バーチャル リアリティ (VR) テクノロジが登場してまだ数年しか経っていないように思えるかもしれません。

しかし、今日私たちが知っている VR システムとヘッドセットは、何十年にもわたって開発されてきました。 今日の VR システムの最も初期の先祖は、実際には 1957 年にさかのぼり、Martin Heilig がヘッドマウント立体テレビ デバイスの特許を申請しました。

それ以来、VR テクノロジーはゆっくりではありますが着実に進歩しています。 当初、開発者は真の没入型 VR 体験を作成するためのコンピューティング パワーを欠いていました。 その後、彼らがそれを手に入れると、平均的な消費者にとって持ち運び可能で手頃な価格にするための競争が始まりました.

それが私たちが今日いるところです。 HTC、Oculus、Valve、Sony などの企業は現在、商業的に実行可能な VR ハードウェアを提供しており、飛躍的に改善を続けています。 そのため、世界中の人々が VR に親しみ、それが何であるかを理解するようになりました。 しかし、ほとんどの人は、この技術の詳細をしっかりと把握していません。

バーチャル リアリティのテクニカル ガイド

それを改善するために、ここに仮想現実技術の基本的なテクニカル ガイドがあります。 それがどのように機能するか、機能させるために何が必要か、そしてテクノロジーが次にどこへ向かうのかを学びます。 飛び込みましょう。

仮想現実の科学的基礎

VR テクノロジーの核となる目的は 1 つだけです。設定や環境をリアルにシミュレートして、人間の脳をだまして現実として受け入れるようにすることです。 科学的な観点から言えば、それはすべて、私たちの脳が私たちが見たものをどのように解釈して、私たちの周りの世界の心象図を作成するかを理解することから始まります.

あまり詳しく説明しなくても、最も簡単な説明は、現実に対する私たちの認識は、経験をガイドとして使用して開発したルールに基づいているということです。 たとえば、空を見ると、どの方向が「上」であるかがわかります。 識別できるオブジェクトを見ると、それらの相対的なサイズを使用して距離を判断できます。 また、周囲の物体が投じる影を拾うことで光源を検出することもできます。

VR デザイナーは、これらの従来のルールを使用して、現実に対する私たちの精神的な期待に適合する仮想環境を作成できます。 その結果、「リアル」と解釈されるシームレスな体験が得られます。

バーチャル リアリティの技術的基礎

今日の商用 VR システムはすべて、仮想設定で可能な限り最高のユーザー エクスペリエンスを提供できるものを決定するために競合しています。 実際のところ、完全に没入型の体験を実現できるものはありません。その理由は単純です。テクノロジーが人間の視覚能力にまだ追いついていないからです。 現在の VR ヘッドセットがどこにあり、どこに到達しようとしているかの内訳は次のとおりです。

視野

技術的な観点から見ると、最大のハードルの 1 つは、人間が現在のヘッドセットで提供できるよりもはるかに広い視野 (FOV) を実現できるという事実です。 平均的な人間は、頭の周りに約 200 ～ 220 度の弧を描いて周囲の環境を見ることができます。 私たちの左右の目からの視力が重なり合うところには、およそ 114 度の弧があり、そこで 3D で見ることができます。

今日のヘッドセットは、その 114 度の 3D 空間に注意を向けて仮想環境を提供します。 ただし、平均的な人間の視野全体に対応できるヘッドセットはまだありません。 しかし現在、今日の VR ハードウェア設計者は、高性能 VR シミュレーションに理想的であると考えられている 180 度の FOV を可能にするデバイスを作成することを目指しています。

フレームレート

VR の世界では、仮想環境のフレーム レートをどのように処理するかということほど大きな意見の相違があるトピックはおそらくないでしょう。 それは、人間の視覚がその点でどれほど敏感であるかについて、本当の科学的コンセンサスがないからです. 物理的な観点からは、人間の目は 1 秒あたり 1000 フレーム (FPS) に相当するものを見ることができることがわかっています。 しかし、人間の脳は、視神経を介してそのような詳細を受け取ることはありません。 人間は最大 150 FPS のフレーム レートを識別できることを示唆する研究がありますが、それを超えると、情報は脳に送られる途中で変換されて失われます。

