Tecnología de entrada de texto XR

Se espera que VR/AR/MR (denominados colectivamente como XR) se convierta en la plataforma informática de próxima generación después de las computadoras personales y los teléfonos móviles, y la entrada de hardware del Metaverso.

En los últimos años, XR se ha desarrollado rápidamente. No solo se puede aplicar a juegos, cine y televisión, sino que también tiene grandes perspectivas de desarrollo en campos militares, médicos, de oficina, educativos y otros. Sin embargo, en comparación con la potente tecnología de visualización de XR, su tecnología de entrada de texto está muy por detrás en términos de eficiencia y flexibilidad.

La entrada de texto es una función básica de una computadora. Escribir en una computadora personal se basa en un teclado físico, mientras que escribir en un teléfono móvil se basa en un teclado virtual en una pantalla táctil. Para convertirse en una plataforma informática omnipresente, XR debe resolver la demanda básica de entrada de texto. Los investigadores de interacción humano-computadora han desarrollado una variedad de tecnologías de escritura orientadas a XR, pero cada una tiene sus propias deficiencias y aún no ha surgido ninguna tecnología de entrada convencional. La siguiente clasificación presenta varias tecnologías de entrada de texto XR representativas.

Entrada manual basada en periféricos

teclado físico

Aprovechando la familiaridad de las personas con los teclados físicos, los investigadores aplicaron un teclado QWERTY físico o sus variantes al XR como dispositivo de entrada. Pero debido a que en las aplicaciones XR, generalmente es imposible (o inconveniente) ver el teclado físico y las manos, algunos investigadores han propuesto métodos para mezclar el teclado y el video de la mano en la pantalla, y algunos investigadores usan tecnología de seguimiento óptico para rastrear el teclado y las manos. .mano para proporcionar retroalimentación visual.

Knierim y otros (2018)

Estos métodos generalmente admiten la entrada de texto rápido y enriquecido, pero el teclado físico requiere una superficie plana como soporte y es demasiado voluminoso para transportarlo, lo que limita el uso del XR. Además, la mayoría de los teclados físicos se basan en la tecnología de seguimiento para lograr un mejor rendimiento de escritura, que también es difícil de implementar.

mango tradicional

Los controles remotos de TV, los controladores de juegos tradicionales, etc. pueden realizar una entrada de texto simple, y los usuarios deben seleccionar letras o símbolos a través de múltiples teclas discretas. Estos controladores tradicionales son más portátiles que los teclados físicos de tamaño completo y no requieren una superficie de apoyo. Pero este método solo puede realizar la entrada de texto más simple, y varias pulsaciones de teclas discretas harán que la velocidad de entrada sea muy lenta.

Además, los investigadores dividieron el teclado virtual en varias regiones para realizar experimentos de escritura. Por ejemplo, PizzaText usa los dos joysticks del controlador del juego para seleccionar en un diseño de teclado circular, y Min y otros dividen el diseño del teclado en celdas de 3 x 3 y seleccionan las teclas señalando las celdas.

PizzaText (Yu等), 2018)

Aunque el mango es fácil de aprender a escribir en XR, la velocidad de entrada de este método es muy lenta. Es principalmente adecuado para tareas como la selección de teclas con poca dificultad, y no es adecuado para la entrada de texto compleja y de gran escala en aplicaciones. como oficina.

pantalla táctil

La entrada de texto en una pantalla táctil o trackpad trae interacciones telefónicas familiares a la realidad virtual. BlindType, por ejemplo, exploró la escritura a ciegas con un pulgar en un panel táctil, donde el usuario toca una pantalla que emula un teclado QWERTY mientras recibe comentarios de texto en la pantalla. Dichos enfoques suelen alinear una interfaz virtual con una pantalla táctil (como un teléfono inteligente) para la entrada.

BlindType（Lu等，2017）

Sin embargo, tales métodos generalmente requieren una pantalla táctil adicional de gran tamaño o un panel táctil como dispositivo de entrada, lo que hace que sea un inconveniente usar XR. Además, la escritura en la pantalla táctil se basa en comentarios visuales indirectos, lo que requiere una atención adicional para rastrear el estado actual, lo que no es intuitivo ni efectivo en comparación con los comentarios táctiles.

Mango 6DoF

La mayoría de los visores de realidad virtual para consumidores, como Oculus Quest, Pico, etc., admiten el uso del rayo apuntado por el mango para seleccionar letras. Este método de entrada es muy intuitivo y fácil de aprender, pero este método de escritura requiere atención visual continua y control de manejo fino, y el usuario se sentirá obviamente cansado al escribir durante mucho tiempo, por lo que no es adecuado para texto complejo y de gran escala. Tarea de entrada.

