Może się wydawać, że technologia wirtualnej rzeczywistości (VR) istnieje dopiero od kilku krótkich lat.

Jednak systemy VR i zestawy słuchawkowe, które znamy dzisiaj, są rozwijane od dziesięcioleci. Najwcześniejszy protoplasta dzisiejszych systemów VR pochodzi z 1957 roku, kiedy to Martin Heilig zgłosił patent na stereoskopowe urządzenie telewizyjne montowane na głowie.

Od tamtej pory technologia VR robiła powolny, ale stały postęp. Początkowo programistom brakowało mocy obliczeniowej, aby stworzyć prawdziwie wciągające wrażenia VR. Potem, gdy już go mieli, rozpoczął się wyścig, aby był przenośny i przystępny cenowo dla przeciętnego konsumenta.

Oto gdzie jesteśmy dzisiaj. Firmy takie jak HTC, Oculus, Valve i Sony oferują teraz opłacalny komercyjnie sprzęt VR, który stale się poprawia. Z tego powodu ludzie na całym świecie znają VR i rozumieją, co to jest. Większość jednak nie ma silnego zrozumienia specyfiki technologii.

Przewodnik techniczny po wirtualnej rzeczywistości

Aby temu zaradzić, oto podstawowy przewodnik techniczny po technologii rzeczywistości wirtualnej. Dowiesz się, jak to działa, czego potrzeba, aby działało i dokąd technologia może się udać. Zanurzmy się.

Naukowe podstawy wirtualnej rzeczywistości

Zasadniczo technologia VR ma tylko jeden cel: symulować ustawienia i środowiska na tyle realistycznie, aby oszukać ludzki mózg i zaakceptował je jako rzeczywistość. Z naukowego punktu widzenia wszystko zaczyna się od zrozumienia, jak nasze mózgi interpretują rzeczy, które widzimy, aby stworzyć mentalny obraz otaczającego nas świata.

Bez zbytniego wchodzenia w szczegóły, najprostszym wyjaśnieniem jest to, że nasze postrzeganie rzeczywistości opiera się na zasadach, które opracowujemy na podstawie naszych doświadczeń jako przewodnika. Na przykład, gdy widzimy niebo, mówi nam, który kierunek jest „w górę”. Kiedy widzimy obiekty, które możemy zidentyfikować, możemy użyć ich wielkości względem siebie, aby ocenić odległość. Źródła światła możemy również wykryć, wychwytując cienie rzucane przez otaczające nas obiekty.

Projektanci VR mogą wykorzystać te konwencjonalne zasady do tworzenia wirtualnych środowisk, które odpowiadają naszym mentalnym oczekiwaniom rzeczywistości. Kiedy tak się dzieje, rezultatem jest płynne doświadczenie, które interpretujemy jako „prawdziwe”.

Podstawy techniczne wirtualnej rzeczywistości

Wszystkie dzisiejsze komercyjne systemy VR konkurują, aby określić, które mogą zapewnić najlepsze możliwe wrażenia użytkownika w środowisku wirtualnym. W rzeczywistości żaden z nich nie jest w stanie zapewnić całkowicie wciągających wrażeń z jednego bardzo prostego powodu: technologia nie dogoniła możliwości ludzkiego wzroku – jeszcze. Oto zestawienie tego, gdzie znajdują się dzisiejsze gogle VR i dokąd starają się dotrzeć.

Pole widzenia

Z technicznego punktu widzenia jedną z największych przeszkód jest fakt, że ludzie są w stanie uzyskać znacznie szersze pole widzenia (FOV) niż mogą zapewnić dzisiejsze zestawy słuchawkowe. Przeciętny człowiek widzi otaczające go środowisko pod kątem około 200 do 220 stopni wokół głowy. Tam, gdzie wzrok naszego lewego i prawego oka nakłada się na siebie, znajduje się około 114-stopniowy łuk, dzięki któremu możemy zobaczyć w 3D.

