Трехмерным пространствам – трехмерные мыши

Когда я проектировал в двумерном пространстве AutoCAD, с позиционированием все было просто: два направления для размещения чертежа и колесико мыши для приближения/удаления. Когда же решил осваивать 3D-САПР, то буквально сразу столкнулся с вопросом: «Как поворачивать трехмерную модель и размещать компоненты сборок с помощью мыши, которая перемещается всего в двух плоскостях?» По мере освоения приложения я столкнулся с такими функциями, как 3D-орбита, Вид на объект, Показать выбранные, и другими инструментами для работы с трехмерными моделями, затем – c набором «горячих» клавиш для позиционирования... Но чувство, что может быть как-то по-другому, не исчезло. Спустя некоторое время я познакомился с 3D-мышью SpaceMouse Classic (теперь она уже не выпускается). Идея выполнения действий передвижения модели свободной от мыши рукой пришлась мне по вкусу. Правда, сначала управляться получалось не очень хорошо: модель то улетала за край экрана, то «криво» поворачивалась, но уже через 15 минут она вела себя как шелковая. Сейчас дошло до того, что если при проектировании под левой рукой у меня нет привычной 3D-мыши, работать становится некомфортно. Более того, работа двумя руками очень экономит время. В этой статье я попытаюсь подробно рассказать о том, что такое 3D-мыши и как они упрощают труд человека, работающего с 3D.
3D-мышь – это манипулятор, который представляет собой устройство трехмерного позиционирования с джойстиком для работы в системах трехмерного проектирования или в приложениях, требующих контроля за перемещением объектов в 3D-пространстве. Манипулятор устанавливается по другую сторону клавиатуры от мыши. Таким образом, пока правая рука выполняет операции с помощью обычной мыши, левая может производить манипуляции с 3D-мышью. Конечно, этот алгоритм работы предполагается для правшей, для левшей руки меняются местами (рис. 1).

Рис. 1. Положение рук при одновременном использовании мыши и манипулятора

Кому нужны 3D-мыши? На этот вопрос ответить просто – всем, кто использует 3D-приложения. Перечень некоторых из областей применения и программ приведен в таблице 1.

Таблица 1. Области применения и приложения для 3D-мышей

3D-мыши поддерживают работу более чем в 120 приложениях таких операционных систем, как Windows, Mac OS X, Linux, UNIX. За последнее время наметились тенденции использования 3D-мышей в игровой индустрии.

Использование 3D-мышей позволяет осуществлять многие операции параллельно (например, поворот модели 3D-манипулятором и выбор инструмента проектирования 2D-мышью), что значительно экономит время. На приведенной схеме (рис. 2) демонстрируется рабочий процесс с 3D-манипулятором и без него.

Рис. 2. Схема экономии времени при работе только с двумерной мышью (вверху) и при одновременной работе с 3D-манипулятором (внизу)

Основной элемент 3D-мыши – контроллер движения, который во всех моделях имеет одинаковый принцип действия. Шесть степеней свободы (три линейных и три угловых) обеспечивают перемещение и вращение модели во всех направлениях. При этом можно отключать степени свободы, инвертировать оси, менять местами функции Приблизить/Удалить и Вверх/Вниз. Скорость перемещения/вращения зависит от усилия, прилагаемого к контроллеру движения. Чувствительность к усилию настраивается через панель настройки.

На данный момент выпускаются четыре модели устройства. Их основные характеристики представлены в таблице 2.

Таблица 2. Основные характеристики моделей 3D-мышей

Модели SpaceNavigator for Notebooks и SpaceNavigator снабжены двумя кнопками, которым можно назначить вызов двух разных функций приложения или необходимое сочетание клавиш (например, ALT+TAB). К тому же если у приложения есть различные рабочие среды, то для каждой из них можно назначить два индивидуальных инструмента. Так, при работе в среде Эскиз программы Autodesk Inventor можно назначить такие инструменты, как Окружность и Отрезок, а при работе в среде Сборка – Вставить компонент и Зависимости. При этом переназначать функции очень просто: достаточно открыть Панель настройки, выбрать категорию, а затем переместить необходимую команду в область соответствующей клавиши (рис. 3).