映画館で見る映画の場合、フレーム レートは 24 FPS です。 ただし、これは現実をシミュレートするようには設計されていません。 VR アプリケーションの場合、ほとんどの開発者は、60 FPS 未満の場合、ユーザーの方向感覚の喪失、頭痛、吐き気を引き起こす傾向があることを発見しました。 そのため、ほとんどの開発者は約 90 FPS の VR コンテンツの「スイート スポット」を目指しており、一部 (ソニーなど) は、使用中に 60 FPS を下回った場合、デバイスで実行するソフトウェアを認定しません。 ただし、今後はほとんどの VR ハードウェア開発者が 120 FPS 以上のフレーム レートを求めるようになるでしょう。これにより、ほとんどのアプリケーションでよりリアルな体験が得られるからです。

音響効果

VR のもう 1 つの重要な技術的側面は、デザイナーが効果音を使用して 3 次元空間の感覚をユーザーに伝える方法です。 今日、最先端の VR は、空間オーディオと呼ばれる技術に依存して、VR によって作成されたビジュアルと一致するシミュレートされたオーディオ ランドスケープを作成します。

よく設計されたコンサート ホールに座ったことがある人なら誰でも、空間内の位置や頭の向きによって、聞こえる音がどのように変化するかを知っているはずです。 空間オーディオは、VR デザイナーがヘッドフォンを介してバイノーラル (ステレオ) オーディオを生成し、その感覚を正確に模倣できる技術です。

現在の実装にはさまざまなものがありますが、それらはすべて、次のようないくつかの類似した特性を共有しています。

VR ヘッドセットの場合、ここで説明するオーディオ効果は、ユーザーの動きを考慮してリアルタイムで計算する必要があることを覚えておくことも重要です。 これに関して言えば、今日の VR ハードウェアはまだ可能性の表面をなぞり始めたばかりです。

頭と位置の追跡

VR の真の魔法は、ビジュアルやサウンドがどれだけ説得力があるかではなく (これらは重要な基本要素ですが)、ユーザーが自分の位置に合わせて仮想空間内を移動できるという事実から生まれます。 これが、VR ヘッドセットと単純なビデオ視聴用メガネのセットを区別するものです。

現在、VR アプリケーションで使用されている頭と位置の追跡には、自由度で測定される 3DoF と 6DoF の 2 種類があります。 Samsung Gear VR、Google の Daydream View、Oculus Go などのモバイル VR ヘッドセットは 3DoF を使用します。つまり、回転トラッキングのみが可能です。 彼らは、頭を左右に動かしたり、上を見たり下に見たり、頭を左右に傾けたりすることを知っています。 しかし、全身を動かしても、彼らはそれを拾いません。

対照的に、6DoF を使用するヘッドセットは、室内での着用者の位置と、頭が向いている方向を追跡できます。 これは、6DoF ヘッドセットが 3D 空間を完全に自律的に移動できることを意味し、これははるかに説得力のある VR 体験です。 その方法はプラットフォームごとに異なりますが、主な方法には赤外線ビーコンと連携したカメラ ベースの追跡が含まれる傾向があります。

仮想現実の向かう先

今日の VR テクノロジーは非常に進歩していますが、今後数年間でさらに改善されることは間違いありません。 開発が進むにつれて、強化された、よりリアルな FOV と、より優れた 3D オーディオを備えたハードウェアが見られるようになるはずです。 それだけで、VR の近い将来が楽しみになります。

また、現在のハードウェアから得られるものよりもはるかに優れたエクスペリエンスを実現する、VR の新しい改善も目前に迫っています。 その 1 つは、HaptX Gloves のような触覚フィードバック デバイスの使用です。これは、VR でユーザーが操作するオブジェクトにリアルなタッチ感覚を提供します。 もう 1 つは、中心窩レンダリングとして知られるグラフィックス技術です。これは、人間の目の限られた焦点を利用して、目が焦点を合わせている場所にのみ超高精細画像を提供することで、画像の作成に必要な計算能力を低下させます。

しかし、もっと重要なことは、VR が使用される可能性が高い新しい方法です。 教育分野における機械学習技術の進歩と並行して、没入型遠隔学習が初めて現実のものとなるでしょう。 外科医は高度な VR トレーニングの恩恵を受けて、患者の転帰を改善できます。 PTSD および関連する障害の治療を必要としている人々は、最終的に治癒する方法を手に入れます。

要するに、VR テクノロジは、さまざまな分野でその可能性を実現し始めたばかりです。 テクノロジーが成長するにつれて、有能なソフトウェア開発者、研究者、ビジネス リーダーが夢見るアプリケーションも成長します。 その観点から言えば、バーチャル リアリティの物語の始まりに近づいていると言っても過言ではありません.

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