Как motionparallax3d дисплеи отслеживают положение наблюдателя трехмерного объекта

Обновлено: 07.07.2024

1. Основные понятия, свойства, характеристика и особенности (по теме).

2. Инструменты разработки (аппаратное, программное обеспечение).

3. Применение на практике, предприятии. Безопасные приёмы работы, охрана труда, пожарная безопасность.

Список используемой литературы.

Руководитель работыБондарь В.В.

Задание принял к исполнениюЕфимова Е.Е.

1. Основные понятия. 2

2. Структура виртуальной реальности. 2

3. Область применения виртуальной реальности. 2

3.1 Компьютерное моделирование и имитация. 2

Перспективы использования. 2

Список используемой литературы.. 2

ВВЕДЕНИЕ

В данной письменной экзаменационной работе мы рассмотрим виртуальную реальность, её структуру, область её применения на практике и выясним перспективы её использования в будущем, как на производстве, так и в качестве развлечения и средства для более успешного усвоения программы учениками.

Основные понятия

Виртуальная реальность, ВР, искусственная реальность, электронная реальность, компьютерная модель реальности — созданный техническими средствами мир (объекты и субъекты), передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Для создания убедительного комплекса ощущений реальности компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности производится в реальном времени.

Объекты виртуальной реальности обычно ведут себя близко к поведению аналогичных объектов материальной реальности. Пользователь может воздействовать на эти объекты в согласии с реальными законами физики (гравитация, свойства воды, столкновение с предметами, отражение и т. п.). Однако часто в развлекательных целях пользователям виртуальных миров позволяется больше, чем возможно в реальной жизни (например: летать, создавать любые предметы и т. п.).

Шлем виртуальной реальности — устройство, позволяющее частично погрузиться в мир виртуальной реальности, создающее зрительный и акустический эффект присутствия в заданном управляющим устройством (компьютером) пространстве. Представляет собой конструкцию, надеваемую на голову, снабженное видеоэкраном и акустической системой. Название «шлем» достаточно условное: современные модели гораздо больше похожи на очки, чем на шлем.

MotionParallax3D дисплеи — класс устройств виртуальной реальности, позволяющих сформировать у пользователя иллюзию объемного предмета за счет отображения на экране специальной проекции виртуального объекта, сгенерированной в зависимости от положения пользователя относительно экрана.

Виртуальный ретинальный монитор— технология устройств вывода, формирующая изображение непосредственно на сетчатке глаза. В результате пользователь видит изображение, «висящее» в воздухе перед ним.

Структура виртуальной реальности

v Изображение

Шлем виртуальной реальности – Современные шлемы виртуальной реальности представляют собой скорее очки, нежели шлем, и содержат один или несколько дисплеев, на которые выводятся изображения для левого и правого глаза, систему линз для корректировки геометрии изображения, а также систему трекинга, отслеживающую ориентацию устройства в пространстве. Как правило, системы трекинга для шлемов виртуальной реальности разрабатываются на основе гироскопов, акселерометров и магнитометров. Для систем этого типа важен широкий угол обзора, точность работы системы трекинга при отслеживании наклонов и поворотов головы пользователя, а также минимальная задержка между детектированием изменения положения головы в пространстве и выводом на дисплеи соответствующего изображения.

MotionParallax3D дисплеи –К устройствам этого типа относится множество различных устройств: от некоторых смартфонов до комнат виртуальной реальности (CAVE). Системы данного типа формируют у пользователя иллюзию объёмного объекта за счёт вывода на один или несколько дисплеев специально сформированных проекций виртуальных объектов, сгенерированных исходя из информации о положении глаз пользователя. При изменении положения глаз пользователя относительно дисплеев, изображение на них соответствующим образом меняется. Все системы данного типа задействуют зрительный механизм восприятия объёмного изображения параллакс движения (Motion Parallax). Также, в большинстве своём, они обеспечивают вывод стереоизображения с помощью стереодисплеев, задействуя стереоскопическое зрение. Системы трекинга для MotionParallax3D дисплеев отслеживают координаты глаз пользователей в пространстве. Для этого используются различные технологии: оптическая (определение координат глаз пользователя на изображении с камеры, отслеживание активных или пассивных маркеров), существенно реже - ульт развуковая. Зачастую системы трекинга могут включать в себя дополнительные устройства: гироскопы, акселерометры и магнитометры. Для систем данного типа важна точность отслеживания положения пользователя в пространстве, а также минимальная задержка между детектированием изменения положения головы в пространстве и выводом на дисплеи соответствующего изображения. Системы данного класса могут выполняться в различных форм - факторах: от виртуальных комнат с полным погружением до экранов виртуальной реальности размером от трёх дюймов.

