Виртуальная реальность ( VR ) — это моделируемый опыт, в котором используется отслеживание поз и трехмерные изображения, расположенные рядом с глазами, чтобы дать пользователю ощущение погружения в виртуальный мир. Приложения виртуальной реальности включают развлечения (особенно видеоигры ), образование (например, медицинская или военная подготовка) и бизнес (например, виртуальные встречи). Другие отдельные типы технологий в стиле VR включают дополненную реальность и смешанную реальность , иногда называемые расширенной реальностью или XR, хотя определения в настоящее время меняются из-за зарождения отрасли. [2]
В настоящее время стандартные системы виртуальной реальности используют либо гарнитуры виртуальной реальности , либо многопроекционные среды для создания реалистичных изображений, звуков и других ощущений, имитирующих физическое присутствие пользователя в виртуальной среде. Человек, использующий оборудование виртуальной реальности, может осматривать искусственный мир, передвигаться в нем и взаимодействовать с виртуальными функциями или предметами. Эффект обычно создается с помощью VR-гарнитур, состоящих из наголовного дисплея с небольшим экраном перед глазами, но его также можно создать с помощью специально спроектированных комнат с несколькими большими экранами. Виртуальная реальность обычно включает в себя звуковую и видео обратную связь , но может также допускать другие типы сенсорной и силовой обратной связи посредством тактильной технологии .
С середины 1400-х годов слово « виртуальный » имело значение «быть чем-то по сути или эффекту, но не в действительности или фактически». [3] Термин «виртуальный» используется в компьютерном смысле «не существует физически , но создается с помощью программного обеспечения » с 1959 года. [3]
В 1938 году французский драматург-авангардист Антонен Арто в сборнике эссе « Театр и сын-двойник » описал иллюзорную природу персонажей и предметов в театре как «la réalité добродетель» . Английский перевод этой книги, опубликованный в 1958 году под названием « Театр и его двойник» [ 4], представляет собой самое раннее опубликованное использование термина «виртуальная реальность». Термин « искусственная реальность », придуманный Майроном Крюгером , используется с 1970-х годов. Термин «виртуальная реальность» впервые был использован в контексте научной фантастики в романе Дэмиена Бродерика « Мандала Иуды» 1982 года .
Широкое распространение термина «виртуальная реальность» в популярных средствах массовой информации приписывают Джарону Ланье , который в конце 1980-х годов разработал одно из первых аппаратных средств виртуальной реальности бизнес-класса под своей фирмой VPL Research , и фильму 1992 года «Человек-газонокосилка », в котором представлены использование систем виртуальной реальности. [5]
Одним из методов реализации виртуальной реальности является виртуальная реальность на основе моделирования . Симуляторы вождения, например, создают у водителя на борту впечатление, что он действительно управляет реальным транспортным средством, прогнозируя движение транспортного средства, вызванное действиями водителя, и передавая водителю соответствующие визуальные, движущиеся и звуковые сигналы.
Благодаря виртуальной реальности на основе изображений аватара люди могут присоединиться к виртуальной среде как в виде реального видео, так и в виде аватара. Участвовать в распределенной виртуальной трехмерной среде можно как в форме обычного аватара, так и в виде настоящего видео. Пользователи могут выбрать свой тип участия в зависимости от возможностей системы.
В виртуальной реальности на основе проектора моделирование реальной среды играет жизненно важную роль в различных приложениях виртуальной реальности, включая навигацию роботов, моделирование строительства и моделирование самолетов. Системы виртуальной реальности на основе изображений набирают популярность в сообществах компьютерной графики и компьютерного зрения . При создании реалистичных моделей важно точно регистрировать полученные 3D-данные; обычно камеру используют для моделирования небольших объектов на небольшом расстоянии.
Виртуальная реальность на базе настольных компьютеров предполагает отображение виртуального трехмерного мира на обычном дисплее настольного компьютера без использования какого-либо специализированного оборудования для отслеживания положения в виртуальной реальности . В качестве примера можно использовать многие современные видеоигры от первого лица , в которых используются различные триггеры, отзывчивые персонажи и другие подобные интерактивные устройства, чтобы пользователь почувствовал себя так, как будто он находится в виртуальном мире. Распространенной критикой этой формы погружения является отсутствие ощущения периферического зрения , что ограничивает способность пользователя знать, что происходит вокруг него.
Головной дисплей (HMD) более полно погружает пользователя в виртуальный мир. Гарнитура виртуальной реальности обычно включает в себя два небольших OLED- или ЖК- монитора высокого разрешения , которые обеспечивают отдельные изображения для каждого глаза для стереоскопической графики, визуализирующей трехмерный виртуальный мир, бинауральную аудиосистему , систему отслеживания положения и вращения головы в реальном времени для шести степеней движения. Опции включают элементы управления движением с тактильной обратной связью для физического взаимодействия в виртуальном мире интуитивно понятным способом, практически без абстракции, а также всенаправленную беговую дорожку для большей свободы физических движений, позволяющую пользователю выполнять движение локомотива в любом направлении.
Дополненная реальность (AR) — это тип технологии виртуальной реальности, которая сочетает в себе то, что пользователь видит в реальном окружении, с цифровым контентом, созданным компьютерным программным обеспечением. Дополнительные изображения, созданные программным обеспечением с виртуальной сценой, обычно каким-то образом улучшают внешний вид реального окружения. Системы AR накладывают виртуальную информацию поверх прямой трансляции с камеры в гарнитуру, умные очки или через мобильное устройство , предоставляя пользователю возможность просматривать трехмерные изображения.
Смешанная реальность (MR) — это объединение реального и виртуального миров для создания новых сред и визуализаций, в которых физические и цифровые объекты сосуществуют и взаимодействуют в реальном времени.
