Гарнитура виртуальной реальности
Гарнитура виртуальной реальности (или гарнитура VR ) — это монтируемое на голове устройство , которое использует 3D-дисплеи для близи глаз и позиционное отслеживание для создания среды виртуальной реальности для пользователя. VR-гарнитуры широко используются в VR- видеоиграх , но они также используются в других приложениях, включая симуляторы и тренажеры. Гарнитуры VR обычно включают в себя стереоскопический дисплей (обеспечивающий отдельные изображения для каждого глаза), стереозвук и датчики, такие как акселерометры и гироскопы, для отслеживания положения головы пользователя, чтобы ориентация виртуальной камеры соответствовала положению глаз пользователя в реальном мире. . [ 1 ]
В гарнитурах виртуальной реальности обычно используется как минимум один MEMS IMU для отслеживания движения с 3 степенями свободы и, при необходимости, дополнительная технология отслеживания для отслеживания движения с 6 степенями свободы. Устройства 6DOF обычно используют алгоритм объединения датчиков для объединения данных из IMU и любых других источников отслеживания. Используемые алгоритмы объединения датчиков часто являются вариантами фильтра Калмана .
Некоторые VR-гарнитуры также оснащены слежения за взглядом. датчиками [ 2 ] и игровые контроллеры . В очках VR используется технология отслеживания головы, которая меняет поле зрения, когда человек поворачивает голову. Технология может быть несовершенной, поскольку при слишком быстром движении головы возникает задержка. Тем не менее, он предлагает захватывающий опыт.
также разработаны гарнитуры и средства просмотра виртуальной реальности Для смартфонов . В отличие от гарнитур со встроенным дисплеем, эти устройства по сути представляют собой корпуса, в которые можно вставить смартфон. VR-контент просматривается с экрана самого устройства через линзы, действующие как стереоскоп , а не с помощью специальных внутренних дисплеев.
История
[ редактировать ]VPL Research — компания, производившая первые VR-гарнитуры в 1980-х годах. [ 3 ]
Sega VR была анонсирована в 1991 году и представлена в начале 1993 года на зимней выставке CES . На консолях он никогда не выпускался. [ 4 ] но использовался для симулятора движения Sega VR-1 аркадного аттракциона в 1994 году. [ 5 ] [ 6 ] Еще одна ранняя гарнитура виртуальной реальности, Forte VFX1 , была анонсирована на выставке CES в 1994 году. VFX-1 имеет стереоскопические дисплеи, 3-осевое отслеживание положения головы и стереонаушники. [ 7 ]
Sony выпустила Glasstron в 1997 году, который имеет дополнительный датчик положения, позволяющий владельцу просматривать окружающую среду, при этом перспектива меняется по мере движения головы пользователя, что дает глубокое ощущение погружения. Эти VR-гарнитуры дали игрокам MechWarrior 2 новую визуальную перспективу наблюдения за полем боя из кабины своего корабля. Однако эти ранние гарнитуры потерпели неудачу с коммерческой точки зрения из-за ограниченной технологии. [ 8 ] [ 9 ] описал их и Джон Кармак как «просмотр через тюбики от туалетной бумаги ». [ 10 ]
В 2012 году началась краудфандинговая кампания для VR-гарнитуры, известной как Oculus Rift ; проект возглавляли несколько выдающихся разработчиков видеоигр , в том числе Джон Кармак [ 8 ] компании который позже стал техническим директором . [ 11 ] В марте 2014 года материнская компания проекта Oculus VR была приобретена Facebook за 2 миллиарда долларов. [ 12 ] Последняя ориентированная на потребителя версия Oculus Rift началась 28 марта 2016 года. [ 13 ]
В марте 2014 года Sony продемонстрировала прототип гарнитуры для PlayStation 4 . [ 14 ] которая позже получила название PlayStation VR . [ 15 ] В 2014 году Valve продемонстрировала несколько прототипов гарнитуры. [ 16 ] что привело к партнерству с HTC для создания Vive , ориентированного на виртуальную среду «масштаба комнаты», в которой пользователи могут естественным образом перемещаться и взаимодействовать. [ 17 ] Vive был выпущен в апреле 2016 года. [ 18 ] и PlayStation VR в октябре 2016 года. [ 19 ]
Google выпустила серию спецификаций и связанных с ними наборов DIY для зрителей виртуальной реальности, известных как Google Cardboard ; эти средства просмотра можно изготовить из недорогих материалов (и смартфона с гироскопом), например картона (отсюда и название). Samsung Electronics в партнерстве с Oculus VR совместно разработала Samsung Gear VR (который совместим только с некоторыми устройствами Samsung Galaxy ). Компания LG Electronics разработала гарнитуру со специальным дисплеем для своего смартфона LG G5, известного как LG 360 VR. [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]
В 2019 году Oculus и PlayStation VR доминировали на рынке VR-гарнитур. [ 24 ]
В июне 2019 года Valve выпустила собственную гарнитуру Valve Index без партнёрства с HTC.