Dzisiejsze zestawy słuchawkowe skupiają swoją uwagę na tej 114-stopniowej przestrzeni 3D, aby zapewnić ich wirtualne środowiska. Jednak żaden zestaw słuchawkowy nie może jeszcze pomieścić pełnego pola widzenia przeciętnego człowieka. Jednak w tej chwili dzisiejsi projektanci sprzętu VR dążą do stworzenia urządzeń, które pozwolą na 180-stopniowe pole widzenia, co jest uważane za idealne do wysokowydajnej symulacji VR.

Częstotliwość wyświetlania klatek

W świecie VR prawdopodobnie nie ma większego tematu sporu niż kwestia radzenia sobie z szybkością klatek w środowiskach wirtualnych. To dlatego, że nie ma prawdziwego naukowego konsensusu co do wrażliwości ludzkiego wzroku pod tym względem. Z fizycznego punktu widzenia wiemy, że ludzkie oczy mogą zobaczyć do odpowiednika 1000 klatek na sekundę (FPS). Jednak ludzki mózg nigdy nie otrzymuje takich szczegółów przez nerw wzrokowy. Przeprowadzono badania, które sugerowały, że ludzie mogą rozróżniać szybkość klatek do 150 FPS, ale poza tym informacje są tracone w tłumaczeniu w drodze do mózgu.

W przypadku filmu, który oglądasz w kinie, liczba klatek na sekundę wynosi 24 FPS. To jednak nie ma na celu symulowania rzeczywistości. W przypadku aplikacji VR większość programistów odkryła, że ​​mniej niż 60 klatek na sekundę powoduje dezorientację, bóle głowy i nudności u użytkownika. Z tego powodu większość programistów dąży do tego, aby treści VR były „sweet spot” z około 90 FPS, a niektórzy (np. Sony) nie będą certyfikować oprogramowania do uruchamiania na swoich urządzeniach, jeśli w dowolnym momencie podczas użytkowania spadnie poniżej 60 FPS. Jednak w przyszłości większość twórców sprzętu VR zacznie naciskać na szybkość 120 klatek na sekundę lub więcej, ponieważ zapewni to bardziej realistyczne wrażenia w większości aplikacji.

Efekty dźwiękowe

Innym ważnym technicznym aspektem VR jest sposób, w jaki projektanci wykorzystują efekty dźwiękowe, aby przekazać użytkownikowi wrażenie trójwymiarowej przestrzeni. Dziś najnowocześniejsza VR opiera się na technologii zwanej dźwiękiem przestrzennym, aby stworzyć symulowany krajobraz dźwiękowy, który pasuje do efektów wizualnych tworzonych przez VR.

Każdy, kto kiedykolwiek siedział w dobrze zaprojektowanej sali koncertowej, powinien wiedzieć, jak dźwięki, które słyszymy, mogą się różnić w zależności od tego, gdzie się znajdujemy w przestrzeni, a nawet w którą stronę odwracamy głowę. Dźwięk przestrzenny to technika, dzięki której projektanci VR mogą wytwarzać dźwięk binauralny (stereofoniczny) za pomocą zestawu słuchawek, które dokładnie naśladują to wrażenie.

Obecnie istnieje wiele różnych implementacji, ale wszystkie mają podobne cechy, w tym:

Należy również pamiętać, że w przypadku gogli VR opisane tutaj efekty dźwiękowe muszą być obliczane w czasie rzeczywistym, aby uwzględnić ruch użytkownika. Jeśli chodzi o to, dzisiejszy sprzęt VR wciąż dopiero zaczyna zarysować powierzchnię tego, co jest możliwe.

Śledzenie głowy i pozycji

Prawdziwa magia VR nie bierze się z tego, jak przekonujące są wizualizacje czy dźwięk (choć są to kluczowe, fundamentalne elementy), ale z faktu, że użytkownicy mogą poruszać się w wirtualnej przestrzeni, która dostosowuje się do ich pozycji. To właśnie odróżnia gogle VR od prostego zestawu okularów do oglądania wideo.

Obecnie w aplikacjach VR stosowane są dwa rodzaje śledzenia głowy i pozycji — mierzone w stopniach swobody — 3DoF i 6DoF. Mobilne zestawy słuchawkowe VR, takie jak Samsung Gear VR, Google Daydream View i Oculus Go, używają 3DoF, co oznacza, że ​​są w stanie śledzić tylko ruch obrotowy. Wiedzą, kiedy obracasz głowę w lewo iw prawo, patrzysz w górę lub w dół, albo przechylasz głowę w jedną lub drugą stronę. Jeśli jednak poruszysz całym ciałem, nie odbiorą tego.

Natomiast zestawy słuchawkowe wykorzystujące 6DoF mogą śledzić pozycję użytkownika w pomieszczeniu, a także kierunek, w którym skierowana jest jego głowa. Oznacza to, że zestawy słuchawkowe 6DoF mogą pozwolić na w pełni autonomiczne poruszanie się w przestrzeni 3D, co jest znacznie bardziej przekonującym doświadczeniem VR. Sposób, w jaki to się robi, różni się w zależności od platformy, ale główne metody zwykle obejmują śledzenie oparte na kamerach w połączeniu z nadajnikami światła podczerwonego.

Gdzie zmierza wirtualna rzeczywistość

Tak zaawansowana, jak dzisiejsza technologia VR, w nadchodzących latach z pewnością stanie się znacznie lepsza. Wraz z postępem prac powinniśmy zacząć widzieć sprzęt z ulepszonym, bardziej realistycznym polem widzenia i lepszym dźwiękiem 3D. Już samo to sprawia, że ​​najbliższa przyszłość VR jest ekscytująca.

Jesteśmy także u progu nowych ulepszeń VR, które sprawią, że wrażenia będą znacznie lepsze niż to, co można uzyskać na dzisiejszym sprzęcie. Jednym z nich jest zastosowanie urządzeń z haptycznym sprzężeniem zwrotnym, takich jak rękawiczki HaptX, które zapewniają realistyczne wrażenia dotykowe obiektom, z którymi użytkownicy wchodzą w interakcję w VR. Inną jest technika graficzna znana jako foveated rendering, która wykorzystuje ograniczony punkt ogniskowania ludzkiego oka, aby dostarczać obrazy w ultrawysokiej rozdzielczości tylko tam, gdzie nasze oczy są skupione, co obniża moc obliczeniową wymaganą do stworzenia obrazu.

Ważniejsze są jednak nowe sposoby wykorzystania rzeczywistości wirtualnej. Równoległe postępy w technologii uczenia maszynowego w dziedzinie edukacji po raz pierwszy sprawią, że wciągające uczenie się na odległość stanie się rzeczywistością. Chirurdzy skorzystają z zaawansowanego szkolenia VR, aby poprawić wyniki pacjentów. Osoby potrzebujące leczenia PTSD i pokrewnych zaburzeń w końcu będą miały sposób na wyleczenie.

Najważniejsze jest to, że technologia VR dopiero zaczyna realizować swój potencjał w różnych dziedzinach. Wraz z rozwojem technologii rosną też aplikacje, o których marzą utalentowani programiści, badacze i liderzy biznesu. Z tego punktu widzenia można śmiało powiedzieć, że jesteśmy znacznie bliżej początków historii wirtualnej rzeczywistości niż konkluzji – a przed nami będzie o wiele więcej niesamowitych wydarzeń.

Chcesz dowiedzieć się więcej o istniejącym oprogramowaniu do rzeczywistości wirtualnej i powiązanej technologii? Zobacz wszystkie dostępne opcje, aby przenieść swoją wiedzę na wyższy poziom – tylko w G2.