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.