virtualna stvarnost

to je virtualna stvarnost?

Virtualna stvarnost (engl. virtual reality - VR) je kompjuterski simulirana

realnost, računalno stvoreno vizualno, auditivno i taktilno iskustvo koje

korisniku pruža realističan osjećaj „uranjanja“ u drugi svijet. Virualna stvarnost

ostvaruje se korištenjem različitih uređaja za interakciju između čovjeka i

računala u kombinaciji sa vrlo brzim i naprednim računalima i brzom

komunikacijskom mrežom.

Kratka povijest virtualne stvarnosti:

Koncept virtualne stvarnosti seže još iz pedesetih godina prošlog stoljeća kada

je kinematograf Morton Heilig izgradio konzolu „Sensorama“ koja je unatoč

revolucionarnoj ideji, na tržištu loše prošla. Uređaj se sastojao od dva malena

TV uređaja koji su stvarali 3D sliku. „Sensorama“ je proizvodila vibracije i

mirise simulirane upotrebom kemikalija.

van Sutherland, kojeg smatramo pionirom računalne grafike i prividne

stvarnosti, razvio je 1965. HMD (Head Mounted Display) uređaj „The Ultimate

Display“ koji je omogućavao veoma realan pogled u virtualni svijet. 1968.

godine dovršava „Head Mounted 3D Display“ koji omogućava da korisnik

pokretom glave kontrolira pogled u virtualnom svijetu

Tablica - Prikaz daljnjeg razvoja VR

Godina Tko? UspjehZašto je

bitno?

1965. Ivan Sutherland „The Ultimate Display“ Počeci VR

1977.

Dan Sandin, Richard

Sayre, Thomas

Defanti

Prva rukavica (engl.

dataglove)

Interakcija

pomoću

pokreta tijela

1982.Bonnie MacBird

(pisac)„Tron“

Prvi

kompjutersko

animirani

film

1983. Myron KruegerVideo svemir (engl.

videospace)

Prvo

virtualno

okruženje

1984. William Gibson „Neuromancer“ (roman)Pojam

„cyberspace“

1987.Michael Piller

(pisac)

Star Trek – The Next

GenerationHolodek

1992. Stephen King „Lawnmower Man“Negativne

strane VR

1995. Silicon Graphics VRML 1.0

Jezik za

modeliranje

VR

1999.Larry i Andy

Wachowski„The Matrix“

Veliki uspjeh

VR filma

Ulazni uredaji

Senzori pozicije tj. orijentacije (engl. tracker, tracking device) mogu biti

elektromagnetski, inercijski, akustični, optički i mehanički. Svi imaju istu

zadaću – daju informacije  o orijentaciji i poziciji (koordinate položaja).

Slika - tracker i digitalni davač koordinata

Mjere silu ili moment sile izvršen na ulaznu jedinicu te služe za precizno

kretanje. Najpoznatiji uređaji su „Spaceball“ i „Spacemouse“.

„Spaceball“ je uređaj koji se koristi zajedno sa tradicionalnim mouseom na

način da svaki držimo u jednoj ruci i dok sa običnim mouseom editiramo ili

označavamo predmet, istovremeno ga sa spaceballom možemo rotirati i slično.

Slika - „Spaceball 5000“

„Spacemouse“ namjenjen je za 3D-projektiranje i koristi se kao desktop uređaj.

Kroz prostor se kreće pomicanjem središnjeg komandnog dijela te ima nekoliko

programabilnih tipki.

Slika - „Spacemouse“

Najčešće su mehanički, optički i magnetski. Kada su integrirani u odjelo

(kibernetičko odjelo ili cybersuit) dobivamo položaj cijelog tijela na ekranu.

Cybersuit razvijen je za NASA-ine potrebe testiranja biomehanike astronauta za

vrijeme svemirskih letova. Još jedan poznati uređaj je rukavica (cyberglove,

dataglove) koja radi na istom principu.

Slika - cybersuit (NASA) i cybersuit nove generacije

Slika - dataglove

Dextrous arm naziv je mehaničke ruke koja je pričvršćena za čovjekovu ruku.