Виртуальный ретинальный монитор – Устройства данного типа формируют изображение непосредственно на сетчатке глаза. В результате пользователь видит изображение, «висящее» в воздухе перед ним. Устройства данного типа ближе к системам дополненной реальности, поскольку изображения виртуальных объектов, которые видит пользователь, накладываются на изображения объектов реального мира. Тем не менее, при определённых условиях (тёмная комната, достаточно широкое покрытие сетчатки изображением, а также в сочетании с системой трекинга), устройства данного типамогут использоваться для погружения пользователя в виртуальную реальность.

Также существуют различные гибридные варианты: например, система CastAR, в которой получение корректной проекции изображения на плоскости достигается за счёт расположения проекторов непосредственно на очках, а стереоскопическое разделение - за счёт использования световозвращающего покрытия поверхности, на которую ведётся проецирование. Но пока такие устройства широко не распространены и существуют лишь в виде прототипов.

На данный момент самыми совершенными системами виртуальной реальности являются проекционные системы, выполненные в компоновке комнаты виртуальной реальности (CAVE). Такая система представляет собой комнату, на все стены которой проецируется 3D-стереоизображение. Положение пользователя, повороты его головы отслеживаются трекинговыми системами, что позволяет добиться максимального эффекта погружения. Данные системы активно используются в маркетинговых, военных, научных и других целях.

v Звук

Для передачи звука, в средствах виртуальной реальности, используют «многоканальную акустическую систему», которая позволяет производить локализацию источника звука, тем самым она позволяет пользователю определять источник звука.

v Имитация тактильных ощущений

Имитация тактильных или осязательных ощущений уже нашла своё применение в системах виртуальной реальности. Это так называемые устройства с обратной связью.Применяются для решения задач виртуального прототипирования и эргономического проектирования, создания различных тренажёров, медицинских тренажёров, дистанционном управлении роботами, в том числе микро- и нано-, системах создания виртуальных скульптур.

v Прямое подключение к нервной системе

Описанные выше устройства воздействуют на органы чувств человека, но данные могут передаваться и непосредственно нервным окончаниям, и даже напрямую в головной мозг посредством мозговых интерфейсов. Подобная технология применяется в медицине для замены утраченных чувствительных способностей, но пока она слишком дорога для повседневного применения и не достигает качества передачи данных, приемлемого для передачи виртуальной реальности. На этом же принципе основаны различные физиотерапевтические приборы и устройства, воспроизводящие ощущения реального мира в изменённом состоянии сознания.

v Управление

С целью наиболее точного воссоздания контакта пользователя с окружением применяются интерфейсы пользователя, наиболее реалистично соответствующие моделируемым: компьютерный руль с педалями, рукояти управления устройствами, целеуказатель в виде пистолета и т. д.

Для бесконтактного управления объектами используются как перчатки виртуальной реальности, так и отслеживание перемещений рук, осуществляемое с помощью видеокамер. Последнее обычно реализуется в небольшой зоне и не требует от пользователя дополнительного оборудования.

Перчатки виртуальной реальности могут быть составной частью костюмавиртуальной реальности, отслеживающего изменение положения всего тела и передающего также тактильные, температурные и вибрационные ощущения.

Устройство для отслеживания перемещений пользователя может представлять собой свободно вращаемый шар, в который помещают пользователя, или осуществляться лишь с помощью подвешенного в воздухе или погружённого в жидкость костюма виртуальной реальности. Также разрабатываются технические средства для моделирования запахов.

Виртуальная реальность (Virtual Reality, VR, искусственная реальность) — созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, осязание и другие. Виртуальная реальность имитирует как воздействие, так и реакции на воздействие. Для создания убедительного комплекса ощущений реальности компьютерный синтез свойств и реакций виртуальной реальности производится в реальном времени.

Не следует путать виртуальную реальность с дополненной. Их коренное различие в том, что виртуальная конструирует новый искусственный мир, а дополненная реальность лишь вносит отдельные искусственные элементы в восприятие мира реального.

Системами виртуальной реальности называются устройства, которые более полно по сравнению с обычными компьютерными системами имитируют взаимодействие с виртуальной средой путём воздействия на все пять имеющихся у человека органов чувств.

Таких систем в полном объеме пока еще не существует, но при создании виртуальной реальности разработчики стараются добиться, чтобы она была:

правдоподобной — поддерживала у пользователя ощущение реальности происходящего;
интерактивной — обеспечивала взаимодействие со средой;
доступной для изучения — предоставляла возможность исследовать большой, детализированный мир;
создающей эффект присутствия — вовлекала в процесс как мозг, так и тело пользователя, воздействуя на максимально возможное число органов чувств.

Очевидно, достижение этих целей возможно только при использовании высокопроизводительного аппаратно-программного обеспечения.

Типы виртуальной реальности

На данном этапе развития технологий VR среди них можно выделить следующие типы.

Технологии VR с эффектом полного погружения, обеспечивающие правдоподобную симуляцию виртуального мира с высокой степенью детализации. Для их реализации необходим высокопроизводительный компьютер, способный распознавать действия пользователя и реагировать на них в режиме реального времени, и специальное оборудование, обеспечивающее эффект погружения.
Технологии VR без погружения. К ним относятся симуляции с изображением, звуком и контроллерами, транслируемые на экран, желательно широкоформатный. Такие системы причисляют к виртуальной реальности, поскольку по степени воздействия на зрителя они намного превосходят другие средств мультимедиа, хотя и не реализуют в полной мере требования, предъявляемые к VR.

Как работает технология VR

Самым распространённым средством погружения в виртуальную реальность являются специализированные шлемы/очки. На расположенный перед глазами пользователя дисплей выводится видео в формате 3D. Прикрепленные к корпусу гироскоп и акселерометр отслеживают повороты головы и передают данные в вычислительную систему, которая изменяет изображение на дисплее в зависимости от показаний датчиков. В итоге пользователь имеет возможность «оглядеться» внутри виртуальной реальности и почувствовать себя в ней, как в настоящем мире.

Для более реалистичного погружения в мир виртуальной реальности помимо датчиков, отслеживающих положение головы, в устройствах VR могут применяться трекинговые системы, отслеживающие движения зрачков глаз и позволяющие определить, куда человек смотрит в каждый момент времени, а также отслеживающие телодвижения человека с целью повторения их в виртуальном мире. Такое отслеживание может осуществляться с помощью специальных датчиков или видеокамеры.

Для взаимодействия с виртуальной реальностью традиционных 2D-контроллеров (мышь, джойстик и др.) уже недостаточно, поэтому их заменяют 3D-контроллерами (манипуляторами, позволяющими работать в трехмерном пространстве).

Устройства с обратной связью предназначены для того, чтобы пользователь мог еще полнее ощутить все происходящее в виртуальном мире. В качестве таких устройств могут использоваться вибрирующие джойстики, вращающиеся кресла.

Устройства и компоненты VR

Считается, что 80% информации человек получает через зрение. Поэтому разработчики систем ВР уделяют огромное внимание именно устройствам, обеспечивающим формирование изображений. Как правило, их дополняют устройствами стереозвучания, ведутся работы по тактильным воздействиям и даже имитации запахов. О воздействии на вкусовые рецепторы пока не сообщается.

Изображения

Шлем виртуальной реальности
Современные шлемы виртуальной реальности (HMD-display, head-mounted display, видеошлем) содержат один или несколько дисплеев, на которые выводятся изображения для левого и правого глаза, систему линз для корректировки геометрии изображения, а также систему трекинга, отслеживающую ориентацию устройства в пространстве. По внешнему виду они теперь похожи на очки, поэтому их все чаще называют VR headsets (ВР-гарнитуры) или просто очки виртуальной реальности.

Их можно разделить на три группы:
1. Очки, в которых обработку и вывод изображения обеспечивает смартфон (Android, iPhone, Windows Phone). Современный смартфон — высокопроизводительное устройство, способное самостоятельно обрабатывать трехмерные изображения. Дисплеи смартфонов обладают достаточно высоким разрешением. Практически каждый смартфон снабжен датчиками, позволяющими определять положение устройства в пространстве

2. Очки, в которых обработку изображения обеспечивает внешнее устройство (ПК, Xbox, PlayStation и т.п.). Внешнее устройство должно быть высокопроизводительным, а очки снабжены датчиками положения.

3. Автономные очки виртуальной реальности (Lenovo Mirage Solo, совместно с Google, Oculus Quest от Facebook, Samsung Gear VR).
Шлемы являются основным компонентом VR с полным погружением, поскольку не только обеспечивают объемное изображение и стереозвучание, но еще и частично изолируют пользователя от окружающей реальности.

Явление параллакса многократно усиливает восприятие объема. В отличие от 3D-кинематографа и 3D-TV, которые используют лишь бинокулярное зрение, технология MotionParallax3D позволяет пользователю рассмотреть 3D-сцену со всех сторон, как если бы все ее объекты были реальны. Смещение зрителя относительно экрана, нарушающее эффект объема в 3D-кино, в системе MotionParallax3D эффект только усиливает.

Система, использующая механизм параллакса, должна улавливать мельчайшие движения головы пользователя и отслеживать их с высокой скоростью и точностью, чтобы мозг не фиксировал искажения геометрии объектов, вызванные запаздыванием изменения изображения. Задержка должна составлять не более 20 мс, для интерактивных игр — не более 11 мс.

Звук

Многоканальная акустическая система позволяет производить локализацию источника звука, благодаря чему пользователь может ориентироваться в виртуальном мире с помощью слуха.

Тактильные и другие ощущения

Перчатки виртуальной реальности (информационные перчатки, datagloves)
Такие перчатки оснащаются датчиками, позволяющими отслеживать движения кистей и пальцев рук. Технически это может быть реализовано различными методами: с использованием оптоволоконных кабелей, тензометрических или пьезоэлектрических датчиков, а также электромеханических приспособлений (таких как потенциометры). 8 Например, ученые из компаний EPFL и ETH Zurich разработали ультралегкие перчатки (весом менее 8 граммов на каждый палец и толщиной всего лишь 2 мм). Они обеспечивают «чрезвычайно реалистичную тактильную обратную связь и могут быть запитаны от аккумуляторов, благодаря чему обеспечивается беспрецедентная свобода движения».
Костюм виртуальной реальности
Этот костюм должен отслеживать изменение положения всего тела пользователя и передавать тактильные, температурные и вибрационные ощущения, а в комбинации со шлемом — зрительные и слуховые.

Запахи и вкусовые ощущения

Работы по синтезу запахов ведутся уже не один год, но до широкого использования полученных результатов еще далеко. О каких-либо значимых достижениях в области передачи вкусовых ощущений говорить пока не приходится.

Устройства управления

Для взаимодействия с виртуальной средой используются специальные джойстики (геймпады, wands), содержащие встроенные датчики положения и движения, а также кнопки и колеса прокрутки, как у мыши. Сейчас такие джойстики все чаще делают беспроводными.

В качестве устройств управления могут также использоваться упомянутые выше информационные перчатки и костюмы виртуальной реальности.

Проблемы унификации

Как это обычно бывает при внедрении новых технологий, каждый из крупных поставщиков, вышедших на многообещающий рынок, стремится продвигать именно свою продукцию, распространять свои технические решения. Соответственно, ведущие компании, выпустив VR-гарнитуры, разрабатывают или заказывают контент именно для них. Движущей силой рынка VR на данный момент являются виртуальные игры, в первую очередь в расчете на геймеров и были выпущены гарнитуры Oculus Rift, Samsung Gear VR, HTC Vive, PlayStation VR и др.

Игры и другой контент, разработанные для одной гарнитуры, не воспроизводятся на другой. Игроманы ждут не дождутся, когда будет налажено портирование игр между гарнитурами разных разработчиков. Промышленники, рекламисты и представители многих других отраслей быстрее внедряли бы VR, зная, что дорогостоящее оборудование не придется менять из-за того, что новое, крайне привлекательное ПО было разработано для других очков-перчаток-костюмов виртуальной реальности.

Поставщики VR прекрасно понимают, что хорошо налаженное сотрудничество между ними способно вывести виртуальную реальность на качественно новый уровень. Поэтому еще в декабре 2016 года была создана Глобальная ассоциация виртуальной реальности (GVRA) — некоммерческая организация производителей шлемов виртуальной реальности (VR), призванная объединить усилия компаний в развитии этого направления. В ее создании приняли участие компании Acer Starbreeze, Google, HTC VIVE, Oculus, Samsung и Sony Interactive Entertainment.

Согласно данным сайта GVRA, 13 главная задача ассоциации — способствовать глобальному росту и развитию индустрии VR. Планируется создание рабочих групп для проведения исследований и выработки рекомендаций, касающихся наиболее важных для отрасли тем. В конечном итоге эти группы будут разрабатывать лучшие практики и открыто делиться ими.

Однако по состоянию на октябрь 2018 г., т.е. спустя почти два года после создания GVRA, единственным материалом, появившимся на сайте ассоциации, стал отчет «Исследование виртуальной реальности и ее потенциал для Европы», охватывающий период с 2016 по 2017 год. 14 Видимо, достижение глобальных договоренностей между крупными компаниями — задача не менее сложная, чем разработка собственно технологий VR.

Впрочем, усилия по унификации оборудования продолжаются.

Так, 17-го июля 2017 года компании NVIDIA, Oculus, Valve, AMD и Microsoft представили спецификацию VirtualLink™ — открытый отраслевой стандарт, который позволит гарнитурам VR следующего поколения подключаться к ПК и другим устройствам с использованием лишь одного высокоскоростного USB-кабеля Type-C (вместо нескольких шнуров и разъемов, применяемых в настоящее время). Отмечается, что VirtualLink специально создан для VR. Он обеспечивает оптимальную латентность и полосу пропускания, позволяя производителям шлемов и ПК создавать виртуальную реальность нового поколения.

Конечно же, задачи унификации тем или иным способом все равно будут решены, как это уже происходило с другими технологиями, главное — чтобы это произошло в ближайшие годы.

Виртуальная реальность в промышленности

Примеры разнообразного применения технологий VR в промышленности приведены в статье «Виртуальная реальность (VR): лучшие практики».

Финансовые перспективы

Отношение к виртуальной реальности у инвесторов неоднозначное. С одной стороны, VR-шлем можно купить в любом магазине электроники. Только компания Sony с конца 2016 г. продала более 1,5 млн. гарнитур PlayStation VR для своей консоли. Тысячи компаний создают соответствующий контент. Однако с выводом технологии VR на коммерческий рынок разработчики первой волны, видимо, поторопились. В результате пользователи не только не получили обещанного эффекта полного погружения, но и, столкнувшись с несовершенством технологии, разочаровались в ней. Массовое распространение VR/AR сдерживают, во-первых, низкое качество VR-контента, во-вторых, разрозненность платформ и отсутствие единых стандартов при его создании, в-третьих, отсутствие четкой системы дистрибуции, единой площадки, где были бы собраны соответствующие продукты.