Киберпространство иногда определяют как сетевую виртуальную реальность . [6]
Имитируемая реальность — это гипотетическая виртуальная реальность, столь же захватывающая, как и реальная реальность , позволяющая ощутить реалистичный опыт или даже виртуальную вечность.
Развитие перспективы в европейском искусстве эпохи Возрождения и стереоскоп, изобретенный сэром Чарльзом Уитстоном, были предшественниками виртуальной реальности. [7] [8] [9] Первые упоминания о более современной концепции виртуальной реальности пришли из научной фантастики .
Мортон Хейлиг в 1950-х годах написал о «Театре впечатлений», который мог бы эффективно охватить все чувства, вовлекая тем самым зрителя в происходящее на экране. В 1962 году он создал прототип своего видения, получивший название « Сенсорама» , а также пять короткометражных фильмов, которые будут демонстрироваться в нем, задействуя при этом несколько чувств (зрение, звук, обоняние и осязание). До появления цифровых вычислений Сенсорама была механическим устройством . Хейлиг также разработал то, что он назвал «маской телесферы» (запатентовано в 1960 году). В заявке на патент устройство описывается как «телескопический телевизионный аппарат для индивидуального использования... Зрителю дается полное ощущение реальности, то есть движущиеся трехмерные изображения, которые могут быть цветными, со 100% периферийным зрением, бинауральным звуком, запахами и воздушные бризы». [10]
В 1968 году Иван Сазерленд с помощью своих учеников, в том числе Боба Спроулла , создал то, что широко считалось первой системой отображения на голове для использования в приложениях иммерсивного моделирования, под названием « Дамоклов меч ». Он был примитивным как с точки зрения пользовательского интерфейса , так и с точки зрения визуального реализма, а шлем, который должен был носить пользователь, был настолько тяжелым, что его приходилось подвешивать к потолку, что придавало устройству грозный вид и послужило вдохновением для его названия. [11] Технически устройство представляло собой устройство дополненной реальности благодаря оптическому проходу. Графика, составляющая виртуальную среду, представляла собой простые каркасные модели комнат.
С 1970 по 1990 год индустрия виртуальной реальности в основном поставляла VR-устройства для медицины, авиасимуляторов, проектирования автомобильной промышленности и военной подготовки. [12]
Дэвид Эм стал первым художником , создавшим навигационные виртуальные миры в Лаборатории реактивного движения НАСА ( JPL ) с 1977 по 1984 год . Три режима (лето, зима и полигоны ) были созданы в Массачусетском технологическом институте в 1978 году.
В 1979 году Эрик Хоулетт разработал оптическую систему Large Expanse, Extra Perspective (LEEP). Комбинированная система создавала стереоскопическое изображение с достаточно широким полем зрения, чтобы создать убедительное ощущение пространства. Пользователей системы впечатлило ощущение глубины ( поля обзора ) сцены и соответствующий реализм. Первоначальная система LEEP была переработана для Исследовательского центра Эймса НАСА в 1985 году для их первой установки виртуальной реальности, VIEW (Virtual Interactive Environment Workstation) [14] Скотта Фишера . Система LEEP лежит в основе большинства современных гарнитур виртуальной реальности. [15]
К концу 1980-х годов термин «виртуальная реальность» популяризировал Джарон Ланье , один из современных пионеров в этой области. Ланье основал компанию VPL Research в 1984 году. VPL Research разработала несколько устройств виртуальной реальности, таких как DataGlove , EyePhone, Realitybuilt For Two (RB2) и AudioSphere. Компания VPL передала лицензию на технологию DataGlove компании Mattel , которая использовала ее для создания Power Glove , одного из первых доступных устройств виртуальной реальности.
Atari, Inc. основала исследовательскую лабораторию виртуальной реальности в 1982 году, но через два года лаборатория была закрыта из-за краха видеоигр в 1983 году . Однако ее наемные сотрудники, такие как Томас Г. Циммерман, [16] Скотт Фишер , Джарон Ланье, Майкл Наймарк и Бренда Лорел , продолжали свои исследования и разработки в области технологий, связанных с виртуальной реальностью.
В 1988 году проект Cyberspace Project компании Autodesk первым внедрил виртуальную реальность на недорогом персональном компьютере. [17] [18] Руководитель проекта Эрик Галлихсен ушел в 1990 году, чтобы основать Sense8 Corporation и разработать SDK виртуальной реальности WorldToolKit, [19] который предлагал первую графику в реальном времени с отображением текстур на ПК и широко использовался в промышленности и академия. [20] [21]
В 1990-е годы начались первые массовые коммерческие выпуски потребительских гарнитур. Например, в 1992 году журнал Computer Gaming World предсказал «доступную виртуальную реальность к 1994 году». [22]
В 1991 году Sega анонсировала гарнитуру Sega VR для домашней консоли Mega Drive . В нем использовались ЖК-экраны в козырьке, стереонаушники и инерционные датчики, которые позволяли системе отслеживать движения головы пользователя и реагировать на них. [23] В том же году Virtuality была запущена и стала первой массовой сетевой многопользовательской развлекательной системой виртуальной реальности, которая была выпущена во многих странах, включая специальный игровой зал виртуальной реальности в Embarcadero Center . При цене до 73 000 долларов за систему Virtuality с несколькими модулями они включали гарнитуры и перчатки-экзоскелеты, которые давали один из первых «иммерсивных» впечатлений от виртуальной реальности. [24]
В том же году Каролина Круз-Нейра , Дэниел Дж. Сандин и Томас А. ДеФанти из Лаборатории электронной визуализации создали первую кубическую иммерсивную комнату — автоматическую виртуальную среду Cave (CAVE). Разработанная как докторская диссертация Круз-Нейры, она включала в себя многопроекционную среду, похожую на голодек , позволяющую людям видеть свои тела по отношению к другим в комнате. [25] [26] Антонио Медина, выпускник Массачусетского технологического института и ученый НАСА, разработал систему виртуальной реальности, позволяющую «уводить» марсоходы с Земли в реальном времени, несмотря на значительную задержку сигналов Марс-Земля-Марс. [27]
В 1992 году Николь Стенджер создала «Ангелы» , первый интерактивный иммерсивный фильм в реальном времени, в котором взаимодействие облегчалось с помощью информационных перчаток и очков высокого разрешения. В том же году Луи Розенберг создал систему виртуальных приспособлений в лабораториях Армстронга ВВС США , используя полный экзоскелет для верхней части тела , что позволило создать физически реалистичную смешанную реальность в 3D. Система позволила накладывать физически реальные трехмерные виртуальные объекты, зарегистрированные в прямом представлении пользователя о реальном мире, создавая первый настоящий опыт дополненной реальности, позволяющий видеть, слышать и осязать. [28] [29]
К июлю 1994 года Sega выпустила аттракцион-симулятор движения VR-1 в крытых тематических парках Джойполиса , [30] а также аркадную игру Dennou Senki Net Merc . Оба использовали усовершенствованный головной дисплей, получивший название «Mega Visor Display», разработанный совместно с Virtuality; [31] [32] он мог отслеживать движения головы в 360-градусной стереоскопической 3D-среде, а в своей версии Net Merc работал на аркадной системной плате Sega Model 1 . [33] Apple выпустила QuickTime VR , который, несмотря на использование термина «VR», не мог представлять виртуальную реальность и вместо этого отображал интерактивные панорамы на 360 градусов .
