stringtranslate.com

Гарнитура виртуальной реальности

Гарнитура виртуальной реальности Meta Quest 2 и контроллеры.


Гарнитура виртуальной реальности (или гарнитура VR ) — это надеваемое на голову устройство , которое использует 3D-дисплеи около глаз и позиционное отслеживание для предоставления пользователю среды виртуальной реальности . Гарнитуры VR широко используются с видеоиграми VR , 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 позы головы пользователя, чтобы сопоставить ориентацию виртуальной камеры с положением глаз пользователя в реальном мире. [1]

Гарнитуры VR обычно используют как минимум один MEMS IMU для отслеживания движения с тремя степенями свободы (3DOF) и опционально больше технологий отслеживания для отслеживания движения с шестью степенями свободы (6DOF). Устройства 6DOF обычно используют алгоритм слияния датчиков для объединения данных от IMU и любых других источников отслеживания, как правило, одного или нескольких внешних датчиков или отслеживания «изнутри-наружу» с использованием внешних камер, встроенных в гарнитуру. Используемые алгоритмы слияния датчиков часто являются вариантами фильтра Калмана . Гарнитуры VR могут поддерживать контроллеры движения , которые аналогичным образом объединяют входные данные от акселерометров и гироскопов с системой отслеживания движения гарнитуры.

Большинство гарнитур зависят от персонального компьютера для работы. Некоторые «автономные» гарнитуры основаны на мобильной операционной системе и аппаратном обеспечении, подобном смартфону , что позволяет приложениям VR работать непосредственно на устройстве, а также позволяет транслировать приложения VR с ПК через USB или Wi-Fi соединение. Гарнитуры и средства просмотра виртуальной реальности также были разработаны для смартфонов, где экран устройства просматривается через линзы, действующие как стереоскоп , а не с помощью специальных внутренних дисплеев.

История

VPL Research была компанией, которая производила первые VR-гарнитуры в 1980-х годах. [2]

Гарнитура PSVR для игровой консоли PlayStation 4 , выпущенная в 2016 году.

Sega VR была анонсирована в 1991 году и представлена ​​в начале 1993 года на зимней выставке CES . Она никогда не выпускалась для консолей, [3] но использовалась для игрового автомата -симулятора движения Sega VR-1 в 1994 году. [4] [5] 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. [6]

Sony выпустила Glasstron в 1997 году, который имеет дополнительный позиционный датчик, позволяющий владельцу просматривать окружающую обстановку, при этом перспектива перемещается вместе с движением головы пользователя, что обеспечивает глубокое ощущение погружения. Эти гарнитуры VR дали игрокам MechWarrior 2 новую визуальную перспективу наблюдения за полем боя изнутри кабины своего корабля. Однако эти ранние гарнитуры потерпели неудачу в коммерческом плане из-за своей ограниченной технологии, [7] [8] и были описаны Джоном Кармаком как «смотрящие сквозь рулоны туалетной бумаги ». [9]

В 2012 году началась краудфандинговая кампания для гарнитуры виртуальной реальности, известной как Oculus Rift ; проект возглавляли несколько известных разработчиков видеоигр , включая Джона Кармака [7], который позже стал техническим директором компании . [10] В марте 2014 года материнская компания проекта Oculus VR была приобретена Facebook за 2 миллиарда долларов. [11] Финальная версия Oculus Rift, ориентированная на потребителя, начала поставляться 28 марта 2016 года. [12]

В марте 2014 года Sony продемонстрировала прототип гарнитуры для PlayStation 4 , [13] которая позже была названа PlayStation VR . [14] В 2014 году Valve продемонстрировала несколько прототипов гарнитуры, [15] что привело к партнерству с HTC для производства Vive , которая фокусируется на «комнатных» VR-средах, в которых пользователи могут естественным образом перемещаться и взаимодействовать. Гарнитура использует программную платформу « SteamVR » от Valve. [16] Vive был выпущен в апреле 2016 года, [17] а PlayStation VR в октябре 2016 года. [18]

Google выпустила ряд спецификаций и связанных с ними наборов DIY для устройств виртуальной реальности, известных как Google Cardboard ; эти устройства можно построить с использованием недорогих материалов (и смартфона с гироскопом), таких как картон (отсюда и название). Samsung Electronics объединилась с Oculus VR для совместной разработки Samsung Gear VR (совместимого только с некоторыми устройствами Samsung Galaxy ). LG Electronics разработала гарнитуру со специальными дисплеями для своего смартфона LG G5, известного как LG 360 VR. [19] [20] [21] [22] В марте 2017 года Microsoft запустила платформу для гарнитур VR и смешанной реальности, работающих на Windows 10, известную как Windows Mixed Reality , с гарнитурами VR от нескольких партнеров, включая производителей ПК Acer , Dell , HP Inc. и Lenovo . [23]