Mehanička ruka omogućoje praćenje čovjekovih pokreta na ekranu. Novije

generacije imaju i tzv. povratnu informaciju o sili, što znači da kada u

virtualnom svijetu naiđemo rukom na prepreku, mehanička ruka se također

prestane pomicati. Postoje razne vrste uređaja Dextrous arm, no jedan vrlo

korisni je „Sarcos Dextrous Arm Slave“ koji može služiti za teleoperacije.

Slika - Dextrous arm

Senzori pokreta ugrađeni su u razne pokretne trake i „hodalice“. „Virtusphere“ 

je jedan takav uređaj koji ima oblik sfere u kojoj se nalazi korisnik. Moguće je

micanje u svim smjerovima. Korisnik nosi bežični HMD-uređaj koji prikazuje

sliku virtualnog svijeta i „lovi“ korisnikove pokrete glave. Koristi se za opasne

vojne vježbe, simulacije, sport i fitness, zabavu, edukaciju (npr. virtualno

razgledavanje muzeja) itd.

Slika - „Virtusphere“

2000. godine predstavljen je još jedan uređaj vrlo sličan „Virtusphere“ –

„Cybersphere“. Razvijen je iz želje da se približimo virtualnom svijetu

holodeka (Star Trek). „Cybersphere“ je kao i „Virtusphere“ golema kugla u

kojoj se korisnik može kretati u svim smjerovima, razlika je jedino u tome što u

„Virtusphere“ moramo koristiti HMD-uređaj a „Cybersphere“ ima projektore

koji projiciraju sliku virtualnog svijeta na stijenke sfere.

Slika - „Cybersphere“

Izlazni uredaji

Vizualni uredaji

Najpoznatiji uređaj HMD (Head Mounted Display) je kaciga sa ugrađenim

zaslonima ispred svakog oka na kojima se vidi slika virtualnog svijeta,

slušalicama i davačem pozicije. Dvije su izvedbe HMD-a: sa potpunom

virtualnom stvarnosti (korisnik vidi samo sliku virtualnog svijeta) i sa

djelomičnom virtualnom stvarnosti (vidi se i slika virtualnog i pravog svijeta).

Postoje različite vrste HMD-a koje imaju široku primjenu (npr. nose ga piloti

prilikom noćne vožnje ili pri lociranju mete).

Slika - HMD-uređaj i datagloves

Među projekcijskim sustavima bitno je spomenuti „CAVE“ (špilja). To je

prostor veličine sobe kojoj su zidovi, strop i pod projekcije virtualnog svijeta.

Korisnik nosi stereo-naočale koje produbljuju sliku i stvaraju trodimenzionalni

efekt (LCD tehnologija s naizmjeničnim zatvaranjem lijevog i desnog stakla

sinkronizirano s pojavom lijeve i desne slike na ekranu monitora) i štapić,

poznatiji pod imenom „Wand“, pomoću kojeg se „kreću“ po trodimezionalnom

virtualnom svijetu.

Slika - CAVE sustav

Taktilni uredaji

Uređaj Cybertouch ima vibracijske stimulatore postavljenje na svakom prstu

(ima oblik rukavice koja se navlači) za prenošenje osjeta opipa tako da se

virtualni objekti mogu osjetiti. Neophodno je kada se želi koristiti ruke za

interakciju sa virtualnim svijetom.

Slika - Cybertouch

Pomične platforme često se koriste u industriji zabave – korisnici su zatvoreni u

vozilu na pomičnoj platformi u koje je integriran golemi ekran.

