Виртуальная реальность вместе с нами!
30 июня 2015
Рубрика: Обзоры и мнения, Технологии.
Автор: .

vreal_30_06_2015

В последние годы все чаще и чаще мы слышим в разных видах и вариантах реальности. Самая яркая из них — это виртуальная реальность, a еще есть дополненная реальность и ее разновидность — наложенная реальность. Давайте попытаемся разобраться, что это за реальности и как том с вами с ними дальше жить!

Виртуальная реальность, это, по существу, искусственная реальность, электронная реальность, компьютерная модель реальности (англ. virtual reality, VR) — созданный техническими средствами мир (объекты и субъекты), передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Для создания убедительного комплекса ощущений реальности компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности производится в реальном времени.

Объекты виртуальной реальности обычно ведут себя близко к поведению аналогичных объектов материальной реальности. Пользователь может воздействовать на эти объекты в согласии с реальными законами физики (гравитация, свойства воды, столкновение с предметами, отражение и т.п.). Однако часто в развлекательных целях пользователям виртуальных миров позволяется больше, чем возможно в реальной жизни (например: летать, создавать любые предметы и т. п.).

Не следует путать виртуальную реальность с дополненной. Их коренное различие в том, что виртуальная конструирует новый искусственный мир, а дополненная реальность лишь вносит отдельные искусственные элементы в восприятие мира реального.

Системами «виртуальной реальности» называются устройства, которые более полно по сравнению с обычными компьютерными системами имитируют взаимодействие с виртуальной средой путем воздействия на все пять имеющихся у человека органов чувств.

Изображение
В настоящее время существует несколько основных типов систем, обеспечивающих формирование и вывод изображения в системах виртуальной реальности:

Шлем или очки виртуальной реальности
Современные шлемы виртуальной реальности представляют собой скорее очки, нежели шлем, и содержат один или несколько дисплеев, на которые выводятся изображения для левого и правого глаза, систему линз для корректировки геометрии изображения, а также систему трекинга, отслеживающую ориентацию устройства в пространстве. Как правило, системы трекинга для шлемов виртуальной реальности разрабатываются на основе гироскопов, акселерометров и магнитометров. Для систем этого типа важен широкий угол обзора, точность работы системы трекинга при отслеживании наклонов и поворотов головы пользователя, а также минимальная задержка между детектированием изменения положения головы в пространстве и выводом на дисплей соответствующего изображения.

MotionParallax3D-дисплеи
К устройствам этого типа относятся множество различных устройств: от некоторых смартфонов до комнат виртуальной реальности (CAVE). Системы данного типа формируют у пользователя иллюзию объемного объекта за счет вывода на один или несколько дисплеев специально сформированных проекций виртуальных объектов, сгенерированных, исходя из информации о положении глаз пользователя. При изменении положения глаз пользователя относительно дисплеев изображение на них соответствующим образом меняется. Все системы данного типа задействуют зрительный механизм восприятия объемного изображения параллакс движения (Motion Parallax). Также в большинстве своем они обеспечивают вывод стереоизображения с помощью стереодисплеев, задействуя стереоскопическое зрение. Системы трекинга для MotionParallax3D-дисплеев отслеживают координаты глаз пользователей в пространстве. Для этого используются различные технологии: оптическая (определение координат глаз пользователя на изображении с камеры, отслеживание активных или пассивных маркеров), существенно реже — ультразвуковая. Зачастую системы трекинга могут включать в себя дополнительные устройства: гироскопы, акселерометры и магнитометры. Для систем данного типа важна точность отслеживания положения пользователя в пространстве, а также минимальная задержка между детектированием изменения положения головы в пространстве и выводом на дисплеи соответствующего изображения. Системы данного класса могут выполняться в различных форм-факторах: от виртуальных комнат с полным погружением до экранов виртуальной реальности размером от трех дюймов.

Виртуальный ретинальный монитор
Устройства данного типа формируют изображение непосредственно на сетчатке глаза. В результате пользователь видит изображение, «висящее» в воздухе перед ним. Устройства данного типа ближе к системам дополненной реальности, поскольку изображения виртуальных объектов, которые видит пользователь, накладываются на изображения объектов реального мира. Тем не менее, при определенных условиях (темная комната, достаточно широкое покрытие сетчатки изображением, а также в сочетании с системой трекинга) устройства данного типа могут использоваться для погружения пользователя в виртуальную реальность.

