Stan #Wirtualnej Rzeczywistości: dlaczego sprzęt jest ważniejszy niż reklama
Pamiętacie początek lat 90-tych? Kiedy myślisz o tym czasie, prawdopodobnie myślisz o nieporęcznych słuchawkach i nieporęcznych rękawicach elektrycznych. W czasopismach, sklepach z zabawkami i filmach sprzedawano zaawansowane technologicznie, ale nieporadne wersje wirtualnej rzeczywistości (VR). Była to fantazja o przyszłości, która wydawała się odległa.
Teraz początkowy entuzjazm opadł. Inne obszary technologii również czynią postępy. Urządzenia VR wyglądają dość podobnie. Ale nie dajcie się zwieść. Ten obszar się rozwija. Po prostu nie porusza się szybko. Postęp często przychodzi z zewnątrz. Projekty wojskowe doprowadziły do pewnych osiągnięć. Dobra zabawa może motywować innych. Inwestorzy raczej nie zainwestują w rzeczywistość wirtualną, chyba że będzie ona najpierw służyć innej branży.
Czego dokładnie potrzebuje VR, aby działać? To zależy od tego, jak zdefiniujesz „rzeczywistość wirtualną”. Jeśli nie jesteś pewien tej definicji, liczy się również standardowy komputer z monitorem i myszą. Większość badaczy się z tym nie zgadza. Prawdziwa rzeczywistość wirtualna wymaga zanurzenia. Płaskie ekrany mogą rozpraszać. Niszczą iluzję. Dlatego system potrzebuje lepszego ekranu. Wymaga również urządzenia wejściowego. Klawiatura i mysz są powszechne. Joysticki są powszechne. Joysticki stały się standardem interakcji.
W tym artykule szczegółowo opisano urządzenia VR. Przyjrzyjmy się typom. Porównajmy zalety i wady. Zacznijmy od najbardziej oczywistego sprzętu.
Wyświetlacze głowy
Wyświetlacz montowany na głowie (HMD) jest przedstawicielem VR. Umieszczają ekran bezpośrednio przed użytkownikiem. To wyklucza świat realny. To sprawia, że ludzie się skupiają. Stwarza to poczucie obecności. Ale nie są idealne. Przyjrzyjmy się, dlaczego są one ważne i gdzie ich brakuje.
Wyświetlacz montowany na głowie (HMD) jest dokładnie tym, co sugeruje jego nazwa. Mam ekran komputera przywiązany do twarzy. Znajduje się wewnątrz kasku lub okularów. Cel jest prosty. Nieważne, gdzie zwrócisz głowę, ekran pozostanie w Twoim polu widzenia.
Większość urządzeń ma osobny obraz dla każdego oka. Jeden ekran dla każdego oka. To oddzielenie tworzy iluzję głębi. Oszukuje mózg, myśląc, że obrazy mają objętość.
Bitwa pomiędzy LCD i CRT
Ekran wewnątrz tych zestawów słuchawkowych to zazwyczaj wyświetlacz ciekłokrystaliczny (LCD). Możesz znaleźć starsze modele wykorzystujące technologię kineskopu (CRT). Branża się zmieniła, a wyświetlacze LCD wygrywają niemal pod każdym względem. Są lekkie. Zajmuj mniej miejsca. Zużywają też mniej energii. Koszt produkcji jest niższy.
CRT ma dwie karty atutowe. Poprawiona rozdzielczość. Wyższa jasność. To wszystko.
Ale fizyka CRT nie współgra dobrze z ludzkim mózgiem. Ona jest duża. Ona jest bardzo ciężka. Jeśli spróbujesz użyć HMD opartego na CRT, będziesz potrzebować uprzęży, aby uniknąć złamania szyi. Urządzenie ogranicza ruch. Ograniczanie ruchu niszczy immersję. Tracisz poczucie obecności w świecie i zaczynasz mieć wrażenie, że leży na Tobie cegła.
Technologie niewyraźnego wyświetlania
Niektórzy inżynierowie eksperymentowali z innymi typami wyświetlaczy. Są rzadkie nie bez powodu. Lista zawiera:
- Wyświetlacz elektroluminescencyjny
- Wyświetlacz elektroforetyczny (EP)
- Wyświetlacz światłowodowy
- Wyświetlacz emisji polowej (FED)
- Wyświetlacz diodowy (LED)
- Ekran plazmowy
- Próżniowy wyświetlacz fluorescencyjny (VFD)
- Wirtualny wyświetlacz siatkówkowy (VRD)
Dlaczego nie stały się one powszechne? Większość ludzi ma niską rozdzielczość. Często jasność nie jest wystarczająca. Niektóre mogą wyświetlać tylko obrazy monochromatyczne. Używanie tylko jednej czerwonej diody LED nie zapewnia pełnej, wysokiej jakości wrażeń.