  Tablica - primjena sustava virtualne stvarnosti danas

Medicina

Edukacija (učenje anatomije, kirurških zahvata),

vizualizacije, telemedicina, mikrokirurgija bez

mikroskopa, računalom vođene biopsije pomoću

HMD-a, modeliranje i vizualizacija anatomskih

modela, planiranje kirurških procedura

Strojarstvo CAD/CAM sustavi za manipulaciju objekata,

sastavaljanje i rastavljanje te simulaciju (npr.

poznati programi kao što su AutoCad, Catia

itd.), mehanička ruka koja omogućuje prijenos

sile

Zabava Računalne igre, pomične platforme i projektori

Psihologijaliječenje strahova (kretanje po virtualnoj sceni

uz kontrolu i savjetovanje psihologa

VojskaSimulatori leta, HMD-i za potrebe pilota,

simulacija upravljanja tenkom (SIMNET)

Automobilska

industrija

Oblikovanje unutrašnjosti automobila,

ispitivanje funkcionalnosti, ergonomije i

izdržljivosti

Arhitektura

Dizajn, walk-through simulacije, korištenje već

spomenutih CAD programa u projektiranju za

lakši pregled konstrukcije građevinskih objekata

u virtualnom svijetu

Molekularne

manipulacije

Istraživanje i manipulacija nanometarskih

struktura (npr. virusi)

Terapija i

rehabilitacijaUvježbavanje hendikepiranih osoba, autizam

Slika - Vojnik s HMD uređajem (korištenje VR u vojne svrhe)

Virtualna stvarnost- je oblik računalne simulacije, u kojoj se

sudionik osjeća da se nalazi u umjetnom okruženju.

Već od razvoja prvih računala čovje je pokušavao stvoriti

virtualnu sliku svijeta.

Osnovna uloga koju ima virtualna stvarnost je pojednostavljena

upravljanja složenim procesom tako da virtualna stvarnost bude

na višoj razini od samog računala.

Čovjeku je prirodnije upravljati nekim procesom boraveći u

virtualnoj okolini nego da upravlja računalom.

Virtualni svijet može biti računalno oblikovan trodimenzionalni ili

arhitektonski model,znanstvena simulacija ili npr. Pogled u bazu

podataka.

Razvijeni su mnogi programskialati za dizajniranje virtualnih

svjetova koji nemoraju biti kopije realnog svijeta nego i likovi iz

mašte.

Sudionik može gledati kroz dva malena monitora po jedan za

svako oko.Senzori detektiraju kretanje glave ili položaj tijela, što

uzrokuje promjenu virtualnog promatranja položaja.

Sudionik može unositi podatke rukavicama

Rukavice su opremljene senzorima, koji omogućuju korisniku

podići ili pomaknuti virtualni objekti u simuliranoj okolini.

Uređaji za ostvarivanje virtualne stvarnosti

Uređaji za ostvarivanje virtualne stvarnosti mogu se po načinu

komunikacije sa računalom podijeliti na ulazne i izlazne.

Ulazni uređaji:senzori položaja i orijentacije

senzora sile i moment sile

senzori položaja tijela i ruku

3D miševi i prostorne kugle

davatelj pozicije oka

rukavica

mehanička ruka

kibernetičko odijelo

Izlazni uređaji:vizualni

zvučni

haptički

Stereo naočale

cyber dodir

uređaj za generiranje 3D zvuka

uređaj za generiranje mirisa i temperature

uređaj za generiranje sile

HMD

Ulazni uređaji:

Slika2.

3D miševi i prostorne kugle:

Služe za precizno kretanje i izmjenu virtualne scene

3D DIGITALNI DAVATELJ KORDINATA

Daje koordinate u stvarnom prostoru

DAVAČI ORIJENTACIJE

Daju informacije o orijentaciji,mogu biti elektromagnetski ,

mehanički , akustički i infracrveni .

Slika3.

RUKAVICA

Rukavica daje informacije o položaju čovjekove šake. Virtualno

prikazuje neku radnju koju čovjek programira.

Izlazni uređaji:

Slika4.

STEREO NAOČALE

Naočale sa LCD zaslonima koji prikazuju različite slike za lijevo

i desno oko što daje trodimenzijonalnost.

CYBER DODIR

Osim što daju informacije o položaju prstiju sve rukavice imaju

vibracijeske simulatore koji služe za prenošenje osjeta opipa

Slika5.

