Интерактивная мишень

[Makskuk]

Вчера вот это сообщение: http://www.bowmania.ru/forum/index.php?topic=8522.msg386467#msg386467 натолкнуло меня на идею об интерактивной мишени. Такую мишень, я думаю, можно использовать хоть для ножей, хоть для лука.

Идея в том, чтобы на щит-стрелоприёмник проектором выводить изображение, например, воздушного шарика, и как-то регистрировать попадания, чтобы нарисованный шарик лопался и появлялся новый, например, в другом месте. 

У нас в институте, помнится, был препод-энтузиаст, сделавший "интерактивный пол". Типа, по нему ходишь, а он от шагов круги как на воде рисует. Письмо ему написал, дескать, чтобы он опытом поделился, но препод пока на связь не вышел.

Основная проблема, кмк, это регистрация попаданий, притом достаточно быстрая.

Реализацию в первом приближении вижу такую:
- сверху и сбоку щита расположены видеокамеры, снимающие попадания соответственно по осям Х и У
- исходя из полученных координат делаем вывод - попали в цель или нет - и запускаем анимацию
- регистрировать стрелу, думаю, надо ещё на подлете, чтобы хоть сколько-то миллисекунд выиграть, да и уже попавшие стрелы чтобы не мешались.

Следующий вопрос - как дешево и сердито реализовать аппаратную часть? Сможет ли какая-нибудь дешевая камера разглядеть летящую стрелу? Может быть вместо видеокамер надо  использовать что-то другое? эхолот какой-нибудь?

Есть мысля сделать такой регистратор - для мобильности - на одноплатном компе, вроде Raspberry Pi (ну или на отладочной плате от Freescale на iMX6q - она есть под рукой, правда, на работе  ). Но, думаю, для начала можно обойтись и обычным ноутбуком и парой веб-камер.

Наверняка у нас на форуме есть электонщики и программисты. Кто что думает на этот счет? Сам я в электронике не шарю, а вот с анализом видеопотока (ну или данных с какого-то другого датчика) поработать было бы интересно 

[BigMichael]

Максим, камера снимает 25 кадров в секунду. Камеры видонаблюдения и того меньше. Поэтому зафиксировать ими подлетающую стрелу вообще не получится, т.к. скорость её значительно выше скорости съёмки камеры.

[Vavuha]

Такая штука уже есть. И для лука и для гольфа и для футбола.

[Makskuk]

Ну я же говорю, не обязательно камера. Нам вообще, строго говоря, прямоугольная матрица не нужна. Может быть есть линейки фотоприемников, которые быстрее работают. Может эхолот, вроде автомобильного парктроника можно использовать.

[And Ray]

Может быть есть линейки фотоприемников,

- это, емнип, не на фото реализовано в подобных системах. На пьезо датчиках. На разнице в звуке по трем-четырем датчикам.

[Natabos]

Кто-то мне рассказывал, что корейцы на общедоступных стрельбищах стреляют притупленными стрелами в специальные стрелоприемники, которые под гуттаперчивой поверхностью имеют матрицу фиксирующую попадания.
Как я понял, попадания, соответственно, отображаются на мониторах перед глазами стрелков...

[Makskuk]

Препод на связь вышел. Говорит, они свой интерактивный пол на сенсоре "кинект" делали
Дорогой, зараза, но существенно сокращает объем работ  Ну и, судя по видео, даже сканируя уже прилетевшую стрелу, можно достичь сносного отклика. Будем копать дальше, может на ихнем кинекте можно будет что-нибудь "запилить".

Пишет, что в зависимости от алгоритма, который найдет стрелу, можно достичь отклика до 100 мс. Осталось выяснить, какие преимущества дает кинект перед обычной камерой. Снимает он те же 30 кадров в секунду.

[Добрыня]

В Израиле мы тренировались в обычном тире и кино-тире. Там разные сценарии и стрельба ведется реальными боеприпасами.С передвижением в пространстве. Полный отклик на ваши попадания на экране. Как они это делают осталось полной загадкой)) Но полное погружение в реальность.

[And Ray]

http://www.kdcompany.ru/sostav.shtml - видимо, нечто подобное. Там некий сенсорный пулестойкий тканевый экран.

[Добрыня]

Что то слегка напоминает. Но там был целый зал..  отрабатывали стрельбу и по одиночке и  группой с прикрытием и прохождением по залу. Сценарии не повторялись ни разу. Причем с экрана в нас так же "стреляли" и если в кого "попадали" загорался свет..и член группы выбывал из группы. Потому очень важно было перезаряжаться когда тебя прикрывали члены группы. Хотя сам алгоритм попадания в нас, был скорее всего не прицельный. Просто дали в себя выстрелить когда оставались на линии стрельбы без передвижения-это была "смерть". Самый большой и сложный сценарий был захват аэропорта с заложниками. Реально были видны входных отверстий в экране после попадания, человек хватался за ту часть в которую мы попадали. Если это был автомобиль, то в двери появлялась дыра от входного. Когда включали свет экран, экран не представлял собой сплошное "сито". Он как то перемещался в горизонтальной плоскости стены. Вообще дорогущая конструкция я думаю. Что то упрощенное есть уже в коммерческих тирах. Но там все очень просто..идет фильм и при попадании картинка останавливается. Либо компьютерная графика как в игре, такой тир лет 10 назад был в Москве. Там мы стреляли обычными боевыми по проекции на экране и персонажи так же падали при попадании. Судя по тому что это дальше и в массы не идет..дорого и не очень интересно обычным людям. У силовиков все это давно есть и работает.

[Makskuk]

Оставлю тут немного пищи для ума http://vision.stanford.edu/teaching/cs231a_autumn1213_internal/project/milestone/Arrowsmith%20-%20Automatic%20Archery%20Scoring.pdf Думаю, определение попаданий на щите можно реализовать теми же "методами компьютерного зрения" и без всяких Кинектов - такой девайс, всё таки, тут избыточен и дорог.

Каких-то других более-менее готовых к применению датчиков я нагуглить не смог, так что вооружусь обычной веб-камерой, а на первое время - так и вообще десятка фоток мишени хватит 

Потому как с подобными задачами раньше дела не имел, разработка прототипа (а, тем паче, рабочего экземпляра) мишени займет много времени. Будем надеяться, я эту задачку решу 

[Kichnazar]

В рамках описанного в первом посте "ТЗ" вижу две возможные разные задачи с разными вариантами оптимальных решений:
1) стрельба осуществляется острыми снарядами (стрелы с турнирными наконечниками/ножи) по изолоновой мишени (или из другого улавливающего материала), после попадания стрелы остаются в мишени;
2) стрельба осуществляется стрелами (или "ножами" ) с мягкими наконечниками (типа ролевых гуманников) - соответственно, после попадания стрела от мишени отскакивает.

В первом случае, поскольку стрела остается в мишени, нет необходимости фиксировать ее положение во время подлета - достаточно после попадания определить, куда она попала. Для этого вполне достаточно быстродействия обычной веб-камеры, или какой-нибудь дешевой камеры с алиэкспресса. Вопрос тут, скорее, в разрешении. Для фиксирования попадания стелы в щит или крупную мишень (типа воздушного шарика) достаточно вебки с низким разрешением (порядка 640х480), расположенной, например, перед щитом чуть выше него (естетственно, ее нужно неким образом защитить от попаданий стрел, но это уже детали). Если же есть желание различать попадания стрел, например, в зоны стандартных мишеней, скорее всего, понадобится камера с большим разрешением. Возможно, тут лучше использовать не вебки (ибо у них указанное разрешение, как правило, интерполированное, т.е. не настоящее, а умноженное в пару раз), а камеры с алиэкспресса или ебея - в идеале, с фотоприемными матрицами, для которых есть документация на английском языке, в которой можно проверить ее истинное разрешение и режимы работы. Ну а дальше некоторое количество работы по распознаванию образов (довольно простому, в целом) - и вуаля. Система вполне реализуема, но потребуется определенное количество работ по настройке, и, вероятно, подбору камер, если нужно точно различать точку попадания.

Во втором случае ситуация осложняется скоростью реакции (нужно успеть зафиксировать пролет стрелы до того, как она отскочит), но упрощается за счет большего размера наконечника. В этом случае я вижу два варианта реализации подобной системы:
а) опять же, с использованием камеры, но тут явно нужна быстрая камера. Разрешение не слишком важно, так как наконечник большой, и мишень большая (мне кажется, это вариант для пострелушек, а не для условно спортсменов, которым важно различать зоны). Примем, что скорость подобной гуманизированной стрелы не превысит 50 м/с (ну, это некоторые очень приблизительные данные из области ролевых пострелушек, просто как отправная точка). Для того, чтобы уверенно различить попадание в цель, нужно иметь возможность зафиксировать положение стрелы не дальше, чем в 10 см от мишени (опять же, число с потолка, но как отправная точка сойдет). Итого, для этого нам нужна камера, снимающая с частотой не менее 500 кадров в секунду. Такие камеры, безусловно, есть, и при невысоком разрешении, думаю, стоят не слишком дорого, но это нужно искать, конечно. Сходу готовое решение не выдам)
б) перед мишенью (в паре сантиметров от поверхности) устанавливается рамка с двумя лазерными указками и расщепителями (стеклышками, повернутыми под 45 градусов к лазерным лучам). Расстояние между расщепителями - меньше размера наконечника. В результате, получаем сетку лазерных лучей. На противоположной стороне рамки стоят фотодатчики (обычные фотодиоды/фототранзисторы) - по одному напротив каждого луча. При попадании стрелы в мишень она перекрывает как минимум один луч по горизонтали и по вертикали. Фотодатчики фиксируют факт исчезновения лучей, дальше электроника восстанавливает координату попадания. Подобное решение лишено проблем с быстродействием и оочень сильно упрощает аппаратно-програмный комплекс для вычисления координат попадания (фактически, вычисления можно проводить, например, на простейших 8-разрядных микроконтроллерах, которые стоят копейки), но при больших размерах мишени требуется много расщепителей и фотодатчиков и большая работа по настройке лучей. Так, если у нас мишень размером 1 метр на 1 метр, а размер наконечника - 5 см (стандартный современный LARP гуманник), то нам нужно не менее 40 расщепителей и 40 фотодатчиков. При больших размерах мишени количество элементов возрастает пропорционально площади мишени.
Да, для последнего варианта можно попробовать использовать вместо рамки с расщепителями два лазерных построителя плоскости, что сильно упростит настройку оптической части, но фотодатчиков все равно нужно столько же, или даже больше.

[Makskuk]

Kichnazar, Спасибо за дельный комментарий!

Вариант с "гуманками" я как-то не рассматривал, так что на повестке - задача №1. Как вы правильно заметили, для ее решения достаточно простой "вебки" 640х480, на чём я и остановился. Как говорится, будем посмотреть 

Вариант с лазерами, конечно, выглядит по круче с аппаратной точки зрения, но как-то далек я от этого. Может быть, кто-нибудь сделает - будет замечательно!