Seguimiento de manos con cámaras montadas en la cabeza

Algunas gafas VR/AR (como Oculus Quest, HoloLens) usan tecnología de seguimiento de gestos basada en la visión para rastrear la mano del usuario. Al escribir, se proyectará un teclado virtual en el campo de visión del usuario y se rastrearán los dedos del usuario en tiempo real por la cámara en las gafas El "toque" del dedo en el teclado virtual se da cuenta de la entrada.

Teclado virtual para HoloLens2

Este método utiliza una cámara incorporada montada en la cabeza para lograr una escritura táctil similar a la de un teléfono móvil, pero pueden ocurrir errores cuando hay una oclusión o un movimiento rápido de los dedos, y la tecnología de seguimiento óptico que utiliza es relativamente costosa. Además, es probable que la operación de suspensión a largo plazo cause fatiga al usuario.

cámara externa

Buitre (Markussen 等, 2014)

Se pueden usar cámaras corporales o externas para reconocer los movimientos o gestos de las manos, lo que permite escribir con XR. Los métodos como TypeNet permiten escribir rápidamente en una superficie plana frente a la cámara a través del seguimiento óptico.Estos métodos requieren escribir en un teclado QWERTY virtual, continuando con los hábitos de escritura del usuario. OmniTouch es un sistema de proyección y detección de profundidad que se lleva al hombro y que permite la entrada de texto en superficies planas como la palma de la mano. Otros métodos realizan la entrada de texto colgante mediante el reconocimiento de gestos. Por ejemplo, Vulture rastrea los dedos pellizcados y genera la palabra que mejor coincide de acuerdo con la trayectoria de movimiento de los dedos en el aire.

El método de entrada de texto basado en una cámara externa no depende de un teclado físico, lo que hace que la entrada de texto sea más flexible. Sin embargo, los estudios han demostrado que: (1) los usuarios pueden tener una velocidad limitada debido a errores de seguimiento durante los movimientos rápidos, y (2) los usuarios pueden fatigarse después de escribir con la mano colgando durante mucho tiempo. Dado que el seguimiento de dedos basado en cámaras sigue siendo un problema desafiante, la mayoría de estos estudios utilizan técnicas costosas de seguimiento óptico, lo que hace que dichos métodos sean menos prácticos. En comparación con el método de seguimiento de gestos de las gafas VR, el método de escritura basado en una cámara externa es más inconveniente, porque se necesita llevar un dispositivo de seguimiento más grande adicionalmente.

Entrada manual portátil

Esto se refiere a escribir con un sensor que se lleva en la mano.

Guantes

Los guantes como dispositivos de detección interactivos portátiles son una forma de lograr la entrada de texto. KITTY y DigiTouch usan descargas electrónicas o áreas parcialmente conductoras en el guante para detectar eventos de contacto con los dedos y realizar interacciones complejas de entrada de los dedos. Argot es un guante portátil con una sola mano con 15 botones, que realiza la interacción de escritura a través de una respuesta magnética combinada con retroalimentación táctil.

Sin embargo, estos métodos de escritura requieren que el usuario use guantes, lo que afectará la interacción diaria del usuario y tendrá defectos en flexibilidad y comodidad.

Pellizcar teclado (Kuester等, 2005)

muñeca

Otro método de ingreso de texto portátil es usar un dispositivo de muñeca con diferentes sensores. PalmType utiliza un sensor de infrarrojos en la muñeca izquierda para detectar la posición del dedo índice derecho del usuario en la palma de la mano izquierda. BlueTap y DigiTap mapean secuencialmente letras en los dedos y usan cámaras en la muñeca para detectar toques. Cuando hay una oclusión de los dedos y un golpeteo rápido, es difícil que una cámara que se lleva en la muñeca detecte con precisión la posición del golpeteo. También existe tecnología de digitación basada en sensores electromiográficos MYO (adquirida por Meta).

Tipo de palma (Wang et al., 2015)

ViFin reconoce la pista de escritura del dedo que cuelga para escribir.Utiliza la unidad de medida inercial (IMU) del reloj inteligente para detectar la vibración del dedo índice del usuario cuando se mueve, y utiliza la red profunda para decodificar los caracteres escritos por el dedo índice El cálculo es relativamente grande y la precisión de reconocimiento de ViFin es relativamente baja. TapType utiliza dos pulseras inalámbricas con IMU (introducidas por primera vez en la tecnología TapID) para detectar las vibraciones generadas por el ligero toque de un dedo sobre una superficie plana, y utiliza un decodificador para estimar la secuencia de caracteres de la escritura con diez dedos. TapType, como método de reconocimiento de dedos basado en el aprendizaje, necesita entrenar a un clasificador de manera supervisada, lo que puede tener problemas de generalización en diferentes usuarios y materiales de superficie.