HMD

Kaciga sa ugrađenim zaslonima ispred svakog oka,

slušalicama, davateljem pozicije i orijentacije

Primjene virtualne stvarnosti

Virtualna stvarnost se najviše primjenjuje u sljedećim

područjima:

• Medicina

• Vojne primjene

• Obrazovanje

• Zabava

• Dizajn i razvoj

• Marketing

Medicina

♦ Psihologija: liječenje fobija, PTSP

♦ Kirurgija: obuka, planiranje

♦ Medicinska vizualizacija

♦ Telemedicina

Edukacija / Obuka

♦ Vozila (uključujući vojna, oružje)

♦ Situacijska obuka, uvježbavanje zadatka

Vatrogasci, anti-terorističke jedinice

♦ Održavanje nepristupačnih sustava

♦ Povijest – virtualna baština (virtual heritag

Zabava

♦ Zabavni parkovi

♦ Saloni igara

♦ Osobne igre

Dizajn i razvoj

♦ Virtualni prototip

♦ Arhitektura: prezentacije

Marketing

♦ Atrakcije na sajmovima, javnim prostorima

Proširena stvarnost

Proširena stvarnost (engl. Augmented Reality, AR) dodaje

elemente virtualnog okruženja u stvarni svijet tako da izgledaju

kao dio stvarnog svijeta. Time se korisnikovo viđenje svijeta

proširuje dodatnim informacijama koje su izravno ugrađene u

stvarni svijet.

Proširena stvarnost je relativno novo područje. Iako se osnovna

ideja javila još 20-ih godina XX. stoljeća, tek 90-ih godina se

počinje intenzivno raditi na njenom razvoju, te uglavnom još nije

zrela za široku uporabu. Ona pruža izravan pristup

informacijama tako da su one prikazane u samom vidokrugu

korisnika i isprepletene sa stvarnim svijetom. Time se

omogućuje brži, kvalitetniji i jednostavniji pristup informacijama.

Moguća područja primjene su:

• Medicina

• Proizvodnja i održavanje

• Arhitektura

• Robotika

• Vojne primjene

• Komercijalne primjene

• Zabava

Kada su u pitanju medicinske primjene, medicinske slike se

preklapaju s pacijentom, čime se dobiva vrsta virtualnog

rendgena u stvarnom vremenu. Dobiveni efekt je da liječnik vidi

organe pacijenta kao da je tijelo prozirno. Za sad nisu u širokoj

primjeni.

Kod proizvodnje i održavanja vizualne instrukcije se prikazuju

izravno na opremi/strojevima, te operater, umjesto da gleda

dokumentaciju, ima sve potrebne informacije u pravo vrijeme na

pravome mjestu.

Pomoću proširene stvarnosti vojni piloti mogu dobivati dodatne

informacije kao što su navođenje, prikaz ciljeva ili navođenje

projektila. Prikaz je ugrađen u kacigu ili u vjetrobran.

Cilj proširene stvarnosti je da korisniku pruži jednostavan i

intuitivan pristup podacima. Da bi se to ostvarilo, potrebne su

prilično složene tehnologije. Tri osnovna problema su:

miješanje slike, poravnanje i prikupljanje podataka. Miješanjem

slike omogućuje se istovremeni prikaz stvarne i virtualne slike.

Poravnanje osigurava da se virtualni predmeti točno poklapaju

s stvarnima.

Teleprisutnost

Sustav za teleprisutnost ili prividnu prisutnost (engl.

telepresence) ima za svrhu stvoriti dojam o fizičkoj prisutnosti

osobe na udaljenoj lokaciji. Takav dojam moguće je ostvariti

ako se računalom generiraju osjetilne informacije koje stvaraju

iluziju o prisutnost na lokaciji udaljenoj od fizičke lokacije.

Sustav za daljinsko djelovanje (engl. teleoperation) je specijalni

slučaj sustava za teleprisutnost gdje je uz dojam o prisutnosti

na udaljenoj lokaciji potrebno prenijeti i osjetilno-motorne

sposobnosti i sposobnosti rješavanja problema čovjeka na

udaljenu okolinu. Na taj način moguće je obavljati razne akcije

na udaljenim lokacijama gdje je čovjek ne može otići ili zbog

opasnosti ili zbog udaljenosti.

Virtualna okruženja

Da bi pojam virtualnog okruženja bio u potpunosti shvatljiv, potrebno

je najprije definirati virtualni predmet. Virtualni predmet je predmet

koji je definiran u memoriji računala na takav način da ga računalo

može na zaslonu prikazati korisniku uz mogućnost interakcije. Kako

bi grafičko predočenje bilo moguće, opis predmeta mora minimalno

sadržavati definiciju geometrije predmeta, te svojstva površinskog

materijala u odnosu na svjetlo (boja, sjaj, prozirnost).

Virtualno okruženje (VO) je virtualni predmet ili skup virtualnih

predmeta koji kod korisnika stvaraju predodžbu da se nalazi i kreće

unutar prostora u kojem se može orijentirati.

Sadržaj virtualnog okruženja ovisi o primjeni, a s obzirom na to da

virtualno okruženje nema fizičkih ograničenja poput gravitacije,

sadržaj je u principu ograničen jedino maštom kreatora.

Osnovni elementi simulacije virtualnog okruženja su vizualna

simulacija, odnosno prikaz virtualnog okruženja, te zvučna, haptička i

vizualna simulacija. Zvučna simulacija uključuje reprodukciju ili

generiranje zvukova u VO, a može uključivati i tehnike

trodimenzionalnog zvuka. Haptička simulacija uključuje simulaciju

dodira i/ili sile. U većini virtualnih okruženja ova simulacija nije

uključena, ali primjenom relativno složene i skupe opreme može se

postići da korisnik ne samo vidi, nego i "opipa" virtualni predmet.

Umrežena virtualna okruženja

Umrežena virtualna okruženja (UVO) (engl. Networked Virtual

Environments, NVE) su sustavi koji omogućuju da više fizički

udaljenih korisnika sudjeluje u zajedničkom virtualnom okruženju.

Svi korisnici pri tome vide jednako (sinkronizirano) okruženje, zato

što svako računalo ima lokalnu kopiju okruženja, i svaki se korisnik

na svom računalu može slobodno pomicati unutar virtualnog

okruženja i manipulirati predmetima u njemu. Sve su kopije okruženja

međusobno sinkronizirane putem mreže i sve promjene koje korisnik

napravi u nekoj lokalnoj kopiji okruženja šalju se porukama putem

mreže svim ostalim korisnicima. Pri tome korisnici vide jedni druge

jer su u okruženju prikazani grafički na mjestu s kojeg promatraju to

okruženja.

Moguće primjene sustava umreženih okruženja su u višekorisničkim

igrama na mreži (i to je dosad svakako najpopularnija primjena

tehnologije OVO), virtualnim zajednicama, u medicini – za daljinske

dijagnoze/analize, učenje na daljinu, virtualne konferencije i slično.

Virtual reality modeling language

Virtual reality modeling language (VRML) nastaje početkom 90-ih

godina. To je jezik za opis 3D scena s multimedijskim sadržajem.

VRML omogućuje predstavljanje 3D virtualnih svjetova na Internetu.

Izrastao je iz Silicon Graphics Open Inventor formata, i Silicon

Graphics je glavni sponzor jezika.

VRML je najvažniji standard za zapis 3D scena, ali u konkurenciji s

raznim drugim alatima nije još stekao naročito široku primjenu. Jedan

od uzroka je i to da WWW preglednici ne podržavaju ovaj format

standardno, nego je potrebno instalirati prilično velik plug-in, što koči

primjenu na WWW-u.

Nova generacija VRML-a zove se X3D – Extended 3D. On ima

proširene funkcije, a najvažnije novosti su uvođenje triju načina zapisa

(unicode, XML i binarni zapis) i mogućnost implementacije tzv.

laganog preglednika s osnovnim funkcijama, uz ostavljanje

mogućnosti proširenja naprednim funkcijama.