Консоль Virtual Boy от Nintendo была выпущена в 1995 году. [34] Группа в Сиэтле организовала публичную демонстрацию иммерсивной проекционной комнаты на 270 градусов , похожей на CAVE , под названием Virtual Environment Theater, созданной предпринимателями Четом Дагитом и Бобом Джейкобсоном. [35] В том же году компания Forte выпустила VFX1 , гарнитуру виртуальной реальности на базе ПК.
В 1999 году предприниматель Филип Роуздейл основал Linden Lab , первоначально сосредоточившись на разработке оборудования виртуальной реальности. В самом начале компания изо всех сил пыталась создать коммерческую версию «The Rig», которая была реализована в форме прототипа как неуклюжая стальная штуковина с несколькими компьютерными мониторами, которые пользователи могли носить на плечах. Позже эта концепция была адаптирована в программе Second Life для персонального компьютера, основанной на трехмерном виртуальном мире . [36]
2000-е годы были периодом относительного безразличия общественности и инвесторов к коммерчески доступным технологиям виртуальной реальности.
В 2001 году SAS Cube (SAS3) стал первой кубической комнатой на базе ПК, разработанной ZA Production ( Морис Бенаюн , Дэвид Нахон), Barco и Clarté. Он был установлен в Лавале , Франция. Библиотека SAS породила Virtools VRPack. В 2007 году Google представил Street View — сервис, который показывает панорамные виды все большего числа объектов по всему миру, таких как дороги, закрытые здания и сельские районы. Он также имеет стереоскопический 3D-режим, представленный в 2010 году .
В 2010 году Палмер Лаки разработал первый прототип Oculus Rift . Этот прототип, построенный на базе другой гарнитуры виртуальной реальности, был способен отслеживать только вращение. Однако он мог похвастаться полем обзора в 90 градусов, ранее невиданным на потребительском рынке того времени. Лаки устранил проблемы с искажениями, возникающие из-за типа линз, используемых для создания широкого поля зрения, с помощью программного обеспечения, которое предварительно искажало визуализированное изображение в реальном времени. Этот первоначальный проект позже послужил основой для последующих проектов. [38] В 2012 году Rift впервые был представлен на выставке видеоигр E3 Джоном Кармаком . [39] [40] В 2014 году Facebook приобрела Oculus VR за 2 миллиарда долларов, [41] но позже выяснилось, что более точная цифра составляла 3 миллиарда долларов. [40] Эта покупка произошла после того, как первые комплекты для разработки, заказанные через Kickstarter Oculus в 2012 году , были отправлены в 2013 году, но до поставки вторых комплектов для разработки в 2014 году. [42] ZeniMax , бывший работодатель Кармака, подал в суд на Oculus и Facebook за разглашение секретов компании. в Facebook; [40] Вердикт был вынесен в пользу ZeniMax и урегулирован позже во внесудебном порядке. [43]
В 2013 году Valve обнаружила и открыто рассказала о прорыве в области дисплеев с низким послесвечением, который делает возможным отображение VR-контента без задержек и помех. [44] Это было принято Oculus и использовалось во всех их будущих гарнитурах. В начале 2014 года Valve продемонстрировала свой прототип SteamSight, предшественника обеих потребительских гарнитур, выпущенных в 2016 году. Он разделял основные функции с потребительскими гарнитурами, включая отдельные дисплеи с разрешением 1K для каждого глаза, низкую инерционность, отслеживание положения на большой площади и линзы Френеля . [45] [46] HTC и Valve анонсировали гарнитуру виртуальной реальности HTC Vive и контроллеры в 2015 году. В комплект входила технология отслеживания под названием Lighthouse, в которой использовались настенные «базовые станции» для отслеживания местоположения с использованием инфракрасного света. [47] [48] [49]
В 2014 году Sony анонсировала Project Morpheus (кодовое название PlayStation VR ), гарнитуру виртуальной реальности для игровой консоли PlayStation 4 . [50] В 2015 году Google анонсировала Cardboard , стереоскопический просмотрщик своими руками: пользователь помещает свой смартфон в картонный держатель, который носит на голове. Майкл Наймарк был назначен первым в истории Google «постоянным художником» в новом подразделении виртуальной реальности. Кампания Kickstarter для Gloveone, пары перчаток, обеспечивающих отслеживание движений и тактильную обратную связь, была успешно профинансирована, в результате чего было пожертвовано более 150 000 долларов США. [51] Также в 2015 году Razer представила свой проект с открытым исходным кодом OSVR .
