Potrebbe sembrare che la tecnologia della realtà virtuale (VR) esista solo da pochi anni.

Tuttavia, i sistemi VR e le cuffie che conosciamo oggi sono in fase di sviluppo da decenni. Il primo capostipite degli odierni sistemi VR risale in realtà al 1957 con un brevetto depositato da Martin Heilig per un dispositivo televisivo stereoscopico montato sulla testa.

Negli anni successivi, la tecnologia VR ha fatto progressi lenti ma costanti. All'inizio, agli sviluppatori mancava la potenza di calcolo per creare un'esperienza VR reale e coinvolgente. Quindi, una volta che l'hanno avuto, è iniziata la corsa per renderlo portatile e conveniente per il consumatore medio.

Ecco dove siamo oggi. Aziende come HTC, Oculus, Valve e Sony ora offrono hardware VR commercialmente valido che continua a migliorare a passi da gigante. Per questo motivo, le persone in tutto il mondo ora hanno familiarità con la realtà virtuale e capiscono di cosa si tratta. La maggior parte, tuttavia, non ha una solida conoscenza delle specifiche della tecnologia.

Una guida tecnica alla realtà virtuale

Per rimediare, ecco una guida tecnica di base alla tecnologia della realtà virtuale. Imparerai come funziona, cosa serve per farlo funzionare e dove potrebbe andare la tecnologia dopo. Immergiamoci.

Le basi scientifiche della realtà virtuale

Al suo interno, la tecnologia VR ha un solo scopo: simulare impostazioni e ambienti in modo abbastanza realistico da ingannare il cervello umano facendoli accettare come realtà. Da un punto di vista scientifico, tutto inizia con la comprensione di come il nostro cervello interpreta le cose che vediamo per sviluppare un'immagine mentale del mondo che ci circonda.

Senza entrare troppo nei dettagli, la spiegazione più semplice è che la nostra percezione della realtà si basa su regole che sviluppiamo usando le nostre esperienze come guida. Ad esempio, quando vediamo il cielo, ci dice quale direzione è "in alto". Quando vediamo oggetti che possiamo identificare, possiamo usare le loro dimensioni l'uno rispetto all'altro per giudicare la distanza. Possiamo anche rilevare le fonti di luce captando le ombre proiettate dagli oggetti intorno a noi.

I progettisti di realtà virtuale possono utilizzare queste regole convenzionali per creare ambienti virtuali conformi alle nostre aspettative mentali sulla realtà. Quando lo fanno, il risultato è un'esperienza senza soluzione di continuità che interpretiamo come "reale".

Le basi tecniche della realtà virtuale

I sistemi VR commerciali di oggi sono tutti in competizione per determinare quale può fornire la migliore esperienza utente possibile in un ambiente virtuale. In verità, nessuno di loro è capace di un'esperienza completamente immersiva, per un motivo molto semplice: la tecnologia non ha ancora raggiunto le capacità della visione umana. Ecco una ripartizione di dove si trovano i visori VR di oggi e dove stanno cercando di raggiungere.

Campo visivo

Da un punto di vista tecnico, uno dei maggiori ostacoli è il fatto che gli esseri umani sono capaci di un campo visivo (FOV) molto più ampio di quello che possono fornire le cuffie odierne. Un essere umano medio può vedere l'ambiente che lo circonda in un arco di circa 200-220 gradi intorno alla sua testa. Dove la vista dei nostri occhi sinistro e destro si sovrappone c'è un arco di circa 114 gradi, dove possiamo vedere in 3D.

Le cuffie di oggi concentrano la loro attenzione su quello spazio 3D a 114 gradi per fornire i loro ambienti virtuali. Nessuna cuffia, tuttavia, può ancora ospitare l'intero campo visivo dell'essere umano medio. In questo momento, tuttavia, i progettisti di hardware VR di oggi puntano a creare dispositivi che consentano un FOV di 180 gradi, considerato l'ideale per una simulazione VR ad alte prestazioni.

Frequenza dei fotogrammi

Nel mondo della realtà virtuale, forse non c'è argomento di disaccordo più grande di come affrontare i frame rate degli ambienti virtuali. Questo perché non c'è un vero consenso scientifico su quanto sia sensibile la visione umana a questo riguardo. Da un punto di vista fisico, sappiamo che gli occhi umani possono vedere fino all'equivalente di 1000 fotogrammi al secondo (FPS). Il cervello umano, tuttavia, non riceve mai tali dettagli tramite il nervo ottico. Ci sono stati studi che hanno suggerito che gli esseri umani possono discernere frame rate fino a 150 FPS, ma oltre a ciò, le informazioni vengono perse durante la traduzione sulla strada per il cervello.