В 2018 году Oculus выпустила Oculus Go , автономную гарнитуру, способную запускать приложения VR на встроенном мобильном вычислительном оборудовании, таким образом, не требуя для работы ПК или вставленного смартфона. [24] В июне 2019 года Valve выпустила собственную внутреннюю гарнитуру SteamVR, Valve Index . [25] В отчете за октябрь 2019 года Trend Force назвала Sony, Facebook (Oculus) и HTC тремя крупнейшими производителями оборудования VR. [26] В 2019 году Facebook выпустила первое поколение Oculus Quest , преемника концепции Oculus Go, который поддерживает контроллеры движения и позиционное отслеживание с 6DOF. [27] [28]

Технологии

Разрешение и качество отображения

Существуют различные оптические и визуальные качества, которые влияют на то, как человек воспринимает качество изображения и как он ощущает виртуальный мир. Четкость изображения зависит от разрешения дисплея, оптического качества, частоты обновления и поля зрения. [29]

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 экранной двери , когда промежутки между строками и столбцами пикселей становятся видимыми, как будто смотришь через экранную дверь . [30] Это было особенно заметно в ранних прототипах и комплектах для разработки, [8] которые имели более низкое разрешение, чем розничные версии.

Оптика

Изображение, отображаемое гарнитурой виртуальной реальности, демонстрирующее компенсацию искажений объектива и хроматической аберрации

Линзы гарнитуры отвечают за отображение близкого изображения в широком поле зрения, [31] [32] а также обеспечивают более удобную удаленную точку фокусировки . Одной из проблем является обеспечение постоянства фокуса: поскольку глаза могут свободно поворачиваться в пределах гарнитуры, важно избегать необходимости перефокусировки , чтобы предотвратить напряжение глаз .

Линзы Френеля обычно используются в гарнитурах виртуальной реальности из-за их компактности и легкости конструкции. [33] [34] Линзы не используют несколько кусков материала в своих линзах, как другие линзы, но линза будет разбита на секции, что позволит человеку иметь более широкий диапазон обзора. Проблема, наблюдаемая с линзой, заключается в том, что видны выступы линз, когда гарнитура неправильно выровнена на голове. [29] [34]

Линзы вносят искажения и хроматическую аберрацию , которые обычно корректируются программным обеспечением . [31] [34] Линзы также можно настраивать динамически, чтобы учитывать рецепт на очки пользователя, так что пользователь может использовать гарнитуру без корректирующих очков. [35]

Требования к задержке

Гарнитуры виртуальной реальности предъявляют значительно более высокие требования к задержке — времени, которое проходит от изменения ввода до визуального эффекта, — чем обычные видеоигры. [36] Если система слишком медленно реагирует на движение головы, то это может привести к тому, что пользователь испытает укачивание в виртуальной реальности , своего рода укачивание. [37] По словам инженера Valve, идеальная задержка составит 7–15 миллисекунд . [38]

Графический процессор (GPU) также должен быть достаточно мощным, чтобы отрисовывать необходимое количество кадров. Oculus ссылается на ограниченную вычислительную мощность Xbox One и PlayStation 4 как на причину, по которой они нацелились на рынок игр для ПК со своими первыми устройствами. [39]

Фовеальный рендеринг — это новая технология, позволяющая снизить рабочую нагрузку рендеринга. Он использует аппаратное обеспечение для отслеживания глаз , чтобы определить, в какой точке смотрит пользователь, и снижает разрешение рендеринга дальше от взгляда пользователя. Это может быть незаметно для пользователя, поскольку периферическое зрение человека гораздо менее чувствительно, чем фовеа . [40]

Использование в различных областях

Американский солдат готовится использовать гарнитуру виртуальной реальности для наземной боевой подготовки в Форт-Стюарте в 2013 году.