Технология
[ редактировать ]Разрешение и качество дисплея
[ редактировать ]Существуют различные оптика и визуальные качества, которые влияют на то, как человек воспринимает качество изображения и как он воспринимает виртуальный мир. Четкость изображения зависит от разрешения дисплея, качества оптики, частоты обновления и поля зрения. [ 25 ]
Поскольку гарнитуры виртуальной реальности растягивают один дисплей на широкое поле зрения (до 110° для некоторых устройств по данным производителей), коэффициент увеличения делает недостатки в технологии отображения гораздо более очевидными. Одной из проблем является так называемый эффект сетчатой двери , когда промежутки между строками и столбцами пикселей становятся видимыми, как если бы вы смотрели через сетчатую дверь . [ 26 ] Особенно это было заметно на более ранних прототипах и комплектах разработки, [ 9 ] которые имели более низкое разрешение , чем розничные версии.
Оптика
[ редактировать ]Линзы . гарнитуры отвечают за отображение изображения крупным планом в широком поле зрения [ 27 ] [ 28 ] а также обеспечивает более удобную удаленную точку фокусировки . Одной из проблем при этом является обеспечение постоянства фокусировки: поскольку глаза внутри гарнитуры могут свободно поворачиваться, важно избегать повторной фокусировки, чтобы предотвратить перенапряжение глаз .
Линзы Френеля обычно используются в гарнитурах виртуальной реальности из-за их компактности и легкой конструкции. [ 29 ] [ 30 ] В линзах не используются несколько частей материала, как в других линзах, но линза будет разбита на секции, что позволяет человеку иметь более широкий диапазон обзора. Проблема с линзами заключается в том, что края линз видны, когда гарнитура неправильно расположена на голове. [ 25 ] [ 30 ]
Линзы вносят искажения и хроматические аберрации , которые обычно корректируются программным обеспечением . [ 27 ] [ 30 ] Линзы также можно регулировать динамически с учетом рецепта на очки пользователя, чтобы пользователь мог использовать гарнитуру без корректирующих очков. [ 31 ]
Требования к задержке
[ редактировать ]Гарнитуры виртуальной реальности предъявляют значительно более высокие требования к задержке — времени, которое требуется от изменения входного сигнала до появления визуального эффекта, — чем обычные видеоигры. [ 32 ] Если система слишком вялая, чтобы реагировать на движение головы, это может вызвать у пользователя болезнь виртуальной реальности , своего рода укачивание. [ 33 ] По словам инженера Valve, идеальная задержка должна составлять 7–15 миллисекунд . [ 34 ]
Графический процессор (GPU) также должен быть достаточно мощным для обработки необходимого количества кадров. Oculus назвала ограниченную вычислительную мощность Xbox One и PlayStation 4 причиной, по которой они нацелились на рынок игр для ПК со своими первыми устройствами. [ 35 ]
Фовеатный рендеринг — это новый метод, позволяющий снизить нагрузку на рендеринг. Он использует оборудование для отслеживания глаз , чтобы определить, в какую точку смотрит пользователь, и уменьшает разрешение рендеринга дальше от взгляда пользователя. Это может быть незаметно для пользователя, поскольку периферическое зрение человека гораздо менее чувствительно, чем фовеа . [ 36 ]
Использование в различных областях
[ редактировать ]Медицинское обучение и диагностика
[ редактировать ]Гарнитуры виртуальной реальности в настоящее время используются в качестве средства подготовки студентов-медиков к хирургии . Это позволяет им выполнять важные процедуры в виртуальной, контролируемой среде. Студенты выполняют операции виртуальным пациентам, что позволяет им приобрести навыки, необходимые для проведения операций на реальных пациентах. [ нужна ссылка ] Это также позволяет студентам пересмотреть операции с точки зрения ведущего хирурга . [ 37 ]
Традиционно студентам приходилось участвовать в операциях, и часто они пропускали важные части. Теперь, используя гарнитуры виртуальной реальности, студенты могут наблюдать за хирургическими процедурами с точки зрения ведущего хирурга, не пропуская при этом важные детали. Студенты также могут приостанавливать, перематывать назад и вперед операции. Они также могут совершенствовать свою технику с помощью настоящей гарнитуры, установленной в безопасной среде. [ 38 ]
Помимо учебных целей, гарнитуры дополненной реальности уже используются в хирургических операциях под визуальным контролем . [ нужна ссылка ]
Смартфоны с гарнитурами виртуальной реальности использовались для захвата высококачественных видео и изображений сетчатки для документирования периферических поражений сетчатки. [ 39 ]
Военная подготовка
[ редактировать ]Гарнитуры виртуальной реальности используются в вооруженных силах США . Это особенно полезный инструмент для обучения военнослужащих, не подвергая их опасности. [ 40 ]
Гарнитура виртуальной реальности позволяет военнослужащим взаимодействовать с людьми виртуальной реальности, чтобы все казалось реальным. Они могут разговаривать друг с другом и выполнять различные действия, чтобы в мире виртуальной реальности они чувствовали себя так, как будто они на самом деле находятся в реальном мире. Есть также недостатки и преимущества использования гарнитуры военнослужащими. Недостаток заключается в том, что гарнитура предназначена для использования в помещении, в прохладной среде и вдали от тепла, поэтому, когда у военнослужащих только гарнитура, а не военное снаряжение, это не похоже на их базовую подготовку. Преимущества заключаются в многократном повторении ситуаций и меньшей стоимости приобретения гарнитуры, поскольку не требуется никакого военного оборудования. [ 41 ]
Риски
[ редактировать ]В 2024 году исследователи из Чикагского университета смогли использовать уязвимость в системе Quest VR от Meta Platforms данные пользователей , чтобы получить учетные и ввести ложные данные во время сеансов онлайн-банкинга . В другом исследовании с использованием Beat Sabre большинство участников ничего не подозревали, когда атаковали исследователи их VR-гарнитуры. Этот взлом будет сложно осуществить за пределами исследовательских центров, но он сделает цель уязвимой для многих рисков, таких как фишинг , интернет-мошенничество и груминг . [ 42 ]
См. также
[ редактировать ]- Гарнитура дополненной реальности
- Изогнутый экран
- Список гарнитур виртуальной реальности
- Смешанная реальность
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кучера, Бен (15 января 2016 г.). «Полное руководство по виртуальной реальности в 2016 году (на данный момент)» . Полигон . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Майлз, Стюарт (19 мая 2015 г.). «Забудьте об отслеживании головы на Oculus Rift: гарнитура Fove VR может отслеживать ваши глаза» . Карманный ворс . Архивировано из оригинала 5 марта 2016 года . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Барфилд, В.; Блиц, MJ (2018). Справочник по исследованиям в области права виртуальной и дополненной реальности . Эдвард Элгар Паблишинг Лимитед. ISBN 978-1-78643-859-1 . Проверено 13 апреля 2024 г.
- ^ Винчигерра, Роберт. «Том Калински рассказывает о своем времени, когда он руководил Sega в качестве ее генерального директора в 90-х годах; рассказывает, что Sega передала технологию Virtual Boy, рассматривая возможность выпуска 3DO» . Преподобный Роб Таймс . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 года . Проверено 21 сентября 2015 г.
- ^ «Замечательные игры-симуляторы Sega за последние годы» . Аркадные герои . 6 июня 2013 года . Проверено 17 апреля 2020 г.
- ^ «Оборудование для аттракционов среднего масштаба Sega (VR-1)» . Система 16 . Проверено 17 апреля 2020 г.
- ^ Кокрейн, Натан (1994). «ШЛЕМ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ VFX-1 от Forte» . Игровой журнал Bytes . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Jump up to: а б «Гарнитура виртуальной реальности Oculus Rift получила деньги на Kickstarter» . Новости Би-би-си . 1 августа 2012 года. Архивировано из оригинала 25 июля 2018 года . Проверено 21 июля 2018 г.
- ^ Jump up to: а б Кумпарак, Грег (26 марта 2014 г.). «Краткая история Oculus» . ТехКранч . Архивировано из оригинала 24 сентября 2017 года . Проверено 23 сентября 2017 г.
