Віртуальна реальність

З екранів телевізорів, зі сторінок комп'ютерної та некомп'ютерним преси все частіше чується словосполучення''віртуальна реальність''. Що ж ховається під цим модним сьогодні словом?

У першу чергу мається на увазі тривимірне, об'ємне зображення (на відміну від псевдотрехмерной графіки на площині) і тривимірний звук. Проте повною мірою відчути всю принадність віртуальної реальності можна тільки за наявності таких елементів, як детектори переміщення, що дозволяють відслідковувати зміни положення користувача у зв'язці із зображенням на екрані монітора і датчики, фіксують дії користувача. До недавнього часу такі системи можна було побачити лише в найбільших в світі ігрових центрах, а вартість їх перевищувала всі мислимі значення. Але все змінюється в сучасному світі комп'ютерної техніки, і в результаті постійного зниження цін на комп'ютерне обладнання такі системи стають доступними і рядовим користувачам настільних комп'ютерів. Більше того, все частіше виробники та ігрового програмного забезпечення, і бізнес-додатків вбудовують підтримку віртуальна реальності в свої системи. А з середини 1995 з'явилося кілька фірм, що спеціалізуються на випуску такого програмного забезпечення.

Системи віртуальної реальності в поєднанні з ПК широко використовуються зараз для розваг. Вони являють собою різні більш-менш складні пристрої, що реагують на рухи користувача. Якщо кілька працюючих систем віртуальної реальності з'єднати, утворюється так зване загальне кіберпростір, де користувачі можуть зустріти один одного. Система відслідковування рухів голови дозволяє вам кинути погляд у будь-яку сторону кіберпростору. А що в цьому просторі можна робити і що з вами станеться - залежить від прикладної програми. Деякі високоякісні системи віртуальної реальності використовують спеціальні маніпулятори, подібні миші і джойстика, пересування якого вгору і вниз інтерпретується датчиками як рух користувача вперед і назад. Це пристрої дають додаткову можливість пересування у віртуальній реальності. Елітарні системи віртуальної реальності пропонують також стереоскопічні 3D - зображення та стереозвук, а також можливість спілкуватися з іншими користувачами в єдиному кіберпросторі за допомогою вбудованих мікрофонів. Сьогодні найкращі аркадні відеоігри підтримують віртуальну реальність, що дозволяє гравцям боротися не з генеруються програмою противником, а одна з одною.

Предметний світ, навколишній нас - тривимірний. Наші очі сприймають об'єкти під різними кутами: два незалежних зображення аналізуються мозком, і в результаті їх зіставлення формується образ предмета, його ознаки і глибина зображення. Відстань між очима людини зазвичай становить 6-7 см, і коли зіниці зосереджуються на предметі, лівий і правий очей фокусуються в цьому напрямі. У залежності від відстані до об'єкту кут огляду змінюється. Наші очі і мозок аналізують відстань, грунтуючись на відмінності між зображеннями, які отримуються лівим і правим оком. Це розходження називають паралакс зору. Саме за допомогою цього ефекту і створюються тривимірні об'ємні зображення.

Всі системи подібного роду в своїй основі мають декілька головних принципів отримання 3D -- зображень:

Метод фільтрації кольору.

Ефект 3D досягається за рахунок того, що синій колір, що спостерігається через червоний фільтр тієї ж глибини кольоровості, невидимий, а при перегляді через синій фільтр здається чорним, таким чином, розмістивши перед одним оком синій, а перед іншим червоний фільтр, під час перегляду зображення, закодованого відповідним чином, за рахунок світлового заломлення, можна створити ілюзію 3D. Такий метод дуже незручний, тому що сильно стомлює очі і нормальна передача кольору все-таки не забезпечується.

Метод паралакса.

Перед одним оком міститься прозорий, а перед іншим практично чорний фільтр. Ефект 3D виявляється тільки при спостереженні за рухомими об'єктами. В основі створюваної ілюзії лежить різниця в часі розпізнавання зображення кожним оком через чорний і прозорий фільтри. Для статичних зображень цей метод не підходить.

Метод затвора (''Чарівні окуляри'').

Цей принцип полягає у формуванні зображення по черзі для лівого і правого ока. Щоб в потрібний момент картинка потрапляла тільки на сітківку відповідного очі, необхідно якимсь чином синхронізувати зображення з пристроєм'' шторки'', що закриває друге око. Для цієї мети використовується швидкісна LCD -- затворна лінза, керована платою синхронізації, одна з головних труднощів на цьому шляху - невисока частота вертикальної розгортки моніторів. Лише нещодавно був досягнутий прийнятний рівень для одинарного зображення, при якому не втомлюються очі - близько 100 Гц. Використання моніторів для 3D - зображення пред'являє особливо жорсткі вимоги до розгортці - від 150 до 300 Гц. Останньому значенням задовольняють лише найдорожчі моделі. На такому принципі збудовані такі моделі пристроїв візуалізації:

Окуляри Cristal Eyes PC (Stereo Graphics corp.)

Окуляри 3D Max

Окуляри CyberMaxx 3D (VictorMaxx Technologies inc.)

За допомогою цих моделей виходить досить виразне зображення з частотою 60 Гц (при частоті розгортки монітора 120 Гц). Проте в результаті значного миготіння зображення у таких пристроях очі досить швидко втомлюються. Крім того, з деякими (не найгіршими) відео картами правильно налаштувати очки буває непросто.

Метод роздільного формування зображень.

Принцип, на якому побудовані найбільш відомі пристрої віртуальна реальність - шоломи, полягає в побудові зображення безпосередньо на кольоровий LCD - матриці шолома або очок. Для розробників та виробників пристроїв, що використовують таку схему, основна проблема - добитися високої роздільної здатності. Якщо сучасні монітори легко працюють з роздільною здатністю 1024х768 пікселів, то використовувані LCD -- матриці ледь сягає еквівалентного дозволу 200х300 пікселів. Для згладжування зображення іноді застосовуються фільтри, але, як правило, вони тільки розмивають картинку. Крім того, висока вартість LCD - матриць робить ці пристрої дорожчими. Велике значення для комфортності застосування має ергономічність конструкції ВР - шоломів. Можливість регулювати ремені, закріплюють шолом на голові і збалансованість ваги самого шолома вкрай важливі для зручності при тривалому перебуванні в кіберпросторі.

Прикладом такої системи ВР, досить гострою та до того ж з солідним програмним забезпеченням, може служити шолом VFX - 1, розроблений американською фірмою Forte Technologies, відомий практично всім по різного роду реклами. У як пристрій відображення використано бінокулярна оптична система, орієнтована на стандарт VGA. Вибір напряму погляду під час гри виконується поворотом голови в потрібну сторону. Шолом оснащений стерео - навушниками, крім того, фірма Forte забезпечила його новим пристроєм управління рухами Cyber Puck, зовні дуже схожий на хокейну шайбу. Нахиляючи Cyber Puck вперед або тому, гравець переміщається у відповідному напрямку. Щоб зробити поворот, пристрій потрібно нахилити вправо або вліво. Передбачається, що його робота повинна бути узгоджена з роботою оптичної системи так, щоб посилювалося враження реальної присутності в ігровому середовищі. Дозвіл шолома складає 239x230.

Дане пристрій вигідно відрізняється від багатьох йому подібних з цілої низки особливостей. Одна з них - наявність спеціально розробленої специфікації Access Bus - каналу, за допомогою якого можна підключити до комп'ютера не лише шолом, але і масу інших атрибутів віртуальної реальності, таких як передавачі, датчики вигину і пр. За допомогою цього каналу можливо, використовуючи спеціальні РС - карти, з'єднувати до 100 ВР-систем. Швидкість передачі даних в каналі - 100 Кбіт/с.

Основним недоліком шолома VFX1 є неймовірно складне конфігурування під ті ігор, які він підтримує, і коли це вдається, результати залишають бажати кращого.

Інший приклад вдалого поєднання досить високої якості та розумної ціни - шолом I -- glasses фірми Virtual I/O. Цей шолом здатний відтворювати об'ємні кольорові тривимірні зображення та стереозвук. У нього існує спеціальна система спостереження: якщо користувач повертає голову вправо, вліво, вгору, вниз або навіть просто нахиляє її убік, зображення''віртуального світу''синхронно змінюється.

Шолом має два режими: режим''повного занурення''і

'' напівпрозорий''режим, який дозволяє робити зображення напівпрозорим і працювати, дивлячись крізь нього. Обидва ці режиму можуть підтримувати дозвіл 640х480 пікселів при 16 кольорах і 320х200 при 256. Дисплеї шолома проектують зображення таким чином, що в користувача створюється враження, неначе він дивиться на 80-дюймовий екран, розташований приблизно в трьох метрах від нього. Цього ефекту вдалося домогтися за рахунок того, що лінзи в цій моделі знаходяться на великій відстані від очей, тому за інших рівних умов значно знижується стомлюваність і навантаження на них. Вхідний сигнал для цього пристрою повинен бути в стандарті NTSC, тому для підключення до комп'ютера використовується конвертор SVGA - NTSC. З іншого боку, використання цього стандарту дозволяє без проблем переглядати відеофільми.

Серйозним недоліком цієї системи є низька швидкість реакції системи спостереження за переміщення голови. Це відбувається за рахунок низької частоти відліків переміщення (250 відліків в секунду на відміну від VFX1 - сто відліків в секунду), і те, що датчик стеження розташований в задній частині шолома (у VFX1 він розташований у центрі шолома).

Велике значення для створення ефектною ілюзії перебування у віртуальному просторі має звуковий супровід. Сучасний рівень розвитку звукового комп'ютерного супроводу дозволяє говорити, що все необхідне для систем віртуальної реальності вже існує. Музика формується з допомогою wave-table - Синтезу, різні звукові ефекти, раніше зустрічалися тільки в професійній апаратурі, поступово стають обов'язковим атрибутом комп'ютерних звукових плат. Наприклад, багато звукові карти вже використовують систему 3D - звуку, яка відрізняється від звичайного стерео - звучання тим, що звук знаходить таку характеристику, як глибина.

У більшості систем візуалізації 3D - зображень передбачена можливість підключення вже наявної звукової карти.

Детектори переміщення і маніпулятори.

Детектори переміщення - це пристрої, що дозволяють відслідковувати зміни положення користувача і погоджувати його з зображенням на моніторі. Крім того, існують різні пристрої - рукавички і датчики, - що фіксують всі дії користувача. Однак ці пристрої не отримали широкого поширення через досить високу ціну - від сотень до кількох десятків тисяч доларів. Всі детектори потребують значно більш потужної обчислювальної техніки, і їх застосування виправдано тільки у випадку використання всього комплексу засобів 3D.

Маніпулятори бувають двох типів - з трьома або з шістьма ступенями свободи. З пристроїв, що мають три ступені свободи хотілося б відзначити такі пристрої, як миша CyberMen 3D і штурвал управління літаком Flight Control System.

Безумовно, основною перевагою віртуальної реальності є можливість створення абсолютно будь-якого світу, в якому можна вільно пересуватися, спілкуватися і навіть отримувати які-небудь відчуття. Вже зараз ведуться розробки систем віртуальної реальності для використання в промисловості. Промислові системи віртуальної реальності засновані на тих же компонентах, що застосовуються і в індустрії розваг, але з підвищеними вимогами до деталей, швидкості і кількості. До того ж вони доповнені такими периферійними пристроями, як сенсорні рукавички, що дозволяють як би стосуватися об'єктів, що зустрічаються в віртуальному просторі, маніпулювати ними і брати в руки. Іноді застосовуються ще й спеціальні жилети, що викликають відчуття безпосередньо в тілі користувача при його взаємодії з об'єктами кіберпростору. За допомогою досить складного програмного забезпечення користувач може спроектувати новий будинок і потім прогулятися всередині, щоб переконатися, що всі сходи, меблі і устаткування на місці і розташовані саме так, як йому подобається. Помітивши непорядок, можна прямо тут, у віртуальному просторі переставити все по свій розсуд. Або, спроектувавши новий автомобіль, забратися у віртуальну кабіну, покрутити кермо і натискати на педалі, перевіряючи у справі свій проект. Відразу ж вносячи удосконалення в модель, ви досягнете максимального комфорту в майбутньому автомобілі. До власного задоволення можна буде створити свій світ і не виходячи з дому, опинитися на березі теплого моря, та не в поодинці, а з мережевим приятелем. Впливаючи на наші нервові закінчення, електричні імпульси здатні викликати певні відчуття: або знімати підсилювати біль, створювати ілюзію руху, тиску і т. п. Властивості віртуальної реальності в майбутньому цілком можуть бути використані для тренування наших розумових здібностей. Досконалі системи віртуальної реальності зможуть завдяки спеціальним датчиків і симуляторам, вмонтованим в шолом і костюми віртуальної реальності, керувати нашими відчуттями, і ці відчуття, доповнені високохудожньої стереоскопічною графікою, створять досконалу ілюзію світу, у який захочеться потрапити. Перспективи застосування віртуальної реальності безмежні: наприклад, можна створити збільшену модель атома, щоб подивитися, як він виглядає насправді, можна, за допомогою віртуальної реальності робити роботу, з яких - небудь причин небезпечну для людини - всю роботу людина буде виконувати у віртуальній реальності, а його руху будуть дублюватися роботом, який знаходиться в реальних умовах. Можна навести ще безліч прикладів застосування віртуальної реальності. Але чи все йде так гладко, як хотілося б?

По-перше, до цього часу ще не вдалося створити дешеву і ефективну систему для використання віртуальної реальності. Всі системи, що дозволяють створити хоч якесь то подоба віртуальної реальності, які включають в себе сенсорні рукавички або навіть цілі костюми для подорожі з віртуального світу, коштують надто дорого. Крім технічних недоліків, є й інші фактори, що впливають на поширення систем віртуальної реальності. Так, до цих пір не ясно, який вплив чинять ці системи на здоров'я - зокрема, на зір. Справа в тому, що очні м'язи не здатні тривалий час перебуває в напруженні. Тим не менш, саме це і відбувається під час сеансу віртуальної реальності. В іншому випадку очі швидко втомлюються, очні м'язи послаблюються, в результаті чого відбувається швидке погіршення зору. Однак найчастіше супротивниками віртуальної реальності висловлюються побоювання на рахунок психічного здоров'я при застосуванні систем віртуальної реальності. Справа в тому, що людська психіка найбільше піддається впливу, коли людина на чому то зосереджений, що і відбувається в час сеансу віртуальної реальності. Людина, що сидить за нової тривимірної іграшкою, занурений в екран і чує звуки тільки свого Sound Blaster'а, є ідеальним об'єктом для психогенного впливу. У такому стані на людину можна впливати будь-якими методами - в тому числі за допомогою світлових та звукових комбінацій. 10 січня 1995 газета''USA TODAY''('' США Сьогодні'') опублікувала рекламу Learning Machine, яка представляє із себе якісний CD-плеєр, перетворювач, окуляри віртуальної реальності з навушниками і набір лазерних дисків. У тексті реклами було сказано:'' Підключіть свою свідомість до Learning Machine для підвищення ментальної енергії, для програмування вашої свідомості на успіх і для запуску фантазій віртуальної реальності''. Чи не правда, що деякі слова в цьому виді реклами насторожують? Якщо можливо програмування свідомості людини, то чому не можна зробити з нього зомбі - біологічного робота? З одного боку, такі думки можуть здатися чистою фантастикою, однак можна на вже існуючих прикладах сект побачити, як легко людина піддається чужому впливу. А якщо взяти до уваги те, чт?? через віртуальну реальність можна впливати на людину на багато глибше, ніж звичайними способами, і те, що віртуальної реальністю найбільше захоплюються діти та підлітки?

У журналі'' Винахідник і раціоналізатор''№ 11-12 за 1992 рік була опублікована замітка ''Філат подвійної дії''такого змісту:

''Лікар психіатр з Луганська, співвласник малого підприємства''торсиди''Олексій Качура - Один з винахідників імпульсних очок''торсиди''. Ідея - принцип роздільного неспецифічного впливу на праве і ліве півкулі головного мозку, що відповідають за різні психічні функції. На відміну від оптико-механічних очок (''Винахідник і раціоналізатор''№ 7-8 за 1992 р.) в електронних підбір колірних сполучень спрощується: світлофільтри замінюються пофарбованими цветодіодамі, керованими з пульта. До колірного впливу додається приватне (у діапазоні природних ритмів головного мозку). Використання електроніки збільшує число перемагаємо очками захворювань. Метод може застосовуватися, зокрема, для оптимізації психоемоційних станів, зняття втоми і стресів, зміцнення статевої функції, ефективний також для профілактики. Процедура триває 3 - 7 хвилин, ефект настає через 3 - 4 години, пік - через добу і тримається 3 - 4 дні. На відміну від медикаментозного лікування очки''Філат''не дають побічних ефектів і алергії. Точність дозування забезпечує фірмовий мікропроцесор''торсиди'', що входить в комплект. ''

З одного боку, все начебто добре - майже панацея від усіх хвороб. Але, якщо замислитися, то може прийти думка - адже якщо можна лікувати хвороби, то, варіюючи кольорову гаму, використовуючи різні види модуляцій, можна досягти зворотного ефекту - викликати стрес, втому, депресію, і все, що завгодно. Тривалість процедури буде тією ж, ефект наступить через 3 - 4 години, а остаточно погано стане вже через добу, і ніхто не дізнається, чому. До того ж, ніхто не може сказати точно, що може вийде, наприклад, в результаті короткого замикання, підвищення напруги в мережі або зависання системи!

Сьогодні комп'ютери - вже не просто обчислювальні засоби. Вони можуть запропонувати нам новий світ, створивши ілюзію, причому досконалу, все, що ми знаємо, торкаємося і відчуваємо. Хвилюють слова''віртуальна реальність'', поза всяким сумнівом, символізують поява нового стандарту комп'ютерів на рубежі XXI століття. Кінцева мета ВР - дати нам можливість відчувати, бачити, працювати і жити усередині світу, що є ні чим іншим як досконалої імітацією. Поки що тренажери для льотчиків, можливо, найкращий приклад''серйозного''застосування систем ВР, але це лише натяк на те, що будуть представляти собою системи ВР в майбутньому.

Уявна реальність може стати наркотиком XX століття. Наркотиком, який поневолить людей швидше, ніж всі досі відомі, адже світ, представлений віртуальної реальністю, набагато привабливіші того, що насправді оточує нас.

Навколо систем віртуальної реальності належить ще багато суперечок. І необхідно перш зважити всі''за''і''проти'', перш ніж прийняти остаточне рішення, застосовувати такі системи на практиці чи ні. А тим часом люди найрізноманітніших віку грають в ігри з допомогою шоломів віртуальної реальності. Бути може, через кілька років все спілкування буде здійснюватися у віртуальному світі, і не треба буде трястися в автобусі, щоб з'їздити до одного в гості - необхідно буде лише надягти шолом або костюм і зануритися у віртуальний світ. І хто знає, добре це чи погано.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://referat2000.bizforum.ru/