Elektronika.lt

Elektronika.lt - elektronikos, informacinių ir
ryšių technologijų portalas

Adresas: http://www.elektronika.lt
El. paštas: info@elektronika.lt
 Atspausdinta iš: http://www.elektronika.lt/produktai/periferija/492/virtuali-realybe/spausdinti/

Virtuali realybė

Publikuota: 2003-01-28 16:58
Tematika: Kompiuterių periferija
 

Žmogus turi unikalią gamtos dovaną – stereoskopinį vaizdo matymą. Jis leidžia ne tik realiai jausti daikto kontūrus, bet ir kiekvieno žiūrimo daikto taško nuotolį. Tai įmanoma todėl, kad į akį patenka ne lygiagretus šviesos spindulys vamzdžio pavidalu, o kūgio. O be to kiekviena akis mato vaizdą savo kampu. Visų spindulių susijungimas mūsų smegenyse ir duoda trimatį vaizdą.


Žmogus turi unikalią gamtos dovaną – stereoskopinį vaizdo matymą. Jis leidžia ne tik realiai jausti daikto kontūrus, bet ir kiekvieno žiūrimo daikto taško nuotolį. Tai įmanoma todėl, kad į akį patenka ne lygiagretus šviesos spindulys vamzdžio pavidalu, o kūgio. O be to kiekviena akis mato vaizdą savo kampu. Visų spindulių susijungimas mūsų smegenyse ir duoda trimatį vaizdą.

Žmogus visados stengėsi modeliuoti realybę, bet tik atsiradus programiniams prietaisams atsirado galimybė modeliuoti vaizdą artimą realybei. Taip atsirado menami pasauliai dirbtinai sukurti žmogaus. Nereikia galvoti kad virtualus pasaulis atsirado neseniai.

XX amžiaus antroje pusėje Reimonas Gercas iš Nacionalinės Argonautikos laboratorijos ir Ivanas Sazerlendas iš Masečuseto technologijos instituto sukūrė pirmuosius stereo akinius virtualios realybės. Tas pats Gercas, bet jau su Maiklu Nolu iš „Bell Labs“ sukūrė manipuliatoriaus modelį su atgaliniu vežimu. Šiandiena ši technologija žinoma kaip „ForceFeedback“.

Nuo to laiko prietaisai tobulėja, atsiranda naujos technologijos. Virtualios realybės imitacijai naudojama vis daugiau prietaisų kiekvienam žmogaus receptoriui. Pirmiausia tai receptoriai garso, vaizdo, o po to skausmo ir kiti. Prietaisai šių nervų galūnių sudirginimui gali būti patys įvairiausi.

Virtualios realybės akiniai

Patys pirmieji tai raudonai – mėlyni akiniai. Žaidimų pramonėje jie naudojami retai, nes žaidimus reikia daryti būtent pagal juos. Yra pagaminti ir sudėtingesni akiniai. Jie veikia tokiu principu, kai į ekraną išvedamas vaizdas vienai akiai tuo momentu kai vaizdas tamsinamas kitai. Vaizdas rodomas kiekvienai akiai atskirai paeiliui, akiniai sukuria trimačio vaizdo iliuziją ekrane. Tokie akiniai dažniausia pridedami prie kai kurių vaizdo plokščių. Perkant komplekte juos su plokšte jų kaina gali siekti tik 10 JAV dolerių. Vieni iš pirmųjų tokių akinių atsirado „3D Magic“ ir jų kaina apie 120 dolerių.

Daugiau šiuolaikiniai yra „EyeScream“ „Wicked3D“ ir „Сrystal Eyes“ pagaminti „Stereographics“. Pirmieji paplitę labiausiai, antrieji skirti daugiau profesionalams. Apačioje jūs matote: „СrystalEyes“ (High-end) ir „СrystalEyes Wired“. Yra daugybė firmų, gaminančių virtualiuosius akinius, bet mes visų neminėsime.

Naudojant vienos akies užtamsinimą, reikia atminti, kad tokiam vaizdui gauti reikalingas dukart dažnesnis ekrano atnaujinimas, nes sistema kiekvienai akiai atkuria atskirą vaizdą, kuris yra matomas tik tai akiai. Tai jei regeneracijos dažnis yra 80 Hz, tai kiekvienai akiai atskirai jis tesieks 40 Hz. Taigi, naudojamas dažnis turėtų būti 160–170 Hz.

Virtualūs žiūronai

Šie prietaisai ne tik užtamsina paeiliui akis, o patys išveda vaizdą akims. Žiūronų pagrindas – aktyvus LCD-tinklelis su matymo kampu 30–60 laipsnių. Atsirado pardavime palyginus neseniai ir dar neiškovojo pasisekimo. Šiandiena galima nusipirkti žiūronus V6 ir V8 Virtual Research Systems, Virtual Binoculars (VB) n- Vision, o taipat keletos kitų firmų. Vaizdas V8 gaunamas 1,3 skystųjų kristalų tinklelyje, skiriamoji geba ((640х3)х480), bet regeneracijos dažnis yra žemas – 60 Hz, t. y. po 30 kiekvienai akiai.

VR-šalmas (Head-Mounted-Display, HMD)

Šio tipo prietaisas yra labiausiai paplitęs, žinomas. Veikimo principas toks pat kaip žiūronų: vaizdo fiksavimas kiekvienai akiai. Gamyba virtualiųjų šalmų prasidėjo seniai, pirmaisiais modeliais buvo „Vfx1“ ir „CyberFX“. Pirmasis daugiau žinomas turi skleistinę 789x230 (181,470) pikselių, seka galvos pasukimą 45 laipsniais vertikaliai ir 360 horizontaliai. Jo kaina apie 600 dolerių, o „СyberFX“ – 100 dolerių.

Vėliau atsirado pagerinti Vfx3D. Jie aprūpinti 0,7 aktyviu-skleistinės ekranu 75 Hz – 640х480, 70 Hz- 800х600 ir 62,5 Hz – 1024х768. Galvos padėties sistema (position tracker) turi jautrumą 0,5° leidžiamam 70 laipsnių pasukimui į viršų/apačią ir 0,1 laipsnių jautrumą visai horizontaliai plokštumai (360°). Fokusas randasi nuotolyje 3,35 metrai, kas ne taip vargina akis. Šalmo sąsaja numatyta platformai „Silicon Graphics“, „Macintosh“ ir PC (USB jungtis).

Gamyba HMD užsiima daugelis firmų. „n-Vision“, bendradarbiaudamos su SGI, siūlo specifinio dizaino šalmus VR, bet jie skiriasi technologinėmis charakteristikomis. Pvz., „Datdvisor 80“ – lengvas VR-šalmas iš plastiko, išsiskiriantis 120 laipsnių laisvu vertikaliu pasisukimu. Štai šalmai „High-end“ modifikacijos „Datavisor HiRes“.

Šis šalmas „ViewPort“ pritaikytas žaidimams. Jau paminėta „Virtual Research“ irgi gamina HMD. Jų paskutinis darbas – „V8 Head Mounted Display“ (svoris – 1 kg). Pagal charakteristikas primena „Vfx3D“ arba žiūronus V8 jų pačių gamybos. Nuo paskutinio jis skiriasi tik tuo, kad turi ausines.

Visi tie šalmai pagaminti pagal vieną technologiją: vaizdas perduodamas skystųjų kristalų skleistinei priklausomai nuo to, kur žmogus randasi virtualioje erdvėje. Bet jie neįvertina vieną žmogaus ypatybę: kad žmogaus akis gali nukrypti nuo tiesios linijos kažkur apie 140°. Kaip mes nesukiotume akių paprastuose šalmuose, vaizdas nesikeis. Specialistai iš „Cybernet Systems Corporation“ išsprendė šią problemą, sukurdami „Eye Tracker“.

Šalme yra įranga, kuri seka akies obuolio judėjimą. Naudodami šią technologiją, nukreipdami žvilgsnį, galime pasukti ir kamerą virtualiajame pasaulyje. Todėl vaizdas keisis, jei Jūs nors truputį žvilgtersite į šoną. Prietaisas parduodamas kaip priedelis akiniams ar šalmui.

Vistiek vaizdas plokščiame skystųjų kristalų tinklelyje bus pseudo trimatis. Kad maksimaliai priartinti vaizdą prie realybės, „Microvision“ sukūrė tehnologiją „Virtual Retinal Display“. Ji leidžia išvesti vaizdą ne prieš akis ant LCD, o tiesiog į akies tinklainę.

Kad nesužeisti akies, naudojama mažo intensyvumo šviesa, kadangi spinduliai perduodami kūgio forma, vaizdas akin patenka neprarasdamas kažkokių tai detalių.

Ši technologija naudoja akies sekimą. Bet tai ne tas pats apie ką jus skaitėte aukščiau, ji seka akį tam, kad pakeisti padėtį perduodamo lęšio, kitaip spinduliai bus perduodami kreivai ir nepapuls į tinklainę. Idealiam vaizdui sukurti naudojant šią technologiją, tereikia prietaiso su skiriamąja geba 1700х1700. Be šios technologijos pasiekti tokį rezultatą galima būtų su skiriamąja geba 11200х11200 bet tai sunkiai pasiekiama.

3D skydeliai

Šiuos prietaisus galima sulyginti su virtualios realybės akiniais, tačiau jie skiriasi tuo, kad užsideda ant monitoriaus. Naudojant 3D skydelius vaizdas monitoriaus ekrane įgyja gilumą, tiesa yra vienas apribojimas monitorius turi būti 17 ar 19 colių įstrižainės.

Stereskopinių ekranų gamyba užsiima „Nu-Vision Technologics“. Kūrėjai tvirtina, kad jų produkcija nereikalauja kokių tai papildomų prietaisų ir nevargina akių.

3D garsas

Yra keletas tehnologijų sukurti 3D-garsą. Pas „Creative“ – tai EAX, pas „Aureal“ – A3D, pas „Microsoft“ – tai „DirectSound3D“, esantis „DirectX“ bibliotekose. Visos jos leidžia atkurti realistinį garsą, kurį sunku atskirti nuo tikro. Todėl, kad sukurti didesnį erdvinį efektą visi HMD aprūpinami ausinėmis.

Pabandžius, pavyzdžiui, žaidimą su paprasta garso korta ESS, o po to su „Creative Sound Blaster 64 PCI“ skirtumas gana didelis, bet tai geriau vieną kartą išgirsti negu šimtą perskaityti. Pabandykite žaisti žaidimą „Thief: The Dark Project“. Čia garsas keičia visą žaidimo esmę.

Vr – pirštinės

Kol kas pirštinės ne tokios populiarios, kaip kai kurie akiniai. Jų technologijos dar brangokos pramogoms, nors jau pasiekiamos kai kuriose virtualiose salėse „Electronic Visualization Lab“. Daugiausia jos naudojamos ne žaidimams.

Sekti pirštų judesius joms padeda sudėtinga sistema elastinių šviesos laidininkų ir pora dešimčių daviklių. Kai tik pirštas pradeda lenktis, laidininkas sumažina šviesos srautą, o davikliai sugauna šviesos kritimą kokioje tai atkarpoje. Nuo šių pakitimų priklauso ir rankos riešas virtualioje aplinkoje. Žinoma, ši technologija sukurta daugiau moksliniams tyrimams, negu žaidimams.

Virtualias pirštines su šviesos sensoriais gamina žinoma Kalifornijos firma „Virtual Technologies“. Paprasčiausias jos gaminys vadinasi „CyberGlove“. Yra 18 jutiklių modelis, sekantis pirštų judesius ir 22 jutiklių, galintis sugauti dar ir visų pirštų sulenkimą ir atlenkimą (išskyrus didžiojo).

Šios pirštinės gali apsirikti tik 0,5–1 laipsnio. 22 jutiklių pirštinė nuima parodymus 149 kartus per sekundę, 18 jutiklių – 112 k. / s.

Mes apžvelgėme pirštines, kurios seka judesius, bet jo mechaniškai neveikia. Ta pati firma „Virtual Technologies“ suteikia mums galimybę pajusti virtualų pasaulį savo rankomis. JI sukūrė prietaisą su atsakomuoju veiksmu. Jis vadinasi „CyberGrasp“.

Lenkti kabliai užsideda ant pirštinių viršaus ir reikalui esant priešinasi lenkiant pirštus. Kiek stipriai? Iki 12 H kiekvienam pirštui. Tai jėga veikianti 1/9,8 kilogramą. Tai galima būtų palyginti, jei pakabintumėte svorį 1,2 kg ant kiekvieno ištiesto piršto. Pats prietaisas dar sveria 350 g. „Virtual Technologies“ sukūrė prietaisą „CyberTouch“. Šis prietaisas užsideda ant pirštų galiukų ir perduoda įvairios rūšies vibraciją, tvirtinasi jis ant virtualios realybės pirštinių.

Anglai sugalvojo pirštines, kurios veikia rutuliukų su kompresoriu pagrindu, galinčiais įšildyti orą. Su jomis galite jausti netik virtualaus paviršiaus nelygumus, bet ir temperatūrą.

Riešo davikliai

Be pirštinių yra ir kiti davikliai, sekantys rankos riešo judesius. Patys paprasčiausi kuriuose įdėtas tiktai „position tracker“, sekantis judesius nedidelio kubelio, kurį reikia laikyti vienoje rankoje. Lyginant su kitais gaminiais jis gana nebrangus, kainuoja apie 20–40 dolerių. Tokius daviklius gamina firma „Immersion Corporation“.

Virtualios realybės kostiumai

Pilnu virtualios realybės rinkiniu yra kostiumai. Jis susideda iš aptempto kombinezono su daugeliu magnetinių jutiklių, kurie seka kūno judesius. Prie jo pridedamas HMD, riešo davikliai (rečiau pirštinės) ir laidai prijungimui prie kompiuterio. Iš tokių kostiumų galima būtų paminėti „SpacePad“ pagamintas „Ascension Technology Corporation“. Jungiasi prie jungties ISA. Davikliai veikia tik magnetiniame lauke, taigi žmogus turi būti patalpintas į kažkokį prietaisą, sukuriantį magnetinį lauką.

Manipuliatoriai skirti virtualiai realybei

Labiausiai paplitę valdikliai „ForceFeedback“ sistemos gaminami „Immersion Corporation“. Jie sugeba sukurti pasipriešinimo jėgą, panašiai kaip mašinose ar lėktuvuose. Vairas važiuojant per duobes veržiasi iš rankų, valdikliai skrendant reaktyviniu lėktuvu be pasipriešinimo neišves Jus iš „suktuko“.

Beuodegė pelė „FEELit Mouse“ – dar vienas „Immersion Corporation“ išradimas. Tokia pelė sugeba perduoti reljefo nelygumus ekrane žmogaus rankai. Galite pajusti kiekvieną raide ar simbolį. Viso ko reikia tai tvarkyklės ir specialus magnetinis kilimėlis.

„Ascension Tecnology Corporation“ siūlo peles „6D Mouse“. Išvaizda jos kaip trijų klavišų pelės su išskirtiniu dizainu, bet viduje dar yra davikliai, sekantys pakėlimą ir sukimą. Tokios pelės supaprastina judėjimą 3D erdvėje. Kūrėjai į ją žiūri kaip į pigią alternatyvą virtualiosioms pirštinėms.

Firma „SensAble Technologics“ pagamino seriją manipuliatorių virtualiajai realybei. Vadinasi jie PHANTOM. Keletą svertų leidžia pilnai kontroliuoti judėjimą virtualioje realybėje. Normaliam darbui reikalingas specialus rinkinys programų GHOST SDK (General Haptic Open Software Toolkit), parašytų kalba С++. Jas galima atsisiųsti iš „SensAble Technologics“ interneto svetainės ir aprūpinti savo programos palaikymą PHANTOM'u.

Perspektyvūs įrenginiai

Yra jau sukurti prietaisai, kurie susideda iš cheminių aerozolių, kurie yra maišomi tarp savęs skleisdami kvapus.

Technologijos greitai vystosi. Pati virtuali realybė naudojama daugelyje gyvenimo sričių. Robotai, kuriuos valdo žmogus iš virtualios realybės, atlieka pavojingus ir kitus įvairius darbus. Žaidimams kurti plačiai naudojama technologija „Motion Capture“, leidžianti „nuimti“ žmogaus judesius ir juos priskirti trimačiam modeliui. Pavyzdžiui šis metodas naudojamas žaidime „Dungeon Keeper 2“, čia jūs galite matyti slenkantį vagį, šokančius skeletus. Ta pati technologija naudojama suteikti gyvybę pieštiems personažams Holivudo filmuose. Na ir virtuali realybė plačiai naudojama pramogai, nes ji suteikia galimybę pasijusti kito vaidmenyje, kitoje aplinkoje. Kas nenorėtų paplaukioti žuvele tarp koralų rifų? Ar paskraidyti paukščiu danguje?

‡ 1999–2019 © Elektronika.lt LTV.LT - lietuviškų tinklalapių vitrina Valid XHTML 1.0!