TapType (Streli et al, 2022)

dedo

El dispositivo para usar con los dedos es flexible y liviano de usar, lo que permite interacciones expresivas de ingreso de texto al detectar la rotación del dedo/eventos táctiles y reconocer gestos. Por ejemplo, FingeRing genera un mapa de teclas basado en una combinación de eventos de toque con los dedos y acelerómetros, y permite la entrada en cualquier superficie, como la cintura o el muslo. De manera similar, TypingRing y QwertyRing miden el movimiento de los dedos a través de diferentes sensores y reconocen las teclas seleccionadas en un teclado virtual en cualquier superficie similar a un escritorio. TypeAnywhere utiliza dos Tap Straps (dispositivos portátiles comerciales basados ​​en IMU) para detectar toques en cualquier superficie. RotoSwype utiliza un sensor de seguimiento de movimiento y un anillo con botones para la entrada de texto basada en gestos.

Escriba en cualquier lugar (Zhang等, 2022)

Los métodos basados ​​en gestos carecen de suficientes teclas para una entrada rápida, por lo que estos métodos no son adecuados para la entrada de texto complejo. Los dispositivos que detectan eventos de pulsación de teclas en función de la información de movimiento, como la aceleración o la rotación de la mano, a menudo requieren información de detección auxiliar para garantizar una entrada precisa. En estos métodos, la operación de entrada de texto debe ser muy precisa, lo que no es intuitivo para principiantes y difícil de aprender en el entorno XR. Además, la mayoría de las tecnologías anteriores utilizan decodificadores estadísticos para mejorar la velocidad de entrada y la corrección de errores, y carecen de métodos de entrada efectivos para tareas de escritura, como conjuntos de símbolos más grandes.

Además de escribir mediante la detección de la información del movimiento de los dedos, también se han estudiado ampliamente los métodos para ingresar texto mediante la detección de eventos táctiles corporales. TipText, BiTipText y ThumbText usan pequeños sensores táctiles en los dedos que seleccionan caracteres después de dos eventos táctiles. FingerText y FingerT9 utilizan tecnología de detección capacitiva para permitir la entrada de texto con una sola mano a través de un toque entre el pulgar y los dedos.

TipText（Xu et al，2019）

En las tecnologías basadas en sensores táctiles descritas anteriormente, las teclas se asignan a diferentes áreas del dedo, la palma o la uña. Estos métodos aprovechan al máximo la destreza de los dedos. Sin embargo, el área de entrada para escribir con los dedos suele ser muy limitada (si el área es demasiado grande, habrá la desventaja de los guantes), lo que limita la cantidad de teclas, lo que resulta en una baja eficiencia de escritura. De hecho, pocos de ellos admiten la entrada de conjunto de caracteres completo.

Para resolver este problema, PrintType utiliza un sensor de huellas dactilares que se lleva en el pulgar para identificar diferentes áreas del dedo, ampliando enormemente el espacio de entrada sin afectar a los dedos para realizar otras tareas. PrintType reconoce la ubicación del contacto del sensor haciendo coincidir la imagen actual con una plantilla registrada, y se asignan diferentes áreas del dedo a diferentes teclas, formando un teclado completamente funcional en realidad virtual. Debido a la destreza de los dedos y la efectividad de la tecnología de reconocimiento de huellas dactilares, la mayor parte del lado de la palma de los dedos se puede tocar y reconocer, lo que satisface las necesidades de una gran cantidad de teclas discretas contenidas en un teclado típico. Utilizando las capacidades de detección táctil sensible de las yemas de los dedos y la retroalimentación visual en tiempo real, PrinType permite escribir a ciegas en la realidad virtual.

La tecnología de escritura de huellas dactilares PrintType admite un gran conjunto de símbolos, incluidas letras mayúsculas y minúsculas, números, signos de puntuación y más. (Liu et al., 2022)

otras tecnologías

Los auriculares del XR están integrados con varios sensores que pueden medir el movimiento de la cabeza y los ojos, o grabar sonido. El desarrollo del reconocimiento de voz ha hecho que la transcripción de voz sea un método de entrada de texto maduro. Sin embargo, en algunas ocasiones, es inconveniente hablar y la entrada de voz carece de una tecnología de edición de texto eficaz. Yu y otros y Speicher y otros compararon técnicas de entrada de texto basadas en apuntar con la cabeza, y Ma y otros y Rajanna y otros estudiaron métodos de digitación de la mirada en realidad virtual. Sin embargo, en estos métodos, el usuario debe mover el cursor a la posición de destino y luego seleccionar un carácter permaneciendo en el carácter durante un cierto período de tiempo, lo que provoca fatiga ocular durante la entrada.

Resumir

La entrada de texto eficiente en XR es un problema sin resolver. Si una tecnología de entrada de texto se vuelve popular en XR, hay muchos indicadores que deben tenerse en cuenta. Además del potencial de entrada rápido y preciso en la operación a ciegas, el método de escritura debe ser fácil de aprender, buena portabilidad y no demasiado costoso. . . Lo más importante es que debe estar bien integrado en el sistema XR, lo suficientemente conveniente y cómodo para la interacción y tener un buen sentido de la experiencia del usuario.

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