Автоматическая виртуальная среда пещеры (более известная под рекурсивным сокращением CAVE ) — это среда виртуальной реальности с эффектом погружения , в которой проекторы направляются на три-шесть стен куба размером с комнату. Название также является отсылкой к аллегории Пещеры в « Государстве » Платона , в которой философ размышляет о восприятии, реальности и иллюзиях.
CAVE была изобретена Каролиной Круз-Нейра , Дэниелом Дж. Сандином и Томасом А. ДеФанти в Лаборатории электронной визуализации Университета Иллинойса в Чикаго в 1992 году . [1] CAVE обычно представляет собой видеокинотеатр, расположенный в большой комнате. Стены ПЕЩЕРЫ обычно состоят из экранов обратной проекции , однако плоские дисплеи становятся все более распространенными. Пол может представлять собой экран с нисходящей проекцией, экран с нижней проекцией или плоский дисплей. Проекционные системы имеют очень высокое разрешение благодаря возможности просмотра на близком расстоянии, для чего требуется очень маленький размер пикселей, чтобы сохранить иллюзию реальности. Пользователь носит 3D-очки внутри CAVE, чтобы видеть 3D-графику, созданную CAVE. Люди, использующие ПЕЩЕРУ, могут видеть объекты, плавающие в воздухе, и могут ходить вокруг них, получая правильное представление о том, как они будут выглядеть в реальности. Первоначально это стало возможным благодаря электромагнитным датчикам, но затем они были преобразованы в инфракрасные камеры. Каркас первых CAVE должен был быть построен из немагнитных материалов, таких как дерево, чтобы минимизировать помехи для электромагнитных датчиков; переход на инфракрасное отслеживание устранил это ограничение. Движения пользователя CAVE отслеживаются датчиками, обычно прикрепленными к 3D-очкам, и видео постоянно корректируется, чтобы сохранить перспективу зрителей. Компьютеры контролируют как этот аспект CAVE, так и звуковой аспект. Обычно в CAVE имеется несколько динамиков, расположенных под разными углами, обеспечивающих трехмерный звук , дополняющий трехмерное видео . [ нужна цитата ]
Реалистичный визуальный дисплей создается проекторами, расположенными снаружи ПЕЩЕРЫ и управляемыми физическими движениями пользователя внутри ПЕЩЕРЫ. Система захвата движения фиксирует положение пользователя в реальном времени. Стереоскопические ЖК-очки с затвором передают трехмерное изображение. Компьютеры быстро генерируют пару изображений, по одному для каждого глаза пользователя, на основе данных захвата движения. Очки синхронизированы с проекторами, так что каждый глаз видит только правильное изображение. Поскольку проекторы располагаются вне куба, для уменьшения расстояния от проекторов до экранов часто используются зеркала. Один или несколько компьютеров управляют проекторами. Кластеры настольных ПК популярны для запуска CAVE, поскольку они стоят дешевле и работают быстрее.
Доступны программное обеспечение и библиотеки, разработанные специально для приложений CAVE. Существует несколько методов рендеринга сцены. Сегодня используются 3 популярных графа сцен : OpenSG , OpenSceneGraph и OpenGL Performer . OpenSG и OpenSceneGraph имеют открытый исходный код; хотя OpenGL Performer бесплатен, его исходный код не включен.
Чтобы иметь возможность создать изображение, которое не будет искажено или неуместно, дисплеи и датчики должны быть откалиброваны. Процесс калибровки зависит от используемой технологии захвата движения . Оптические или инерционно-акустические системы требуют только настройки нуля и осей, используемых системой слежения. Калибровка электромагнитных датчиков (вроде тех, что использовались в первой пещере) более сложна. В этом случае человек наденет специальные очки, необходимые для просмотра изображения в 3D. Затем проекторы заполняют ПЕЩЕРУ множеством однодюймовых коробок, расположенных на расстоянии одного фута друг от друга. Затем человек берет инструмент, называемый «устройством ультразвукового измерения», в центре которого находится курсор, и размещает устройство так, чтобы курсор визуально находился на одной линии с проецируемым прямоугольником. Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока не будет измерено почти 400 различных блоков. Каждый раз, когда курсор помещается внутри блока, компьютерная программа записывает местоположение этого блока и отправляет его на другой компьютер. Если точки откалиброваны точно, на изображениях, проецируемых в CAVE, не должно быть искажений. Это также позволяет CAVE правильно определять, где находится пользователь, и точно отслеживать его движения, позволяя проекторам отображать изображения в зависимости от того, где находится человек внутри CAVE. [2]
Концепция оригинальной CAVE была повторно применена и в настоящее время используется в различных областях. Многие университеты владеют системами CAVE. ПЕЩЕРЫ имеют множество применений. Многие инжиниринговые компании используют CAVE для улучшения разработки продуктов. [3] [4] Можно создавать и тестировать прототипы деталей, разрабатывать интерфейсы и моделировать заводские макеты, и все это до того, как тратить деньги на физические детали. Это дает инженерам лучшее представление о том, как деталь будет вести себя в продукте в целом. CAVE также все больше и больше используются при совместном планировании в строительном секторе. [5] Исследователи могут использовать систему CAVE для проведения своего исследования более доступным и эффективным методом. Например, CAVEs применялся при исследовании учебных предметов по посадке самолета F-16. [6]
Команда EVL из UIC выпустила CAVE2 в октябре 2012 года. [7] Подобно оригинальной CAVE, это трехмерная иммерсивная среда, но она основана на ЖК-панелях, а не на проекции.