Также существуют различные гибридные варианты: например, система CastAR, в которой получение корректной проекции изображения на плоскости достигается за счет расположения проекторов непосредственно на очках, а стереоскопическое разделение — за счет использования световозвращающего покрытия поверхности, на которую ведется проецирование. Но пока такие устройства широко не распространены и существуют лишь в виде прототипов.

vreal_30_06_2015_1

На данный момент самыми совершенными системами виртуальной реальности являются проекционные системы, выполненные в компоновке комнаты виртуальной реальности (CAVE). Такая система представляет собой комнату, на все стены которой проецируется 3D-стереоизображение. Положение пользователя, повороты его головы отслеживаются трекинговыми системами, что позволяет добиться максимального эффекта погружения. Данные системы активно используются в маркетинговых, военных, научных и других целях.

Звук
Многоканальная акустическая система производит локализацию источника звука, что позволяет пользователю ориентироваться в виртуальном мире с помощью слуха.

Имитация тактильных ощущений
Имитация тактильных или осязательных ощущений уже нашла свое применение в системах виртуальной реальности. Это так называемые устройства с обратной связью. Применяются для решения задач виртуального прототипирования и эргономического проектирования, создания различных тренажеров, медицинских тренажеров, дистанционном управлении роботами, в том числе микро- и наносистемах создания виртуальных скульптур.

Управление
С целью наиболее точного воссоздания контакта пользователя с окружением применяются интерфейсы пользователя, наиболее реалистично соответствующие моделируемым: компьютерный руль с педалями, рукояти управления устройствами, целеуказатель в виде пистолета и т.д.

vreal_30_06_2015_2

Для бесконтактного управления объектами используются как перчатки виртуальной реальности, так и отслеживание перемещений рук, осуществляемое с помощью видеокамер. Последнее обычно реализуется в небольшой зоне и не требует от пользователя дополнительного оборудования.

Перчатки виртуальной реальности могут быть составной частью костюма виртуальной реальности, отслеживающего изменение положения всего тела и передающего также тактильные, температурные и вибрационные ощущения.

Устройство для отслеживания перемещений пользователя может представлять собой свободно вращаемый шар, в который помещают пользователя, или осуществляться лишь с помощью подвешенного в воздухе или погруженного в жидкость костюма виртуальной реальности. Также разрабатываются технические средства для моделирования запахов.

Прямое подключение к нервной системе
Описанные выше устройства воздействуют на органы чувств человека, но данные могут передаваться и непосредственно нервным окончаниям, и даже напрямую в головной мозг посредством мозговых интерфейсов. Подобная технология применяется в медицине для замены утраченных чувствительных способностей, но пока она слишком дорога для повседневного применения и не достигает качества передачи данных, приемлемого для передачи виртуальной реальности. На этом же принципе основаны различные физиотерапевтические приборы и устройства, воспроизводящие ощущения реального мира в измененном состоянии сознания («Радиосон» и др.).

Компьютерные игры
Интерактивные компьютерные игры основаны на взаимодействии игрока с создаваемым ими виртуальным миром. Многие из них основаны на отождествлении игрока с персонажем игры, видимым или подразумеваемым.

Существует устоявшееся мнение, что качественная трехмерная графика обязательна для качественного приближения виртуального мира игры к реальности. Если виртуальный мир игры не отличается графической красотой, схематичен и даже двумерен, погружение пользователя в этот мир может происходить за счет захватывающего игрового процесса, характеристики которого индивидуальны для каждого пользователя.

vreal_30_06_2015_3

Существует целый класс игр-симуляторов какого-либо рода деятельности. Распространены авиасимуляторы, автосимуляторы, разного рода экономические и спортивные симуляторы, игровой мир которых моделирует важные для данного рода физические законы, создавая приближенную к реальности модель.

