Может показаться, что технология виртуальной реальности (VR) существует всего несколько лет.

Однако системы и гарнитуры виртуальной реальности, которые мы знаем сегодня, разрабатывались десятилетиями. Самый ранний прародитель сегодняшних систем виртуальной реальности фактически восходит к 1957 году с патентом, поданным Мартином Хейлигом на головное стереоскопическое телевизионное устройство.

С тех пор технология виртуальной реальности медленно, но неуклонно развивается. Поначалу разработчикам не хватало вычислительной мощности, чтобы создать настоящую захватывающую виртуальную реальность. Затем, как только он у них появился, началась гонка за то, чтобы сделать его портативным и доступным для среднего потребителя.

Вот где мы находимся сегодня. Такие компании, как HTC, Oculus, Valve и Sony, теперь предлагают коммерчески жизнеспособное оборудование виртуальной реальности, которое продолжает стремительно улучшаться. По этой причине люди во всем мире теперь знакомы с виртуальной реальностью и понимают, что это такое. Однако большинство из них не имеет четкого представления о специфике технологии.

Техническое руководство по виртуальной реальности

Чтобы исправить это, вот базовое техническое руководство по технологии виртуальной реальности. Вы узнаете, как это работает, что нужно для того, чтобы заставить это работать, и где технология может развиваться дальше. Давайте погрузимся.

Научные основы виртуальной реальности

По своей сути технология VR имеет только одну цель: достаточно реалистично моделировать обстановку и окружающую среду, чтобы обмануть человеческий мозг, заставив его принять их за реальность. С научной точки зрения все начинается с понимания того, как наш мозг интерпретирует то, что мы видим, чтобы создать ментальную картину мира вокруг нас.

Не вдаваясь в подробности, самое простое объяснение состоит в том, что наше восприятие реальности основано на правилах, которые мы разрабатываем, руководствуясь нашим опытом. Например, когда мы видим небо, оно говорит нам, в каком направлении находится «вверх». Когда мы видим объекты, которые можем идентифицировать, мы можем использовать их размер относительно друг друга, чтобы судить о расстоянии. Мы также можем обнаруживать источники света, улавливая тени, отбрасываемые окружающими нас объектами.

Дизайнеры виртуальной реальности могут использовать эти общепринятые правила для создания виртуальных сред, которые соответствуют нашим представлениям о реальности. Когда они это делают, результатом является цельный опыт, который мы интерпретируем как «реальный».

Технические основы виртуальной реальности

Все современные коммерческие системы виртуальной реальности соревнуются, чтобы определить, какая из них может обеспечить наилучшее взаимодействие с пользователем в виртуальной среде. По правде говоря, ни один из них не способен на полное погружение по одной очень простой причине: технология еще не догнала возможности человеческого зрения. Вот разбивка того, где находятся сегодняшние гарнитуры виртуальной реальности и чего они пытаются достичь.

Поле зрения

С технической точки зрения, одним из самых больших препятствий является тот факт, что люди способны иметь гораздо более широкое поле зрения (FOV), чем могут обеспечить современные гарнитуры. Среднестатистический человек может видеть окружающую его среду по дуге примерно от 200 до 220 градусов вокруг своей головы. Там, где зрение нашего левого и правого глаза перекрывается, возникает дуга примерно в 114 градусов, по которой мы можем видеть в 3D.

Современные гарнитуры фокусируют свое внимание на этом 3D-пространстве с углом обзора 114 градусов для создания виртуальной среды. Однако ни одна гарнитура не может обеспечить полное поле зрения среднего человека. Однако прямо сейчас современные разработчики аппаратного обеспечения виртуальной реальности стремятся создать устройства, которые обеспечат 180-градусный угол обзора, что считается идеальным для высокопроизводительного моделирования виртуальной реальности.

Частота кадров

В мире виртуальной реальности, пожалуй, нет большей темы для разногласий, чем вопрос о том, как работать с частотой кадров в виртуальной среде. Это потому, что нет реального научного консенсуса относительно того, насколько чувствительно человеческое зрение в этом отношении. С физической точки зрения мы знаем, что человеческий глаз может видеть до 1000 кадров в секунду (FPS). Однако человеческий мозг никогда не получает такие детали через зрительный нерв. Были исследования, которые показали, что люди могут различать частоту кадров до 150 кадров в секунду, но при этом информация теряется при преобразовании по пути в мозг.

Для фильма, который вы смотрите в кинотеатре, частота кадров составляет 24 кадра в секунду. Это, однако, не предназначено для имитации реальности. Для приложений VR большинство разработчиков обнаружили, что все, что ниже 60 кадров в секунду, имеет тенденцию вызывать дезориентацию, головные боли и тошноту у пользователя. По этой причине большинство разработчиков стремятся к тому, чтобы VR-контент был «золотым пятном» со скоростью около 90 кадров в секунду, а некоторые (например, Sony) не будут сертифицировать программное обеспечение для работы на своих устройствах, если оно упадет ниже 60 кадров в секунду в любой момент использования. Однако в будущем большинство разработчиков оборудования для виртуальной реальности начнут настаивать на частоте кадров 120 кадров в секунду или выше, поскольку это обеспечит более реалистичный опыт для большинства приложений.

Звуковые эффекты

Еще одним важным техническим аспектом виртуальной реальности является то, как дизайнеры используют звуковые эффекты, чтобы передать пользователю ощущение трехмерного пространства. Сегодня передовая виртуальная реальность опирается на технологию, называемую пространственным звуком, для создания смоделированного звукового ландшафта, который соответствует визуальным эффектам, созданным в виртуальной реальности.

Любой, кто когда-либо сидел в хорошо спроектированном концертном зале, должен знать, как звуки, которые мы слышим, могут варьироваться в зависимости от того, где мы находимся в пространстве и даже в какую сторону мы поворачиваем голову. Пространственный звук — это метод, с помощью которого разработчики виртуальной реальности могут воспроизводить бинауральный (стерео) звук через набор наушников, который имитирует именно это ощущение.

Существует множество текущих реализаций, но все они имеют некоторые схожие характеристики, в том числе:

Также важно помнить, что для гарнитуры VR описанные здесь звуковые эффекты должны вычисляться в режиме реального времени, чтобы учитывать движения пользователя. Когда дело доходит до этого, сегодняшнее оборудование VR все еще только начинает царапать поверхность того, что возможно.

Отслеживание головы и положения

Настоящая магия виртуальной реальности заключается не в том, насколько убедительны визуальные эффекты или звук (хотя это важные основополагающие элементы), а в том, что пользователи могут перемещаться в виртуальном пространстве, которое приспосабливается к их положению. Это то, что отличает гарнитуру VR от простого набора очков для просмотра видео.

В настоящее время для приложений виртуальной реальности используются два типа отслеживания головы и положения, измеряемые в степенях свободы, — 3DoF и 6DoF. Мобильные гарнитуры виртуальной реальности, такие как Samsung Gear VR, Google Daydream View и Oculus Go, используют 3DoF, что означает, что они способны отслеживать только вращение. Они знают, когда вы поворачиваете голову влево и вправо, смотрите вверх или вниз или наклоняете голову в ту или иную сторону. Однако, если вы двигаетесь всем телом, они не заметят этого.

Напротив, гарнитуры, использующие 6DoF, могут отслеживать положение пользователя в комнате, а также направление, в котором направлена ​​его голова. Это означает, что гарнитуры 6DoF могут обеспечить полностью автономное перемещение в трехмерном пространстве, что является гораздо более убедительным опытом виртуальной реальности. То, как это делается, варьируется от платформы к платформе, но основные методы, как правило, включают отслеживание на основе камеры в сочетании с маяками инфракрасного света.

Куда движется виртуальная реальность

Какими бы продвинутыми ни были современные технологии виртуальной реальности, в ближайшие годы они обязательно станут намного лучше. По мере того, как разработки продолжаются, мы должны начать видеть оборудование с улучшенным, более реалистичным FOV и улучшенным 3D-звуком. Уже одно это делает ближайшее будущее виртуальной реальности захватывающим.

Мы также находимся на пороге появления новых улучшений в виртуальной реальности, которые сделают опыт намного лучше, чем то, что вы можете получить от современного оборудования. Одним из них является использование устройств с тактильной обратной связью, таких как перчатки HaptX, которые обеспечивают реалистичное ощущение прикосновения к объектам, с которыми пользователи взаимодействуют в виртуальной реальности. Другим является графическая техника, известная как foveated rendering, которая использует преимущества ограниченной фокусной точки человеческого глаза для получения изображений сверхвысокой четкости только там, где наши глаза сфокусированы, тем самым снижая вычислительную мощность, необходимую для создания изображения.

Что еще более важно, так это новые способы использования виртуальной реальности. Параллельные достижения в области технологий машинного обучения в сфере образования впервые сделают дистанционное обучение с эффектом погружения реальностью. Хирурги получат пользу от расширенного обучения виртуальной реальности, чтобы улучшить результаты лечения пациентов. Те, кто нуждается в лечении посттравматического стрессового расстройства и связанных с ним расстройств, наконец получат возможность исцелиться.

Суть здесь в том, что технология VR только начинает реализовывать свой потенциал в самых разных областях. По мере развития технологий будут развиваться и приложения, которые придумывают для них талантливые разработчики программного обеспечения, исследователи и бизнес-лидеры. С этой точки зрения будет справедливо сказать, что мы гораздо ближе к началу истории виртуальной реальности, чем к ее завершению, и впереди нас ждет еще много удивительных событий.

Хотите узнать больше о существующем программном обеспечении для виртуальной реальности и связанных с ним технологиях? Просмотрите все доступные варианты, чтобы вывести свои знания на новый уровень — только на G2.