Niektóre wyświetlacze plazmowe lub VRD mogłyby teoretycznie działać. Jednak ich koszt jest zaporowy. Kiedy LCD wykonuje 95% pracy za ułamek kosztów, nie uzasadnia to ceny.
Opóźnienie i histereza
Dobry zestaw słuchawkowy obsługuje również dźwięk. Wbudowane głośniki lub słuchawki. Obraz i dźwięk muszą być zsynchronizowane.
Oto cała prawda o systemach bezprzewodowych. Czas reakcji jest niewystarczający. Kiedy sygnał jest opóźniony, mózg to zauważa. Może powodować nudności. To przełamuje iluzję. W rezultacie złożone wyświetlacze montowane na głowie pozostają połączone. Podłącz zestaw słuchawkowy do procesora za pomocą jednego lub większej liczby kabli. To bardzo denerwujące. Istnieją ograniczenia. Jednakże opóźnienie zostało wyeliminowane.
Śledzenie nie podlega negocjacjom. Urządzenie musi wiedzieć, gdzie skierowana jest głowa. Jeśli spojrzysz w lewo, ekran natychmiast się zmieni. Umożliwiają to urządzenia śledzące. O działaniu tych czujników porozmawiamy później.
Jaskinia i Ultimate Show
Niektóre ustawienia są całkowicie niezależne od zestawów słuchawkowych. Specjalne okulary są używane w połączeniu z zewnętrznym projektorem. Prowadzi to do następnej koncepcji.
W 1965 roku Ivan Sutherland opisał zjawisko zwane „ostateczną manifestacją”. On jest naukowcem. Wielu uważa go za ojca wirtualnej rzeczywistości.
Przedstawił salę. Komputery mogą kontrolować to, co się w nich znajduje. Wirtualne obiekty są fizycznie widoczne dla wszystkich obecnych w pomieszczeniu. Twórcy Star Trek: Następne pokolenie ukradli ten pomysł. Nazywają to holodekiem.
Nie osiągnęliśmy jeszcze tego poziomu. Science fiction jest nadal najbliżej tego.
Wirtualna rzeczywistość i jaskinia
Uniwersytet Illinois w Chicago nie tylko stworzył kolejny pokój VR. Odkryli coś, co eksperci uważają za złoty standard wciągającości. Nazywa się to systemem CAVE. Nazwa pochodzi od słów Cave Automatic Virtual Environment i choć brzmi jak coś z science fiction, to opiera się na ścisłej optyce i fizyce.
Większość wyświetlaczy VR wykorzystuje wyświetlacze montowane na głowie (HMD). Przymocuj pudełko do twarzy. Pole widzenia jest ograniczone. Nie można się poruszać, nie potykając się o kabel. System CAVE odwraca ten scenariusz.
Siła ścian projekcyjnych
Jaskinia to w zasadzie mały pokój. Lub duży prywatny pokój. Co najmniej trzy ściany pełnią rolę gigantycznych ekranów. W niektórych przypadkach czasami podłogi i sufity, ale jest to mniej powszechne. Rezultatem jest szerokie pole widzenia, którego nie można odtworzyć za pomocą HMD. Nie jesteś przywiązany do komputera. Możesz chodzić.
Ale bez pomocy nie będziesz w stanie widzieć wyraźnie. Należy używać aktywnych okularów migawkowych. Wyglądają jak nieporęczne okulary 3D z końca lat 90-tych. Wewnątrz obiektywu znajduje się przesłona, która szybko się otwiera i zamyka. Komputer wyświetla obraz stereofoniczny na tylnej projekcji. Schemat zmienia się tak szybko, że mózg nie jest tego świadomy. Okulary są zsynchronizowane z tym trybem. Lewe oko widzi jedną klatkę. Prawe oko widzi następnego. Twój mózg je łączy. Wyświetlana jest głębokość.