Рис. 3. Процедура назначения «горячих» клавиш на 3D-мыши

В таких моделях, как SpaceExplorer и SpacePilot, клавиш намного больше (рис. 4).

Рис. 4. Группы клавиш на моделях SpaceExplorer (слева) и SpacePilot (справа)

На устройствах они распределены по группам:
1) клавиши-«модификаторы» ESC, SHIFT, CTRL и ALT, работающие так же, как соответствующие им клавиши на клавиатуре;
2) группа клавиш Top, Right, Left и Front, обеспечивающих доступ к традиционным проекциям (вид спереди, справа, слева, сверху) трехмерной модели. При работе в 3D-режиме возможно включение режима 2D для быстрого перемещения, увеличения или уменьшения проекций;
3) клавиша Fit (Показать все) зумирует трехмерную модель таким образом, чтобы она полностью отображалось в графическом окне;
4) клавиша Panel вызывает панель настройки, через которую производится переназначение функций и настройка устройства;
5) клавиши «+» и «–» регулируют чувствительность контроллера движения к усилию;
6) две настраиваемые клавиши, которым можно назначить два различных инструмента приложения;
7) клавиша Dom включает/отключает функцию перемещения модели единовременно только в одной оси;
8) шесть программируемых кнопок;
9) ЖК-дисплей, на который выводятся названия инструментов, присвоенных программируемым кнопкам;
10) клавиша Config, позволяющая менять наборы шести программируемых кнопок.

Например, при работе в среде Сборка в «Набор-1» могут входить такие инструменты, как Вставить компонент, Зависимости, Копировать и т.д., а в «Набор-2» в той же среде – Массив, Зеркальные компоненты и т.д. Количество формируемых наборов не ограничено (у меня хватило терпения создать 300, вряд ли кому-то может понадобиться больше). Для тех, кому неудобны назначенные по умолчанию команды клавиш под номерами 1-3, предусмотрена возможность их изменения (к примеру, в набор «Сборка 300» можно назначить 15 уникальных инструментов).

Рис. 5. Назначение клавишам уникальных команд

На рис. 6 наглядно проиллюстрировано преимущество, которое предоставляет применение 3D-мыши при выполнении небольшой задачи в трех различных САПР-приложениях. Как следует из графиков, время проектирования сократилось на 37%, а «пробег» мыши – на 47%.
Те, кто работает в 3D-приложениях, знают, что время играет решающую роль при выполнении проекта, а 3D-манипуляторы позволяют это время сберечь.

Рис. 6. Графики «пробега» и времени проектирования. Верхняя шкала – 2D-мышь, нижняя – 3D-мышь.

Немного о самой технологичной мыши

Самая технологичная мышь на сегодняшний день – SpacePilot PRO. Эта модель заслуживает подробного рассмотрения. От своей предшественницы – модели SpacePilot – она унаследовала все самое лучшее и, кроме того, обрела много новых возможностей. Вот на них и остановимся подробнее.
Модель имеет датчик второго положения, который может распознать отклонение на 4 мкм (примерно 1/25 толщины человеческого волоса). Это, естественно, позволяет позиционировать мышь максимально точно.
Кнопок на устройстве стало больше и многие из них обладают двумя функциями – в зависимости от того, какое нажатие производилось, длинное или короткое. Например, короткое нажатие кнопки поворота на 90 градусов повернет модель по часовой, а длинное – против часовой стрелки.

 
Благодаря этим функциям стандартных видов стало намного больше. Теперь модель можно рассмотреть спереди/сзади, сверху/снизу, слева/справа, в двух изометрических видах, а также повращать по и против часовой стрелки.
Функциональных клавиш по сути стало 10: каждая из 5 клавиш имеет по две функции, обусловленных коротким или длинным нажатием клавиши.

Но более всего обращает на себя внимание большой цветной дисплей. Теперь на нем можно не только прочесть названия назначенных на функциональные клавиши инструментов, но и просмотреть почту, календарь и задачи Outlook, а также почитать RSS.
В общем, новая мышь имеет более широкий полезный функционал и достойна быть верной спутницей специалиста, работающего в 3D.

/Автор: Алексей Сидоров/