Технологии виртуальной реальности

 

 

 

 

 

Оглавление:

1. История.
2. Что такое виртуальная реальность?
3. Виды.
4. Сферы использования.
5. Используемые средства.
6. Cave Automatic Virtual Environment.
7. Реализация:

• Изображение
• Звук
• Управление
• Прямое подключение к нервной системе

8. Философское понятие.

9. Известные реализации.
10. Виртуальная корпорация и распределенная корпорация.
11. Отличительные черты виртуальной корпорации.
12. Виды.
13. Работа виртуальной корпорации.
14. Заключение.
15. Список, использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. История

Понятие искусственной реальности было впервые введено Майроном Крюгером в конце 1960-х. В 1964 году Станислав Лем в своей книге «Сумма Технологий» под термином «Фантомология» описывает задачи и суть ответа на вопрос «как создать действительность, которая для разумных существ, живущих в ней, ничем не отличалась бы от нормальной действительности, но подчинялась бы другим законам?». Первая система виртуальной реальности появилась в 1962 году, когда Мортон Хейлиг представил первый прототип мультисенсорного симулятора, который он называл "Сенсорама". Сенсорама погружала зрителя в виртуальную реальность при помощи коротких фильмов, которые сопровождались запахами, ветром (при помощи фена) и шумом мегаполиса с аудиозаписи. В 1967 году Айвен Сазерленд описал и сконструировал первый шлем, изображение на который генерировалось при помощи компьютера. Шлем Сазерленда позволял изменять изображения соответственно движениям головы (зрительная обратная связь).

В 1970-х годах компьютерная графика полностью заменила видеосъемку, до того использовавшуюся в симуляторах. Графика была крайне примитивной, однако важным было то, что тренажеры (это были симуляторы полетов) работали в режиме реального времени. Первой реализацией виртуальной реальности считается «Кинокарта Аспена», созданная в Массачусетском Технологическом Институте в 1977 году. Это была довольно простая компьютерная программа, которая позволяла совершить виртуальную прогулку по городку Аспен (штат Колорадо). Фактически весь виртуальный мир строился на основе реальных фотографий города. Летний и зимний варианты были основаны на реальных фотографиях. Дополненная реальность родилась примерно в то же время.

В середине 1980-х появились системы, в которых пользователь мог манипулировать с трехмерными объектами на экране благодаря их отклику на движения руки. В 1989 году Джарон Ланьер ввёл более популярный ныне термин «виртуальная реальность». В фантастической литературе поджанра киберпанк виртуальная реальность есть способ общения человека с «киберпространством» — некой средой взаимодействия людей и машин, создаваемой в компьютерных сетях.

 

2. Что такое «виртуальная реальность»?

 

Четкого определения у этого понятия нет. Термин "виртуальная реальность", предложенный в 1989 году, обозначает искусственный трехмерный мир - киберпространство, созданное с помощью компьютера и воспринимаемое человеком посредством специальных устройств. Такие "синтетические среды" отличаются от обычных компьютерных анимаций более точным воспроизведением деталей и работой в режиме реального времени. В случае виртуальной реальности человек видит не изображение объекта на плоском экране монитора, но воспринимает объект объемно, точно так же, как это обычно происходит в реальном мире. При этом помимо зрения могут быть задействованы и другие органы чувств человека, что обеспечивает более полное его погружение в виртуальную реальность.

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. К примеру, когда вы наводите камеру своего смартфона на картину, а у вас на экране отображаются ее название, имя художника и другая информация, то вы имеете дело с дополненной реальностью. А при использовании специальных очков с дисплеями вы взаимодействуете уже с виртуальным миром.

 

3. Виды.

В зависимости от характера взаимодействия человека с виртуальной средой специалисты выделяют три ее вида: пассивную, исследовательскую и активную. Как следует из названия, в пассивной среде человек является простым зрителем: он получает информацию о виртуальной реальности, но не может управлять ею. Исследовательская виртуальная среда позволяет не только наблюдать, но и перемещаться внутри нее. Активная среда дает возможность взаимодействовать с ней, изменяя ее по своему усмотрению. Например, попав в салон виртуального самолета, вы можете включить освещение.