К 2016 году насчитывалось как минимум 230 компаний, разрабатывающих продукты, связанные с виртуальной реальностью. У Amazon , Apple, Facebook, Google, Microsoft , Sony и Samsung были специализированные группы по AR и VR. Динамический бинауральный звук был характерен для большинства гарнитур, выпущенных в том году. Однако тактильные интерфейсы не были хорошо развиты, и большинство аппаратных пакетов включали в себя кнопочные телефоны для сенсорной интерактивности. Визуально дисплеи по-прежнему имели достаточно низкое разрешение и частоту кадров , поэтому изображения по-прежнему можно было идентифицировать как виртуальные. [52]
В 2016 году HTC поставила первые модели гарнитуры HTC Vive SteamVR. [53] Это стало первым крупным коммерческим выпуском системы слежения на основе датчиков, позволяющей пользователям свободно перемещаться в пределах определенного пространства. [54] Патент, поданный Sony в 2017 году, показал, что они разрабатывают технологию отслеживания местоположения, аналогичную Vive для PlayStation VR, с потенциалом для разработки беспроводной гарнитуры. [55]
В 2019 году Oculus выпустила Oculus Rift S и автономную гарнитуру Oculus Quest . В этих гарнитурах использовалось отслеживание изнутри наружу по сравнению с внешним отслеживанием снаружи внутрь, которое наблюдалось в гарнитурах предыдущих поколений. [56]
Позже в 2019 году Valve выпустила Valve Index . Примечательные особенности включают в себя поле обзора 130°, наушники-вкладыши для погружения и комфорта, контроллеры с открытыми ладонями, которые позволяют индивидуально отслеживать пальцы, фронтальные камеры и передний слот расширения, предназначенный для расширения. [57]
В 2020 году Oculus выпустила Oculus Quest 2 . Некоторые новые функции включают более четкий экран, сниженную цену и повышенную производительность. Facebook (который год спустя стал Meta) изначально требовал от пользователей входа в систему с учетной записью Facebook, чтобы использовать новую гарнитуру. [58] В 2021 году на Oculus Quest 2 пришлось 80% всех проданных VR-гарнитур. [59]
В 2021 году EASA одобрило первое учебное устройство для моделирования полета на основе виртуальной реальности. Устройство для пилотов винтокрылых машин повышает безопасность, открывая возможность отработки рискованных маневров в виртуальной среде. Это затрагивает ключевую область риска при эксплуатации винтокрылых машин, [61] где статистика показывает, что около 20% происшествий происходит во время тренировочных полетов.
В 2023 году Sony выпустила PlayStation VR2 , продолжение своей гарнитуры 2016 года. PlayStation VR2 оснащена системой отслеживания «изнутри наружу», дисплеями с более высоким разрешением, контроллерами с адаптивными триггерами и тактильной обратной связью, а также более широким полем обзора . [62]
В июне 2023 года Apple анонсировала Apple Vision Pro . Это их первый выход на рынок VR-гарнитур. Устройство использует сочетание AR и VR для создания визуальных эффектов и является одной из немногих массовых гарнитур, использующих исключительно отслеживание рук и ничего больше для контроллеров. Благодаря потенциальной интеграции ChatGPT пользователи Apple Vision смогут воспользоваться такими технологиями, как перевод в реальном времени. Это также позволит пользователям видеть информацию об элементах, которые они просматривают, в режиме реального времени. [63]
Язык моделирования виртуальной реальности (VRML), впервые представленный в 1994 году, был предназначен для разработки «виртуальных миров» без зависимости от гарнитур. [64] Консорциум Web3D был впоследствии основан в 1997 году для разработки отраслевых стандартов для веб-3D-графики. Впоследствии консорциум разработал X3D на основе платформы VRML как архивный стандарт с открытым исходным кодом для распространения VR-контента через Интернет. [65] WebVR — это экспериментальный интерфейс прикладного программирования (API) JavaScript , который обеспечивает поддержку различных устройств виртуальной реальности, таких как HTC Vive, Oculus Rift, Google Cardboard или OSVR, в веб- браузере . [66]
Современные дисплеи гарнитур виртуальной реальности основаны на технологиях, разработанных для смартфонов, включая: гироскопы и датчики движения для отслеживания положения головы, тела и рук ; небольшие HD- экраны для стереоскопических дисплеев; и небольшие, легкие и быстрые компьютерные процессоры. Эти компоненты обеспечили относительную доступность для независимых разработчиков виртуальной реальности и привели к тому, что в 2012 году на Kickstarter Oculus Rift была предложена первая независимо разработанная гарнитура виртуальной реальности. [52]
Независимое производство VR-изображений и видео возросло вместе с разработкой доступных всенаправленных камер , также известных как 360-градусные камеры или VR-камеры, которые способны записывать 360-градусные интерактивные фотографии , хотя и с относительно низким разрешением или в сильно сжатых форматах для онлайн-трансляции. потоковое видео 360° . [67] Напротив, фотограмметрия все чаще используется для объединения нескольких фотографий высокого разрешения для создания детализированных трехмерных объектов и сред в приложениях виртуальной реальности. [68] [69]
Для создания ощущения погружения необходимы специальные устройства вывода для отображения виртуальных миров. Хорошо известные форматы включают наголовные дисплеи или CAVE. Чтобы передать пространственное впечатление, генерируются и отображаются два изображения с разных точек зрения (стереопроекция). Существуют различные технологии, позволяющие перенести соответствующее изображение в правый глаз. Различают активные (например, очки с затвором ) и пассивные технологии (например, поляризационные фильтры или Infitec ). [70]
Чтобы улучшить ощущение погружения, носимые многострунные кабели обеспечивают тактильную связь со сложной геометрией в виртуальной реальности. Эти струны обеспечивают точный контроль над каждым суставом пальца, имитируя тактильные ощущения, связанные с прикосновением к этой виртуальной геометрии. [71]
Для взаимодействия с виртуальным миром требуются специальные устройства ввода. Некоторые из наиболее распространенных устройств ввода — это контроллеры движения и оптические датчики слежения. В некоторых случаях используются проволочные перчатки . Контроллеры обычно используют системы оптического слежения (в основном инфракрасные камеры ) для определения местоположения и навигации, чтобы пользователь мог свободно перемещаться без проводов. Некоторые устройства ввода предоставляют пользователю силовую обратную связь с руками или другими частями тела, так что человек может ориентироваться в трехмерном мире с помощью тактильных и сенсорных технологий в качестве дополнительного сенсорного ощущения и выполнять реалистичное моделирование. Это позволяет зрителю чувствовать направление в искусственном ландшафте. Дополнительную тактильную обратную связь можно получить с помощью всенаправленных беговых дорожек (с помощью которых ходьба в виртуальном пространстве контролируется реальными движениями ходьбы) и виброперчаток и костюмов.
Камеры виртуальной реальности можно использовать для создания VR-фотографий с использованием панорамных видеороликов на 360 градусов . Снимки с камеры на 360 градусов можно смешивать с виртуальными элементами, чтобы объединить реальность и вымысел с помощью специальных эффектов. Камеры виртуальной реальности можно использовать в качестве трамплина для создания реалистичных голографических дисплеев. Эти камеры можно использовать для охвата всех аспектов необходимого опыта. [72] Камеры виртуальной реальности доступны в различных форматах с разным количеством установленных в камере объективов. [73]
Минимальный угол разрешения (MAR) относится к минимальному расстоянию между двумя пикселями дисплея. На расстоянии зритель может четко различать независимые пиксели. MAR между двумя пикселями, часто измеряемый в угловых секундах, связан с расстоянием просмотра. Для широкой публики разрешение составляет около 30–65 угловых секунд, что в сочетании с расстоянием называется пространственным разрешением. Учитывая расстояние просмотра 1 м и 2 м соответственно, обычные зрители не смогут воспринимать два пикселя как отдельные, если они находятся на расстоянии менее 0,29 мм друг от друга на расстоянии 1 м и менее 0,58 мм друг от друга на расстоянии 2 м. [74]
Большинство дисплеев небольшого размера имеют частоту обновления 60 Гц, что добавляет дополнительную задержку примерно на 15 мс. Это число уменьшается до менее 7 мс, если частота обновления увеличивается до 120 Гц или даже 240 Гц и более. [75] Участники обычно считают, что впечатления становятся более захватывающими благодаря более высокой частоте обновления. Однако более высокая частота обновления требует более мощного графического процессора .
При оценке достигнутого погружения с помощью устройства VR нам необходимо учитывать наше поле зрения ( FOV ) в дополнение к качеству изображения. Наши глаза имеют горизонтальное поле зрения примерно от 107 или 110 градусов в височную сторону до примерно 60 или 70 градусов в сторону носа, а вертикальное поле зрения примерно от 95 градусов вниз до 85 градусов вверх [76] , а движения глаз оцениваются примерно как 30 градусов в обе стороны по горизонтали и 20 по вертикали. Бинокулярное зрение ограничено 120 или 140 градусами, при которых правое и левое поля зрения перекрываются. При движении глаз мы имеем поле зрения примерно 300 x 175 градусов для двух глаз, т. е. примерно одну треть полной 360-градусной сферы.
Виртуальная реальность чаще всего используется в развлекательных приложениях, таких как видеоигры , 3D-кинотеатры , аттракционы в парках развлечений , включая темные аттракционы , и социальные виртуальные миры . Потребительские гарнитуры виртуальной реальности были впервые выпущены компаниями, производящими видеоигры, в начале-середине 1990-х годов. Начиная с 2010-х годов коммерческие привязанные гарнитуры следующего поколения были выпущены Oculus (Rift), HTC (Vive) и Sony (PlayStation VR), что положило начало новой волне разработки приложений. [77] 3D-кинотеатр использовался для просмотра спортивных мероприятий, порнографии, изобразительного искусства, музыкальных клипов и короткометражных фильмов. С 2015 года американские горки и тематические парки используют виртуальную реальность, чтобы сочетать визуальные эффекты с тактильной обратной связью. [52] VR не только соответствует тенденциям цифровой индустрии, но и усиливает визуальный эффект фильма. Фильм дает зрителям больше способов взаимодействия с помощью технологий VR. [78]
В социальных науках и психологии виртуальная реальность предлагает экономически эффективный инструмент для изучения и воспроизведения взаимодействий в контролируемой среде. [79] Его можно использовать как форму терапевтического вмешательства. [80] Например, существует экспозиционная терапия виртуальной реальности (VRET), форма экспозиционной терапии для лечения тревожных расстройств, таких как посттравматическое стрессовое расстройство ( ПТСР ) и фобии. [81] [82] [83]
VR-терапия была разработана, чтобы помочь людям с психозом и агорафобией научиться избегать внешней среды. Во время терапии пользователь носит гарнитуру, а виртуальный персонаж дает ему психологические советы и направляет его при исследовании смоделированной среды (например, кафе или оживленной улицы). NICE оценивает терапию, чтобы определить, следует ли рекомендовать ее Национальной службе здравоохранения . [84] [85]
Во время пандемии COVID-19 социальная виртуальная реальность также использовалась в качестве инструмента психического здоровья в форме самостоятельной нетрадиционной когнитивно-поведенческой терапии . [86]
Программы виртуальной реальности используются в процессах реабилитации пожилых людей, у которых диагностирована болезнь Альцгеймера . Это дает этим пожилым пациентам возможность имитировать реальные переживания, которые в противном случае они не смогли бы пережить из-за своего нынешнего состояния. 17 недавних рандомизированных контролируемых исследований показали, что приложения виртуальной реальности эффективны при лечении когнитивных нарушений при неврологических диагнозах. [87] Потеря подвижности у пожилых пациентов может привести к чувству одиночества и депрессии. Виртуальная реальность способна помочь сделать старение спасательным кругом во внешнем мире, в котором им нелегко ориентироваться. Виртуальная реальность позволяет проводить экспозиционную терапию в безопасной среде. [88]
В медицине моделируемые хирургические среды виртуальной реальности были впервые разработаны в 1990-х годах. [89] [90] [91] Под руководством экспертов VR может обеспечить эффективное и повторяемое обучение [92] при низких затратах, позволяя обучаемым распознавать и исправлять ошибки по мере их возникновения. [93]
Виртуальная реальность используется в физической реабилитации с 2000-х годов. Несмотря на многочисленные проведенные исследования, отсутствуют качественные доказательства его эффективности по сравнению с другими методами реабилитации без сложного и дорогостоящего оборудования для лечения болезни Паркинсона . [94] Обзор эффективности зеркальной терапии с помощью виртуальной реальности и робототехники в 2018 году при любом типе патологии пришел к аналогичному выводу. [95] Было проведено еще одно исследование, которое показало потенциал VR для стимулирования мимикрии и выявило разницу между нейротипичными людьми и людьми с расстройствами аутистического спектра в их реакции на двумерный аватар. [96] [97]
Технология иммерсивной виртуальной реальности с миоэлектрическим контролем и контролем движения может представлять собой возможный вариант терапии резистентных к лечению фантомных болей в конечностях. Были приняты во внимание измерения шкалы боли и разработана интерактивная трехмерная кухонная среда на основе принципов зеркальной терапии, позволяющая управлять виртуальными руками при ношении VR-гарнитуры с отслеживанием движений. [98] Для определения результатов был проведен систематический поиск в Pubmed и Embase, которые были объединены в два метаанализа. Метаанализ показал значительный результат в пользу ВРТ для баланса. [99]
В быстро меняющемся и глобализированном деловом мире встречи в виртуальной реальности используются для создания среды, в которой взаимодействие с другими людьми (например, коллегами, клиентами, партнерами) может быть более естественным, чем телефонный звонок или видеочат. В настраиваемых конференц-залах все стороны могут присоединиться с помощью гарнитуры VR и взаимодействовать так, как если бы они находились в одной физической комнате. Презентации, видео или 3D-модели (например, продуктов или прототипов) можно загружать и с ними взаимодействовать. [100] По сравнению с традиционными текстовыми CMC, взаимодействие на основе аватара в виртуальной трехмерной среде приводит к более высокому уровню консенсуса, удовлетворенности и сплоченности среди членов группы. [101]
VR может моделировать реальные рабочие пространства в целях обеспечения безопасности и гигиены труда на рабочем месте, в образовательных целях и в целях обучения. Его можно использовать для предоставления учащимся виртуальной среды, в которой они могут развивать свои навыки без реальных последствий неудач. Его использовали и изучали в начальном образовании , [102] преподавании анатомии, [103] [104] военном деле, [105] [106] обучении космонавтов, [107] [108] [109] летных тренажерах, [110] обучении шахтеров . , [111] медицинское образование, [112] географическое образование, [113] архитектурное проектирование, [ нужна ссылка ] подготовка водителей [114] и проверка мостов. [115] Инженерные системы иммерсивной виртуальной реальности позволяют инженерам видеть виртуальные прототипы до того, как станут доступны какие-либо физические прототипы. [116] Утверждается, что дополнение обучения виртуальными учебными средами обеспечивает возможности реализма в военной [117] и медицинской [118] подготовке при минимизации затрат. [119] Утверждается также, что он снижает затраты на военную подготовку за счет сведения к минимуму количества боеприпасов, расходуемых во время тренировок. [117] VR также можно использовать для обучения медицинских работников и практикующих врачей. [120] [121]
В инженерной сфере VR оказалась очень полезной как для преподавателей инженерных специальностей, так и для студентов. Ранее дорогостоящие затраты на отдел образования теперь стали гораздо более доступными из-за снижения общих затрат и оказались очень полезным инструментом в обучении будущих инженеров. Наиболее важным элементом является способность учащихся взаимодействовать с трехмерными моделями, которые точно реагируют на возможности реального мира. Этот дополнительный инструмент обучения обеспечивает многим погружение, необходимое для понимания сложных тем и умения их применять. [122] Как уже отмечалось, будущие архитекторы и инженеры получат большую выгоду, имея возможность формировать понимание между пространственными отношениями и предлагать решения, основанные на реальных приложениях будущего. [123]
Первый виртуальный мир изобразительного искусства был создан в 1970-х годах. [124] По мере развития технологий в 1990-е годы создавалось все больше художественных программ, включая художественные фильмы. Когда коммерчески доступные технологии стали более распространенными, в середине 2010-х годов начали появляться VR-фестивали. Первое использование виртуальной реальности в музейных условиях началось в 1990-х годах, а в середине 2010-х годов наблюдался значительный рост. Кроме того, музеи начали делать часть своего контента доступной в виртуальной реальности. [125] [126]
Растущий рынок виртуальной реальности представляет собой возможность и альтернативный канал для цифрового маркетинга . [127] Его также рассматривают как новую платформу для электронной коммерции , особенно в стремлении бросить вызов традиционным розничным торговцам. Однако исследование 2018 года показало, что большая часть товаров по-прежнему покупается в обычных магазинах. [128]
В случае образования использование виртуальной реальности продемонстрировало способность стимулировать мышление более высокого порядка, [129] стимулируя интерес и приверженность студентов, приобретение знаний, развитие умственных привычек и понимания, которые обычно полезны в академическом контексте. . [130]
Также высказывались аргументы в пользу включения технологии виртуальной реальности в публичные библиотеки. Это предоставит пользователям библиотеки доступ к передовым технологиям и уникальному образовательному опыту. [131] Это может включать предоставление пользователям доступа к виртуальным интерактивным копиям редких текстов и артефактов, а также к экскурсиям по известным достопримечательностям и археологическим раскопкам (как в случае с проектом «Виртуальный Гянджали Хан»). [132]
Начиная с начала 2020-х годов, виртуальная реальность также обсуждается как технологическая среда, которая может поддерживать процесс скорби людей, основанный на цифровом воссоздании умерших людей. В 2021 году эта практика привлекла значительное внимание средств массовой информации после документального фильма южнокорейского телевидения, в котором скорбящей матери предлагалось пообщаться с виртуальной копией ее умершей дочери. [133] Впоследствии ученые суммировали несколько потенциальных последствий таких усилий, включая их потенциал для облегчения адаптивного траура, а также множество этических проблем. [134] [135]
Растущий интерес к метавселенной привел к организационным усилиям по включению множества разнообразных приложений виртуальной реальности в такие экосистемы , как VIVERSE , которые, как сообщается, предлагают связь между платформами для широкого спектра применений. [136]
В июне 2020 года Жан Мишель Жарр выступил в VRChat . [137] В июле Брендан Брэдли запустил бесплатную онлайн-площадку виртуальной реальности FutureStages для живых мероприятий и концертов на протяжении всего периода закрытия в 2020 году. [138] Джастин Бибер выступил 18 ноября 2021 года в WaveXR. [139] 2 декабря 2021 года неигровые персонажи выступили в Театре Мугар Омни , где зрители взаимодействовали с живым исполнителем как в виртуальной реальности, так и в проекции на купольный экран IMAX . [140] [141] Концерт Meta's Foo Fighters Super Bowl VR проходил на площадках. [142] Post Malone выступила на площадках с 15 июля 2022 года. [143] Меган Ти Жеребец выступала на AmazeVR в AMC Theaters в течение 2022 года. [144]
24 октября 2021 года Билли Айлиш выступила на Oculus Venues. Поп-группа Imagine Dragons выступила 15 июня 2022 года.
Существует множество соображений безопасности и здоровья, связанных с виртуальной реальностью. Длительное использование виртуальной реальности вызвало ряд нежелательных симптомов [145] , что могло замедлить распространение технологии. Большинство систем виртуальной реальности имеют предупреждения для потребителей, в том числе: судороги; проблемы развития у детей; предупреждения о спотыкании и падении и столкновении; дискомфорт; повторяющиеся стрессовые травмы; и вмешательство в работу медицинских устройств. [146] Некоторые пользователи могут испытывать подергивания, судороги или потерю сознания при использовании гарнитуры VR, даже если у них нет эпилепсии в анамнезе и никогда раньше не было потемнений или судорог. Эти симптомы может испытывать один из 4000 человек, или 0,025%. Укачивание, напряжение глаз, головные боли и дискомфорт являются наиболее распространенными краткосрочными побочными эффектами. Кроме того, из-за большого веса гарнитур виртуальной реальности дискомфорт может быть более вероятен среди детей. Поэтому детям не рекомендуется использовать VR-гарнитуры. [147] Другие проблемы могут возникнуть при физическом взаимодействии с окружающей средой. Нося гарнитуры виртуальной реальности, люди быстро теряют осознание своего реального окружения и могут пораниться, споткнувшись или столкнувшись с объектами реального мира. [148]
Гарнитуры виртуальной реальности, как и все экранные технологии, могут регулярно вызывать утомление глаз, поскольку люди, как правило, меньше моргают при просмотре экранов, в результате чего их глаза становятся более сухими. [149] Были некоторые опасения по поводу того, что VR-гарнитуры способствуют близорукости, но, хотя VR-гарнитуры расположены близко к глазам, они не обязательно способствуют близорукости, если фокусное расстояние отображаемого изображения находится достаточно далеко. [150]
Болезнь виртуальной реальности (также известная как киберболезнь) возникает, когда воздействие человека на виртуальную среду вызывает симптомы, похожие на симптомы морской болезни . [151] Женщины значительно чаще, чем мужчины, страдают от симптомов, вызванных использованием гарнитуры, примерно в 77% и 33% соответственно. [152] [153] Наиболее распространенными симптомами являются общий дискомфорт, головная боль, ощущение дискомфорта в желудке, тошнота, рвота, бледность, потливость, утомляемость, сонливость, дезориентация и апатия. [154] Например, Virtual Boy от Nintendo подверглась большой критике за негативные физические последствия, включая «головокружение, тошноту и головные боли». [155] Эти симптомы укачивания вызваны несоответствием между тем, что мы видим, и тем, что воспринимает остальная часть тела. Когда вестибулярная система, внутренняя система балансировки тела, не испытывает движения, которое она ожидает от зрительной информации через глаза, пользователь может испытывать тошноту от виртуальной реальности. Это также может произойти, если система VR не имеет достаточно высокой частоты кадров или существует задержка между движением тела и зрительной реакцией на него на экране. [156] Поскольку примерно 25–40% людей испытывают ту или иную VR-болезнь при использовании VR-машин, компании активно ищут способы уменьшить VR-болезнь. [157]
Конфликт вергенции-аккомодации (VAC) является одной из основных причин болезни виртуальной реальности. [158]
В январе 2022 года The Wall Street Journal обнаружила, что использование виртуальной реальности может привести к физическим травмам, включая травмы ног, кистей, рук и плеч. [159] Использование виртуальной реальности также было связано с инцидентами, которые привели к травмам шеи (особенно травмам шейных позвонков ). [160]
Дети все больше узнают о виртуальной реальности, причем число жителей США, которые никогда о ней не слышали, сократилось вдвое с осени 2016 года (40%) по весну 2017 года (19%). [161]
Отчет об исследовании Пайпер Сэндлер за 2022 год показал, что только 26% подростков в США владеют устройством виртуальной реальности, 5% используют его ежедневно, а 48% владельцев подростковых гарнитур используют его «редко». Из подростков, у которых нет гарнитуры виртуальной реальности , 9% планируют ее купить. 50% опрошенных подростков не уверены в метавселенной или не проявляют к ней никакого интереса и не планируют покупать VR-гарнитуру. [162]
Исследования показывают, что маленькие дети, по сравнению со взрослыми, могут когнитивно и поведенчески реагировать на иммерсивную виртуальную реальность иначе, чем взрослые. VR помещает пользователей непосредственно в медиаконтент, потенциально делая этот опыт очень ярким и реальным для детей. Например, дети 6–18 лет сообщили о более высоком уровне присутствия и «реальности» виртуальной среды по сравнению со взрослыми 19–65 лет. [163]
Исследования поведения потребителей VR или его влияния на детей, а также кодекс этического поведения с участием несовершеннолетних пользователей особенно необходимы, учитывая доступность VR-порно и жестокого контента. Сопутствующие исследования насилия в видеоиграх показывают, что воздействие насилия в СМИ может повлиять на отношение, поведение и даже самооценку. Я-концепция является ключевым индикатором основных установок и способностей справляться с трудностями, особенно у подростков. [164] Ранние исследования, проведенные по наблюдению и участию в жестоких VR-играх, показывают, что физиологическое возбуждение и агрессивные мысли, но не враждебные чувства, выше у участников, чем у наблюдателей игры в виртуальной реальности. [165]
Опыт виртуальной реальности детьми может дополнительно включать в себя одновременное удержание в уме идеи виртуального мира и одновременное восприятие физического мира. Чрезмерное использование иммерсивных технологий, которые имеют очень выраженные сенсорные особенности, может поставить под угрозу способность детей соблюдать правила физического мира, особенно при ношении гарнитуры виртуальной реальности, которая блокирует расположение объектов в физическом мире. Иммерсивная виртуальная реальность может предоставить пользователям мультисенсорный опыт, который воспроизводит реальность или создает сценарии, невозможные или опасные в физическом мире. Наблюдения за 10 детьми, впервые столкнувшимися с виртуальной реальностью, показали, что дети 8–12 лет с большей уверенностью изучали контент виртуальной реальности, когда он находился в знакомой ситуации, например, детям нравилось играть на кухне в Job Simulator , и им нравилось нарушают правила, участвуя в действиях, которые им не разрешено делать в реальности, например, поджигая вещи. [161]
Проблемы цифровой конфиденциальности были связаны с платформами виртуальной реальности; [166] [167] постоянное отслеживание, необходимое для всех систем виртуальной реальности, делает эту технологию особенно полезной и уязвимой для массового наблюдения , включая сбор информации о личных действиях, перемещениях и реакциях. [52] Данные датчиков слежения за взглядом, которые, по прогнозам, станут стандартной функцией гарнитур виртуальной реальности, [168] [169] могут косвенно раскрывать информацию об этнической принадлежности пользователя, его личностных качествах, страхах, эмоциях, интересах, навыках и физическом состоянии. и состояния психического здоровья. [170]
Природа технологии VR означает, что она может собирать широкий спектр данных о своих пользователях. Это может включать в себя очевидную информацию, такую как имена пользователей и данные учетной записи, но также распространяется и на более личные данные, такие как физические движения, привычки взаимодействия и реакции на виртуальную среду. Кроме того, передовые системы виртуальной реальности могут собирать биометрические данные, такие как характер голоса, движения глаз и физиологические реакции на опыт виртуальной реальности. [171] [172] Технология виртуальной реальности существенно выросла с момента своего создания, превратившись из нишевой технологии в массовый потребительский продукт. По мере роста базы пользователей растет и объем персональных данных, собираемых этими системами. [173] Эти данные могут быть использованы для улучшения систем виртуальной реальности, предоставления персонализированного опыта или сбора демографической информации в маркетинговых целях. Однако это также вызывает серьезные проблемы с конфиденциальностью, особенно когда эти данные хранятся, передаются или продаются без явного согласия пользователя. [174]
К виртуальной реальности могут применяться существующие законы о защите данных и конфиденциальности, такие как Общий регламент по защите данных (GDPR) в ЕС и Калифорнийский закон о конфиденциальности потребителей (CCPA) в США. Эти правила требуют от компаний раскрывать информацию о том, как они собирают и используют данные, а также предоставляют пользователям определенную степень контроля над их личной информацией. [175] Несмотря на эти правила, соблюдение законов о конфиденциальности в виртуальной реальности может быть сложной задачей из-за глобального характера технологии и огромных объемов собираемых данных. [176]
Из-за проблем с конфиденциальностью, участие Meta Platforms (ранее Facebook, Inc.) на рынке виртуальной реальности привело к проблемам конфиденциальности, характерным для ее платформ . В августе 2020 года Facebook объявил, что на продукты Oculus будут распространяться условия использования и политика конфиденциальности социальной сети Facebook и что для использования будущих моделей гарнитур Oculus и всех существующих моделей потребуется учетная запись Facebook (посредством прекращения поддержки отдельная система учетных записей Oculus), начиная с января 2023 года. Объявление подверглось критике за обязательную интеграцию гарнитур Oculus с политиками и сбором данных Facebook (включая политику настоящего имени Facebook ), а также за предотвращение использования оборудования, если учетная запись пользователя заблокирована. [177] [178] [179] В следующем месяце Facebook приостановил продажу продуктов Oculus в Германии из-за опасений регулирующих органов, что новая политика является нарушением GDPR. [180] Позже в 2022 году компания создаст отдельную систему «Мета-аккаунт». [181]
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )