что такое виртуальная реальность простыми словами
Что такое виртуальная реальность: свойства, классификация, оборудование — подробный обзор области
Авторизуйтесь
Что такое виртуальная реальность: свойства, классификация, оборудование — подробный обзор области
В декабре мы писали о том, на какие тенденции в мире IT стоит обратить внимание в будущем 2017 году. Одним из пунктов обозначили виртуальную реальность, и не зря. Интерес к VR сильно вырос за последние 2–3 года и продолжает расти, появляется всё больше различного оборудования и технологий, а главное — новых идей, для реализации которых нужны разработчики.
В этой вводной статье мы поговорим о свойствах, типах и областях применения VR — это поможет лучше сориентироваться тем, кто хочет начать свой путь в развивающейся и актуальной сфере.
Виртуальная реальность — это генерируемая с помощью компьютера трехмерная среда, с которой пользователь может взаимодействовать, полностью или частично в неё погружаясь.
Свойства VR
Полный набор встретить можно редко, но ниже перечислены те особенности, на которые нужно ориентироваться при создании виртуальной реальности.
Типы VR
VR с эффектом полного погружения
Этот тип подразумевает наличие трех факторов:
VR без погружения
Не каждому и не всегда необходимо полное погружение в альтернативную реальность. К типу «без погружения» относятся симуляции с качественным изображением, звуком и контроллерами, в идеале транслируемые на широкоформатный экран. Также в эту категорию попадают такие проекты, как археологические 3D-реконструкции древних поселений или модели зданий, которые архитекторы создают для демонстрации своей работы клиенту. Все перечисленные выше примеры не отвечают стандартам VR в полной мере, но позволяют прочувствовать моделируемый мир на несколько уровней глубже, чем другие средства мультимедиа, а потому причисляются к виртуальной реальности.
VR с совместной инфраструктурой
Сюда можно отнести «виртуальные миры» вроде Second Life и Minecraft. Единственное свойство из перечисленного выше, которого им не хватает для полного комплекта — создание эффекта присутствия: такие миры не обеспечивают полного погружения (в случае с Minecraft это касается только стандартного управления — у игры уже существует версия для виртуальной реальности, поддерживающая шлемы Oculus Rift и Gear VR). Тем не менее, в виртуальных мирах хорошо прописано взаимодействие с другими пользователями, чего часто не хватает продуктам «настоящей» виртуальной реальности.
Виртуальные миры используются не только в игровой индустрии: благодаря таким платформам, как 3D Immersive Collaboration и Open Cobalt можно организовывать рабочие и учебные 3D-пространства — это называется «совместная работа с эффектом присутствия».
Создание возможности одновременного взаимодействия в сообществе и полного погружения сейчас является одним из важных направлений развития VR (вспомним тот же Minecraft).
VR на базе интернет-технологий
Специалисты в области компьютерных наук разработали способ создания виртуальных миров в Интернете, используя технологию Virtual Reality Markup Language, аналогичную HTML. Она на какое-то время была обделена вниманием и сейчас считается устаревшей, но учитывая возрастающий интерес Facebook к VR, в будущем виртуальная реальность обещает основываться не только на взаимодействии, но и на интернет-технологиях.
Еще есть AR, не путать с VR
AR (augmented reality) — это дополненная реальность. Да, PokemonGo (про который, кстати, все уже забыли), относится именно к этой категории, хотя и является несколько упрощенным примером. В отличие от VR, в которой мы намеренно отгораживаемся от окружающей среды, дополненная реальность позволяет создать наложение виртуального мира на реальный в поле восприятия пользователя. Таким образом мы можем одновременно получать информацию из двух источников.
Технически, AR — это не виртуальная реальность, но вопросы, возникающие при её создании сходны с теми, что возникают при создании VR (например, как заставить устройство вычислять своё точное расположение и подстраиваться под мельчайшие изменения, вносимые пользователем в реальном времени). Поэтому технологии AR и VR считают довольно тесно связанными.
Предлагаем подробнее ознакомиться с особенностями дополненной реальности, прочитать руководство для начинающих AR-разработчиков и посмотреть видеообзоры 12 платформ разработки AR-приложений.
Оборудование
Шлемы и очки / Head Mounted Display, HMD
Такие устройства состоят из двух небольших экранов, расположенных напротив каждого глаза, шор, предотвращающих попадание внешнего света, и стереонаушников. Экраны показывают слегка смещенные друг относительно друга стереоскопические изображения, обеспечивая реалистичное 3D-восприятие. В шлемах также содержатся встроенные акселерометры и датчики положения. В большинстве своем продвинутые VR-шлемы довольно громоздкие, но в последнее время появилась тенденция к созданию упрощенных легковесных вариантов (в том числе картонных, как на картинке выше), которые обычно предназначены для смартфонов с VR-приложениями.
Шлемы для виртуальной реальности делятся на три типа:
На Wearable выложен список лучших VR-шлемов 2017 года. Подробнее о шлемах виртуальной реальности можно прочитать на сайте Virtual Reality Society.
Комнаты / Cave Automatic Virtual Environment, CAVE
Альтернатива для тех, кто не хочет испортить прическу — изображения в данном случае транслируются не в шлем, а на стены помещения, часто представляющие собой дисплеи MotionParallax3D (хотя для более полного UX в некоторых таких комнатах нужно надевать 3D-очки или даже комбинировать CAVE и HMD). Есть мнение, что VR-комнаты гораздо лучше VR-шлемов: более высокое разрешение, нет необходимости таскать на себе громоздкое устройство, в котором некоторых даже укачивает, и самоидентификация происходит проще благодаря тому, что пользователь имеет возможность постоянно себя видеть. Тем не менее, приобретение такой комнаты, понятное дело, выйдет гораздо дороже, чем покупка шлема.
Информационные перчатки / Datagloves
Для удовлетворения инстинктивной потребности пользователя потрогать руками то, что он находит для себя интересным в процессе изучения среды, были созданы перчатки с сенсорами для захвата движений кистей и пальцев рук. Техническое обеспечение такого процесса варьируется — возможно использование оптоволоконных кабелей, тензометрических или пьезоэлектрических датчиков, а также электромеханических приспособлений (таких как потенциометры).
Джойстики (геймпады) / Wands
Специальные устройства для взаимодействия с виртуальной средой, содержащие встроенные датчики положения и движения, а также кнопки и колеса прокрутки, как у мыши. Сейчас их все все чаще делают беспроводными, чтобы избежать неудобств и нагромождений при подсоединении к компьютеру.
Области применения VR
Обучение
VR используется для моделирования среды тренировок в тех занятиях, в которых необходима предварительная подготовка: например, управление самолетом, прыжки с парашютом и даже операции на мозге.
Наука
VR позволяет улучшить и ускорить исследование молекулярного и атомного мира: погружаясь в виртуальную среду, ученый может обращаться с частицами так, будто это кубики LEGO.
Медицина
Кроме помощи в обучении хирургов, технология VR оказывается полезной и на самих операциях: врач, используя специальное оборудование, может управлять движениями робота, получая при этом возможность лучше контролировать процесс.
Промышленный дизайн и архитектура
Вместо того, чтобы строить дорогостоящие модели машин, самолетов или зданий, можно создать виртуальную модель, позволяющую не только исследовать проект изнутри, но и проводить тестирование его технических характеристик.
Игры и развлечения
На данный момент это самая известная и самая широкая область использования VR: сюда входят как игры, так и кино, виртуальный туризм и посещение различных мероприятий.
Как мы уже говорили, VR продолжает интегрироваться с разными сферами нашей жизни и из мифа научной фантастики она превратилась в (виртуальную) реальность, так что выбирайте область для разработки, и — вперед. Стандартизацией технологий VR сейчас занимается международная организация Global Virtual Reality Association.
Компьютерная грамотность с Надеждой
Заполняем пробелы — расширяем горизонты!
Что такое виртуальная реальность?
Вопрос о том, что такое виртуальная реальность, рассмотрим, начиная с истории становления этого понятия, затем перейдем к существующему положению дел в этой сфере и, конечно, подведем итоги.
Если говорить простыми словами, то
виртуальная реальность (VR) – это погружение в трехмерное пространство, созданное с помощью современных технологий. Пользователь как бы погружается в смоделированную среду, похожую по своим характеристикам на реальный объект в реальном мире.
Главная идея здесь состоит в попытке заблокировать восприятие окружающей среды с помощью органов чувств, и заменить их на визуальные и слуховые сигналы, получаемые от устройства виртуальной реальности. Звучит теоретически понятно, однако воплощение идеи виртуальной реальности на практике стало непростой задачей даже для современного уровня технического знания.
Предпосылки для создания виртуальной реальности
Чтобы разобраться в том, что такое виртуальная реальность, начнем издалека. Впервые этот термин был придуман еще в 1930-х годах, и использовался при создании особого «эффекта присутствия» во время театральных постановок.
Уже в 1957 году американским кинематографистом и изобретателем Мортоном Хейлигом было разработано устройство под названием «Сенсорама», а в 1962-ом он получил патент на свое изобретение.
Этот громоздкий аппарат, внешне похожий на игровой автомат, позволил впервые окунуться в виртуальное пространство. С помощью этой машины была дана возможность прокатиться на симуляторе мотоцикла.
При работе на «Сенсораме» использовался специальный экран с видом от первого лица. Получался полноценный 3D-эффект, как будто Вы смотрите фильм в кинотеатре. «Эффект присутствия» дополнялся вибрирующим сиденьем, звуками, характерными для езды по оживленной улице, а также запахами, которые поступали внутрь кабины устройства.
Уже после того как стали появляться современные компьютеры, телевидение и первые 3D-фильмы, в научной фантастике буйно расцвела тема перспективы создания смоделированного мира, который будет выглядеть и ощущаться как реальный.
Виртуальная реальность в литературе и на телевидении
Рассказ известного писателя-фантаста Рея Брэдбери «Вельд» (его первоначальное название «Мир, созданный детьми») был издан в 1950 году. В нем уже прослеживается тема искусственного интеллекта, который порабощает психику человека. В итоге создается ситуация, когда герои рассказа перестают видеть грань между реальным и виртуальным мирами. В общем, кошмар, можете в этом убедиться сами:
Рэй Брэдбери. Вельд (аудиокнига, читает А. Водяной)
Однако вплоть до начала 1980-х годов, употребление термина «виртуальная реальность» в обыденном дискурсе встречалось довольно редко.
Писатель-фантаст Уильм Гиббсон был одним из первых популяризаторов этого понятия в массовой культуре, в особенности благодаря роману «Нейромант» 1984 года.
Уильям Гибсон — Нейромант. Часть 1\4 (аудиокнига, читает А.Чайцын)
На телевидении концепция виртуальной реальности была показана в фантастическом сериале «Star Trek». Здесь она была реализована как «holodeck» – голографическая палуба на борту звездного корабля, позволяющая воссоздавать в моделируемом пространстве всё что угодно: от окружающей среды до персонажей.
Повсеместное развитие компьютерных технологий позволило дизайнерам видеоигр создавать проекты, отличающиеся более высокой реалистичностью. Известный пример – игра «Battlezone», выпущенная Atari в 1980 году для игровых автоматов. Во время игры нужно взаимодействовать с «видео-искателем», который по своему устройству и внешнему виду похож на перископ подводной лодки. Считается, что «Battlezone» — это та игра, в которой можно наблюдать первое использование технологии виртуальной реальности в сфере развлечений.
О шлеме виртуальной реальности
Уже в начале 1990-х повсеместно начали появляться «гарнитуры», позволяющие взаимодействовать с виртуальным миром внутри игры.
В 1993 году Sega представила инновационную разработку – шлем виртуальной реальности «Sega VR». На шлеме были установлены специальные датчики, с помощью которых отслеживается позиция и поворот головы игрока, чтобы в свою очередь на экране устройства менялось направление обзора в самой игре. Однако выпуск был отменен еще на стадии разработки, в связи с чем этому шлему так и не суждено было появиться на рынке.
Естественно, военные всё это время не стояли в стороне, и приняли значительное участие в разработки систем виртуальной реальности. Министерство обороны США пыталось использовать виртуальные симуляторы для обучения пилотов. Но, как оказалось, традиционные тренажеры были намного более эффективны в связи с негативным влиянием долговременного использования VR-шлемов на вестибулярный аппарат пилотов.
В настоящем
Толчком для развития и популяризация современных виртуальных шлемов послужили анонс и выход на рынок двух таких устройств:
Связано это в первую очередь с тем, что разработчики добились реалистичной передачи визуальных эффектов, что позволило игроку полноценно окунуться в виртуальное пространство, по крайней мере, в пределах своей комнаты.
Вторая причина, по которой новые устройства отличаются от прошлых разработок – концентрация на двух наиболее важных органах чувств – на слухе и зрении.
Современные шлемы отличаются большей портативностью, хотя ранее тенденция была обратной – устройства обычно предоставлялись как целый костюм, направленный в первую очередь на взаимодействие с тактильными ощущениями человека.
В общем, бОльшая свобода для действий и есть главное отличие современного понимания виртуальной реальности от видеоигр прошлого, которые предоставляли лишь возможность посидеть в кресле симулятора пилота. При этом игрок не мог напрямую взаимодействовать с пространством вокруг себя.
Видео про виртуальные шлемы: «HTC Vive — самая виртуальная реальность от Valve, несовместимая с реальностью. (Steam VR)»
Сегодня создание игр с применением технологии виртуальной реальности (VR) дает разработчикам колоссальную фантазию для творчества.
Так, с помощью датчиков на шлеме можно сфокусировать глаза человека на предмете, тем самым позволив игрокам осуществлять прямой визуальный контакт, например, с глазами виртуального персонажа внутри игры. В будущем это позволит глубже продумать технологию взаимодействия с неигровыми персонажами (NPC).
Практическое применение виртуальной реальности
Не будем останавливаться лишь на сфере развлечений. Да, видеоигры всегда будут отличным примером развития технологии, но виртуальная реальность используется и в более серьезных областях научного знания.
Существует большое количество приложений, получивших распространение в
Взаимодействовать с виртуальной средой можно и нужно в тех случаях, когда в реальности ваши действия могут оказаться опасными, и нужно выверять каждый шаг.
В медицине
Например, для обучения приемам оказания первой медицинской помощи пострадавшим уже достаточно давно сделан макет, полностью имитирующий человека, которому надо сделать, скажем, искусственное дыхание или массаж сердца.
Первый такой макет был назван «Спасенная Анна» по имени средневековой девушки, которую не смогли спасти после того, как она утонула. С ее лица был сделан слепок, что было своего рода традицией в те времена. И именно этот слепок стал основой для образа лица современного манекена для обучения медиков.
На сегодняшний день при обучении студентов медицинских учебных заведений применяется очень много различных симуляторов: для обучения УЗИ-диагностики, для обучения простым и не очень простым медицинским процедурам.
Манекен в медицине для обучения различным процедурам
Даже есть симуляторы родов с моделированием различных непростых или патологических ситуаций.
Используются симуляторы операционных установок, например, лапароскопии, когда студенты могут делать операцию не на реальном пациенте, а на компьютерной модели, но при этом все хирургические инструменты и прочие медицинские приборы у студентов-медиков совершенно неотличимы от реальных инструментов и приборов.
Также в обучении будущих стоматологов широко применяются симуляторы и манекены.
Железная дорога
Для обучения и переподготовки железнодорожников также активно применяется виртуальная реальность.
Есть имитаторы кабины машиниста, когда все органы управления в точности копируют кабину электровоза или тепловоза, а вот управление идет «по картинке» на экране. Таким образом можно как обучать, так и проводить периодическую проверку знаний машинистов и их навыков. Тем самым существенно повышается безопасность движения, которой железнодорожники традиционно придают самое высокое значение и внимание.
Итоги
Подобных симуляторов реальности, образцов виртуальной реальности в сегодняшнем мире много.
И это помогает людям осваивать свои профессии, тренироваться не на реальных ситуациях, а на моделях. То есть, виртуальная реальность, несмотря на предупреждения фантастов, работает на благо, а не во вред, как некоторые из них в свое время предполагали и описывали в своих произведениях.
В завершение хочется отметить, что технологии виртуальной реальности с каждым годом становятся дешевле, поэтому можно ожидать множества инновационных способов применения технологии в будущем и, возможно, это позволит открыть новые коммуникационные каналы для общения, развлечения и работы.
Ближе к нашей реальности:
Нашли ошибку? Выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
6 вещей, которые надо знать про VR
Описываем сложное простыми словами.
Несколько лет назад виртуальная реальность у большинства из нас ассоциировалась с научной фантастикой из далекого будущего. Удивительно, насколько быстро все поменялось.
Виртуальная реальность набрала обороты, и мир радостно её принимает. Уже к концу этого года практически все ключевые игроки IT-рынка выпустят VR-шлемы. Все они концептуально разные, но конечная цель одна — создать эффект реального присутствия в игре, на пляже, в аудитории университета или в тележке на американских горках.
Как ни странно, почти все мы оказались не готовы к столь активному развитию виртуальной реальности и ее появлению в наших жизнях. Некоторые нюансы технологии просто непонятны, а другие откровенно пугают.
1. Что такое виртуальная реальность?
Как бы странно это не звучало, само понятие виртуальной реальность ничем отличается от его фактического значения. Все даже еще проще — это созданный с помощью компьютерных технологий мир, в который можно попасть с помощью одного из специальных шлемов.
Надеваем на голову то самое устройство входа в виртуальную реальность и оказываемся в трехмерном мире, который можно рассмотреть со всех сторон. В зависимости от программного обеспечения, иногда в нем реализовано перемещение в пространстве и взаимодействие с объектами, а чаще — просто наблюдение за происходящим.
Более подробно основы виртуальной реальности изложены в этом видео:
Виртуальную реальность очень часто путают с дополненной реальностью. Но во втором случае пользователь не становится частью трехмерное созданного с нуля мира — он видит новые нефизические объекты или какую-то информацию о действительно существующих в реальности.
2. Какие термины нужно знать?
На страницах интернета, на экране телевизора и так далее каждого из нас обычно встречают различные сокращения, технический слэнг и аббревиатуры — данный случай не исключение.
Виртуальную реальность обычно сокращают до VR от английского virtual reality.
А дополненную реальность зачастую определяют как AG от augmented reality.
Вспомогательные обозначения, среди которых айтрекинг, моушнтрекинг и другие, рассмотрим уже при более тесном знакомстве с отдельными нюансами технологий виртуальной и дополненной реальностей.
3. Как работают шлемы виртуальной реальности?
Все VR-шлемы работают по одному и тому же принципу. В каждый из них встроено по пару стереоскопических экранов или их эмуляторов для визуального ряда. Устройство рендерит сразу две картинки отдельно для каждого из глаз, а разница между ними и создает эффект присутствия.
Зачастую вместе со шлемом виртуальной реальности используются наушники, которые передают звуки окружающей пользователя трехмерной среды. В идеале оба устройства вывода должны одновременно реагировать на поворот головы пользователя для более глубокого погружения.
Кстати, вот тут подробно рассказывают о присутствующих сегодня на рынке VR-шлемах и самом простом способе собрать собственный из картона:
Если мы говорим об интерактивном VR, в данном случае нужны различные контроллеры и другие инструменты ввода. Их разнообразие отложим для отдельного тематического материала.
4. Смогу ли я обойтись без шлема VR?
Для входа в виртуальную реальность нужно две разные картинки, каждая из которых будет доступна только одному глазу — иначе мозг не обмануть. Поэтому даже значительное сокращение большого расстояния до монитора не позволит достигнуть необходимого эффекта.
Плюс устройство должно реагировать на повороты головы пользователя, которые контролируются акселерометром и гироскопом. И для получения положительного результата монитор в теории пришлось бы как-то надеть на голову — фантастика.
Многие путают трехмерное изображение на экране телевизора и виртуальную реальность. Если не вникать в нюансы, в данном случае используются абсолютно непохожие технологии, которые предполагают разную степень погружения. В последнем случае мозг фактически перестает различать действительность и искусственно созданный мир.
5. Почему после VR подташнивает и кружится голова?
Для комфортного использования всех нужд виртуальной реальности передаваемая мозгу картинка должна быть максимально качественной со стабильной частотой обновления и минимальной задержкой при повороте головы или других действиях — это нужно учитывать при разработке контента.
Во время использования виртуальной реальности сознательная часть мозга понимает неправдивость всего, что ему показывают, но бессознательная целиком и полностью принимает на веру все происходящее. Когда какие-то элементы в изображении сильно смущают мозг, срабатывают защитные реакции организма, которые вызывают тошноту или головокружение.
Например, если картинка постоянно дергается или шатается, а вестибулярный аппарат сообщает, что тело находится в состоянии покоя, возникает диссонанс. Мозг думает, что в организм попало опасное вещество, которое срочно нужно из него извлечь — вот и эффект.
Максимальный реализм в условиях ограниченной производительности ложится на плечи разработчиков, которые еще до конца не научились работать в таких условиях.
Кстати, здесь хорошо описаны основные принципы создания контента для VR:
А вот тут основные проблемы, с которыми сталкиваются разработчики:
6. Как создать что-то в виртуальной реальности?
Дополнительные нюансы по поводу работы с виртуальной реальностью, чтобы не превращать один текст в безразмерный архив информации, мы оставили для отдельных материалов. Например, все то же разнообразие контроллеров для управления происходящим в VR-мире и многое другое в ближайшее время обязательно появится на страницах нашего сайта.
Современная виртуальная реальность сегодня находится только на старте развития, поэтому со сложностями сталкиваются как пользователи, так и разработчики. После углубленного изучения VR-нюансов у меня лично проснулось огромное желание переметнуться из числа первых в сумбурные ряды вторых — есть перспектива, и это очевидно.
Шататься по бесформенным форумам в поиске необходимой информации бессмысленно, поэтому нашел достойный бесплатный курс обучения от Microsoft. Некоторые предлагаемые им видео-уроки использовал для подтверждения написанного выше. С его помощью обещают научить самостоятельно создавать виртуальную реальность на Unity и DirectX/C++. Может, скоро перенесу весь iPhones.ru в VR. Хотели бы увидеть что-то подобное?
Николай Грицаенко
Кандидат наук в рваных джинсах. Пишу докторскую на Mac, не выпускаю из рук iPhone, рассказываю про технологии и жизнь.