close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Виртуальная реальность. Лекция 7

код для вставкиСкачать
Виртуальная реальность
Лекция №7
Виртуальная реальность
Виртуа
́
льная
реа
́
льность
,
ВР
,
искусственная
реальность,
электронная
реальность,
компьютерная
модель
реальности
(от
лат
.
virtus
-
потенциальный,
возможный
и
лат
.
realis
-
действительный,
существующий
;
англ
.
virtual
reality
,
VR
)
-
созданный
техническими
средствами
мир
(объекты
и
субъекты),
передаваемый
человеку
(посетителю
этого
мира)
через
его
ощущения
:
зрение,
слух,
обоняние
и
другие
.
Виртуальная
реальность
имитирует
как
воздействие,
так
и
реакции
на
воздействие
.
Для
создания
убедительного
комплекса
ощущений
реальности
компьютерный
синтез
свойств
и
реакций
виртуальной
реальности
производится
в
реальном
времени
.
Виртуальная реальность
Объекты
виртуальной
реальности
обычно
ведут
себя
близко
к
поведению
аналогичных
объектов
материальной
реальности
.
Пользователь
может
воздействовать
на
эти
объекты
в
согласии
с
реальными
законами
физики
(гравитация,
свойства
воды,
столкновение
с
предметами,
отражение
и
т
.
п
.
)
.
Однако
часто
в
развлекательных
целях
пользователям
виртуальных
миров
позволяется
больше,
чем
возможно
в
реальной
жизни
(например
:
летать,
создавать
любые
предметы
и
т
.
п
.
)
Виртуальная 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
Виртуальная реальность
Системами
«виртуальной
реальности»
называются
устройства,
которые
более
полно,
по
сравнению
с
обычными
компьютерными
системами,
имитируют
взаимодействие
с
виртуальной
средой,
путѐм
воздействия
на
все
пять
имеющихся
у
человека
органов
чувств
.
Виртуальная реальность
Плоское
изображение
монитора
может
обеспечивать
небольшой
стереоэффект
за
счѐт
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
объѐмное
изображение
за
счѐт
разного
угла
обзора
.
Виртуальная реальность
Для
индивидуального
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
со
встроеными
гироскопами
.
Также
используется
виртуальный
ретинальный
монитор
Виртуальная реальность
Шлем
виртуальной
реальности
—
устройство,
позволяющее
частично
погрузиться
в
мир
виртуальной
реальности,
создающее
зрительный
и
акустический
эффект
присутствия
в
заданном
управляющим
устройством
пространстве
.
Представляет
собой
устройство,
надевающееся
на
голову,
снабженное
видеоэкраном
и
стерео
-
или
квадрофонической
акустической
системой
.
Название
«шлем»
достаточно
условное
:
современные
модели
гораздо
больше
похожи
на
очки,
чем
на
шлем
.
Виртуальная реальность
Шлем
создаѐт
объѐмное
изображение,
подавая
две
разные
картинки
каждому
глазу
.
Кроме
того,
шлем
может
содержать
гироскопический
или
инфракрасный
датчик
положения
головы
.
Виртуальная реальность
Виртуальный
ретинальный
монитор
(Virtual
retinal
display,
VRD
;
retinal
scan
display,
RSD)
-
технология
устройств
вывода,
формирующая
изображение
непосредственно
на
сетчатке
глаза
.
В
результате
пользователь
видит
изображение,
«висящее»
в
воздухе
перед
ним
.
Виртуальная реальность
Многоканальная
акустическая
система,
позволяет
производить
локализацию
источника
звука,
что
позволяет
пользователю
ориентироваться
в
виртуальном
мире
с
помощью
слуха
.
Виртуальная реальность
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
.
Виртуальная реальность
С
целью
наиболее
точного
воссоздания
контакта
пользователя
с
окружением,
применяются
интерфейсы
пользователя,
наиболее
реалистично
соответствующие
моделируемым
:
компьютерный
руль
с
педалями,
рукояти
управления
устройствами,
целеуказатель
в
виде
пистолета
и
т
.
д
.
Виртуальная реальность
Для
бесконтактного
управления
объектами
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
.
Виртуальная реальность
Перчатки
виртуальной
реальности
могут
быть
составной
частью
костюма
виртуальной
реальности
,
отслеживающего
изменение
положения
всего
тела
и
передающего
также
тактильные,
температурные
и
вибрационные
ощущения
.
Виртуальная реальность
Устройство
для
отслеживания
перемещений
пользователя
может
представлять
собой
свободно
вращаемый
шар,
в
который
помещают
пользователя
или
осуществляться
лишь
с
помощью
подвешенного
в
воздухе
или
погружѐнного
в
жидкость
костюма
виртуальной
реальности
.
Также
разрабатываются
технические
средства
для
моделирования
запахов
.
Виртуальная реальность
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
.
Виртуальная реальность
Интерактивные
компьютерные
игры
основаны
на
взаимодействии
игрока
с
создаваемым
ими
виртуальным
миром
.
Многие
из
них
основаны
на
отождествлении
игрока
с
персонажем
игры,
видимым
или
подразумеваемым
.
Виртуальная реальность
Существует
устоявшееся
мнение,
что
качественная
трѐхмерная
графика
обязательна
для
качественного
приближения
виртуального
мира
игры
к
реальности
.
Если
виртуальный
мир
игры
не
отличается
графической
красотой,
схематичен
и
даже
двумерен,
погружение
пользователя
в
этот
мир
может
происходить
за
счѐт
захватывающего
игрового
процесса,
характеристики
которого
индивидуальны
для
каждого
пользователя
.
Виртуальная реальность
Существует
целый
класс
игр
-
симуляторов
какого
-
либо
рода
деятельности
.
Распространены
авиасимуляторы,
автосимуляторы,
разного
рода
экономические
и
спортивные
симуляторы,
игровой
мир
которых
моделирует
важные
для
данного
рода
физические
законы,
создавая
приближенную
к
реальности
модель
.
Виртуальная реальность
Специально
оборудованные
тренажѐры
и
определѐнный
вид
игровых
автоматов
к
выводу
изображения
и
звука
компьютерной
игры/симулятора
добавляют
другие
ощущения,
такие
как
наклон
мотоцикла
или
тряска
кресла
автомобиля
.
Подобные
профессиональные
тренажѐры
с
соответствующими
реальным
средствами
управления
применяются
для
обучения
пилотов
.
Виртуальная реальность
Виртуальная
реальность
применяется
для
обучения
профессиям,
где
эксплуатация
реальных
устройств
и
механизмов
связана
с
повышенным
риском,
либо
связано
с
большими
затратами
(пилот
самолѐта,
машинист
поезда,
диспетчер,
водитель
и
т
.
п
.
)
.
Виртуальная реальность
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?»
.
В
1989
году
Джарон
Ланьер
ввѐл
более
популярный
ныне
термин
«виртуальная
реальность»
.
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
.
Виртуальная реальность
Первой
системой
виртуальной
реальности
стала
«Кинокарта
Аспена»
(Aspen
Movie
Map),
созданная
в
Массачусетском
Технологическом
Институте
в
1977
году
.
Эта
компьютерная
программа
симулировала
прогулку
по
городу
Аспен,
штат
Колорадо,
давая
возможность
выбрать
между
разными
способами
отображения
местности
.
Летний
и
зимний
варианты
были
основаны
на
реальных
фотографиях
.
Дополненная реальность
Дополненная
реальность
—
добавление
к
поступающим
из
реального
мира
ощущениям
мнимых
объектов,
обычно
вспомогательно
-
информативного
свойства
.
Известным
примером
дополненной
реальности
может
служить
нашлемное
целеуказание
в
самолѐтах
-
истребителях,
вывод
дополнительной
информации
на
ветровое
стекло
автомобиля
.
Виртуальность
Виртуа
́
льность
—
вымышленный,
воображаемый
объект,
субъект,
категория,
отношение,
действие
и
тп
.
,
не
присутствующий
в
данный
момент
в
реальном
мире,
а
созданный
лишь
игрой
воображения
человеческой
мысли,
либо
сымитированный
(сэмулированный)
при
помощи
других
объектов
.
Виртуальность
Зачастую
объекты
виртуальности
обладают
свойствами,
соответствующими
объектам
реального
мира,
но,
в
принципе,
могут
иметь
и
свойства,
отличающиеся
от
них
(вплоть
до
противоположных)
-
к
примеру
в
виртуальности
достаточно
легко
представлять
«антигравитацию»
или
«вечную
жизнь»,
а
также
предметы
с
какими
угодно
свойствами
и
возможностями
.
Также
в
виртуальности
допустимо
нарушать
и
причинно
-
следственные
связи
.
Трекинг
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)
.
Трекинг
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
.
Трекинг
Система
трекинга
виртуальной
реальности
(ВР)
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
.
Трекинг
При
отсутствии
способности
видеть
для
ориентации
в
пространстве
подключается
слух
.