Соответственно ведет себя и рынок. В первом квартале 2018 г. мировые поставки гарнитур виртуальной реальности выросли на 16% в годовом сравнении, сообщают эксперты из Canalys. Но во второй календарной четверти этого года, по оценкам IDC, поставки сократились на 33,7%. Впрочем, аналитики уверены, что сложившаяся ситуация имеет временный характер. Появление новых продуктов, прежде всего Oculus Go и HTC Vive Pro, а также новых брендов, должны вернуть рынок в позитивное русло.

Аналитики компаний Gartner и IDC утверждают, что VR/AR приближаются к стадии технологической зрелости. То есть очень скоро виртуальная реальность станет частью повседневной жизни. Технологически все готово к ее массовому использованию.

Содержание

Основы

Устройства данного класса содержат один или несколько плоских или изогнутых экранов, имеющих, в зависимости от форм-фактора устройства, различные размеры, форму и взаимное расположение. Проекции виртуальных объектов рассчитываются таким образом, что при наблюдении виртуального объекта, изображение, которое видит пользователь, полностью совпадает с изображением, которое он увидел бы, если бы виртуальный объект был реальным и находился в соответствующей точке реального пространства. Для построения и отображения корректных проекций виртуальных объектов системе виртуальной реальности требуются актуальные координаты, из которых осуществляется наблюдение виртуального мира (координаты глаз пользователей).

В отличие от стереодисплеев, задействующих только бинокулярное зрение, MotionParallax3D дисплеи задействуют такой механизм восприятия объёма, как параллакс движения. Параллакс движения – смещение частей изображения друг относительно друга с угловой скоростью, пропорциональной разнице расстояния между ними и наблюдателем, при изменении взаимного положения наблюдателя и объекта наблюдения. MotionParallax3D дисплеи задействуют этот механизм восприятия объёма путём постоянного перестроения изображения, исходя из актуальных координат глаз пользователя. Благодаря этому, виртуальные объекты смещаются друг относительно друга и относительно видимых реальных объектов по тем же законам и принципам, что и объекты реального мира. Это позволяет мозгу выстраивать целостную картину мира, содержащую одновременно реальные и виртуальные объекты с визуально неотличимым поведением. Задействование механизма параллакса движения в MotionParallax3D дисплеях является достаточным для того, чтобы мозг воспринимал виртуальные объекты, как имеющие определенную форму, объём, и расстояние от глаз пользователя.

Системы трекинга

Для того, чтобы проекция изображения, выводимая на экран, была корректной, системе необходимы максимально актуальные и точные координаты глаз пользователя. Эти координаты MotionParallax3D дисплеи получают из систем трекинга.

Системы трекинга для MotionParallax3D дисплеев могут строиться на различных принципах:

Оптические:
- на основе активных маркеров (NettleBox)
- на основе пассивных маркеров (EON ICube)
- на основе распознавания лиц, глаз, контуров головы и т.д. (Amazon Fire Phone)
Показатели качества

Качество MotionParallax3D дисплеев, основным критерием которого является реалистичность восприятия виртуального мира, определяется сочетанием трех основных характеристик:
- качеством стереоскопического разделения (если оно производится)
- качеством рендеринга
- геометрической корректностью проекции.
Качество стереоскопического разделения снижается вследствие гостинга (ghosting) – явления, при котором каждый глаз, помимо предназначенного для него изображения, воспринимает также и изображение, предназначенное для другого глаза. Причиной гостинга могут служить различные факторы, например, остаточное свечение люминофора в плазменных экранах или неполное совпадение направления поляризации при поляризационном стереоскопическом разделении.

Качество рендеринга в целом не является критичным в современных MotionParallax3D дисплеях, однако высокая детализация рендеринга и использование специальных эффектов позволяет задействовать психологические механизмы восприятия объема, такие как градиент текстуры, затенение, и т.д., что содействует повышению реалистичности восприятия.

Геометрическая корректность проекции 3D-сцены – наиболее значимый показатель качества MotionParallax3D дисплея. На геометрическую корректность проекции влияют точность отслеживания положения пользователя и промежуток времени между моментом начала определения положения пользователя и моментом вывода изображения на экран. Точность отслеживания непосредственно влияет на корректность проекции виртуального объекта и определяется общей геометрической ошибкой, зависящей от архитектуры и геометрии средств отслеживания и качества калибровки, а также интегрального показателя ошибки, вносимой шумом. Промежуток времени между моментом начала определения положения наблюдателя и моментом вывода изображения на экран является основной причиной геометрической некорректности проекции 3D-сцены в системах MotionParallax3D. Причиной возникновения задержки является то, что на все операции по определению положению пользователя, построению и выводу проекции, требуется время.

В современных MotionParallax3D дисплеях применяется технология предсказания положения пользователя, что позволяет частично скомпенсировать задержку, однако точность и горизонт предсказания сильно зависят от качества начальных данных (точность), а также количества выборок с координатами положения пользователя, получаемыми системой за единицу времени.