Специально оборудованные тренажеры и определенный вид игровых автоматов к выводу изображения и звука компьютерной игры/симулятора добавляют другие ощущения, такие как наклон мотоцикла или тряска кресла автомобиля. Подобные профессиональные тренажеры с соответствующими реальными средствами управления применяются для обучения пилотов.

Несоответствие команд интерфейса пользователя осуществляемым в игре действиям, его сложность могут мешать погружению в мир игры. С целью снять эту проблему используется не только компьютерная клавиатура и мышь, но и компьютерный руль с педалями, целеуказатель в виде пистолета и другие игровые манипуляторы.

Обучение
Виртуальная реальность применяется для обучения профессиям, где эксплуатация реальных устройств и механизмов связана с повышенным риском либо связана с большими затратами (пилот самолета, машинист поезда, диспетчер, водитель и т.п.).

История
До эры компьютерных технологий под виртуальностью понимали объект или состояние, которые реально не существуют, но могут возникнуть при определенных условиях.

Понятие искусственной реальности было впервые введено Майроном Крюгером (англ. Myron Krueger) в конце 1960-х. В 1964 году Станислав Лем в своей книге «Сумма Технологии» под термином «Фантомология» описывает задачи и суть ответа на вопрос «как создать действительность, которая для разумных существ, живущих в ней, ничем не отличалась бы от нормальной действительности, но подчинялась бы другим законам?». Первая система виртуальной реальности появилась в 1962 году, когда Мортон Хейлиг (англ. Morton Heilig) представил первый прототип мультисенсорного симулятора, который он называл «Сенсорама» (Sen-sorama). Сенсорама погружала зрителя в виртуальную реальность при помощи коротких фильмов, которые сопровождались запахами, ветром (при помощи фена) и шумом мегаполиса с аудиозаписи. В 1967 году Айвен Сазерленд (англ. Ivan Sutherland) описал и сконструировал первый шлем, изображение на который генерировалось при помощи компьютера. Шлем Сазерленда позволял изменять изображения соответственно движениям головы (зрительная обратная связь).

vreal_30_06_2015_4

В 1970-х годах компьютерная графика полностью заменила видеосъемку, до того использовавшуюся в симуляторах. Графика была крайне примитивной, однако важным было то, что тренажеры (это были симуляторы полетов) работали в режиме реального времени. Первой реализацией виртуальной реальности считается «Кинокарта Аспена» (Aspen Movie Map), созданная в Массачусетском технологическом институте в 1977 году. Эта компьютерная программа симулировала прогулку по городу Аспен, штат Колорадо, давая возможность выбрать между разными способами отображения местности. Летний и зимний варианты были основаны на реальных фотографиях.

В середине 1980-х появились системы, в которых пользователь мог манипулировать с трехмерными объектами на экране благодаря их отклику на движения руки. В 1989 году Джарон Ланьер ввел более популярный ныне термин «виртуальная реальность».

В фантастической литературе поджанра киберпанк виртуальная реальность есть способ общения человека с «киберпространством» — некой средой взаимодействия людей и машин, создаваемой в компьютерных сетях.

В данный момент технологии виртуальной реальности широко применяются в различных областях человеческой деятельности: проектировании и дизайне, добыче полезных ископаемых, военных технологиях, строительстве, тренажерах и симуляторах, маркетинге и рекламе, индустрии развлечений и т. д. Объем рынка технологий виртуальной реальности оценивается в 15 млрд. долларов в год.

vreal_30_06_2015_5

Философское понятие
Философия абстрагирует идею виртуальной реальности от ее технического воплощения. Виртуальную реальность можно толковать как совокупность моделируемых реальными процессами объектов, содержание и форма которых не совпадает с этими процессами. Существование моделируемых объектов сопоставимо с реальностью, но рассматривается обособленно от нее — виртуальные объекты существуют, но не как субстанции реального мира. В то же время эти объекты актуальны, а не потенциальны. «Виртуальность» (мнимость) реальности устанавливается по отношению к обуславливающей ее «основной» реальности. Виртуальные реальности могут быть вложены друг в друга. При завершении моделирующих процессов, идущих в «основной» реальности, виртуальная реальность исчезает.