Летучие
мыши
и
дельфины
пользуются
именно
такой
системой
трекинга
.
Ультразвук
дает
им
возможность
не
только
заметить
препятствие
на
пути,
но
и
определить
расстояние
до
него
.
Трекинг
Ни
одна
система
не
может
считаться
полноценной
системой
ВР,
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
.
Трекинг
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
.
Трекинг
Работа
систем
оптического
трекинга
основана
на
отслеживании
специальных
оптических
маркеров
,
которыми
оснащено
устройство
взаимодействия
с
ВР
(
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
.
Трекинг
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
ВР)
.
Трекинг
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
.
Трекинг
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
.
Телеприсутствие
Телеприсутствие
-
набор
технологий,
позволяющий
пользователю
получить
впечатление
того,
что
он
находится
и/или
воздействует
на
место,
отличное
от
его
физического
местоположения
.
Телеприсутствие
Для
обеспечения
телеприсутствия
необходимо
чтобы
пользователь
получал
те
же
ощущения,
как
если
бы
находился
в
другом
месте
.
Также
пользователь
может
иметь
возможность
воздействовать
на
удаленное
место
.
В
этом
случае
перемещения,
действия,
голос,
и
т
.
д
.
пользователя
должны
быть
считаны,
переданы
и
воспроизведены
в
удаленной
локации
.
Телеприсутствие
—
технология
проведения
сеансов
видеоконференцсвязи,
обеспечивающая
максимально
возможный
эффект
присутствия
собеседников
в
одной
комнате
(кабинете
или
зале)
.
Телеприсутствие
Суть
телеприсутствия
во
взаимодействии
с
другим,
реальным
местом,
и
в
отличие
от
виртуальной
реальности,
где
пользователь
ощущает
себя
в
виртуальном
пространстве
.
Системы
телеприсутствия
и
виртуальной
реальности
используют
схожее
оборудование
для
взаимодействия
с
пользователем
.
Телеприсутствие
При
использовании
обоих
технологий
ощущения
передаваемые
пользователю
кодируются
в
некоторой
абстрактной
(как
правило,
цифровой)
форме
.
Основное
же
различие
в
том
что
в
случае
телеприсутствия
идет
взаимодействие
с
реальным
миром,
а
в
случае
виртуальной
реальности
с
компьютером
.
Для
того
чтобы
обеспечить
пользователю
убедительный
эффект
присутствия
необходим
ряд
технологий
.
Телеприсутствие
Простейшая
система
включает
в
себя
видеопоток
.
В
идеальном
же
случае
все
поле
зрения
пользователя
должно
быть
заполнено
изображением
удаленного
места
.
И
кроме
того
точка
обзора
должна
соответствующим
образом
реагировать
на
перемещение
и
повороты
головы
пользователя
.
(В
отличие
от
кино
или
телевидения,
где
зритель
не
может
управлять
точкой
обзора)
.
Телеприсутствие
Для
достижения
подобного
эффекта
могут
использоваться
очень
большие
(в
том
числе
сферические)
экраны,
или
же
миниатюрные
дисплеи
закрепленные
перед
глазами
.
В
этом
случае
можно
добиться
особо
убедительного
чувства
объѐма
.
Движения
головы
должны
отслеживаться,
а
камера
на
удаленной
площадке
должна
воспроизводить
их
точно
и
в
реальном
времени
.
Телеприсутствие
Обеспечить
чувство
слуха
как
правило
проще,
соответствующие
технологии
доступны
уже
достаточно
долго
.
Лучший
эффект
присутствия
даѐт
стереозвук,
с
отслеживанием
движений
головы
пользователя
.
Возможность
манипулировать
объектами
в
удаленной
среде
важнейший
аспект
настоящей
системы
телеприсутствия,
и
может
быть
реализована
по
разному
в
зависимости
от
потребностей
пользователей
.
Телеприсутствие
Обычно
движения
рук
и
пальцев
пользователя
считываются
перчатками,
или
иными
системами
отслеживания
положения,
робот
(устройство
телеприсутствия)
же,
находящийся
в
удаленном
месте
копирует
их
настолько
точно,
насколько
возможно
.
Чем
точнее
устройство
телеприсутствия
воспроизводит
движения
человека,
тем
больше
эффект
погружения
.
Телеприсутствие
На
сегодня
телеприсутствие
является
технологией
наиболее
полноценно
(в
отличие
от
традиционной
видеоконференцсвязи)
заменяющей
живое
общение,
что
позволяет
ее
использовать
в
ситуациях,
ранее
всегда
требовавших
личного
присутствия
собеседников
.
Особенно,
это
касается
встреч
на
высоком
уровне,
таких
как
заседания
советов
директоров,
проведение
переговоров
с
руководителями
иностранных
в
компаний
и
т
.
п
.
Телеприсутствие
Эффект
присутствия
в
видеоконференциях
достигает
за
счет
следующих
составляющих
:
1
.
унификация
окружающей
обстановки
Во
время
сеансов
все
участники
видеоконференции
находятся
в
идентично
оформленных
комнатах
за
столами
одинакового
цвета,
текстуры
и
формы
.
Благодаря
такой
унификации
возникает
эффект,
что
собеседники
находятся
с
вами
в
одном
помещении
за
одним
общим
столом
.
Полная
унификация
оформления
помещений
является
одной
из
главных
причин
высокой
стоимости
и
сложности
инсталляции
подобных
решений
.
Телеприсутствие
Эффект
присутствия
в
видеоконференциях
достигает
за
счет
следующих
составляющих
:
2
.
все
удаленные
собеседники
отображаются
в
натуральную
величину,
общение
ведется
«глаза
в
глаза»
Для
того
чтобы
обеспечить
общение
«глаза
в
глаза»
видеокамеры
часто
встраиваются
прямо
в
средства
отображения
информации
.
Телеприсутствие
Эффект
присутствия
в
видеоконференциях
достигает
за
счет
следующих
составляющих
:
3
.
передача
видео
и
звука
в
качестве
High
Definition
Поддержка
высокой
чѐткости
High
Definition
как
при
передаче
видео
(
1080
p),
так
и
звука
является
неотъемлемой
частью
технологии
телеприсутствия
при
создании
эффекта
присутствия
.
Необходимость
этого
обусловлена
задачей
передавать
все
мельчайшие
нюансы
мимики,
жестов
и
голоса
всех
участников
обсуждения
.
Телеприсутствие
Дополнительные
возможности
Как
и
классические
системы
видеоконференцсвязи
решения
для
телеприсутствия
обеспечивают
:
проведения
многосторонних
видеоконференций
(с
различным
качеством
видео
и
звука)
;
передачу
и
отображение
различного
контента
(слайды
презентаций,
электронные
таблицы,
изображения
с
документ
-
камеры
и
т
.
п
.
)
Телеприсутствие
Достоинства
технологии
Телеприсутствие
обеспечивает
дистанционное
проведение
переговоров
(совещаний
и
других
мероприятий,
требующих
нахождения
всех
участников
в
одном
месте)
с
качеством
изображения
и
звука
на
уровне,
практически
полностью
заменяющем
живое
общение
.
Телеприсутствие
Ограничения
технологии
Высокая
цена
решений
телеприсутствия
обусловлена
высокой
стоимостью
оборудования
(кодеки,
специальные
дисплеи
и
т
.
п
.
)
и
необходимостью
унификации
помещений
для
проведения
сеансов
видеоконференцсвязи
.
Телеприсутствие
Ограничения
технологии
Необходимость
иметь
высокоскоростные
каналы
передачи
данных
(от
одного
до
несколько
десятков
Мбит/с),
способные
обеспечить
многоканальную
передачу
видео
в
HD
качестве
.
Телеприсутствие
В
настоящее
время
появился
сравнительно
дешевый
класс
персональных
систем
видеоконференцсвязи
с
поддержкой
HD,
также
называемых
производителями
«системы
телеприсутствия»,
но
в
полной
мере
такими
не
являющими
.
Итальянская
компания
Aethra
еще
в
1991
году
пыталась
внедрить
свой
«круглый
стол»
для
видеоконференций
—
прообраз
современных
систем
«телеприсутствия»,
однако
продукт
остался
не
востребованным
на
рынке
.
Телеприсутствие
Другие
крупные
производители
систем
телеприсутствия
также
реализовали
немногим
больше
полнофункциональных
комплексов
видеоконференцсвязи
.
Системы
телеприсутствия
от
Cisco
Systems,
Tandberg,
Polycom
и
LifeSize
остаются
недоступной
роскошью
даже
для
крупнейших
мировых
компаний
.
Помимо
высокой
стоимости
решений
(примерно
200
тыс
.
долл
.
за
комнату)
этот
рынок
сдерживает
ограниченное
распространение
высокоскоростных
каналов
передачи
данных
.
Автор
037akb
Документ
Категория
Образовательные
Просмотров
599
Размер файла
538 Кб
Теги
лекция, реальность, виртуальная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа