Что такое виртуальная реальность?

Особенности моделей

В зависимости от производителя работа с подобными продуктами может быть разной. Некоторые производители, например, Oculus, предлагают стандартный набор, который включает только «просмотр» видео в виртуальной реальности, по которой нельзя, к сожалению, двигаться или вступать с ней во взаимодействие.

Другие производители, к примеру, HTC, и те, пошли немного дальше и создали системы, которые отслеживают движения всего тела. Это позволяет пользователям ориентироваться в своих любимых игровых мирах или даже воздействовать на них, а все это стало возможным благодаря хорошо подобранным контроллерам для очков виртуальной реальности.

Поэтому перед покупкой стоит хорошо подумать. Хотя во всех наборах VR возможен просмотр трехмерных миров, однако в некоторых из них уровень погружения в виртуальность, безусловно, будет выше.

Что такое виртуальная реальность

Виртуальной реальностью (VR) называют интерактивный мир, созданный с использованием современных компьютерных программ, который воспринимается человеком через основные органы чувств: зрение, слух, осязание и, порой, обоняние.

Технология виртуальной реальности заключается в создании среды, куда пользователь погружается, используя специальные сенсорные устройства. Существует много различных характеристик, описывающих виртуальный мир, но в совокупности они представлены крайне редко. Важными условиями для моделирования VR становятся:

• Натуральность и убедительность. При погружении в виртуальную среду у пользователя не должно оставаться сомнений в реальности происходящего в ней.
• Интерактивность. Иначе говоря, взаимодействие с различными вещами и предметами.
• Детализация виртуального пространства. Это дает возможность пользователю не просто увидеть огромное виртуальное пространство, но и изучить его.
• Качественное оборудование, способное обеспечить бесперебойный процесс работы.
• Эффект присутствия. Означает, что пользователь выступает не как наблюдатель, но как непосредственный участник событий, взаимодействуя с виртуальной средой при помощи органов чувств.

Что такое виртуальная реальность

Правдоподобная имитация реального мира заставляет человека думать, что он по-прежнему находится в нем. Чтобы виртуальное пространство, его свойства и реакции выглядели натурально, требуется проведение тщательного анализа процессов компьютерного синтеза и сопоставление их с поведением в реальном времени.

Адаптивность обучения виртуальной реальности

У всех нас есть уникальные сильные и слабые стороны и пробелы в навыках, которые создают сложности для преподавателей с несколькими учениками. Виртуальная реальность предоставляет индивидуальный опыт для решения проблем, в которых учащемуся не хватает навыков или уверенности.

Обучение виртуальной реальности помогает преподавателям адаптироваться к учащимся всех уровней квалификации и способностей. Помещая пользователя в центр процесса обучения, виртуальная реальность позволяет учащемуся выполнять занятия и симуляции в своем собственном темпе и повторять упражнения, в которых им нужно больше практики.

Различия между виртуальной и дополненной реальностью

Виртуальная реальность создаёт мир без границ. Экран, расположенный перед глазами, ведёт пользователя по выдуманному миру, полностью блокируя настоящий. В AR графика накладывается на реальную картинку.

VR взаимодействует только с пользователем в рамках вымышленного мира. Дополненная —встраивается в окружающее пространство в различных форматах. AR может не только накладывать графику на реальное изображение, но и считывать информацию с действительности. Именно так устроена библиотека Kidsar SDK от Sber. Сервис создан для расширения возможностей устройства Sber Portal. Экран благодаря специальному зеркалу для камеры и набору карточек превращается в полноценный интерактивный развивающий комплекс для детей. Оптика считывает действия ребёнка и переносит их на монитор, даёт подсказки и в игровой форме обучает новому. С помощью технологии можно создавать детские игры любого формата — викторины, направленные на изучение языков, животных, цветов, явлений природы и т. д.

Для доступа к технологиям используются разные устройства:

• для VR — очки, шлемы и даже целые комнаты, оборудованные аппаратурой, воздействующей на органы чувств человека;
• для AR — экраны мобильных устройств, которые дополняют мир через объектив камер.

Пользователь VR настолько забывает, что он в выдуманном пространстве, что это может ввести в заблуждение его вестибулярный аппарат. В шлеме иногда укачивает, поэтому понадобится время, чтобы привыкнуть.