- ^ Оньетт, Чарльз (3 августа 2012 г.). «Будущее игр в виртуальной реальности» . ИГН . Архивировано из оригинала 5 апреля 2016 года . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Вильгельм, Алекс (22 ноября 2013 г.). «Джон Кармак из Doom покидает id Software, чтобы сосредоточиться на гарнитуре виртуальной реальности Oculus» . ТехКранч . Архивировано из оригинала 23 сентября 2017 года . Проверено 23 сентября 2017 г.
- ^ Уэлч, Крис (25 марта 2014 г.). «Facebook покупает Oculus VR за 2 миллиарда долларов» . Грань . Архивировано из оригинала 24 сентября 2017 года . Проверено 26 марта 2014 г.
- ^ «Oculus приносит извинения за задержку доставки и отказывается от платы за доставку для всех заказов на сегодняшний день» . Грань . 2 апреля 2016 года. Архивировано из оригинала 22 июля 2016 года . Проверено 30 июля 2016 г.
- ^ Маквертор, Майкл (18 марта 2014 г.). «Sony анонсирует Project Morpheus, гарнитуру виртуальной реальности, которая появится на PlayStation 4» . Полигон . Архивировано из оригинала 24 марта 2016 года . Проверено 23 марта 2016 г.
- ^ Суппурис, Аарон (15 сентября 2015 г.). «Проект Sony Morpheus теперь называется PlayStation VR » . Engadget . Архивировано из оригинала 24 сентября 2017 года . Проверено 23 сентября 2017 г.
- ^ Уоррен, Том (3 июня 2014 г.). «VR-гарнитура Valve оснащена функциями, подобными Oculus» . Грань . Архивировано из оригинала 26 августа 2017 года . Проверено 23 сентября 2017 г.
- ^ Данте Д'Орацио; Влад Савов (1 марта 2015 г.). «VR-гарнитура Valve называется Vive и производится HTC» . Грань . Архивировано из оригинала 9 июля 2015 года . Проверено 23 сентября 2017 г.
- ^ Робертсон, Ади (8 декабря 2015 г.). «Выпуск гарнитуры HTC Vive VR отложен до апреля» . Грань . Архивировано из оригинала 23 сентября 2017 года . Проверено 23 сентября 2017 г.
- ^ «PlayStation VR выйдет в октябре 2016 г.» . Сони. Архивировано из оригинала 22 июля 2016 года . Проверено 15 марта 2016 г.
- ^ «LG G5 — это радикальное переосмысление флагманского Android-смартфона» . Грань . 21 февраля 2016 г. Архивировано из оригинала 22 февраля 2016 г. . Проверено 21 февраля 2016 г.
- ^ «IFA 2014: практический обзор Samsung Galaxy Note 4, Note Edge, Gear VR и Gear S» . GSMArena.com . Архивировано из оригинала 13 августа 2016 года . Проверено 24 ноября 2015 г.
- ^ «Теперь вы можете смотреть и загружать 360-градусные видео на YouTube» . Проводной . Архивировано из оригинала 9 июля 2016 года . Проверено 12 июля 2016 г.
- ^ «Лучшие VR-гарнитуры, которые можно купить в 2016 году, независимо от вашего бюджета» . Карманный ворс . Архивировано из оригинала 12 июля 2016 года . Проверено 12 июля 2016 г.
- ^ Марвин, Роб (4 октября 2019 г.). «Жокей Oculus и PlayStation VR на вершине рынка виртуальной реальности» . PCMag .
- ^ Jump up to: а б Трикар, Селин (2018). Кинопроизводство в виртуальной реальности: методы и лучшие практики для кинематографистов VR . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Рутледж. стр. 12–14. ISBN 978-1-315-28039-4 .
- ^ «Эффект экранной двери: в PlayStationVR предположительно нет «нет», вероятно, это не имеет значения» . Разговаривайте между собой (кинджа) . 27 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 31 марта 2016 г. Проверено 30 марта 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Джеймс, Пол (21 октября 2013 г.). «Intel утверждает, что может улучшить качество изображения для шлемов виртуальной реальности — Дэниел Пол рассказывает нам, как» . Дорога в VR . Архивировано из оригинала 6 мая 2016 года . Проверено 30 марта 2016 г.
- ^ Ланг, Бен (13 мая 2015 г.). «150-градусные линзы Wearality — это баланс, а не прорыв» . Дорога в VR . Архивировано из оригинала 29 марта 2016 года . Проверено 31 марта 2016 г.
