Система виртуальной реальности
| Обычно системами «виртуальной реальности» называются устройства, которые более полно по сравнению с обычными компьютерными системами имитируют взаимодействие с виртуальной средой:
- Имитация тактильных или осязательных ощущений. Имитация тактильных или осязательных ощущений уже нашла свое применение в системах виртуальной реальности. Это так называемые устройства с обратной связью. Применяются для решения задач виртуального прототипирования и эргономического проектирования, создания различных тренажеров, медицинских тренажеров, дистанционном управлении роботами, в том числе микро и нано, системах создания виртуальных скульптур.
- Изображение. Плоское изображение монитора может обеспечивать небольшой стереоэффект за счёт разной скорости движения частей изображения. Полный стереоэффект обеспечивается предоставлением каждому глазу своей картинки. Изображение может формироваться монитором, с цветовым смещением, или с попеременным показыванием каждому глазу своей картинки. Существуют ЖК-мониторы, формирующие объёмное изображение за счёт разного угла обзора. Также для погружения в виртуальный мир важен широкий угол обзора и изменение направления взгляда вместе с поворотом головы, так, чтобы оно оставалось перед глазами, что обеспечивает шлем виртуальной реальности в который встроены гироскопы.
На данный момент самыми совершенными системами виртуальной реальности являются проекционные системы, выполненные в компоновке комнаты виртуальной реальности (CAVE). Системы представляют из себя комнату, на все стены которой проецируется 3D стерео изображение. Положение пользователя, повороты его головы отслеживаются трекинговыми системами, что позволяет добиться максимального эффекта погружения. Данные системы активно используются в маркетинговых, военных, научных и др. целях.
- Звук. Многоканальная акустическая система, позволяет производить локализацию источника звука, что позволяет пользователю ориентироваться в виртуальном мире с помощью слуха.
- Управление. Несоответствие команд интерфейса пользователя осуществляемым в игре действиям могут мешать погружению в мир игры. С целью снять эту проблему компьютерная клавиатура и мышь могут заменяться компьютерным рулём с педалями, целеуказателем в виде пистолета и другими средствами управления, использующимися в мире игры.
Для управления объектами виртуального мира 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 костюма виртуальной 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.
- Прямое подключение к нервной системе, мозговые интерфейсы. 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.
Трекинг — это специальная технология, лежащая в основе взаимодействия человека с виртуальным миром. Она предназначена для определения позиции и ориентации реального объекта (например, руки, головы или специального устройства) в виртуальной среде с помощью нескольких степеней свободы, как правило, трех координат его расположения (x, y, z) и трех углов, задающих его ориентацию в пространстве («крен», «тангаж», «рыскание» или углы Эйлера). Определение позиции и ориентации реального объекта в пространстве определяется при помощи специальных датчиков и маркеров. Датчики снимают сигнал с реального объекта при его перемещении и передают полученную информацию в компьютер.
Система трекинга виртуальной реальности представляет собой некую копию систем позиционирования и ориентации, существующих в природе. «Естественные» системы трекинга в реальном мире — органы чувств человека. Например, зрение помогает человеку определить, где он находится относительно других предметов и людей. При отсутствии способности видеть для ориентации в пространстве подключается слух. Летучие мыши и дельфины пользуются именно такой системой трекинга. Ультразвук дает им возможность им не только заметить препятствие на пути, но и определить расстояние до него.
Ни одна система не может считаться полноценной системой виртуальной реальности, если она не будет знать позицию и ориентацию пользователя и его действия в каждый момент времени. Трекинг организует передачу этой информации в «головной мозг» системы. Трекинг — это глаза, уши, осязание и обоняние системы ВР.
Для реализации трекинга в ВР применяются электромагнитные, ультразвуковые, инерционные и оптические системы.
Системы оптического трекинга основаны на том же принципе, что и стереоскопическое зрение человека. Когда человек смотрит двумя глазами, он способен определить, на каком расстоянии находится объект и как он ориентирован.
Работа систем оптического трекинга основана на отслеживании специальных оптических маркеров, которыми оснащено устройство взаимодействия с виртуальной реальностью (интерактивное устройство). Затем система трекинга передает сигнал в компьютер, где информация обрабатывается. После этого система дает реакцию на изменение позиции и ориентации интерактивного устройства, видоизменяя ВР согласно прописанному сценарию взаимодействия. Для систем оптического трекинга, как правило, используются специальные модули регистрации оптического сигнала, иначе датчики или камеры (от одного в простых системах и до нескольких десятков в комплексных системах виртуальной реальности).
Одной из задач систем оптического трекинга является калибровка системы в координатах реального мира. Это делается для установления взаимно однозначной связи между координатами в реальном и виртуальном мирах, чтобы человек смог «взять» виртуальный предмет своей рукой или специальным устройством, а система отразила это действие в своем виртуальном пространстве.
Сегодня в мире насчитывается около десяти компаний, которые занимаются профессиональными разработками в области оптического трекинга. Наиболее успешные системы разрабатываются компаниями A.R.T., InterSense, WorldViz, PhoeniX Technologies, Ascension, PhaseSpace, EligoVision(Россия).
Основной недостаток систем оптического трекинга — необходимость точной калибровки модулей приема оптического сигнала (камеры). Для работы такой системы обычно требуется две камеры или больше. Их рабочая зона — это область пересечения видимости камер. Чем обширнее должна быть зона взаимодействия, тем больше камер необходимо установить, тем сложнее становится процедура калибровки. Однако оптические системы трекинга применяются чаще остальных, поскольку они более надежны и доступны в цене.
Сегодня большинство систем ВР подсоединяются к компьютеру. Персональные компьютеры способны запустить программное обеспечение необходимое для создания виртуальной реальности. Сама по себе виртуальная реальность напоминает нечто вроде видеоигры, в которой человек и является главным героем.
Однако для того чтобы запустить «игру» с виртуальной реальностью необходимо специальное оборудование. Чаще всего для этого используют шлем-дисплей, который состоит из наушников и двух небольших экранов для каждого глаза. В первых шлемах-дисплеях использовали мониторы на основе электронно-лучевой трубки, из-за чего они были очень громоздкими, но воспроизводили хорошее качество изображения. Позже их стали изготовлять с жидкокристаллическими экранами, что было гораздо дешевле, однако при этом сильно терялось качество воспроизведения по сравнению с электронно-лучевыми мониторами. Сегодня же LCD дисплеи намного усовершенствованны, в них картинка кажется более красочной, четкой и реалистичной.
Другие же системы ВР могут проектировать изображение на стены, пол или потолок. Такие устройства называют камерами автоматической виртуальной среды (CAVE). Первая такая камера была разработана учеными университетов Иллинойс и Чикаго, для создания которой они использовали метод обратной проекции (проекция изображения на просветный экран, при которой зритель и проекционное оборудование находятся по разные стороны экрана). В этом случае человек двигался по «экрану» в специальных очках только по виртуальному миру. Человеку все казалось более объемным и реальным, что еще больше заставляло его погружать в виртуальный мир. Более того такая технология позволяла даже целой группе людей погружаться в одну общую виртуальную реальность. Правда, в этом случае виртуальной реальностью мог управлять только один человек, в то время как все остальные были пассивными зрителями. Недостаток данной технологии состоял в том, что для такой виртуальной реальности необходимо слишком дорогостоящее оборудование и большая площадь, чем для других технологий.
Еще одной технологией ВР является система слежения. Система слежения анализирует ход мыслей человека, а затем компьютер посылает ему «правильные» изображения на зрительный экран. Но большинство таких систем ограничивают движение человека, поскольку он соединен с компьютером специальными проводами. Данная технология не получила большого развития по сравнению с другими из-за того, что ограниченна только одной областью применения, т.е. только виртуальной реальностью. Для создания виртуальной реальности также необходимы устройства ввода. В настоящий момент устройства ввода варьируют от простых пультов с двумя-тремя кнопками и до электронных перчаток и устройств распознавания голоса. Однако до сих пор не существует одной универсальной системы. И разработчики ВР постоянно пытаются создать как можно больше правдоподобную иллюзию нахождения в виртуальном пространстве. Для этого они используют наиболее распространеннее устройства ввода:
· Джойстики
· Шаровые манипуляторы
· Управляющие перчатки
· Датчики движения
· Бегущие дорожки
· Игры виртуальной реальности
Ученые также работают над созданием биодатчиков для виртуальной реальности. Биодатчики могут выявить и интерпретировать активность нервов и мышц. Компьютер обрабатывает всю полученную информацию с биодатчиков и согласно ей воспроизводит обычные движения человека в виртуальной реальности. Такие биодатчики можно прикрепить к коже или установить в управляющую перчатку или специальный костюм человека. Единственное, что необходимо учесть, что каждый костюм должен быть сшит специально для данного пользователя, иначе биодатчики не смогут плотно прилегать к телу человека, и правильно обрабатывать информацию. Многие ученые верят в то, что индустрия развлечения может значительно помочь в разработке технологий для виртуальной реальности. В последнее время индустрия видеоигр поднялась на более высокий уровень развития – улучшилось изображение игр и звуковое сопровождение. Разработчики ВР планируют позаимствовать у них эту технологию для создания еще более реальной иллюзии нахождения в виртуальном пространстве. Использование ВР в интернете Некоторые программисты планируют сделать интернет в качестве трехмерного виртуального пространства с «виртуальными панорамами». Веб сайты будут выполнены в трехмерной графике, что значительно упростит поиск пользователя. Программисты уже даже разработали несколько языков программирования:
Язык моделирования виртуальной реальности (VRML)- самый первый «трехмерный» язык моделирования для веб страниц.
Язык манипулирования данными (3DML) – язык программирования с трехмерной организацией, благодаря которому пользователь сможет посетить любой веб сайт через большинство браузеров интернета после установления дополнительной программы.
X3D – это язык программирования, который используется для создания виртуального пространства в интернете.
Конечно, многие эксперты в области виртуальной реальности могут заявить, что без специального шлема-дисплея эта система не будет работать, но стоит отметить, что такая система не будет настоящей виртуальной реальностью, поскольку она все равно не сможет отслеживать поведение пользователя и отображать изображения в полный рост.
|
Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...
|
Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...
|
Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...
|
Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...
|
|
Именные части речи, их общие и отличительные признаки Именные части речи в русском языке — это имя существительное, имя прилагательное, имя числительное, местоимение...
Интуитивное мышление Мышление — это психический процесс, обеспечивающий познание сущности предметов и явлений и самого субъекта...
Объект, субъект, предмет, цели и задачи управления персоналом Социальная система организации делится на две основные подсистемы: управляющую и управляемую...
|
|
Тема: Изучение приспособленности организмов к среде обитания Цель:выяснить механизм образования приспособлений к среде обитания и их относительный характер, сделать вывод о том, что приспособленность – результат действия естественного отбора...
Тема: Изучение фенотипов местных сортов растений Цель: расширить знания о задачах современной селекции. Оборудование:пакетики семян различных сортов томатов...
Тема: Составление цепи питания Цель: расширить знания о биотических факторах среды. Оборудование:гербарные растения...
|
|