 

4. Сферы использования

 

Чаще всего подобные технологии используются для обучения и развлечений. В первом случае они обычно применяются в ситуациях, когда моделирование чего-либо в реальной жизни оказывается или очень рискованным, или слишком затратным. Например, отключение половины двигателей самолета во время полета лучше имитировать на специальном тренажере, чем на практике. Подобных примеров можно привести множество — от безобидных симуляторов дорожного движения до сложнейших систем для имитации удаленных операций на мозге.

Впрочем, далеко не всегда процесс обучения подразумевает полное моделирование реального мира. Зачастую он имеет игровую форму, с помощью которой можно не только отработать поведение в определенных ситуациях, но и развлечься. В случае иногда такой подход может быть не просто вредным, а поистине катастрофическим. Ни для кого не секрет, что любые изобретения могут иметь как положительные, так и отрицательные последствия. Например, распад атомного ядра питает сотни городов, но в то же время способен уничтожить их за считаные секунды. Не надо думать, что виртуальная реальность совершенно безобидна. С технической точки зрения кажется, что негативных аспектов нет, но не стоит упускать из виду и психологический фактор взаимодействия с искусственной средой, с детьми это особенно актуально. Но вооруженные силы многих стран давно включили в свою программу подготовки отработку некоторых боевых действий в тактических симуляторах. Нередко они строятся на базе обычных компьютерных игр — от классических шутеров на военную тематику до авиасимуляторов.

С одной стороны, это действительно помогает проработать некоторые ситуации, которые могут возникнуть при ведении реальных боевых действий. С другой, это может привести к замещению понятия «реальная жизнь» понятием «игра». В СМИ неоднократно освещались случаи, когда люди слишком сильно погружались в игровой мир, после чего уже в реальности совершали необдуманные поступки — от самоубийства до массовой резни. Например, с постепенным внедрением беспилотных летательных аппаратов в вооруженных конфликтах образ и мышление людей, которые этим занимаются, начинает медленно изменяться. От тренировок на симуляторах идет постепенный переход к реальным действиям. Главная проблема состоит в том, что при активации вполне реального вооруженного робота перед оператором остаются все те же экран и элементы управления, которые использовались во время тренировок. Оператор нажимает на кнопку, выпускается ракета и т. д. — все как в игре. Таким образом, человек в данном случае не ощущает в полной мере результаты своих действий и абсолютно спокоен. В итоге мы можем говорить о замещении реальности виртуальностью.

Перечислим еще одни наиболее важные способы практического применения технологий ВР:

1) моделирование космических аппаратов  и создание виртуальных лабораторий  в космосе;

2) визуализация сложных инженерных  сооружений (атомные электростанции, космические корабли, подводные  лодки и т.д.);

3) конструирование и сборка сложных  машин;

4) моделирование чрезвычайных ситуаций  и катастроф при планировании  устранения их последствий;

5) создание виртуальных музеев, планетариев и даже лекционных  залов;

6) виртуальный туризм (путешествия  по древним и современным городам).

5. Используемые средства

Любая виртуальная реальность представляет собой комплекс аппаратных и программных средств, относящийся к одному из следующих классов, которые различаются способом погружения: виртуальная реальность с использованием сенсорных устройств, проекционного оборудования, имитаторов и настольного монитора.

Первым устройством, обеспечивающим его обладателю погружение в виртуальную реальность, был головной дисплей (head-mounted display). В 1965 году его продемонстрировал Айвэн Сазерленд, однако коммерческим продуктом головные дисплеи стали только в 1989 году (устройства EyePhone компании VPL Research и CrystalEyes компании StereoGraphics). Обычный головной дисплей содержит два миниатюрных экрана и оптическую систему, формирующую перед глазами пользователя стереоизображение. Специальное устройство непрерывно отслеживает ориентацию головы человека, тем самым позволяя компьютеру, генерирующему изображение, согласовывать ее положение с видимым изображением.