- ^ Гу, Ло; Ченг, Дьюэн; Юнтянь, Ван (21 мая 2018 г.). «Проектирование иммерсивного наголовного дисплея с коаксиальной катадиоптической оптикой». В Крессе, Бернард С.; Столле, Хаген; Остен, Вольфганг (ред.). Цифровая оптика для иммерсивных дисплеев . Том. 10676. с. 133. Бибкод : 2018SPIE10676E..1FG . дои : 10.1117/12.2315687 . ISBN 978-1-5106-1878-7 . S2CID 126123242 . Проверено 7 сентября 2019 г.
Линза Френеля обычно используется в нынешней линзе VR из-за ее способности обеспечивать легкий вес и компактную конструкцию.
- ^ Jump up to: а б с Томпсон, Сора (1 января 2018 г.). «Основы использования VR-объективов: настоящее и будущее» . Аппаратное обеспечение Тома . Покупка . Проверено 7 сентября 2019 г.
- ^ Лаффон, Пьер-Ив; Мартин, Тобиас; Гросс, Мартин; Тан, Вэй Дэ; Лим, Коннектикут; Ау, Аффа; Вонг, Рик (5–8 декабря 2016 г.). Rectifeye: система коррекции зрения для виртуальной реальности (PDF) . SA '16 SIGGRAPH ASIA 2016 VR-презентация. Макао. дои : 10.1145/2996376.2996382 . S2CID 208022568 . № 13. Цитата: «Наша система автоматически настраивает гарнитуру VR в соответствии с рецептом очков пользователя. Поскольку оптическая коррекция автоматически встроена в гарнитуру, пользователю больше не нужно носить очки внутри гарнитуры. [...] Мы отрегулируйте положение каждой линзы в гарнитуре с помощью серводвигателей».
- ^ Ланг, Бен (24 февраля 2013 г.). «Джон Кармак рассказывает о стратегиях уменьшения задержек в виртуальной реальности» . Дорога в VR . Архивировано из оригинала 16 января 2016 года . Проверено 30 марта 2016 г.
- ^ «Разработчики виртуальной реальности борются с морской болезнью» . news.com.au. 21 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 23 марта 2016 г. Проверено 23 марта 2016 г.
- ^ Орланд, Кайл (4 января 2013 г.). «Насколько быстрой должна быть «виртуальная реальность», чтобы выглядеть как «настоящая реальность»?» . Арс Техника . Архивировано из оригинала 23 сентября 2017 года . Проверено 23 сентября 2017 г.
- ^ Макуч, Эдди (13 ноября 2013 г.). «Xbox One и PS4 «слишком ограничены» для Oculus Rift, — говорит создатель» . ГеймСпот . Архивировано из оригинала 21 декабря 2013 года . Проверено 1 марта 2016 г.
- ^ Мейсон, Уилл (15 января 2016 г.). «Системы отслеживания движений глаз SMI с частотой 250 Гц и фовеативная визуализация реальны, а их стоимость может вас удивить» . ЗагрузитеVR . Архивировано из оригинала 13 января 2019 года . Проверено 13 января 2019 г.
- ^ «Система виртуальной реальности помогает хирургам, успокаивает пациентов» . Развитие медицинского центра (на Самоа) . Проверено 12 июня 2023 г.
- ^ «Система виртуальной реальности помогает хирургам, успокаивает пациентов» . Развитие медицинского центра (на Самоа) . Проверено 12 июня 2023 г.
- ^ Сингх, Дипендра (2 сентября 2022 г.). «Видеография глазного дна с использованием гарнитуры виртуальной реальности и смартфона» . Тайвань Дж. Офтальмол . 12 (4): 462–464. дои : 10.4103/2211-5056.355559 . ПМЦ 9843566 . ПМИД 36660130 . S2CID 252053522 . Проверено 2 сентября 2022 г.
- ^ «Как VR тренирует идеального солдата» . Пригоден для использования . Архивировано из оригинала 9 января 2018 года . Проверено 9 апреля 2018 г.
- ^ Уилсон, Клей (9 апреля 2008 г.). «Аватары, технологии виртуальной реальности и вооруженные силы США: новые проблемы политики» . Отчет CRS для Конгресса .
- ^ «VR-гарнитуры можно взломать с помощью атаки в стиле Inception» . Обзор технологий Массачусетского технологического института .
Внешние ссылки
[ редактировать ]СМИ, связанные с гарнитурами виртуальной реальности , на Викискладе?