Manipulatory 3D dla inżynierów

Pracując z programami CAD posługujemy się przede wszystkim myszką, klawiaturą i czasami wspieramy się tabletem graficznym CAD. Istnieją jednak specjalizowane urządzenia ułatwiające projektowanie w systemach CAD 3D. Są to manipulatory 3D.

Może trudno w to uwierzyć, ale manipulatory 3D przeznaczone do oprogramowania CAD, głównie za sprawą założonej w 2001 roku przez Logitecha firmy 3Dconnexion, które dostępne są na masowym rynku już od ponad dziesięciu lat, to nadal często są nieznane wśród osób pracujących na co dzień z oprogramowaniem inżynierskim.

Sama historia manipulatorów 3D zaczyna się jeszcze wcześniej – pierwszy manipulator powstał na początku lat 70. ubiegłego wieku w Niemieckiej Agencji Kosmicznej DLR (Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt) jako urządzenie pozwalające sterować ramieniem robota w przestrzeni kartezjańskiej. Na początku lat 90. Niemiecka Agencja Kosmiczna zastosowała w swoich manipulatorach 3D niedrogi system pomiaru położenia wykorzystujący sześć jednowymiarowych optycznych czujników położenia, na który to uzyskała patent w 1993 roku. W tym samym roku pod nazwą Magellan na rynek wprowadzona została, bazująca właśnie na tym patencie, pierwsza mysz 3D produkowana przez firmę Logitech.

W 1995 roku na rynku zadebiutował zaś przeznaczony dla graczy, a produkowany przez firmę Spatial Systems Inc. manipulator, w którym wykorzystano również sterowanie o sześciu stopniach swobody 6DoF (ang. Six Degrees of Freedom). Ten manipulator 3D o nazwie SpaceBall Avenger oraz jego druga znacznie lepiej znana wersja – SpaceOrb 360, z 1996 roku, wywodziły się wprost z opracowanego przez Johna Hiltona z Uniwersytetu w Sydney w Australii urządzenia o nazwie SpaceBall 1003 – pierwszego dostępnego na rynku od 1988 roku manipulatora 3D do programów CAD. Co ciekawe, jego prototyp przygotowywany na zlecenie NASA powstał już w 1983 roku, a więc na 10 lat przed rynkowym debiutem Magellana. Tak narodziły się manipulatory 3D.        

Producenci manipulatorów 3D

Podobnie jak w wypadku swoich protoplastów manipulatory 3D oferują sześć stopni swobody – kierunki: prawo, lewo, góra, dół, przód, tył. Do tego dochodzą kierunki pośrednie, będące wypadkową tych podstawowych. Daje to ogromne możliwości manipulowania obiektem, o czym może się przekonać każdy, kto położył kiedykolwiek swoją dłoń na którymś z urządzeń oferowanych obecnie przez trzech producentów.

Pierwszym jest australijska firma Spatial Freedom założona przez Johna Hiltona tuż po jego odejściu ze Spatial Systems Inc. Oferuje ona swoją mysz 3D, która notabene od lat nie jest już rozwijana, pod nazwą Astroid. Drugim producentem jest wspomniany, założony przez Logitecha, 3Dconnexion, do którego wraz z częścią praw patentowych za sprawą połączenia się w 2001 roku z Logitechem firmy Labtec 3D Motion Control Technology trafił wspólnik Johna Hiltona z firmy Spatial Systems Inc., Bernd Gombert . Firma Labtec 3D Motion Control Technology była zaś  bezpośrednim następcą Spatial Systems Inc. i produkowała od 1999 kontroler 3D o nazwie Spaceball 4000 FLX, który trafił później do oferty Logitecha, a następnie 3Dconnexion. W 2003 roku z 3Dconnexion odchodzi Bernd Gombert i powołuje do życia własną firmę Space Control GmbH, która zaoferowała podobne urządzenie, wyposażone w dodatkowe funkcjonalności. Przyjrzyjmy się zatem teraz dostępnym obecnie na rynku myszkom 3D, które można nabyć u trzech różnych producentów.

SpacePilot, SpaceNavigator, SpaceMouse…

Firma 3Dconnecion (www.3dconnexion.eu) oferuje największa gamę manipulatorów 3D. W ofercie dostępne są zarówno proste modele składające się praktycznie z samej „gałki” (np. SpaceNavigator), bardziej rozbudowane urządzenia (m.in. SpaceMouse Pro), aż po najbardziej zaawansowane manipulatory (np. SpacePilot Pro) wyposażone we własny kolorowy wyświetlacz LCD z asystentem pracy.

Dla przykładu, zaawansowany model SpacePilot Pro wyposażony jest w pięć w pełni konfigurowalnych, dwufunkcyjnych „inteligentnych” klawiszy funkcyjnych, które pozwalają na stały dostęp do dziesięciu najczęściej używanych komend. Urządzenie rozpoznaje aktywną aplikacje, środowisko oraz tryb pracy i automatycznie wyznacza odpowiednie komendy. Z kolei kolorowy wyświetlacz LCD pokazuje zaś przypisaną do klawisza funkcyjnego komendę, co pozwala optymalnie pracować z programem CAD lub inną aplikacją graficzną. Ponadto wyświetlacz LCD oferuje opcję szybkiego przeglądanie poczty e-mail oraz zadań i wpisów w kalendarzu. Klawisze szybkiej nawigacji (QuickView Navigation) usprawniają natomiast wykrywanie błędów oraz przegląd i prezentację projektów poprzez umożliwienie szybkiego dostępu do 32 standardowych widoków – krótki nacisk aktywuje pierwotne komendy widoków przypisane do klawisza, a naciśnięcie i przytrzymanie klawisza włącza wtórne komendy widoków.

Całość zamknięto w ładnej, stylistycznie i ergonomicznie wyprofilowanej obudowie wyposażonej w odpowiedni wyprofilowane miejsce na nadgarstek. Dzięki temu dłoń przyjmuje w sposób naturalny ergonomiczną pozycję. Najczęściej używane klawisze zostały wygodnie umiejscowione w zasięgu palców, a symetryczne rozmieszczenie przycisków funkcyjnych sprawia, ze z urządzenia mogą korzystać zarówno osoby prawo-, jak i leworęczne. Manipulatory 3D firmy 3Dconnexion obsługują ponad 130 aplikacji z różnych dziedzin – nie tylko systemów CAD czy aplikacji do tworzenia grafiki trójwymiarowej.

Firma 3Dconnexion w tym roku wprowadziła na rynek pierwszy bezprzewodowy model myszki 3D  – SpaceMouse Wireless. Ten manipulator 3D bazuje pod względem stylistycznym i pod względem możliwości na najprostszym modelu SpaceNavigator.  Niemniej SpaceMouse Wireless łączy w sobie opatentowany przez 3Dconnexion sensor wykorzystujący technologię sześciu stopni swobody ruchu (6DoF) z bezprzewodową technologią 2,4 GHz. SpaceMouse Wireless ma wbudowaną litowo-jonową baterię, która działa do miesiąca pracy (przy założeniu pracy 8 godzin dziennie, 5 dni w tygodniu). Co ważne, podczas ładowania za pomocą dołączonego do zestawu kabelka ze złączem mikro-USB z myszki można normalnie korzystać. Zachowane przy tym zostają wszystkie dane i ustawienia, dzięki czemu użytkownicy mogą po prostu podłączyć kabel do ładowania i kontynuować pracę.

Astroid Spatial Freedom

Astroid to podstawowy i zarazem jedyny model manipulatora 3D, który dostępny jest w ofercie firmy Spatial Freedom (www.spatialfreedom.com). Stylizacyjnie nawiązuje on do urządzeń z lat 90. i pod tym względem manipulator wygląda nieco archaicznie. Kula wykorzystywana do manipulowania nie każdemu musi przypaść do gustu. Firma 3Dconnexion poszła pod tym względem inną drogą i wybrała dla swoich urządzeń inny kształt „chwytu”.

W wypadku Astrioida można mieć zastrzeżenia do użytego tworzywa, kolorystyki, ergonomii programowanych przycisków. Podobać się za to może malutki joystick pozwalający na szybkie przemieszczanie obiektów w poziomie. Producent zapewnia sterowniki do najpopularniejszych systemów operacyjnych i rozwiązań CAD dostępnych na rynku. Urządzenie można nabyć poprzez stronę internetową, zamawiając je bezpośrednio u producenta.

3D-Maus SpaceController

Mysz 3D SpaceController firmy Space Control (www.spacecontrol.de) to obecnie jedyny model tego producenta – premiera drugiego została skutecznie i zgodnie z prawem zablokowana przez konkurencję. Muszka jest starannie wykonana i przemyślana oraz wygląda bardzo atrakcyjnie pod względem stylistyki. Model występuje w z chwytem w dwóch wariantach – kulą, tak jak w wypadku Astroida o gałką sterującą jak w ma to miejsce w wypadku urządzeń 3Dconnexion.

Produkt zapewnia wsparcie praktycznie dla wszystkich systemów CAD i dla wielu innych aplikacji. Dodatkowo został wyposażony w zastrzeżone patentem rozwiązanie, którego nie znajdziemy u konkurencji – pierścień (tzw. PowerWheel) umocowany u podstawy chwytu, pozwalający na ruch w prawo-lewo, który aktywuje konfigurowalne menu ekranowe. Rozwiązanie to jest wygodne, ale  jego zastosowanie sprawiło, iż całość chwytu uniosła się nieco wyżej, niż w konstrukcjach konkurencji. Może to niestety powodować pewien dyskomfort podczas pracy i niewykluczone, że szybsze zmęczenie nadgarstka. Z drugiej strony producent zapewnia, iż wziął to pod uwagę przy opracowaniu kształtu obudowy, który istotnie różni się od rozwiązań 3Dconnexion i wymusza ułożenie dłoni pod kątem.

Przyszłość manipulatorów

Jesienią tego roku, podczas prezentacji rozwiązań Autodesk i Siemens, pokazano manipulator, czy też raczej urządzenie odczytujące gesty dłoni, za pomocą fal ultradźwiękowych. Na podstawie odczytanego położenia palców i nadgarstków obu dłoni użytkownika, Leap Motion (www.leapmotion.com), bo o nim mowa, umożliwia zmianę położenia wyświetlanego na monitorze wirtualnego obiektu w przestrzeni 3D, jego modyfikacje itp.

Urządzenie jest małe, przenośne, a koszt jego zakupu nie przekracza obecnie 80 dolarów.  Producent  zapewnić wsparcie dla coraz większej liczby aplikacji i systemów, także programów CAD – obecnie mogą z niego swobodnie korzystać m.in. użytkownicy NX 9.0. Czy tak będzie wyglądała w najbliżej przyszłości obsługa komputerów, za kilka lat się o tym przekonamu.