Особенностью зрительного восприятия является то, что мозг воспринимает задержку отображения виртуальных объектов не как задержку, а как искажение геометрии виртуальных объектов. В этом случае диссонанс между информацией, поступающей к пользователю по зрительному каналу восприятия и от вестибулярного аппарата может привести к проявлению у человека симптомов т.н. киберболезни, симптомами которой является тошнота, головная боль, боль в глазах. Чем выше качество MotionParallax3D дисплея, тем меньше шансов проявления у пользователя вышеописанных симптомов. Хотя стоит отметить, что даже в случае идеального MotionParallax3D дисплея симптомы киберболезни могут проявиться у восприимчивых людей из-за диссонанса зрительных механизмов фокусировки и конвергенции: если виртуальный объект располагается на значительном удалении от плоскости, на которую выводится проекция изображения, попытка свести глаза и сфокусироваться на виртуальном объекте может привести к прямо противоположному результату.

Место MotionParallax3D дисплеев среди систем виртуальной реальности

Шлемы виртуальной реальности, как правило, полностью изолируют пользователя от реального мира, в то время, как MotionParallax3D дисплеи в той или иной степени позволяют ориентироваться в окружающем пространстве. Но это также накладывает на MotionParallax3D дисплеи определенные ограничения: поскольку пользователь видит одновременно и реальные и виртуальные объекты, необходимо, чтобы их поведение было идентичным, что достигается путём уменьшения вышеупомянутой задержки до приемлемых величин (не более 20 мс).

Известные реализации

Благодаря тому, что MotionParallax3D дисплеи представляют собой систему трекинга, сопряжённую с устройствами формирования и вывода изображения, существует множество различных форм-факторов как по размеру: от смартфона до виртуальной комнаты, так и по степени погружения в виртуальный мир: от окна в виртуальный мир размером в 2-3 дюйма до систем с полным погружением. Ниже представлены наиболее распространенные представители устройств, которые можно отнести к данному классу.
- Стерео 3D: нет
- Принцип трекинга: оптический, отслеживание положения глаз пользователя
- Стерео 3D: пассивное стерео
- Принцип трекинга: оптический, отслеживание положения пассивных маркеров
- Стерео 3D: Active 3D
- Принцип трекинга: оптический, отслеживание положения активных маркеров
- Стерео 3D: Active 3D
- Принцип трекинга: оптический, отслеживание положения пассивных маркеров
Напишите отзыв о статье "MotionParallax3D"

Ссылки

Литература
- Маклаков А.Г. Общая психология: Учебник для вузов., Спб.: Питер, 2003. - 287 c.
См. также
- Виртуальная реальность
- Шлем виртуальной реальности
- Системы трекинга
- Трекинг (виртуальная реальность)
- Система отслеживания движений головы
- Дополненная реальность
- Киберпространство
- Киберболезнь
Отрывок, характеризующий MotionParallax3D

В то время как такие разговоры происходили в приемной и в княжниной комнатах, карета с Пьером (за которым было послано) и с Анной Михайловной (которая нашла нужным ехать с ним) въезжала во двор графа Безухого. Когда колеса кареты мягко зазвучали по соломе, настланной под окнами, Анна Михайловна, обратившись к своему спутнику с утешительными словами, убедилась в том, что он спит в углу кареты, и разбудила его. Очнувшись, Пьер за Анною Михайловной вышел из кареты и тут только подумал о том свидании с умирающим отцом, которое его ожидало. Он заметил, что они подъехали не к парадному, а к заднему подъезду. В то время как он сходил с подножки, два человека в мещанской одежде торопливо отбежали от подъезда в тень стены. Приостановившись, Пьер разглядел в тени дома с обеих сторон еще несколько таких же людей. Но ни Анна Михайловна, ни лакей, ни кучер, которые не могли не видеть этих людей, не обратили на них внимания. Стало быть, это так нужно, решил сам с собой Пьер и прошел за Анною Михайловной. Анна Михайловна поспешными шагами шла вверх по слабо освещенной узкой каменной лестнице, подзывая отстававшего за ней Пьера, который, хотя и не понимал, для чего ему надо было вообще итти к графу, и еще меньше, зачем ему надо было итти по задней лестнице, но, судя по уверенности и поспешности Анны Михайловны, решил про себя, что это было необходимо нужно. На половине лестницы чуть не сбили их с ног какие то люди с ведрами, которые, стуча сапогами, сбегали им навстречу. Люди эти прижались к стене, чтобы пропустить Пьера с Анной Михайловной, и не показали ни малейшего удивления при виде их.
– Здесь на половину княжен? – спросила Анна Михайловна одного из них…
– Здесь, – отвечал лакей смелым, громким голосом, как будто теперь всё уже было можно, – дверь налево, матушка.
– Может быть, граф не звал меня, – сказал Пьер в то время, как он вышел на площадку, – я пошел бы к себе.