Есть устройства с забралами, которые можно откинуть, чтобы вернуться в реальность и перевести дух.

Как устроены очки виртуальной реальности

С точки зрения конструкции VR-шлемы представляют собой небольшой корпус с линзами, за которыми установлено 2 экрана или один мини-монитор, разделенный пополам. Принцип действия очков виртуальной реальности состоит в том, что для каждого глаза попеременно выводится своя часть изображения, а уже мозг самого человека обрабатывает увиденные картинки и складывает их в единое целое. Конечно, происходит весь этот процесс с очень высокой скоростью. Его деталей пользователь даже не осознает, а просто наслаждается объемным изображением.

Изображение в VR-очках разделено на 2 части, в целую объемную картинку его преображает мозг человека

Некоторые девайсы выглядят как корпус со встроенным дисплеем. Стоят они дороже, требуют прямого подключения к компьютеру, но и возможности предоставляют самые интересные. В очках виртуальной реальности видно максимально качественное и четкое объемное изображение, девайс воспроизводит окружающие звуки и даже может имитировать наклоны и вибрации.

Более элементарным вариантом являются VR-шлемы, выполненные в форме корпуса с посадочным местом под смартфон. Стоят они дешевле, поскольку не имеют собственного дисплея, и по возможностям являются более простыми. Для того чтобы погрузиться в виртуальную реальность, нужно запускать игры, фильмы и приложения прямо на смартфоне, закрепленном в специальном слоте.

История AR/VR

Принято считать, что развитие виртуальной реальности началось в 50-е годы прошлого века. В 1961 году компания Philco Corporation разработала первые шлемы виртуальной реальности Headsight для военных целей, и это стало первым применением технологии в реальной жизни. Но опираясь на сегодняшнюю классификацию, систему, скорее, отнесли бы к AR-технологиям.

Отцом виртуальной реальности по праву считается Мортон Хейлиг. В 1962 он запатентовал первый в мире виртуальный симулятор под названием «Сенсорама».  Аппарат представлял собой громоздкое устройство, внешне напоминающее игровые автоматы 80-х, и позволял зрителю испытать опыт погружения в виртуальную реальность, например, прокатиться на мотоцикле по улицам Бруклина.  Но изобретение Хейлига вызывало недоверие у инвесторов и учёному пришлось прекратить разработки.

«Сенсорама» Хейлига

Через несколько лет после Хейлига похожее устройство представил профессор Гарварда Айван Сазерленд, который вместе со студентом Бобом Спрауллом создал «Дамоклов меч» — первую систему виртуальной реальности на основе головного дисплея. Очки крепились к потолку, и через компьютер транслировалась картинка. Несмотря на столь громоздкое изобретение, технологией заинтересовались ЦРУ и НАСА.

В 80-е годы компания VPL Research разработала более современное оборудование для виртуальной реальности — очки EyePhone и перчатку DataGlove. Компанию создал Джарон Ланье — талантливый изобретатель, поступивший в университет в 13 лет. Именно он придумал термин «виртуальная реальность».

Дополненная реальность шла рука об руку с виртуальной вплоть до 1990 года, когда учёный Том Коделл впервые предложил термин «дополненная реальность». В 1992 году Льюис Розенберг разработал одну из самых ранних функционирующих систем дополненной реальности для ВВС США. Экзоскелет Розенберга позволял военным виртуально управлять машинами, находясь в удалённом центре управления. А в 1994 году Жюли Мартин создала первую дополненную реальность в театре под названием «Танцы в киберпространстве» – постановку, в которой акробаты танцевали в виртуальном пространстве.

В 90-х были и другие интересные открытия, например, австралийка Джули Мартин соединила виртуальную реальность с телевидением. Тогда же начались разработки игровых платформ с использованием технологий виртуальной реальности. В 1993 году компания Sega разработала консоль Genesis.

На демонстрациях и предварительных показах, однако, всё и закончилось. Игры с Sega VR сопровождали головные боли и тошнота и устройство никогда не вышло в продажу. Высокая стоимость девайсов, скудное техническое оснащение и побочные эффекты вынудили людей на время забыть о технологиях VR и АR.

https://youtube.com/watch?v=HBDO2iHqSNc

В 2000 году благодаря дополнению с технологиями AR в игре Quake появилась возможность преследовать чудовищ по настоящим улицам. Правда, играть можно было лишь вооружившись виртуальным шлемом с датчиками и камерами, что не способствовало популярности игры, но стало предпосылкой для появления известной ныне Pokemon Go.

Настоящий бум начался только в 2012 году. 1 августа 2012 года малоизвестный стартап Oculus запустил на платформе Kickstarter кампанию по сбору средств на выпуск шлема виртуальной реальности. Разработчики обещали пользователям «эффект полного погружения» за счет применения дисплеев с разрешением 640 на 800 пикселей для каждого глаза.

Необходимые 250 тысяч долларов были собраны уже за первые четыре часа. Спустя три с половиной года, 6 января 2015 года, начались предпродажи первого серийного потребительского шлема виртуальной реальности Oculus Rift CV1. Сказать, что релиз был ожидаемым — значит не сказать ничего. Вся первая партия шлемов была раскуплена за 14 минут.

Это стало символическим началом бума VR-технологий и взрывного роста инвестиций в эту отрасль. Именно с 2015 года технологии виртуальной реальности стали поистине новым технологическим Клондайком.

Текущее состояние развития VR

Далеко не все концептуальные возможности VR пока реализованы на уровне массового производства. Например, технологии воспроизведения запахов и вкусов находятся пока в зачаточном состоянии. Ниже перечислены имеющиеся на сегодня достижения.

Устройства для воспроизведения изображений VR.

Очки и шлемы виртуальной реальности состоят из нескольких мониторов, формирующих изображения для каждого глаза, линз для корректировки оптических искажений, а также системы отслеживания перемещений в пространстве.

Рисунок 2. Устройство шлема виртуальной реальности. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Альтернативной технологией воспроизведения изображений VR является технология 3D-дисплеев MotionParallax. Она не крепится на голову пользователя, а представляет собой несколько окружающих его мониторов, создающих иллюзию объемности. Движения пользователя, и, в частности, его глаз, отслеживаются с помощью миниатюрных видеокамер, закрепленных на теле пользователя датчиков или ультразвука.

Еще одна визуальная VR-технология — ретинальные мониторы, воспроизводящие изображение непосредственно на сетчатку глаза.

Имитация тактильных ощущений в VR.

Для передачи тактильных ощущений пользователю и считывания информации о движениях его мышц различными организациями разработаны перчатки VR. Они могут быть использованы как для серьезных задач, например, в хирургии, так и в индустрии развлечений. Один из наиболее удачных прототипов создан в Калифорнийском университете (Сан-Диего) на основе опыта, полученного при изготовлении мягких роботов.

Перчатки VR воспроизводят ощущения от прикосновений к объектами виртуальной реальности. Они состоят из трех компонентов:

• сенсоры для определения положения и движений конечностей пользователя;
• синтетические мышцы — пластиковые полости, откликающиеся на движения пальцев;
• распределительное устройство, передающее тактильные ощущения пользователю.

Успешные реализации VR.

На сегодняшний день некоторым компаниям удалось воплотить идеи VR и создать на их основе массовые продукты:

• Second Life — виртуальная реальность с элементами социальной сети. Количество пользователей превышает 1 млн. человек;
• Active Worlds — сетевая среда для коллективного создания и исследования виртуальных миров.

Рисунок 3. Скриншот вьювера VR Second Life. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В компьютерных сообществах ведутся работы по созданию стандартов и инструментов разработки VR. Примером могут служить усилия корпорации Mozilla Foundation, ведущей разработку фреймворка WebVR, который позволит создавать веб-страницы с элементами виртуальной реальности.

Что такое виртуальная реальность?

Стоит отметить, что термин «виртуальная реальность» впервые появился в далёких 60-х годах в Америке. По определению, виртуальная реальность — это искусственное компьютерное воспроизведение ситуации, симуляция реальности.

То есть, используя определённые технические возможности, детально воспроизводится окружение пользователя, при этом задействуются все органы восприятия, какие как зрение, слух, осязание и так далее. При этом виртуальная реальность воспроизводит не только воздействие, но и реакцию на него.

Объекты и субъекты виртуально реальности ведут себя аналогичным образом что и их реальные прототипы. Взаимодействие с окружающим пространством происходит в полном соответствии с законами физики, привычными человеку. Но, для того чтобы поднять интерес пользователя к подобным технологиям, в них допускают использование недоступных в реальности возможностей. Например, полёты или возможность создания предметов.

Таким образом, получается, что виртуальная реальность генерирует новый мир, не существующий на самом деле. Исходя из этого можно выделить основные свойства VR.

• Первое свойство — это порожденность. То есть каждая искусственная реальность является результатом активности другой, внешней по отношению к первой. В связи с этим она является сотворённой, то есть не имеет реального представления.
• Ещё одним свойством является актуальность. В условиях виртуальной реальности не существует прошлого или будущего. Она существует только в режиме реального времени «здесь и сейчас» и актуальна только в момент наблюдения.
• Виртуальная реальность автономна. В ней реализовано собственное время, законы взаимодействия и пространство. Как правило, она не копирует и не продолжает реальное окружающее пространство.
• Интерактивность — основное свойство виртуальной реальности, которое делает её востребованной. Она может взаимодействовать с иными реальностями при этом оставаясь независимой. При этом человек, находясь в VR, воспринимает события от первого лица, то есть он является полноценным участником событий с полным погружением в процесс.

Можно выделить несколько основных типов виртуальной реальности.

1. Полное погружение. Это наиболее сложный вариант организации виртуальной реальности. Для этого требуется специализированное оборудование, гарантирующее погружение в процессе исследования окружающего пространства. Мощный высокопроизводительный ПК, который позволяет оперативно реагировать и выдавать ответную реакцию окружения на действия пользователя. Таким образом,создаётся наиболее правдоподобная симуляция окружения и его детализация.
2. Реальность без погружения. К ней относятся симуляции использующие качественное изображение и звук. В качестве яркого примера можно привести 3D-проекты, транслируемые на широкоформатный экран, или объёмные реконструкции каких-либо объектов для большей визуализации. Несмотря на то что такие вещи не соответствуют стандартам виртуальной реальности в полной мере, они все же дают возможность более глубоко оценить моделируемое пространство, в отличие от привычных средств мультимедиа.
3. Виртуальная реальность с совместной инфраструктурой. Это определённые симуляции некоего мира, которым для полноты картины не хватает только эффекта присутствия. Они не дают возможности полного погружения, но имеют хорошие возможности взаимодействия с другими участниками процесса. Стоит отметить, что последняя характеристика не всегда качественно реализована в продуктах с полным погружением. Примером такой VR может стать всем известная игра Minecraft. Создание виртуальных миров находит свою реализацию не только в играх, но и в организации рабочего процесса или учебного пространства.
4. Искусственная реальность на базе интернет-технологий. Это направление создания виртуальной реальности в сети на основе специальной технологии, подобной HTML.

Чему можно научиться в виртуальной реальности

Виртуальное обучение и переподготовка железнодорожников, пилотов самолета, тренировки спортсменов и полицейских, внедрение симуляторов для обучения медицинским специальностям сделали формирование специфических навыков проще, доступнее и безопаснее.

Флагманом VR в образовательной сфере выступило приложение Anatomuoy, позволяющее школьникам и студентам погрузиться в изучение анатомии человека. Успешный опыт вдохновил разработчиков на создание многообразных обучающих приложений, и сегодня с помощью передовых технологий можно отправиться изучать космическое пространство, погрузиться в мир атомов, принять участие в сложных химических экспериментах, воочию наблюдать исторические события.

Diagnosis

К сожалению, будущее VR-игр туманно. Крупные игроки на этом рынке либо осторожничают, либо оставляют болото VR-игр, устремившись покорять метавселенную — какой бы она ни была.

Возникает ощущение, что игровую VR-индустрию сбили на взлете. Преодолев проблемы с удобством использования и ценовые барьеры, устройства устремились к первым массовым потребителям. В этот момент крупнейший на рынке игрок решил отказаться от него. И ладно дело было бы только в новой модели. Кажется, шлем Quest 2 стал не интересен компании-производителю. Будет ли он интересен независимым разработчикам?

Представленный недавно Oculus Quest Pro, решил повторить историю VR-устройств и убиться об массовый рынок и, возможно, похоронить VR-подразделение материнской компании. История VPL EyePhone, Forte VFX1, 3D-кинематографа ничему, похоже, не научили Цукерберга и его команду. Впрочем, есть один клиент, который заплатит указанную цену и воспользуется этим устройством по назначению — военно-промышленный комплекс.

Так что игрокам остается уповать на Sony да Valve. Впрочем, надежды немного. В нынешней ситуации скорее поверишь в инопланетян или… Новый стартап.

История виртуальной и дополненной реальности

Считается, что  развиваться виртуальная реальность начала еще в пятидесятые годы прошлого столетия . Организация под названием Philco Corporation в 1961 году сумела разработать первые прототипы шлемов для виртуальной реальности, которые планировалось использовать в решении военных задач. И это является первым применением VR-технологии в жизни. Но если следовать ныне существующей классификации, то такая система должна быть отнесена, пожалуй, к AR-технологии.

Создателем технологии виртуальной реальности можно считать человека по имени  Мортон Хэйлиг . В 62-ом году прошлого века он получил патент на стимулятор под названием «Сенсорама». Конструкция был весьма габаритным устройством, которое внешностью было похоже на игровой автомат, и предоставлял возможность пользователю погрузиться в реальность, воссозданную цифровым путем. К примеру, провести тест-драйв мотоцикла на улицах Бруклина. Но инвесторы не испытали доверия к такому изобретению, и Хэйлиг был вынужден остановить процесс разработки.

Спустя несколько лет после этого аналогичный аппарат для погружения в виртуальную реальность был представлен гарвардским профессором А. Сазэрлендом, создавшим со студентом Б. Спраулом систему под названием «Дамоклов меч» на базе дисплея, надевающегося на голову. Очки были прикреплены к потолку, и посредством компьютера происходила трансляции изображения

Невзирая на громоздкость изобретения, оно получило повышенное внимание со стороны НАСА и ЦРУ

Через двадцать лет корпорация  VPL сумела разработать инновационное оборудование для воссоздания виртуального мира  – очки под названием EyePhone и перчатку DataGlove. Именно основатель компании и ввел в обиход выражение «виртуальная реальность».

Непосредственно до 1990 года технологии VR и AR находились в плотной связи друг с другом, но затем ученый Т. Кодэл предложил ввести термин дополненной реальности. И спустя два года была разработана самая ранняя система AR для военно-воздушных сил Штатов. Экзоскелет, созданный Л. Розенбергом, давал военным возможность виртуального управления машинами, при этом располагаясь в центре удаленного контроля и управления.

В начале 21 столетия игра Quake предоставила возможность игрокам гнаться за чудовищами на реальных улицах. Впрочем, игровой процесс можно было осуществить лишь надев шлем виртуальной реальности, поэтому игра не получила особую популярность, но это явилось предпосылкой к тому, чтобы в современном мире появилась знаменитая Pokemon Go.

И  только пять лет назад случился истинный бум . В августе 2012 года стартап под названием Oculus создал кампанию, пытаясь собрать достаточно денежных средств для разработки шлема виртуальной реальности. Спустя три с небольшим года был запущен процесс предпродаж первого серийного шлема для воссоздания VR-технологии.

Простая технология?

Может показаться, что этот прибор – это довольно простая вещь. Ведь есть . В реальности HTC Vive, Oculus Rift или PlayStation VR – это очень мощные вещи, которые были созданы с конкретной целью. Чтобы клиента обмануть и сделать так, что после их установки он почувствовал себя внутри игры.

Нужно, однако, ближе ознакомиться с тем, как работает такая виртуальность – часто, пытаясь ее понять, люди пользуются исключительно собственными представлениями и ожиданиями. Есть много различных типов виртуальной реальности. В любом случае речь идет об одних и тех же механизмах и принципах работы.

Девайсы для погружения в виртуальную реальность

Для погружения в виртуальную реальность человеку необходимо использовать определённое оборудование, которое влияет на органы чувств пользователя и воспроизводит ответную реакцию на его действия. Разберём основные на сегодняшний день разработки в этом направлении.

Шлемы и очки

Эти приборы обеспечивают визуальное и звуковое восприятие реального мира. Основными компонентами оборудования являются: два экрана со смещённым изображением для создания объёмного восприятия картины; штор, защищающих от попадания света снаружи; стереонаушники, передающие звук. Шлемы оборудованы гироскопами и акселерометрами.

Можно выделить три вида шлемов:

• предназначенные для компьютеров, обычно они имеют громоздкую конструкцию и функционируют только в тандеме с ПК или игровой консолью;
• для мобильных, гарнитуры, имеют в своей основе держатель со специальными линзами и функционируют только в связке с мобильными устройствами;
• независимые очки, это отдельные устройства, работающие под управлением специальной операционной системы.

Комнаты

Комнаты призваны стать альтернативой шлемам. Они дают значительно больше возможностей. Суть конструкции состоит в том, что человек находится в помещении стены которого представляют собой мониторы, транслирующие изображение. Часто для полноценного погружения необходимо использовать специальные очки.

Такие комнаты позволяют более реально ощутить своё присутствие в созданной реальности в первую очередь за счёт того, что пользователь имеет возможность видеть себя.

Информационные перчатки

Человеку присуще желание тактильного контакта и изучения окружения посредством ощупывания предмета. Такую возможность в условиях виртуальной реальности дают информационные перчатки. При этом есть приборы, способные захватить движение кистей и пальцев.

Джойстики

Наиболее привычные для большинства пользователей приборы взаимодействия с искусственно созданной реальностью. Они содержат все необходимы датчики, контролирующие положение пользователя и его движения.

Конструкция имеет вид и функциональность привычной мыши и игрового джойстика. Сегодня они имеют беспроводную организацию, что делает их более удобными для участника процесса.

Принцип работы шлема виртуальной реальности

Многих интересует вопрос, как работают VR очки. Принцип работы любого устройства ВР одинаков. Шлем одевается на голову и закрепляется специальными ремнями

При этом очки должны прилегать плотно к лицу, чтобы посторонние факторы не отвлекали внимание пользователя. Фото, видео или игры выводятся на встроенный экран, при этом изображение делится на две части, чтобы создать эффект трехмерного пространства

В современных моделях разрешение дисплея достаточно высокое, поэтому картинка получается максимально реалистичной.

Кроме качественного дисплея, очки виртуальной реальности снабжаются аудио гарнитурой с 3d эффектом. Это позволяет полностью отвлечься от реального мира и погрузиться в фантастическую обстановку. Таким образом, шлем виртуальной реальности обманывает слух и зрение человека, полностью изолируя его от реальной обстановки.

Благодаря многочисленным датчикам, обзор в виртуальном пространстве происходит благодаря, привычным, движениям головы. Можно в мельчайших деталях рассмотреть окружающую обстановку и заглянуть в любой уголок виртуального мира.

В зависимости от конкретной модели шлема, его подключают к персональному компьютеру или игровой приставке. Сам процесс подключения и настройки очков VR достаточно простой и не вызывает сложностей. Но стоит помнить, что для корректной работы, в большинстве случаев требуется мощный компьютер. Особенно высоки требования к видеокарте.

Для достижения наилучшего эффекта, в шлемах предусмотрены некоторые настройки. Например, можно откорректировать расстояние до глаз, громкость звука и другие параметры. Некоторые модели даже оснащены специальной технологией, которая позволяет без всякого дискомфорта использовать очки виртуальной реальности людям со зрением от, минус пяти до, плюс пяти.

Шлем виртуальной реальности состоит из следующих основных частей:

1. Корпус и его составляющие.
2. Линзы.
3. Всевозможные датчики, которые отслеживают положение головы в пространстве (гироскоп, акселерометр, магнитометр, инфракрасные датчики).

4. Микросхема, в которой и происходят все вычислительные процессы.

В зависимости от фирмы и модели устройства, данный список может быть расширен.

Прогресс и уверенность в обучении виртуальной реальности

Прогресс и повторы каждого участника убедительно указывают на их прогресс в обучении. Если ваши ученики ускоряются в VR-модуле практически без повторов или ошибок, они могут перейти к чему-то более сложному.

В симуляциях виртуальной реальности скорость принятия решений — отличный способ оценить уверенность. Если ваши ученики долго колеблются, прежде чем ответить на разветвленные вопросы, они могут чувствовать себя неуверенно. Однако, если они повторяют симуляцию несколько раз, ускоряясь с каждым повторением, вы можете предположить, что их уверенность в материале улучшается.