メタバース向けの魅力的なユーザーインターフェース開発の課題を克服する方法

拡張現実（AR）、仮想現実（VR）、拡張現実（XR）を融合したメタバースは、消費者、医療、インダストリ4.0など、さまざまなアプリケーションに急速に導入されています。デザイン界の課題は、ユーザー体験を可能な限りシームレスで没入感のあるものにする技術を特定し、適用することです。たとえば、周囲の環境とその中でのユーザーの位置や動きを理解するためには、3Dセンシングのような技術が必要になります。その他の技術としては、ハンドトラッキング、ジェスチャ認識、高忠実度オーディオなど、ユーザーフレンドリーなヒューマンマシンインターフェース（HMI）があります。

リアルタイム性能、小型フォームファクタ、電力効率の必要性など、魅力的で没入感のあるユーザー体験を開発する際に克服しなければならない課題について、少し考えてみましょう。その上で、メタバースにおけるAR、VR、XRデバイスとのユーザーインタラクションをサポートする3次元（3D）センサ、高音質オーディオ向けの小型で効率的なD級オーディオアンプ、開発プロセスをスピードアップする評価ボードなど、Analog Devicesが提供するソリューションをいくつか紹介します。

部屋には何がある？

高解像度の垂直共振器型面発光レーザー（VCSEL）イメージャは、飛行時間（ToF）ソフトウェアと一緒に使用することで、室内の物体を検出、測定、追跡することができます。VGAの解像度を持つイメージャ、さまざまな照明条件下で動作する能力、精度を高めるための複数の距離検出モード、適切な3Dソフトウェアと解析アルゴリズムが必要です。これらのイメージャには、毎秒30フレーム（fps）のフレームレートと2%より優れた距離測定精度が必要です（図1）。

図1：VGA解像度のVCSELベースのイメージャを使用すれば、人や物体を追跡できます。（画像提供：Analog Devices、OnElectronTech.com経由）

ジェスチャ認識HMI

お使いのVCSELイメージャに近接動作モードと高速リアルタイムプロセッサがあれば、ソフトウェアを変更することでジェスチャ認識に使用できるかもしれません。このためには、近接動作モードが約25～80センチメートル（cm）の間の手の動きをキャプチャできる必要があります。ほとんどの人はすでに、タッチスクリーンでのジェスチャ認識を使用しています。産業メンテナンス、医療処置、ゲーム環境などのアプリケーションをサポートするために、カスタムジェスチャ認識インターフェースを開発することができます。

動きの測定

状況によっては、ユーザーが見ている方向や、頭を動かしているか、特定の方向に歩いているかなど、相対的な動きを測定することが不可欠な場合もあります。そのために、6自由度（DoF）を持つ小型のマイクロエレクトロメカニカルシステム（MEMS）慣性計測ユニット（IMU）、ジャイロスコープ、加速度センサを組み合わせて使用することで、ユーザーの回転運動と加速度を把握することができます（図2）。

図2：ジャイロスコープ（左）と加速度センサ（右）を併用することで、動きと位置に関する情報を得ることができます。（画像提供：Analog Devices）

MEMS加速度センサは、ジャイロスコープの回転軸と同じ直交する3軸に沿って、動的および静的（重力に対する反応）加速度を測定することができ、運動情報をさらに強化することができます。

効率的で没入感のあるオーディオ

高品質なオーディオは、魅力的で没入感のあるHMIのコンテキストとフィードバックを提供するために必要であり、ほとんどの場合、エネルギー効率が高くなければなりません。これを実現するために、高効率でAB級のオーディオ品質を提供し、電磁妨害（EMI）のEN55022Bに準拠する最新のD級アンプ技術を採用することができます。

カメラモジュールキット

AD-FXTOF1-EBZは、物体検出とジェスチャ認識のための3D ToF深度知覚のハードウェアプラットフォームを提供することができます。このソリューションの解像度はVGAで、フレームレートは30fpsです。強い周囲光下でも機能し、25～80センチメートル（cm）、30～300センチメートルの検出範囲を2%より優れた精度で実現します（図3）。

図3：AD-FXTOF1-EBZカメラモジュールは、VGA解像度と30fpsのフレームレートを持ち、物体検出とジェスチャ認識のための3D ToF深度知覚のハードウェアプラットフォームを提供することができます。（画像提供：Analog Devices）

プロセッサボードと組み合わせることで、AD-FXTOF1-EBCZを3Dソフトウェアやアルゴリズム開発に使用することが可能です。アプリケーション開発を簡素化するために、OpenCV、Python、MATLAB、Open3D、RoSラッパーを含むネイティブおよびホストソフトウェア開発キット（SDK）が提供されます。

IMUと開発ボード

方向と動きを検出する必要がある場合は、ADIS16500AMLZ高精度MEMS IMUを使用できます。これには、±2000度/秒（dps）のジャイロスコープ、±40gの加速度センサ、そして最適な性能を発揮するために必要なシグナルコンディショニングが含まれています。各センサは、様々な条件下での動作を保証するために、動的補正式を使用して工場で完全に較正されています。

ADIS16500/PCBZブレークアウトボードを使用すると、IMUアプリケーションの開発をスピードアップできます（図4）。ボードにはIMUと、2ミリメートル（mm）のリボンケーブルに嵌合する16ピンのヘッダが含まれています。ケーブルは、システム開発ボードに接続するために最大20cmの長さにすることができます。

図4：ADIS16500AMLZ高精度MEMS IMU用ADIS16500/PCBZブレークアウトボードは、アプリケーション開発を容易にします。（画像提供：Analog Devices）

サウンドソリューション

MAX98304EWL+Tは、モノラル3.2W、93%効率のD級アンプです。1 x 1mmパッケージで、AB級オーディオ性能を効率的に提供します。このアンプは、スペクトラム拡散変調とアクティブエミッション制限エッジレート制御回路を使用することにより、EN55022B EMI制限を満たすための外部フィルタやシールドが不要です。

関連するMAX98304EVKIT+評価キットは、差動またはシングルエンド入力で動作し、4オーム（Ω）負荷に3.2ワットを供給できる、完全に組み立てられテストされたボードを提供します。

まとめ

メタバース向けのコンパクトで効率的、かつ魅力的なHMIの開発を加速するために、さまざまなコンポーネント、評価プラットフォーム、開発キットが利用可能です。これらには、状況認識とジェスチャ認識のためのVCSELベースのカメラ、動作認識のためのIMUモジュール、効率的なオーディオをサポートするD級アンプなどが含まれます。