Per un film che vedi in un cinema, il frame rate è di 24 FPS. Questo, tuttavia, non è progettato per simulare la realtà. Per le applicazioni VR, la maggior parte degli sviluppatori ha scoperto che qualsiasi cosa inferiore a 60 FPS tende a causare disorientamento, mal di testa e nausea nell'utente. Per questo motivo, la maggior parte degli sviluppatori punta a un contenuto VR "sweet spot" di circa 90 FPS e alcuni (come Sony) non certificheranno il software per l'esecuzione sui propri dispositivi se scendono al di sotto di 60 FPS in qualsiasi momento durante l'uso. Andando avanti, tuttavia, la maggior parte degli sviluppatori di hardware VR inizierà a spingere per un frame rate di 120 FPS o più, poiché ciò fornirà un'esperienza più realistica per la maggior parte delle applicazioni.

Effetti sonori

Un altro aspetto tecnico cruciale della realtà virtuale è il modo in cui i designer utilizzano gli effetti sonori per trasmettere all'utente un senso di spazio tridimensionale. Oggi, la VR all'avanguardia si basa su una tecnologia chiamata audio spaziale per creare un paesaggio audio simulato che corrisponda alle immagini create dalla VR.

Chiunque si sia mai seduto in una sala da concerto ben progettata dovrebbe avere familiarità con il modo in cui i suoni che sentiamo possono variare in base a dove ci troviamo all'interno di uno spazio e anche in che modo giriamo la testa. L'audio spaziale è una tecnica con cui i progettisti di realtà virtuale possono produrre audio binaurale (stereo) attraverso un set di cuffie che imita esattamente quella sensazione.

Ci sono una varietà di implementazioni attuali, ma condividono tutte alcune caratteristiche simili, tra cui:

È anche importante ricordare che per un visore VR, gli effetti audio qui descritti devono essere calcolati in tempo reale per tenere conto del movimento dell'utente. Quando si tratta di questo, l'hardware VR di oggi sta ancora iniziando a grattare la superficie di ciò che è possibile.

Tracciamento della testa e della posizione

La vera magia della realtà virtuale non deriva da quanto siano convincenti le immagini o il suono (sebbene siano elementi fondamentali fondamentali), ma deriva dal fatto che gli utenti possono muoversi all'interno di uno spazio virtuale che si adatta alla loro posizione. È ciò che separa un visore VR da un semplice set di occhiali per la visualizzazione di video.

Al momento, ci sono due tipi di rilevamento della testa e della posizione in uso per le applicazioni VR, misurati in gradi di libertà: 3DoF e 6DoF. I visori VR mobili come Samsung Gear VR, Daydream View di Google e Oculus Go utilizzano 3DoF, il che significa che sono in grado di eseguire solo il tracciamento rotazionale. Sanno quando giri la testa a sinistra e a destra, guardi in alto o in basso o inclini la testa da una parte o dall'altra. Se muovi tutto il tuo corpo, però, non lo raccoglieranno.

Le cuffie che utilizzano 6DoF, al contrario, possono tracciare la posizione di chi le indossa all'interno della stanza, nonché la direzione in cui è puntata la testa. Ciò significa che le cuffie 6DoF possono consentire movimenti completamente autonomi attraverso uno spazio 3D, che è un'esperienza VR molto più convincente. Il modo in cui viene eseguito varia da piattaforma a piattaforma, ma i metodi principali tendono a includere il tracciamento basato su telecamera insieme a raggi di luce a infrarossi.

Dove è diretta la realtà virtuale

Per quanto avanzata sia la tecnologia VR di oggi, è destinata a migliorare molto nei prossimi anni. Man mano che gli sviluppi continuano, dovremmo iniziare a vedere hardware con un FOV migliorato e più realistico e un audio 3D migliore da abbinare. Questo da solo rende eccitante il futuro a breve termine della realtà virtuale.

Stiamo anche per vedere nuovi miglioramenti alla VR che renderanno l'esperienza di gran lunga migliore di quella che puoi ottenere dall'hardware di oggi. Uno di questi è l'uso di dispositivi di feedback tattile come i guanti HaptX, che forniscono sensazioni tattili realistiche per gli oggetti con cui gli utenti interagiscono in VR. Un'altra è una tecnica grafica nota come rendering foveato, che sfrutta il punto focale limitato dell'occhio umano per fornire immagini ad altissima definizione solo dove i nostri occhi sono focalizzati, riducendo così la potenza di calcolo richiesta per creare l'immagine.

Ciò che è più importante, tuttavia, sono i nuovi modi in cui è probabile che venga utilizzata la realtà virtuale. I progressi paralleli nella tecnologia di apprendimento automatico nel campo dell'istruzione renderanno per la prima volta una realtà l'apprendimento a distanza immersivo. I chirurghi beneficeranno di una formazione avanzata sulla realtà virtuale per migliorare i risultati dei pazienti. Coloro che hanno bisogno di cure per il disturbo da stress post-traumatico e i disturbi correlati avranno finalmente un modo per guarire.

La conclusione qui è che la tecnologia VR sta appena iniziando a realizzare il suo potenziale in una varietà di campi. Con la crescita della tecnologia, cresceranno anche le applicazioni che gli sviluppatori di software di talento, i ricercatori e i leader aziendali sognano per essa. Da questo punto di vista, è giusto dire che siamo molto più vicini all'inizio della storia della realtà virtuale che alla conclusione – e ci saranno sviluppi molto più sorprendenti a venire.

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