Медицинская подготовка и диагностика

Гарнитуры виртуальной реальности в настоящее время используются в качестве средства для обучения студентов-медиков хирургии . Это позволяет им выполнять основные процедуры в виртуальной, контролируемой среде. Студенты выполняют операции на виртуальных пациентах, что позволяет им приобретать навыки, необходимые для проведения операций на реальных пациентах. [ необходима цитата ] Это также позволяет студентам повторно посещать операции с точки зрения ведущего хирурга . [41]

Традиционно студентам приходилось участвовать в операциях, и часто они пропускали важные детали. Теперь, с использованием гарнитур VR, студенты могут наблюдать за хирургическими процедурами с точки зрения ведущего хирурга, не пропуская важные детали. Студенты также могут останавливать, перематывать и перематывать операции. Они также могут совершенствовать свои методы в настоящей гарнитуре, установленной в безопасной среде. [42]

Помимо учебных целей, гарнитуры дополненной реальности уже используются для хирургии под визуальным контролем . [ необходима ссылка ]

Смартфоны с установленными на них гарнитурами виртуальной реальности использовались для съемки высококачественных видео и изображений сетчатки для документирования периферических поражений сетчатки. [43]

Военная подготовка

Гарнитуры виртуальной реальности использовались Вооруженными силами США . Это особенно полезный инструмент для обучения военнослужащих, не подвергая их опасности. [44]

Гарнитура виртуальной реальности позволяет военнослужащим взаимодействовать с людьми виртуальной реальности, чтобы сделать это реальным. Они могут разговаривать друг с другом и выполнять различные действия, чтобы мир виртуальной реальности казался им реальным. Существуют также недостатки и преимущества при использовании гарнитуры военнослужащими. Недостатком является то, что гарнитура предназначена для закрытых помещений, с прохладной средой и вдали от источников тепла, поэтому, когда на военнослужащих надеты только гарнитура, без военного снаряжения, это не похоже на их базовую подготовку. Преимущества состоят в многократном повторении ситуаций, а стоимость гарнитуры меньше, поскольку не требуется никакого военного снаряжения. [45]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Кучера, Бен (15 января 2016 г.). «Полное руководство по виртуальной реальности в 2016 году (пока)». Polygon . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г. . Получено 1 марта 2016 г. .
  2. ^ Барфилд, У.; Блитц, М.Дж. (2018). Справочник по исследованию права виртуальной и дополненной реальности. Edward Elgar Publishing Limited. ISBN 978-1-78643-859-1. Получено 13 апреля 2024 г. .
  3. ^ Винчигуэрра, Роберт. «Том Калинске рассказывает о том, как он руководил Sega в качестве ее генерального директора в 90-х; раскрывает, что Sega отказалась от технологии Virtual Boy, рассматривала возможность выпуска 3DO». The Rev. Rob Times . Архивировано из оригинала 24 сентября 2015 г. Получено 21 сентября 2015 г.
  4. ^ "Замечательные игры-симуляторы Sega за эти годы". Arcade Heroes . 6 июня 2013 г. Получено 17 апреля 2020 г.
  5. ^ "Sega Medium Scale Attractions Hardware (VR-1)". Система 16. Получено 17 апреля 2020 г.
  6. ^ Cochrane, Nathan (1994). "VFX-1 VIRTUAL REALITY HELMET by Forte". Game Bytes Magazine . Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Получено 1 марта 2016 года .
  7. ^ ab "Гарнитура виртуальной реальности Oculus Rift получает деньги на Kickstarter". BBC News . 1 августа 2012 г. Архивировано из оригинала 25 июля 2018 г. Получено 21 июля 2018 г.
  8. ^ ab Kumparak, Greg (26 марта 2014 г.). "Краткая история Oculus". TechCrunch . Архивировано из оригинала 24 сентября 2017 г. . Получено 23 сентября 2017 г. .
  9. ↑ Onyett, Charles (3 августа 2012 г.). «Будущее игр в виртуальной реальности». IGN . Архивировано из оригинала 5 апреля 2016 г. Получено 1 марта 2016 г.
  10. ^ Вильгельм, Алекс (22 ноября 2013 г.). «Джон Кармак из Doom покидает id Software, чтобы сосредоточиться на гарнитуре виртуальной реальности Oculus». TechCrunch . Архивировано из оригинала 23 сентября 2017 г. Получено 23 сентября 2017 г.
  11. ↑ Уэлч, Крис (25 марта 2014 г.). «Facebook покупает Oculus VR за 2 миллиарда долларов». The Verge . Архивировано из оригинала 24 сентября 2017 г. Получено 26 марта 2014 г.
  12. ^ "Oculus приносит извинения за задержки доставки, отменит сборы за доставку для всех заказов на сегодняшний день". The Verge . 2 апреля 2016 г. Архивировано из оригинала 22 июля 2016 г. Получено 30 июля 2016 г.
  13. ^ МакВертор, Майкл (18 марта 2014 г.). "Sony анонсирует Project Morpheus, гарнитуру виртуальной реальности, которая появится на PlayStation 4". Polygon . Архивировано из оригинала 24 марта 2016 г. . Получено 23 марта 2016 г. .
  14. ^ Суппурис, Аарон (15 сентября 2015 г.). «Проект Морфеус от Sony теперь называется «PlayStation VR». Engadget . Архивировано из оригинала 24 сентября 2017 г. . Получено 23 сентября 2017 г. .
  15. ^ Уоррен, Том (3 июня 2014 г.). «Представлена ​​гарнитура виртуальной реальности от Valve с функциями, похожими на Oculus». The Verge . Архивировано из оригинала 26 августа 2017 г. Получено 23 сентября 2017 г.
  16. ↑ Данте Д'Орацио; Влад Савов (1 марта 2015 г.). «VR-гарнитура от Valve называется Vive, и ее производит HTC». The Verge . Архивировано из оригинала 9 июля 2015 г. Получено 23 сентября 2017 г.
  17. ^ Робертсон, Ади (8 декабря 2015 г.). "HTC Vive VR headset delayed until April". The Verge . Архивировано из оригинала 23 сентября 2017 г. . Получено 23 сентября 2017 г. .
  18. ^ "PlayStation VR Launches October 2016". Sony. Архивировано из оригинала 22 июля 2016 года . Получено 15 марта 2016 года .
  19. ^ "G5 от LG — радикальное переосмысление флагманского смартфона на базе Android". The Verge . 21 февраля 2016 г. Архивировано из оригинала 22 февраля 2016 г. Получено 21 февраля 2016 г.
  20. ^ "IFA 2014: Samsung Galaxy Note 4, Note Edge, Gear VR и Gear S практический обзор". GSMArena.com . Архивировано из оригинала 13 августа 2016 года . Получено 24 ноября 2015 года .
  21. ^ «Теперь вы можете смотреть и загружать 360-градусные видео на YouTube». Wired . Архивировано из оригинала 9 июля 2016 года . Получено 12 июля 2016 года .
  22. ^ "Лучшие VR-гарнитуры для покупки в 2016 году, независимо от вашего бюджета". Pocket-lint . Архивировано из оригинала 12 июля 2016 года . Получено 12 июля 2016 года .
  23. ^ "Первые привязанные гарнитуры Windows 10 VR от Microsoft поступят в продажу в марте". PCWorld . Получено 11 ноября 2017 г. .
  24. ^ Мачковеч, Сэм (1 мая 2018 г.). «Обзор Oculus Go: будущее беспроводной виртуальной реальности начинается сегодня всего за 199 долларов». Ars Technica . Получено 29 сентября 2024 г.
  25. ^ Холлистер, Шон (30 апреля 2019 г.). «Официальная стоимость гарнитуры Index VR от Valve составит 999 долларов, и вот в чем ее суть». The Verge . Получено 25 сентября 2024 г.
  26. ^ "Oculus и PlayStation VR лидируют на рынке виртуальной реальности". PCMAG . Получено 25 сентября 2024 г. .
  27. ^ Робертсон, Ади (30 апреля 2019 г.). «Обзор Oculus Quest: великолепная концепция с досадным компромиссом». The Verge . Получено 29 сентября 2024 г.
  28. ^ Кучера, Бен (30 апреля 2019 г.). «Лучшая часть Oculus Quest: он заставляет сложные вещи выглядеть легкими». Polygon . Получено 29 сентября 2024 г.
  29. ^ ab Tricart, Celine (2018). Виртуальная реальность кинопроизводства: методы и передовой опыт для VR-кинематографистов. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Routledge. С. 12–14. ISBN 978-1-315-28039-4.
  30. ^ «Эффект москитной сетки: PlayStationVR якобы имеет «None», вероятно, не имеет значения». Talk Amongst Yourselves (Kinja) . 27 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 31 марта 2016 г. Получено 30 марта 2016 г.
  31. ^ ab Джеймс, Пол (21 октября 2013 г.). «Intel утверждает, что может улучшить качество изображения для HMD — Дэниел Пол рассказывает нам, как». Дорога к VR . Архивировано из оригинала 6 мая 2016 г. Получено 30 марта 2016 г.
  32. ^ Лэнг, Бен (13 мая 2015 г.). «150-градусные линзы Wearality — это балансирующий акт, а не прорыв». Дорога к VR . Архивировано из оригинала 29 марта 2016 г. Получено 31 марта 2016 г.
  33. ^ Gu, Luo; Cheng, Dewen; Yongtian, Wang (21 мая 2018 г.). «Проект иммерсивного головного дисплея с коаксиальной катадиоптрической оптикой». В Kress, Bernard C; Stolle, Hagen; Osten, Wolfgang (ред.). Цифровая оптика для иммерсивных дисплеев. Том 10676. стр. 133. Bibcode : 2018SPIE10676E..1FG. doi : 10.1117/12.2315687. ISBN 978-1-5106-1878-7. S2CID  126123242 . Получено 7 сентября 2019 г. Линза Френеля широко используется в современных объективах виртуальной реальности благодаря своей способности обеспечивать малый вес и компактную конструкцию.
  34. ^ abc Томпсон, Сора (1 января 2018 г.). «Основы объективов виртуальной реальности: настоящее и будущее». Tom's Hardware . Покупка . Получено 7 сентября 2019 г. .
  35. ^ Лаффон, Пьер-Ив; Мартин, Тобиас; Гросс, Мартин; Тан, Вэй Де; Лим, CT; Ау, Аффа; Вонг, Рик (5–8 декабря 2016 г.). Rectifeye: система коррекции зрения для виртуальной реальности (PDF) . SA '16 SIGGRAPH ASIA 2016 VR Showcase. Макао. doi : 10.1145/2996376.2996382. S2CID  208022568. № 13.Цитата: «Наша система автоматически настраивает гарнитуру виртуальной реальности в соответствии с рецептом очков пользователя. Поскольку оптическая коррекция автоматически встроена в гарнитуру, пользователю больше не нужно носить очки внутри гарнитуры. [...] Мы настраиваем положение каждой линзы в гарнитуре с помощью серводвигателей».
  36. ^ Лэнг, Бен (24 февраля 2013 г.). «Джон Кармак рассказывает о стратегиях смягчения задержек в виртуальной реальности». Дорога к VR . Архивировано из оригинала 16 января 2016 г. Получено 30 марта 2016 г.
  37. ^ "Разработчики виртуальной реальности борются с укачиванием". news.com.au. 21 марта 2016 г. Архивировано из оригинала 23 марта 2016 г. Получено 23 марта 2016 г.
  38. ^ Орланд, Кайл (4 января 2013 г.). «Насколько быстрой должна быть «виртуальная реальность», чтобы выглядеть как «реальная реальность»?». Ars Technica . Архивировано из оригинала 23 сентября 2017 г. Получено 23 сентября 2017 г.
  39. ^ Макуч, Эдди (13 ноября 2013 г.). «Xbox One, PS4 «слишком ограничены» для Oculus Rift, говорит создатель». GameSpot . Архивировано из оригинала 21 декабря 2013 г. Получено 1 марта 2016 г.
  40. ^ Мейсон, Уилл (15 января 2016 г.). «SMI’s 250Hz Eye Tracking and Foveated Rendering Are For Real, and the Cost May Surprise You». UploadVR . Архивировано из оригинала 13 января 2019 г. . Получено 13 января 2019 г. .
  41. ^ "Система виртуальной реальности помогает хирургам, успокаивает пациентов". Развитие медицинского центра (на самоанском языке) . Получено 12 июня 2023 г.
  42. ^ "Система виртуальной реальности помогает хирургам, успокаивает пациентов". Развитие медицинского центра (на самоанском языке) . Получено 12 июня 2023 г.
  43. ^ Сингх, Дипендра (2 сентября 2022 г.). «Видеография глазного дна с использованием гарнитуры виртуальной реальности, установленной на смартфоне». Taiwan J Ophthalmol . 12 (4): 462–464. doi : 10.4103/2211-5056.355559 . PMC 9843566. PMID  36660130. S2CID  252053522. Получено 2 сентября 2022 г. 
  44. ^ "Как VR тренирует идеального солдата". Wareable . Архивировано из оригинала 9 января 2018 года . Получено 9 апреля 2018 года .
  45. ^ Уилсон, Клэй (9 апреля 2008 г.). «Аватары, технология виртуальной реальности и армия США: новые политические вопросы». Отчет CRS для Конгресса .

Внешние ссылки

Медиа, связанные с гарнитурами виртуальной реальности на Wikimedia Commons