Несмотря на то, что до сегодняшнего дня виртуальные миры воспринимаются в основном как визуальные, еще в 1985 году один из исследовательских центров NASA изготовил рабочую станцию VIEW (Virtual Interface Environment Workstation), объединившую головной дисплей, информационную перчатку (data glove), распознавание речи, объемный звук, компьютерную графику и видеоизображения.

Практически в любой системе виртуальной реальности можно найти следующие компоненты.

  Математические модели различных  объектов и их окружения. В  памяти компьютера виртуальный  мир во всем его многообразии  существует в виде программных  объектов, свойствами и поведением которых управляет заложенная в программу ВР математическая модель (ее можно считать аналогом графического движка 3D-игр). Проще говоря, это запрограммированный разработчиками набор формул и уравнений, воспроизводящих элементы реального мира. Чем полнее (а стало быть, и сложнее) математическая модель виртуальной вселенной, тем реалистичнее иллюзия присутствия. За высокую реалистичность ВР (достигаемую за счет сложности ее математической модели) приходится расплачиваться высокими требованиями к ресурсам компьютера, в котором «живет» виртуальная вселенная.

  Программный модуль, преобразующий  рассчитанные согласно математической  модели параметры в видеоданные  и управляющие команды для  подсистемы отображения (см. ниже). Подсистема  отображения, создающая и демонстрирующая  пользователю объемное изображение  модели.

  Подсистема обратной связи  оператора (пользователя) с моделями  объектов и виртуальной средой. Этот компонент «сообщает» математической  модели данные о действиях  пользователя, необходимые для расчета  ответных действий виртуальной  среды. Подсистема обратной связи  необходима только для интерактивных систем ВР.

 Но есть и более сложные варианты, например CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) -собранные в одну систему три и более (до 6) экранов. CAVE-система с шестью отображающими поверхностями - это куб, куда заключен работающий в ВР пользователь, на внутренних гранях этого куба демонстрируются изображения элементов виртуального мира. Такая система дорого стоит, но обеспечивает максимальный эффект присутствия.

 

6. Cave Automatic Virtual Environment

Система CAVE была создана в лаборатории электронных средств визуализации Университета штата Иллинойс, занимающейся исследованиями в области интерактивной компьютерной графики. С момента своего основания в 1973 году лаборатория предложила в этой области ряд новых решений. В середине 70-х годов разработанное ею аппаратное и программное обеспечение использовалось для создания компьютерной анимации в первом фильме о звездных войнах. В 1976 году сотрудники лаборатории разработали недорогую и легкую "информационную перчатку", позволявшую контролировать движения руки. В конце 80-х годов лаборатория начала заниматься технологией виртуальной реальности, и это направление исследований в настоящее время остается для нее основным.

 

Система CAVE рассчитана на восприятие виртуальной реальности сразу многими пользователями. Она представляет собой аудиторию в форме куба с ребром около 3 м, оснащенную тремя проекционными экранами, на которых с помощью трех проекторов Electrohome Marquis 8000 с разрешением 1024x768 (при частоте 96 Гц) создается непрерывная панорама с разрешением 2000x2000. Изображение, проецируемое на две стены и полкомнаты, рассматривается с помощью питаемых от батарейки стереоочков Crystal Eyes с ЖК-шторками, которые поочередно с частотой 60 Гц закрывают то один, то другой глаз. Работой проекторов управляет суперкомпьютер Onyx компании Silicon Graphics (SGI) с тремя модулями Reality Engine.

 

В настоящее время система способна следить только за одним человеком, поэтому среди зрителей выбирается "лидер". На него надевается легкий шлем, а в руках он держит "жезл" (трехмерный эквивалент мыши), с помощью которого осуществляется навигация в CAVE. (При этом управление жезлом определяется используемым приложением: различные кнопки или движения отвечают за выполнение различных операций - выбор объекта, перемещение, изменение режима отображения.) Положение головы и руки лидера отслеживается с использованием средства Flock of Birds компании Ascension Technologies. Сигналы с соответствующих датчиков подаются на компьютер, который согласует положение человека с проецируемыми изображениями. Другие зрители, находящиеся в помещении, с помощью стереоочков видят изображение как бы его глазами.