Virtuální realita ( VR , anglicky virtual reality , VR , umělá realita ) je svět vytvořený technickými prostředky , přenášený na člověka prostřednictvím jeho smyslů : zraku, sluchu, hmatu a dalších. Virtuální realita simuluje expozici i reakce na expozici. Pro vytvoření přesvědčivého souboru vjemů reality se v reálném čase provádí počítačová syntéza vlastností a reakcí virtuální reality .
Objekty virtuální reality se obvykle chovají blízko chování podobných objektů hmotné reality. Uživatel může tyto objekty ovlivňovat v souladu se skutečnými fyzikálními zákony (gravitace, vlastnosti vody, kolize s objekty, odraz atd.). Často je však pro účely zábavy uživatelům virtuálních světů povoleno více, než je možné v reálném životě (například: létat, vytvářet jakékoli předměty atd.) [1] .
Virtuální realita by neměla být zaměňována s rozšířenou realitou . Jejich zásadní rozdíl je v tom, že virtuální realita konstruuje nový umělý svět, zatímco rozšířená realita pouze vnáší jednotlivé umělé prvky do vnímání světa skutečného.
Systémy "virtuální reality" se nazývají zařízení, která plněji než konvenční počítačové systémy napodobují interakci s virtuálním prostředím tím, že ovlivňují všech pět lidských smyslů .
Výzkumníci [2] [3] [4] rozlišují čtyři hlavní skupiny rozhraní: pro modelování a vývoj, grafická, rozhraní založená na motorických dovednostech uživatele a senzomotorická rozhraní.
Rozhraní pro modelování a vývoj jsou zase klasifikována následovně [2] [3] :
Mezi dotyková rozhraní patří [2] [3] :
Rozhraní založená na motorických dovednostech uživatele se dělí na [2] [3] :
Senzomotorická rozhraní jsou příkazová rozhraní se zpětnou vazbou, ve kterých se k ovládání používají různé typy manipulátorů, joysticky , rukavice pro virtuální realitu, exoskeletony . [2] [3]
V současné době existuje několik hlavních typů systémů, které poskytují tvorbu a zobrazování obrázků v systémech virtuální reality:
Helma pro virtuální realituModerní helmy pro virtuální realitu ( angl. HMD-display ) jsou spíše brýle než helma a obsahují jeden nebo více displejů, které zobrazují obrazy pro levé a pravé oko, systém čoček pro korekci geometrie obrazu a sledovací systém, který sleduje orientační zařízení. ve vesmíru. Sledovací systémy pro helmy pro virtuální realitu jsou zpravidla vyvíjeny na bázi gyroskopů , akcelerometrů a magnetometrů . U systémů tohoto typu je důležitý široký pozorovací úhel, přesnost sledovacího systému při sledování náklonů a otočení hlavy uživatele a minimální prodleva mezi detekcí změny polohy hlavy v prostoru a zobrazením odpovídajícího obrazu. .
MotionParallax3D zobrazujeZařízení tohoto typu zahrnují mnoho různých zařízení, od některých chytrých telefonů až po místnosti virtuální reality ( CAVE ). Systémy tohoto typu vytvářejí pro uživatele iluzi trojrozměrného objektu zobrazením speciálně vytvořených projekcí virtuálních objektů generovaných na základě informace o poloze očí uživatele na jednom nebo více displejích. Když se změní poloha očí uživatele vzhledem k displejům, změní se odpovídajícím způsobem i obraz na nich. Všechny systémy tohoto typu využívají vizuální mechanismus pro vnímání trojrozměrného obrazu , pohybovou paralaxu . Z velké části také poskytují výstup stereo obrazu pomocí stereo displejů a stereoskopického vidění . Sledovací systémy pro displeje MotionParallax3D sledují souřadnice očí uživatelů v prostoru. K tomu se používají různé technologie: optické (určení souřadnic očí uživatele na obrázku z kamery, sledování aktivních nebo pasivních značek), mnohem méně často - ultrazvukové. Sledovací systémy mohou často obsahovat další zařízení: gyroskopy , akcelerometry a magnetometry . U systémů tohoto typu je důležitá přesnost sledování polohy uživatele v prostoru a také minimální prodleva mezi detekcí změny polohy hlavy v prostoru a zobrazením odpovídajícího obrázku. Systémy této třídy lze implementovat v různých formách – faktorech: od virtuálních místností s úplným ponořením až po obrazovky virtuální reality od velikosti tří palců.
Virtuální monitor sítniceZařízení tohoto typu promítají obraz přímo na sítnici. Výsledkem je, že uživatel před sebou vidí ve vzduchu „viset“ obraz. Zařízení tohoto typu jsou blíže systémům rozšířené reality, protože obrazy virtuálních objektů, které uživatel vidí, se překrývají s obrazy objektů v reálném světě. Za určitých podmínek (tmavá místnost, dostatečně široké pokrytí sítnicovým obrazem a v kombinaci se sledovacím systémem) však lze zařízení tohoto typu použít k ponoření uživatele do virtuální reality.
Existují také různé hybridní možnosti: například systém CastAR, ve kterém je získání správné projekce obrazu na rovinu dosaženo umístěním projektorů přímo na brýle, a stereoskopické separace pomocí reflexního povlaku na povrchu. na které se projekce provádí. Ale zatím taková zařízení nejsou široce distribuována a existují pouze ve formě prototypů.
V současné době jsou nejpokročilejšími systémy virtuální reality projekční systémy vyrobené v uspořádání místnosti virtuální reality (CAVE). Takovým systémem je místnost, na jejíž všechny stěny se promítá 3D stereo obraz. Poloha uživatele, otáčky jeho hlavy jsou sledovány sledovacími systémy , což umožňuje dosáhnout maximálního účinku ponoření. Tyto systémy jsou aktivně využívány pro marketingové, vojenské, vědecké a další účely.
Vícekanálový akustický systém umožňuje lokalizaci zdroje zvuku , což uživateli umožňuje navigaci ve virtuálním světě pomocí sluchu .
Simulace hmatových nebo hmatových vjemů již našla své uplatnění v systémech virtuální reality. Jedná se o takzvaná zpětnovazební zařízení .
Používají se k řešení problémů virtuálního prototypování a ergonomického designu, vytváření různých simulátorů, lékařských simulátorů, dálkového ovládání robotů včetně mikro- a nano-, systémů pro tvorbu virtuálních soch.
Také schopnost simulovat hmatové vjemy našla své uplatnění v herním poli. [5]
Rukavice pro virtuální realituVR rukavice byly vytvořeny UC San Diego pomocí technologie měkkých robotů. Autorem projektu je Michael Tolley, profesor strojního inženýrství na School of Engineering. Jacobs (Jacobs School of Engineering) z výše uvedené univerzity.
Rukavice poskytují hmatovou zpětnou vazbu při interakci s objekty VR a byly úspěšně testovány na simulátoru virtuálního klavíru s virtuální klávesnicí. Na rozdíl od podobných rukavic jsou tyto rukavice vyrobeny z měkkého exoskeletu vybaveného měkkými svaly určenými pro roboty, díky čemuž jsou mnohem lehčí a pohodlnější při používání. Dotykový systém se skládá ze tří hlavních součástí:
Plánuje se, že rukavice pro virtuální realitu najdou uplatnění nejen ve videohrách a digitální zábavě, ale také v chirurgii.
Mezi hlavní možné scénáře interakce uživatele s rozhraním VR patří následující [2] [6] :
Aby bylo možné co nejpřesněji znovu vytvořit kontakt uživatele s okolím , používají se uživatelská rozhraní , která nejrealističtěji odpovídají simulovaným: počítačový volant s pedály , ovládací rukojeti zařízení , označení cíle v podobě pistole atd.
Pro bezdotykové ovládání objektů slouží jak rukavice pro virtuální realitu , tak sledování pohybu rukou, prováděné pomocí videokamer. Ten je obvykle realizován na malé ploše a nevyžaduje od uživatele další vybavení. [7]
Rukavice pro virtuální realitu mohou být nedílnou součástí obleku pro virtuální realitu , který sleduje změnu polohy celého těla a přenáší také hmatové , teplotní a vibrační vjemy .
Zařízení pro sledování pohybů uživatele může být volně rotující koule, ve které je uživatel umístěn, nebo prováděn pouze pomocí obleku pro virtuální realitu zavěšeného ve vzduchu nebo ponořeného do kapaliny. Vyvíjejí se také technické nástroje pro modelování pachů . [osm]
Technologie řízení pohybu očí Mise-Unseen společnosti Microsoft umožňuje ovládat virtuální svět a manipulovat s virtuálními objekty pomocí pohybů očních bulv. [5] [9]
Při návrhu rozhraní systému VR mějte na paměti, že běžná interakce s ním může být obtížná v případech, kdy uživatel již pracuje ve virtuálním prostředí. Například je možný scénář, kdy uživatel tréninkové aplikace pro virtuální realitu drží v rukou nějaký nástroj a studuje jeho možnosti a jak jej používat. V tomto případě může být pro uživatele nepohodlné nebo dokonce nemožné vyvolat pomoc pro tento nástroj, protože jeho ruce jsou již zaneprázdněny. V takových aplikacích je nutné zajistit podporu pro hlasové ovládání, poskytované pomocí speciálních vestavěných mikrofonů. Alternativou může být i ovládání pomocí gest. [2] [10]
Výše popsaná zařízení působí na lidské smysly , ale data mohou být přenášena také přímo do nervových zakončení, a dokonce přímo do mozku prostřednictvím mozkových rozhraní [11] . Podobná technologie se používá v medicíně k náhradě ztracených smyslových schopností [11] , ale zatím je pro každodenní použití příliš drahá a nedosahuje kvality přenosu dat přijatelné pro přenos virtuální reality. Na stejném principu jsou založeny různé fyzioterapeutické přístroje a přístroje, které reprodukují vjemy skutečného světa ve změněném stavu vědomí („Radioson“ atd.).
Interaktivní počítačové hry jsou založeny na interakci hráče s virtuálním světem, který vytvářejí. Mnohé z nich jsou založeny na identifikaci hráče s herní postavou, ať už viditelné nebo implikované.
Je zažitý názor, že pro kvalitní přiblížení virtuálního světa hry realitě je potřeba kvalitní trojrozměrná grafika . Pokud se virtuální svět hry neliší v grafické kráse, je schematický a dokonce dvourozměrný, může dojít k ponoření uživatele do tohoto světa díky vzrušující hře (viz flow ), jejíž vlastnosti jsou u každého uživatele individuální.
Existuje celá třída simulačních her jakéhokoli druhu činnosti. Rozšířené jsou letecké simulátory , automobilové simulátory, různé druhy ekonomických a sportovních simulátorů , jejichž herní svět modeluje fyzikální zákony důležité pro tento druh a vytváří model blízký realitě. Rozšířily se atrakce virtuální reality , simulátory extrémních vjemů, kde nemusíte riskovat svůj život nebo získávat speciální dovednosti, abyste mohli létat na závěsném kluzáku nebo sjíždět svah na horských lyžích .
Speciálně vybavené simulátory a určitý typ herních strojů dodávají obrazovému a zvukovému výstupu počítačové hry / simulátoru další vjemy, jako je naklánění motorky nebo třesení autosedačky. Pro výcvik pilotů se používají obdobné profesionální simulátory s odpovídajícím reálným ovládáním .
Nekonzistence příkazů uživatelského rozhraní s akcemi prováděnými ve hře, její složitost může narušit ponoření se do herního světa. K odstranění tohoto problému se používá nejen počítačová klávesnice a myš , ale také počítačový volant s pedály , označení cíle v podobě světelné zbraně a další herní manipulátory .
Virtuální realita slouží k výcviku profesí, kde je provoz skutečných zařízení a mechanismů spojen s nebezpečnými pracovními podmínkami, zvýšeným rizikem nebo vysokými náklady (pilot letadla, strojvedoucí, dispečer, řidič, báňský záchranář atd.).
Během několika posledních let byla „virtualita“ ve vzdělávání uznávána jako mocný a účinný nástroj na podporu učení. Virtuální světy zejména umožňují provádět specifické úkoly v různých „nastaveních“ vytvořených jako scénáře pro specifické účely učení [12] .
Case Western Reserve University souhlasila s implementací technologie rozšířené reality společnosti Microsoft do vzdělávání studentů. [13]
Podle průzkumu provedeného na konci roku 2015 přibližně 66 % respondentů na otázku očekávání od virtuální reality uvedlo, že pravděpodobně nebo určitě chtějí vyzkoušet všechny formy interaktivní zábavy, včetně kina, televize nebo jiných videoproduktů [14][ význam skutečnosti? ]
Technologie virtuální reality je nedílnou součástí čtvrté průmyslové revoluce . Používá se na montážních linkách. [patnáct]
Ve stavebnictví se virtuální a rozšířená realita rozvíjí dvěma směry:
Před érou výpočetní techniky [16] , byla virtualita chápána jako objekt či stav, který reálně neexistuje, ale za určitých podmínek může vzniknout [17] .
Koncept umělé reality poprvé představil Myron Krueger koncem 60. let 20. století . V roce 1964 Stanislav Lem ve své knize „ Součet technologií “ pod pojmem „ Fantomologie “ popisuje úkoly a podstatu odpovědi na otázku „jak vytvořit realitu, která by se pro inteligentní bytosti v ní žijící v ničem nelišila. daleko od normální reality, ale podléhalo by to jiným zákonům?" První systém virtuální reality se objevil v roce 1962 , kdy Morton Heilig představil první prototyp multismyslového simulátoru, který nazval „Sensorama“ (Sensorama) . Sensorama vtáhla diváka do virtuální reality pomocí krátkých filmů, které byly doprovázeny pachy, větrem (pomocí fénu) a hlukem metropole ze zvukového záznamu. V roce 1967 Ivan Sutherland popsal a navrhl první počítačově generovanou helmu . Sutherlandova helma umožňovala, aby se obrazy měnily podle pohybů hlavy (vizuální zpětná vazba).
V 70. letech minulého století počítačová grafika zcela nahradila videozáznam dříve používaný v simulacích. Grafika byla extrémně primitivní, ale důležité bylo, že simulátory (to byly letecké simulátory) fungovaly v reálném čase. Za první implementaci virtuální reality je považována " Aspen Cinematography " , vytvořená na Massachusetts Institute of Technology v roce 1977 . Tento počítačový program simuloval procházku městem Aspen v Coloradu a dával možnost vybrat si mezi různými způsoby zobrazení oblasti. Letní a zimní možnosti byly založeny na skutečných fotografiích.
V polovině 80. let se objevily systémy, ve kterých mohl uživatel manipulovat s trojrozměrnými objekty na obrazovce díky jejich reakci na pohyby rukou. V roce 1989 vytvořil Jaron Lanier dnes populárnější termín „virtuální realita“. Ve sci-fi literatuře subžánru kyberpunk je virtuální realita způsob, jakým člověk komunikuje s „ kyberprostorem “ – druhem prostředí pro interakci lidí a strojů vytvořených v počítačových sítích.
V současné době jsou technologie virtuální reality široce využívány v různých oblastech lidské činnosti: strojírenství a design, těžba, vojenská technika, stavebnictví, simulátory a simulátory, marketing a reklama, zábavní průmysl atd. Objem trhu s technologiemi virtuální reality byla odhadnuta[ kdy? ] na 15 miliard dolarů ročně [18] .
Filosofie abstrahuje myšlenku virtuální reality od její technické realizace. Virtuální realitu lze interpretovat jako soubor objektů modelovaných reálnými procesy [19] , jejichž obsah a forma se s těmito procesy neshodují. Existence simulovaných objektů je srovnatelná s realitou, ale je uvažována odděleně od ní – virtuální objekty existují, ale ne jako substance reálného světa. Tyto objekty jsou zároveň aktuální, nikoli potenciální. „ Virtualita “ (představy, falešné zdání) reality se ustavuje ve vztahu k „základní“ realitě, která ji určuje. Virtuální reality lze do sebe vnořovat. [20] Na konci modelovacích procesů probíhajících v „hlavní“ realitě virtuální realita mizí. [21]
Bez ohledu na implementaci virtuální reality v ní lze rozlišit následující vlastnosti (podle N. A. Nosova ) [22] [23] :
Podle filozofického konceptu S. S. Khoruzhyho lze počítačovou virtuální realitu charakterizovat jako multimodální bytost, tedy bytost, která umožňuje mnoho možností a scénářů vývoje událostí [22] [24] .
Pobyt ve virtuální realitě je spojen s funkční poruchou zvanou cybersickness [25] (anglicky, cybersickness). Příznaky kybernemoci jsou: nevolnost, bolest hlavy, bledost, sucho v ústech, dezorientace, zvracení [26] . Kybernetická nemoc nastává, když uživatel vizuálně vnímá, že se pohybuje ve virtuálním prostředí, přestože je fyzicky nehybný. Proto použití standardního ovládacího zařízení, jako je myš nebo klávesnice, může vést ke kybernetické nemoci tím, že způsobí konflikt ve smyslovém systému. V takových případech se využívá pohyb ve virtuálním prostředí konstantní rychlostí ve směru pohledu uživatele, případně alternativně teleportace. [2]
Rozšířená realita je přidání imaginárních objektů k pocitům přicházejícím z reálného světa, obvykle má pomocnou informativní vlastnost. V západní vědecké komunitě se tomuto směru dostalo ustálené terminologie – angličtiny. Rozšířená realita, AR . V jádru se jedná o fenomén související s umělou realitou.
Známým příkladem rozšířené reality je označení cíle na přilbě ve stíhacích letounech ( Su-27 atd.), zobrazující dodatečné informace na čelním skle automobilu.
Slovníky a encyklopedie | ||||
---|---|---|---|---|
|