Chodzenie bez ograniczeń
Urządzenie śledzące w okularach informuje komputer, gdzie jesteś. Gdy się poruszasz, projekcja dostosowuje się w czasie rzeczywistym. Trzymasz różdżkę w dłoni. Można go używać do pobierania obiektów wirtualnych i poruszania się po menu. To naturalne.
W przypadku grup istnieje niuans. W jaskini może stać kilka osób. Jednak tylko osoba nosząca okulary śledzące może kontrolować kąt widzenia. A co z resztą? Są biernymi obserwatorami. Patrzą na ten sam obraz, ale nie mogą zmienić swojej perspektywy. Jest to raczej ograniczenie sprzętowe niż przemyślana decyzja projektowa.
Przekierowano chodzenie
Jaskinia jest nadal przestrzenią zamkniętą. Większość z nich ma powierzchnię 10 stóp kwadratowych lub mniejszą. To jest ograniczenie. Naukowcy z Uniwersytetu Karoliny Północnej w Chapel Hill znaleźli sposób na oszukanie fizyki. Opracowali przekierowane chodzenie.
Cel jest prosty. Oszukuje użytkownika, aby myślał, że idzie w linii prostej, podczas gdy w rzeczywistości idzie w małym pomieszczeniu. System cicho rotuje środowisko wirtualne. Czujesz utratę równowagi. Można to naprawić, wprowadzając niewielkie zmiany w ścieżce. System zastosuje tę poprawkę. Zamienia Twój prosty spacer w pętlę.
Uwierz, że eksplorujesz rozległy krajobraz. Właściwie wchodzisz do 3-metrowego pudła. Iluzja działa. Przestrzeń jest sztucznie powiększana. Immersyjność pozostaje taka sama.
Miejsce pracy w wirtualnej rzeczywistości
Wyświetlacz stacjonarny zajmuje dziwne miejsce w historii wirtualnej rzeczywistości. Niektórzy badacze uważają, że po prostu nie ma to zastosowania w prawdziwym środowisku wirtualnym. To nie jest jaskinia. To nie jest zestaw słuchawkowy. To jest coś zupełnie innego.
Na początku lat 90. Larry Rosenbaum kierował zespołem w Biurze Badań Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych. Stworzyli duży monitor, który służył jako powierzchnia robocza. Użytkownicy mogą patrzeć na to pionowo. Można go również przechylić w poziomie, aby pełnił funkcję stołu lub stołu warsztatowego. Taka konfiguracja umożliwiła wielu osobom oglądanie tego samego ekranu w tym samym czasie.
Dlaczego pulpit nie jest prawdziwym środowiskiem wirtualnym
Kluczowym aspektem dyskusji jest tutaj zanurzenie. Używanie specjalnych okularów przed ekranem nie gwarantuje całkowitej izolacji. Ekran nie wypełnia pola widzenia. Nadal jesteś świadomy fizycznej przestrzeni wokół ciebie. Dzięki projekcjom stereoskopowym i soczewkom migawkowym wirtualne obiekty można oglądać w trzech wymiarach. Kiedy jednak odwrócisz wzrok od stołu, zobaczysz prawdziwy świat. Nie ma środowiska do eksploracji. Wchodzisz w interakcję z obiektem cyfrowym nałożonym na rzeczywistość.
“Nie ma wirtualnego środowiska do eksploracji. Kiedy użytkownik odwróci wzrok od ekranu, widzi normalny fizyczny pokój. “
Dla niektórych brak pełnego zanurzenia jest błędem. Dla innych jest to cecha.
Szkolenie medyczne i strategia wojskowa
Praktyczność wyświetlacza biurkowego jest widoczna we współpracy. Rozważ szkolenie medyczne. Chirurdzy mogą ćwiczyć operacje na wirtualnych pacjentach 3D. Otaczają ich prawdziwi profesjonaliści medyczni. Korzystając ze standardowego zestawu słuchawkowego (HMD), pracownicy stają się postaciami komputerowymi lub cyfrowymi awatarami. Pulpit sprawia, że interakcja ze współpracownikami jest naturalna. To całkowicie realne.
Skorzystają także taktycy wojskowi. Programiści tworzą realistyczne trójwymiarowe reprezentacje pola bitwy. Personel otrzymuje dokładny obraz sytuacji bojowej. Dobry model może zidentyfikować potencjalne wąskie gardła. Pokazuje ukryte obozy wroga.
Zastosowania te wykraczają poza wojnę i medycynę. Takie wyświetlacze można zobaczyć w wizualizacjach badań naukowych. Wykorzystuje się je także przy opracowywaniu produktów. Stanowią pomost pomiędzy danymi a ludzką intuicją.
Kontroler Wii: tani interfejs gestów
Historia przechodzi od biernej obserwacji do aktywnego zarządzania. Przejdź do następnej sekcji dotyczącej urządzeń interaktywnych. W szczególności o konsoli Nintendo Wii.
Bezprzewodowy kontroler różdżki to lekcja dla inżynierów wirtualnej rzeczywistości. To jest niedrogie. Jest łatwy w użyciu. To urządzenie zawiera żyroskopy i akcelerometr. Czujniki te wykrywają ruch. Rejestrują pochylenie i obrót.
W porównaniu do dedykowanego sprzętu interfejsu VR, kontroler Wii Remote jest niedrogi. Niektórzy badacze stosują to obecnie w systemach VR. Niektórzy postrzegają to jako pierwszy krok w trendzie. Tendencja ta wskazuje na rozwój interfejsów użytkownika przy niskich kosztach.
Ubrania dla VR
Rozmowa przechodzi na kolejny poziom immersji. Przyjrzeliśmy się monitorom. O kontrolerach już wspominaliśmy. Następnym logicznym krokiem jest to, co nosisz oprócz okularów i rękawiczek. Mówiliśmy o ubraniach do wirtualnej rzeczywistości.
Dążę do lekkiego i wciągającego doświadczenia VR
Całą uwagę skupiamy na grafice. Ponieważ jest to łatwe do zmierzenia, dążymy do większej liczby klatek na sekundę i realistycznych tekstur. Naukowcy wiedzą jednak, że prawdziwym wąskim gardłem nie jest to, co widzisz. To sposób, w jaki go dotykasz.
Podstawowe sterowanie psuje immersję. Wygląda na to, że klawiatura przeszkadza. Joystick pełni rolę pośrednika. Nigdy tak naprawdę nie jesteś „na świecie”. Usiądź na krześle i naciśnij plastik. Czy to jest idealne? Nie ma w ogóle żadnych urządzeń. Chcę zapomnieć, że cokolwiek mam na sobie.
Postęp jest tutaj powolny.
Dlaczego? Ponieważ nie ma dużej presji ze strony dużych firm technologicznych. Pieniądze płyną do silników graficznych. Interfejsy człowiek-maszyna (HMI) nie są dla firm priorytetem. To nie jest pole bitwy dla gigantów. To mozaika studiów rozrywkowych, akademickich instytutów badawczych i małych firm VR rywalizujących o popularność.
Ale zaczyna się tworzyć coś nowego.
Najbardziej obiecującym osiągnięciem są urządzenia ubieralne. To nie są kaski. To są rękawiczki. Garnitury ciała.
Rękawice DataGloves: standard światłowodowy
Rękawiczki są częścią dyskusji na temat VR od pierwszego dnia. Nie według projektu. Stały się przypadkowym znaleziskiem. Pierwsi twórcy nie projektowali ich specjalnie. Ale zadziałały.
Ludzie nadal często używają terminów „DataGlove” lub „Power Glove”. To jest błędne. To są konkretne marki. Nie są one synonimami „trackera dłoni VR”.
Każda rękawica ma swój własny cel. Interakcja z obiektami cyfrowymi za pomocą naturalnych gestów. Metody są różne.
Rozważ podejście światłowodowe.
Światło przesyłane jest z nadajnika do czujnika za pomocą kabla. Zginasz palce. Kabel się wygina. Przepływ światła się zmienia. Kiedy zaciskasz pięść, do czujnika dociera mniej światła. Procesor to odczytuje. Przekształca utratę światła w wirtualny ruch.
Są dokładne. Oficjalna DataGlove wykorzystuje tę technologię.
Ale jest problem. Kalibracja
Każda dłoń jest wyjątkowa. Długość palca. Elastyczność. Napięcie skóry. Rękawiczki muszą być dostosowane do każdego użytkownika. Bez tego dane są bezużyteczne. To jest przeszkoda. Bariery wejścia.
Atrament przewodzący: tańsza opcja
Nie każdy chce kalibrować system światłowodowy. Niektórzy chcą ilości. Niektórzy szukają dostępności.
Dodaj atrament przewodzący.
Rękawice te wykorzystują pasek elastycznego materiału pokrytego substancją przewodzącą. Zginasz palce. Taśma się rozciąga. Opór się zmienia. Procesor odczytuje zmianę rezystancji. Aktualizuje pozycję wirtualnej dłoni.
Uprość to.
Nie są zbyt dokładne.
Niuanse są tracone. Lekkie ściśnięcie może być odebrane jako zaciśnięta pięść. Lub odwrotnie. Jednak różnica w kosztach jest ogromna.
Rękawiczki światłowodowe to drogie urządzenia. Rękawiczki z atramentem przewodzącym przypominają elektronikę użytkową.
Co jest ważniejsze: dokładność czy dostępność?
Branża jest podzielona. Zaawansowane modelowanie wymaga precyzji. Masowa adopcja wiąże się z kosztami.
Utknęliśmy pośrodku. Rękawiczki, które nosisz, są albo zbyt skomplikowane, albo zbyt prymitywne.
Dopóki sprzęt nie zniknie całkowicie.
Garnitury ciała. Ale kolejna warstwa skóry. i różnego rodzaju informacje zwrotne.
Teraz nasze ręce są owinięte nitką i atramentem. Staramy się czuć cyfrowo.
Jeśli potrzebujesz precyzji, to Mistrz Zręcznych Ręki jest mistrzem zręcznych rąk. Urządzenia te wykorzystują czujniki w każdym stawie palca. Łączone są ze skórą poprzez mechaniczne zapięcie. Rezultatem jest struktura przypominająca egzoszkielet. Śledzenie ruchu jest znacznie dokładniejsze niż rękawice światłowodowe. Są także lepsze od czujników opartych na materiałach przewodzących. Istnieją jednak również kompromisy. Urządzenia te są ciężkie. Są niewygodne w noszeniu. Poświęcasz komfort dla danych.
Nieoczekiwane dziedzictwo Rękawicy Mocy
Power Glove została stworzona przez stronę trzecią dla Nintendo Entertainment System. To jest zabawka konsumencka. Badacze VR dostrzegli potencjał w tym sprzęcie. Zdali sobie sprawę, że mogą ponownie wykorzystać tę technologię. Nie ma takiej samej wszechstronności jak DataGlove. Jednak jego koszt jest znacznie niższy. Urządzenie posiada panel sterowania na przedramieniu. Ta dodatkowa metoda wprowadzania danych okazała się przydatna. Od tego czasu twórcy systemów wprowadzili wiele innych metod.
Dlaczego ten sprzęt jest dziś aktualny
Możesz się zastanawiać, dlaczego starsze urządzenia wejściowe są teraz istotne. Stanowią one podstawę śledzenia ruchu. Odejście od podkładek przewodzących na rzecz czujników stawów zmienia sposób, w jaki wchodzimy w interakcję z przestrzenią wirtualną. Współcześni kontrolerzy nadal opierają się na tych wczesnych zasadach. Konstrukcja egzoszkieletu wpłynęła później na systemy sprzężenia zwrotnego dotykowego.
Porównanie metod wprowadzania
Jakie rękawiczki wybrać?
– Mistrzowie zręcznych rąk : Doskonała celność. Ze względu na wagę nie nadają się na długie sesje.
– Rękawice przewodzące : Tanie. Niezbyt dokładne. Łatwiejsza instalacja.
– Rękawice światłowodowe : Średnia dokładność. Okablowanie jest kłopotliwe.
– Dostosowania rękawic Power Glove : Dostępne. Dobrze nadaje się do rozpoznawania podstawowych gestów.
Projektanci VR wciąż udoskonalają te koncepcje. Cel pozostaje ten sam. Uchwyć ruch człowieka bez utraty zanurzenia.
„Ta rękawica nie jest tak wszechstronna jak DataGlove, ale jest znacznie tańsza i posiada trackpad na przedramieniu.”
Przyjrzyj się innym urządzeniom wejściowym VR, które pojawiły się na rynku od czasu tych wczesnych zmian.
Jeśli chcesz poruszać się w wirtualnej rzeczywistości, pomiń CAVE i drogi DataSuit. Nie jest potrzebny joystick ani drążek. Naukowcy uważają, że naturalny ruch może poprawić zanurzenie. Inżynierowie stworzyli kilka systemów, aby osiągnąć ten cel.
Bieżnia i trening całego ciała
Bieżnia pozwala poczuć się tak, jakbyś chodził w środowisku wirtualnym, pozostając nieruchomym w świecie rzeczywistym. Podłączenie bieżni do komputera jest łatwe. Kroki dostosowują harmonogram. Jest jedno zastrzeżenie. Na zwykłej bieżni możesz poruszać się tylko do przodu lub do tyłu.
Kilka firm produkuje bieżnie dookólne. Umożliwiają poruszanie się w dowolnym kierunku. Standardowa bieżnia wykorzystuje jeden silnik. Pchnij do przodu lub do tyłu. Modele dookólne mają dwa silniki. Można je przesuwać w czterech kierunkach: do przodu, do tyłu, w lewo i w prawo. Obydwa silniki współpracują ze sobą. Chodzisz po powierzchni owiniętej paskami i kablami.
System push-pad i kulek
Opcjonalnie dostępna jest także podkładka do pchania. Być może znacie je z gry „Dance Dance Revolution”. Większość z nich wykorzystuje elektromechaniczne czujniki ciśnienia. Przekaźniki te są aktywowane po naciśnięciu. Obwód jest zamknięty. Prąd płynie. Procesor zmienia grafikę.
VirtuSphere, Inc. oferuje inne podejście. Wygląda jak kulka chomika wielkości człowieka. Wchodzisz do środka i idziesz. Piłka osadzona jest na stabilnej podstawie wyposażonej w kółka. Koła są dociskane do kuli. W ten sposób możesz turlać się w dowolnym kierunku, pozostając w miejscu. Czujniki na kołach informują procesor, w którym kierunku się poruszasz. Widok w zestawie słuchawkowym zmienia się odpowiednio.
Wciągająca, pasywna hatyka
Badacze z CAVE testują dotyk pasywny. Dotyk odnosi się do zmysłu dotyku. Systemy dotykowe zapewniają fizyczne sprzężenie zwrotne. Aktywnym przykładem jest joystick ze sprzężeniem zwrotnym siły. Dotyk pasywny nie powoduje użycia siły. Używaj prawdziwych obiektów do reprezentowania elementów wirtualnych. Prawdziwy składany stół pełni funkcję wirtualnego blatu kuchennego. Dotknięcie prawdziwego obiektu potęguje uczucie zanurzenia. Pomaga w poruszaniu się po symulacji.
W następnej sekcji przedstawimy systemy śledzenia HMD i DataGloves. Na początek przyjrzyjmy się urządzeniom „String Walker”.
Urządzenie typu String Walker
StringWalker został opracowany przez japońską firmę. Jest to wyjątkowa bieżnia dookólna. Urządzenie ma kształt pierścienia. Osiem nitek przecina średnicę. Chodzisz na sznurkach. Konferencja ta skupia się na grafice komputerowej i urządzeniach interaktywnych.
System śledzenia wirtualnej rzeczywistości
Urządzenia śledzące stanowią podstawę każdego działającego systemu VR. Istnieją nie tylko w kosmosie. Komunikują się z procesorem i przekazują mu dokładne położenie Twojej głowy w przestrzeni. Jeśli możesz chodzić po pokoju w rzeczywistości wirtualnej, tracker zna Twoją lokalizację, kierunek i prędkość. Bez nich iluzja szybko się załamuje.
Większość systemów koncentruje się na jednym standardzie: sześciu stopniach swobody (6-DOF). To „święty Graal” nurkowania. Pozycja jest śledzona wzdłuż osi X, Y i Z. Śledzony jest również kierunek, podzielony na odchylenie, pochylenie i przechylenie.
Z Twojego punktu widzenia oznacza to, że wirtualny świat porusza się wraz z Tobą. Patrząc w górę? Obraz przesuwa się w dół. Przechylasz głowę? Horyzont się przechyla. Iść do przodu bez podnoszenia głowy? Zbliżasz się do obiektów wirtualnych. Czujnik zestawu słuchawkowego informuje procesor, gdzie jesteś. Procesor renderuje poprawny obraz. Ekran został zaktualizowany. Dzieje się to tak szybko, że nawet nie zauważasz opóźnienia.
Jak komunikuje się system alarmowy
Każdy system śledzenia składa się z trzech elementów. Nadajnik generuje sygnał. Czujnik to rozpoznaje. Jednostka sterująca przetwarza dane dla procesora. Konfiguracje mogą się różnić.
Czasami nosisz czujniki, a nadajnik jest zamontowany w pomieszczeniu. W pozostałych przypadkach nosisz nadajniki (emitery) i czujniki zainstalowane na ścianach i suficie rejestrują Twoje ruchy. Sprzęt się zmienia, logika pozostaje ta sama.
Same sygnały są bardzo zróżnicowane. Dostępne są opcje elektromagnetyczne, akustyczne, optyczne i mechaniczne. Każdy ma swoje zalety i wady.
Elektromagnetyczny system śledzenia
Systemy te mierzą pola magnetyczne. Zasada działania polega na przepuszczaniu prądu elektrycznego przez trzy cewki umieszczone prostopadle do siebie. Każda cewka staje się elektromagnesem. Czujniki mierzą interakcję tych pól. Ta interakcja określa orientację i położenie emitera.
„Dobry elektromagnetyczny system śledzenia charakteryzuje się wysoką czułością i niskim opóźnieniem.”
Niskie opóźnienia to duża zaleta. Wada? Wszystko, co generuje pole magnetyczne, może zakłócać sygnał. Stoły metalowe. Inna elektronika. Nawet rama budynku może zniekształcić dane.
Akustyczny system śledzenia
Trackery akustyczne wykorzystują ultradźwięki. Położenie i orientację określa się, mierząc czas potrzebny falom dźwiękowym na dotarcie do czujnika. Czujnik zwykle pozostaje na swoim miejscu. Nosisz emitery.
Obliczenia są proste: odległość równa się prędkość razy czas. Ale dźwięk rozchodzi się bardzo powoli. Aktualizacje są opóźnione w stosunku do rzeczywistych ruchów. To nie jest odpowiednie dla dynamicznej rzeczywistości wirtualnej.
Środowisko zakłóca również śledzenie akustyczne. Zmiany temperatury. Wilgotność. Ciśnienie atmosferyczne. Wszystko to zmienia prędkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu. Jeśli Twoje dane są niestabilne, śledzenie będzie zawodne.
Optyczne urządzenie śledzące
Układy optyczne wykorzystują światło. Jako emiter zwykle stosuje się diodę emitującą światło podczerwone (IR-LED). Kamera pełni rolę czujnika. Diody LED migają sekwencyjnie. Kamera rejestruje wzorce świetlne. Jednostka sterująca określa lokalizację i kierunek na podstawie tych impulsów.
Śledzenie optyczne ma wysoką częstotliwość odświeżania. Opóźnienia są minimalne. Z tego powodu większość współczesnych, wysokiej klasy systemów VR wykorzystuje metody optyczne lub hybrydowe optomechaniczne.
Jednak posiadanie pola widzenia jest słabością. Zakryj aparat dłonią. Umieść roślinę przed czujnikiem. Śledzenie zostało przerwane. Światło tła i inne źródła podczerwieni mogą również zakłócać sygnał. Aby uzyskać najlepsze wyniki, wymagane jest kontrolowane środowisko.
Mechaniczne systemy śledzenia
Śledzenie mechaniczne jest przestarzałą metodą. Wykorzystuje połączenie fizyczne. Cel jest przywiązany do stałego punktu.
Pomyśl o wyświetlaczu typu BOOM. Jest to zestaw słuchawkowy mocowany do ramienia robota z dwoma punktami przegubu. Ręka bezpośrednio określa pozycję i orientację. Nie ma potrzeby dekodowania sygnałów bezprzewodowych. Nie ma potrzeby mierzenia czasu podróży fal dźwiękowych. Nie ma potrzeby śledzenia światła.
Częstotliwość odświeżania jest niesamowicie wysoka. To pewne. Ogranicza to jednak Twoją swobodę ruchu. Jesteś fizycznie przywiązany do instalacji. Nie możesz chodzić po pokoju. Jesteś wyspą ze stali i zawiasów.
Współczesna rzeczywistość wirtualna już dawno wyszła poza eksperymenty pokojowe z systemami czysto mechanicznymi. Ale zasada pozostaje ta sama. Ograniczenia fizyczne gwarantują precyzję, ale kosztem wolności.
Zmierzamy w stronę bezprzewodowej wolności w skali pomieszczenia. Ale kompromis pozostaje. Szybkość kontra dokładność. Swoboda kontra precyzja. Bezprzewodowa wygoda przed zakłóceniami.
Na kolejnych stronach omówiono konkretne urządzenia umożliwiające działanie tych systemów. W międzyczasie zastanów się, co jesteś skłonny poświęcić w imię immersji.
