. Estos generadores de imágenes necesitan una velocidad de 30 fps (cuadros por segundo) y una precisión de medición de distancia superior al 2% (Figura 1).

Figura 1: Se pueden rastrear personas y objetos utilizando generadores de imágenes basados en VCSEL con resolución VGA. (Fuente de la imagen: Analog Devices, a través de OnElectronTech.com)

HMI de reconocimiento de gestos

Con un cambio de software, es posible que pueda utilizar el mismo generador de imágenes de VCSEL para el reconocimiento de gestos si tiene un modo de funcionamiento cercano que puede capturar movimientos de la mano entre aproximadamente 25 y 80 cm (centímetros) y un procesador rápido en tiempo real. La mayoría de las personas ya utiliza una forma de reconocimiento de gestos con pantallas táctiles. Se pueden desarrollar interfaces de reconocimiento de gestos personalizadas para admitir aplicaciones como mantenimiento industrial, procedimientos médicos y entornos de juego.

Medición del movimiento

En algunas circunstancias, es esencial medir el movimiento relativo, como la dirección en la que mira el usuario y si mueve la cabeza o camina en una dirección específica. Para esto, se puede usar en combinación una IMU (unidad de medición inercial) de MEMS (sistemas microelectromecánicos en miniatura) con seis DoF (grados de libertad), un giroscopio y un acelerómetro para comprender el movimiento de rotación y la aceleración del usuario (Figura 2).

Figura 2: Un giroscopio (izquierda) y un acelerómetro (derecha) utilizados juntos pueden proporcionar información sobre el movimiento y la posición. (Fuente de la imagen: Analog Devices)

Los acelerómetros MEMS pueden medir la aceleración dinámica y estática (respuesta a la gravedad) a lo largo de los mismos tres ejes ortogonales que definen los ejes de rotación del giroscopio, lo que mejora aún más la información de movimiento.

Audio eficiente e inmersivo

El audio de alta calidad puede ser necesario para proporcionar el contexto y los comentarios necesarios para una HMI atractiva e inmersiva y, en la mayoría de los casos, debe ser altamente eficiente desde el punto de vista energético. Para ello, puede recurrir a la última tecnología de amplificadores Clase D, que proporciona calidad de audio Clase AB con alta eficiencia y cumple con EN55022B para EMI (interferencias electromagnéticas).

Kit del módulo de la cámara

El AD-FXTOF1-EBZ puede proporcionar una plataforma de hardware para la percepción de profundidad de ToF 3D para la detección de objetos y el reconocimiento de gestos. La solución tiene resolución VGA y una velocidad de fotogramas de 30 fps. Puede funcionar bajo luz ambiental intensa y presenta rangos de detección de 25 a 80 cm (centímetros) y de 30 a 300 cm con una precisión superior al 2% (Figura 3).

Figura 3: El módulo de cámara AD-FXTOF1-EBZ tiene resolución VGA y una velocidad de fotogramas de 30 fps. Puede proporcionar una plataforma de hardware para la percepción de profundidad de ToF 3D para la detección de objetos y el reconocimiento de gestos. (Fuente de la imagen: Analog Devices)

Cuando se combina con una placa de procesador, el AD-FXTOF1-EBCZ se puede utilizar para el desarrollo de algoritmos y software 3D. Se proporciona un SDK (kit de desarrollo de software) nativo y host que incluye contenedores OpenCV, Python, MATLAB, Open3D y RoS para simplificar el desarrollo de aplicaciones.

IMU y placa de desarrollo

Cuando necesite detectar la dirección y el movimiento, puede contar con el MEMS IMU ADIS16500AMLZ de precisión. Incluye un giroscopio de ±2000 dps (grados por segundo), un acelerómetro de ±40 g y el acondicionamiento de señal necesario para un rendimiento óptimo. Cada sensor está completamente calibrado de fábrica mediante el uso de fórmulas de compensación dinámica para garantizar el funcionamiento en diversas condiciones.

Puede usar la placa de circuito impreso del ADIS16500/PCBZ para acelerar el desarrollo de aplicaciones IMU (Figura 4). La placa incluye la IMU y un conector de 16 pines que se acopla a cables planos de 2 mm (milímetros). Los cables pueden tener hasta 20 cm de largo para conectarse a una placa de desarrollo del sistema.

Figura 4: La placa de circuito impreso del ADIS16500/PCBZ para la IMU MEMS de precisión ADIS16500AMLZ facilita el desarrollo de aplicaciones. (Fuente de la imagen: Analog Devices)

Solución de sonido

El MAX98304EWL+T es un amplificador Clase D mono de 3.2 vatios y 93% de eficiencia en un paquete de 1 x 1 mm que proporciona de manera eficiente un rendimiento de audio Clase AB. El amplificador elimina la necesidad de filtros externos o blindaje para cumplir con las limitaciones EMI EN55022B mediante el uso de modulación de espectro ensanchado y circuitos de control de velocidad de borde activos que limitan las emisiones.

El kit de evaluación MAX98304EVKIT asociado proporciona una placa completamente ensamblada y probada que funciona con entradas diferenciales o simples y puede entregar 3.2 vatios en una carga de 4 Ω (ohmios).

Conclusión

Hay varios componentes, plataformas de evaluación y kits de desarrollo disponibles para acelerar el desarrollo de HMI compactas, eficientes y atractivas para el metaverso. Estos incluyen cámaras basadas en VCSEL para conocimiento de la situación y reconocimiento de gestos, módulos IMU para conciencia de movimiento y amplificadores Clase D para admitir audio eficiente.