Дальнейшее развитие технологии VR можно продолжить от устройства RB2 с контролерами First VR представленного в 1984г. как первый коммерческий проект.

Однако проект не получил популярности из-за своей дороговизны, цена комплекта с контроллерами составляла порядка 100 тысяч долларов, а самый дешевый вариант стоил за 50 тысяч долларов.

До 1984 г. в области VR были разработки в военном секторе, но их мы рассматривать не будем, т.к. оценить степень их влияния на технологию в целом мы скорее всего не сможем.

Устройством, которое приобрело облик близкий к современным и уже называется как VR-шлем, можно считать Virtual Environment Display System, созданное при поддержке NASA в 1985г.

Устройство VEDS NASA уже было высокотехнологичным и ультрасовременным, но этот VR-шлем предназначался для научных целей, так как благодаря ему можно было визуально исследовать поверхности планет и прочих космических тел. Вышеперечисленные устройства показывают развитие VR технологии в целом, каждое из этих устройств двигало технологию, улучшало её. Теперь пришло время взглянуть, что же происходило с VR в игровой индустрии. Игровым устройством, открывшим VR широкой публике, можно считать Virtuality, представленным в 1990г.

Система была представлена на выставке Computer Graphics Джонатаном Валдерном. Virtuality была представлена в двух вариантах. Один вариант был в виде шлема с LCD дисплеями с разрешением 276x372 на каждый глаз. Думаю, что при таком разрешении получить ощущение полного погружения в виртуальную реальность, было не возможно. Однако, однозначно, это был портал в новый уровень гейминга.

Второй вариант представлял из себя аркадный автомат, шлем мог подключаться к контролерам с которыми игрок с помощью руля мог взаимодействовать с виртуальным гоночным болидом, стрелять из ружья или взаимодействовать с окружением и это было впечатляюще.

Несмотря на определенный успех и известность Virtuality, её продажи не были впечатляющими. За все время существования системы на рынке было продано чуть больше 50 тыс. экземпляров.

В 1991 году в продаже появилась система Virtuality 1000CS и 1000SD, которая очень сильно повлияла на развитие устройств виртуальной реальности и сделала значительный скачок в VR-контенте потребительского уровня. Для передачи изображения и звука использовался головной дисплей, а для движения и взаимодействия с виртуальным миром 3D джойстик. Работала система в паре с компьютером Amiga 3000.

Однако Virtuality 1000 в конечном счете не смогла добиться успеха в связи с крайне высокой ценой $60000.

В следующем 1992 году студентами Иллионийского университета был представлен прототип комнаты, стены которой служили отражающими экранами для проецировавшихся на них стереоизображений.

Для возможности ощутить эффект присутствия в виртуальной реальности было необходимо надеть специальные очки со стереоскопом. Как и было положено, система имела контроллер для взаимодействия с VR-объектами и технологию отслеживания рук и головы пользователя. Преимуществами систем CAVE над очками (HMD) являются более высокое качество изображения, широкий угол обзора, низкая задержка при трекинге, возможность видеть свое тело и, как следствие, отсутствие возможной потери координации и укачивания.

Вот с этого момента стоит обратить внимание, что теперь в VR существует несколько основных типов систем, обеспечивающих формирование и вывод изображения в системах виртуальной реальности:

- Шлем виртуальной реальности
- MotionParallax3D-дисплеи
- Виртуальный ретинальный монитор
Давайте подробнее рассмотрим каждую из систем.

Шлем виртуальной реальности мы уже рассмотрели в примерах выше, ясно, что шлем содержат один или несколько дисплеев, на которые выводятся изображения для левого и правого глаза, систему линз для корректировки геометрии изображения, а также систему трекинга, отслеживающую ориентацию устройства в пространстве. Для систем этого типа важен широкий угол обзора, точность работы системы трекинга при отслеживании наклонов и поворотов головы пользователя, а также минимальная задержка между детектированием изменения положения головы в пространстве и выводом на дисплеи соответствующего изображения.

MotionParallax3D к устройствам этого типа относится множество различных устройств: от некоторых смартфонов до комнат виртуальной реальности (CAVE). Системы CAVE формируют у пользователя иллюзию объёмного объекта за счёт вывода на один или несколько дисплеев специально сформированных проекций виртуальных объектов, сгенерированных исходя из информации о положении глаз пользователя. При изменении положения глаз пользователя относительно дисплеев, изображение на них соответствующим образом меняется. Все системы CAVE задействуют зрительный механизм восприятия объёмного изображения параллакс движения (Motion Parallax). Также, в большинстве своём, они обеспечивают вывод стереоизображения с помощью стереодисплеев, задействуя стереоскопическое зрение. Системы трекинга для MotionParallax3D-дисплеев отслеживают координаты глаз пользователей в пространстве. Для этого используются различные технологии: оптическая (определение координат глаз пользователя на изображении с камеры, отслеживание активных или пассивных маркеров), существенно реже — ультразвуковая. Зачастую системы трекинга могут включать в себя дополнительные устройства: гироскопы, акселерометры и магнитометры. Для систем CAVE важна точность отслеживания положения пользователя в пространстве, а также минимальная задержка между детектированием изменения положения головы в пространстве и выводом на дисплеи соответствующего изображения. Системы CAVE могут выполняться в различных форм — факторах: от виртуальных комнат с полным погружением до экранов виртуальной реальности размером от трёх дюймов.