Свойства
Независимо от реализации виртуальной реальности, в ней можно выделить следующие свойства (по Н. А. Носову):

  • порожденность (виртуальная реальность производится другой, внешней к ней реальностью);
  • актуальность (существует актуально, в момент наблюдения, «здесь и сейчас»);
  • автономность (имеет свои законы бытия, времени и пространства);
  • интерактивность (может взаимодействовать с другими реальностями, тем не менее, обладая независимостью).

По философской концепции С. С. Хоружего, компьютерную виртуальную реальность можно характеризовать как многомодусное бытие, то есть бытие, допускающее множество вариантов и сценариев развития событий.

vreal_30_06_2015_6

Виртуальная реальность становится реальностью и в Узбекистане
В конце мая этого года университет ИНХА в Ташкенте объявил о создании клуба виртуальной реальности VR-Club.

VR-клуб открыт только для студентов этого университета, которые заинтересованы в продвижении новейших компьютерных технологий, таких как: игры, анимация, фотография и создание видеороликов.

Основные темы деятельности клуба:

  • технологии виртуальной реальности с использованием платформ Oculus Rift и Google Cardboard;
  • приложения по развитию дополненной реальности (Augmented Reality App Development);
  • маркетинг и бизнес онлайн-приложений;
  • Ninja Programming;
  • 3D-моделирование, дизайн и анимация;
  • 3D и 360 Video Production;
  • интерактивные фильмы.

Каждый член клуба должен работать над проектом VR/AR, проводить исследования рынка, дизайн, разработку, тестирования, публикацию и маркетинг для своих собственных приложений.

vreal_30_06_2015_7

Планируются еженедельные встречи членов клуба (Meetups) с проведением презентаций проектов и семинаров по различным темам. Будут также онлайн-обсуждения в закрытой группе.

Шлематизация студентов ИНХА в Ташкенте
Шлемы виртуальной реальности все прочнее входят в нашу реальную жизнь. Напомним, что Facebook и Oculus VR работают над проектом Rift, Sony PlayStation готовит Project Morpheus, Google предлагает картонное решение — Cardboard. На первом заседании VR-клуба университета ИНХА в Ташкенте студенты активно изучали шлем виртуальной реальности Samsung Galaxy Gear VR.

На первом заседании клуба выступил Шахруз Аширов, руководитель студии Presence VR Studio.

На вопрос корреспондента infoCOM.UZ о перспективах VR-клуба ректор университета ИНХА в Ташкенте Шерзод Шерматов сказал: «Главной задачей VR-клуба является развитие у наших студентов способности к созданию перспективных проектов в этих новых направлениях. Мы привлекаем к сотрудничеству в VR-клубе ведущих отечественных специалистов. Творческий подход в таких новых направлениях, как виртуальная и дополненная реальность, даст нашим студентам еще больший импульс в становлении их как специалистов. Как говорится, от виртуальной реальности, к реальным знаниям».

Что такое дополненная реальность?
Дополненная реальность
(англ. augmented reality, AR — «расширенная реальность») — результат введения в поле восприятия любых сенсорных данных с целью дополнения сведений об окружении и улучшения восприятия информации.

vreal_30_06_2015_8

Дополненная реальность — воспринимаемая смешанная реальность (англ. mixed reality), создаваемая с использованием «дополненных» с помощью компьютера элементов воспринимаемой реальности (когда реальные объекты монтируются в поле восприятия).

Среди наиболее распространенных примеров дополнения воспринимаемой реальности — параллельная лицевой цветная линия, показывающая нахождение ближайшего полевого игрока к воротам при телевизионном показе футбольных матчей, стрелки с указанием расстояния от места штрафного удара до ворот, «нарисованная» траектория полета шайбы во время хоккейного матча и т. п.

Сам термин «дополненная реальность» предположительно был предложен исследователем корпорации Boeing Томом Коделом (англ. Tom Caudell) в 1990 году.

Существует несколько определений дополненной реальности: исследователь Рональд Азума (англ. Ronald Azuma) в 1997 году определил ее как систему, которая:

    1. совмещает виртуальное и реальное;
    2. взаимодействует в реальном времени;
    3. работает в 3D.

В 1994 году Пол Милгром (англ. Paul Milgram) и Фумио Кисино (англ. Fumio Kishino) описали континуум «виртуальность — реальность» (англ. Milgram’s Reality-Virtuality Continuum) — пространство между реальностью и виртуальностью, между которыми расположены дополненная реальность (ближе к реальности) и дополненная виртуальность (ближе к виртуальности). Дополненная реальность — результат добавления к воспринимаемым как элементы реального мира мнимых объектов (обычно в качестве вспомогательной информации).

Иногда в качестве синонимов используют термины «расширенная реальность», «улучшенная реальность», «обогащенная реальность», «увеличенная реальность».

vreal_30_06_2015_9

Существует множество программных продуктов для мобильных устройств, которые позволяют при помощи дополненной реальности получить необходимые сведения об окружении: браузеры дополненной реальности и специализированные программы для отдельных сервисов, компаний или даже единственных моделей. Само распространение дополненной реальности и нарастающая известность технологии среди потребителей связано с тем, что вычислительная мощность и набор датчиков в аппаратных платформах для смартфонов и планшетов позволяют производить наложение любых цифровых данных на получаемое в реальном времени со встроенных в устройства камер изображение. Часть решений в этой области воплощается в виде нательных компьютеров (в том числе в качестве элементов умной одежды) для постоянного контакта со средой дополненной реальности.

Корпорация Google работает над гарнитурой Project Glass, а Vuzix — над Smart Glasses M100. Аналогичные разработки ведут другие крупные компании (включая Canon с AR-очками для профессиональных дизайнеров MREAL), а также многие начинающие компании.

В современных лапароскопических операциях изображение на эндоскопе дополняется изображением, полученным во время интраоперативной ангиографии. Это позволяет хирургу точно знать, где находится опухоль внутри органа, и таким образом минимизировать потери здоровой ткани органа пациента во время операции по удалению опухоли.

Существуют компьютерные игры, производящие обработку видеосигнала с камеры и накладывающие на изображение окружающего мира дополнительные элементы. Например, в 2004 году была выпущена игра для мобильных телефонов с названием Mosquitos, отображающая на экране телефона изображение с расположенной позади него камеры, с наложенными на это изображение прицелом и огромными комарами, от которых «отстреливался» игрок.

В современном мире игры дополненной реальности получили широкое распространение на смартфонах и планшетах, а также игровых консолях.

Дополненная реальность активно используется в печатной продукции на Западе благодаря распространению так называемых браузеров дополненной реальности — в частности, Wikitude, Layar, blippAR и других. В газеты, буклеты, проспекты, журналы и даже географические карты помещаются изображения, служащие метками для последующей визуализации цифровых объектов. В роли дополняющей информации может выступать текст, изображения, видео, звук или трехмерные объекты, статичные или анимированные — фактически, абсолютно любые цифровые данные. С помощью специальных программ-браузеров, установленных на планшеты и смартфоны, пользователи сканируют метки, получая доступ к дополнительному контенту.

В периодике дополненная реальность чаще всего используется для визуализации рекламы, в качестве привлекающего внимание аудитории маркетингового инструмента. Однако встречаются проекты, направленные на решение социальных задач: показательным примером здесь выступает инициатива японской газеты Tokyo Shimbun, тексты которой при помощи мобильных устройств адаптируются для детского восприятия, что направлено на создание общего информационного поля у детей и их родителей и укрепление связей в семье.

Возможности дополненной реальности и сценарии ее применения очень и очень широкие. В недалеком будущем нам достаточно будет навести на любую остановку автобуса камеру смартфона или планшета и на экране будет выведен график движения автобусов. Наведя на любое историческое здание камеру смартфона, можно будет получить все данные о том, что это за здание, когда и кем построено и дана краткая историческая справка о нем.

Ходить в музеи станет еще интереснее, наведя камеру смартфона или планшета на любой экспонат, можно будет получить и видео, и аудио, и другую информацию о нем в реальном времени.

Редакция нашего журнала планирует в ближайшем номере продемонстрировать возможности дополненной реальности в печатном СМИ.

Orphus system
Подписывайтесь на канал infoCOM.UZ в Telegram, чтобы первыми узнавать об ИКТ новостях Узбекистана
В Telegram
В Одноклассники
ВКонтакте