Вернемся к VR устройствам. В 1993 г. на выставке CES компания SEGA представила Sega VR.

Стоимость гарнитуры составляла 200$. В комплекте поставлялось 4 игры, созданных для VR. Из-за трудностей с разработкой гарнитура Sega VR оставалась только прототипом и никогда не выпускалась для широкой публики.

В 1995 г. выпускается Virtual IO i-glasses.

По задумке гарнитура должна была быть чем-то большим, чем VR-устройство, но i-glasses преимущественно работала как индивидуальный дисплей. Надевая гарнитуру, пользователь видел двухметровое изображение на расстоянии примерно полтора метра. В устройстве использовались композитные разъемы A/V, и оно было совместимо с огромным количеством приборов. Поскольку в гарнитуре были установлены два жидкокристаллических дисплея по 920000 пикселей, она также могла показывать настоящее стереоскопическое трехмерное видео, а также работать со специализированным VR-контентом.

Следующие устройство уже можно отнести к более проработанному, персональному VR. В том же 1995г. был выпущен шлем Forte VFX1

В комплекте со шлемом поставлялся ручной контроллер Cyberpuck, который мог эмулировать мышь и подключался к шлему, через специальный порт на подобии RJ45.

Средняя стоимость шлема около 600$. Как видно технология VR развивалась и теперь становилась доступнее обычным пользователям. Тенденция развития VR в игровой индустрии привела к интересу компаний разработчиков игровых систем и консолей. Безусловно VR позиционировалась как система вывода и трекинга нового поколения. Однако стремление быть в тренде порой заставляло разработчиков игровых систем создавать по истине ужасные устройства. Представляю вашему вниманию одно из таких устройств Nintendo Virtual Boy выпущенное в том же 1995г. что в свете предыдущих устройств делает Virtual Boy еще более бестолковым.

Не смотря на то что Virtual Boy позволяет создать более точную иллюзию объёма с помощью эффекта параллакса, он не содержит полной светодиодной матрицы. Вместо этого в качестве устройства отображения используется две линейки 1x224 с механической развёрткой, перемещающей линейки в поле зрения глаза с очень высокой скоростью. Механический привод линеек при работе создаёт заметный шум, и может быть легко повреждён, например. при случайном ударе и даже при использовании в условиях вибрации (например, в машине).

Пример изображения Virtual Boy:

Virtual Boy позиционировался разработчиками как мобильное устройство, но таковым не являлось. Для нормального использования Virtual Boy требовал наличия ровной поверхности и полностью блокировал периферийное зрение игрока. Получился эдакий монстр, среди устройств VR.

Однако, развитию VR такие устройства навредить уже не могли. Вслед за Forte VFX1 в 1997г. Philips разработала свое решение для виртуальной реальности Scuba VR, совместимое с Microsoft Windows.

Гарнитура использовала два жидкокристаллических дисплея для создания трехмерной перспективы и даже поддерживала отслеживание движений головы для управления курсором мыши, точно так же как VFX1. Гарнитура Scuba VR могла похвастаться большим количеством совместимых игр, хотя им требовалась оптимизация, чтобы получить настоящую трехмерную картинку. Для управления в шутерах от первого лица использовалась виртуальная мышь. Изначально устройство проектировалось под игровую консоль Atari Jaguar, однако она не получила широкого распространения на рынке, и позже Philips переориентировала платформу под Windows.

Последнее игровое VR устройство было VFX3D вышедшее в 1998г.

Гарнитура VFX3D попыталась обойти конкурентов за счёт внедрения улучшенной системы слежения за движениями головы. Теперь вместо обычного перемещения курсора или взаимодействия с играми по двум осям X и Y, пользователи могли перемещаться в трех измерениях, используя интерфейс виртуальной камеры, опирающиеся на слежение за положением головы. Конечно, навигация на рабочем столе Windows не сильно изменилась, но в игре теперь можно было не только озираться, но и перемещаться.

Развитие VR систем за 10 лет было стремительным, но всё же в конце 1990-ых интерес к виртуальной реальности пропал. Большинство VR-устройств, выпущенных в 1990-ых, в конечном счете оказались абсолютно безуспешными, и следующие несколько лет лишь немногие компании делали какие-то попытки в этой сфере.

Новые значимые разработки VR были уже в следующем веке. Устройства 21 века вывели VR на новый уровень, уровень высокого разрешения и полного погружения в мир VR. Стало ли это прорывом в новое измерение вы узнаете в следующей моей статье, в которой я подробно разберу новейшие устройства VR 21 века.

Читайте также: