Реферат: Виртуальная реальность 2

--PAGE_BREAK--Метод фильтрации цвета


Эффект 3D достигается за счет того, что синий цвет, наблюдаемый через красный фильтр той же глубины цветности, невидим, а при просмотре через синий фильтр кажется черным, таким образом, разместив перед одним глазом синий, а перед другим красный фильтр, во время просмотра изображения, закодированного соответствующим образом, за счет светового преломления, можно создать иллюзию 3D. Такой метод очень неудобен, так как сильно утомляет глаза и нормальная цветопередача все же не обеспечивается.


Метод параллакса


Перед одним глазом помещается прозрачный, а перед другим практически черный фильтр. Эффект 3D проявляется только при наблюдении за движущимися объектами. В основе создаваемой иллюзии лежит различие во времени распознавания изображения каждым глазом через черный и прозрачный фильтры. Для статичных картинок этот метод не подходит.

Метод затвора ( " Волшебные очки " ).

Этот принцип состоит в формировании изображения поочередно для левого и правого глаза. Чтобы в нужный момент картинка попадала только на сетчатку соответствующего глаза, необходимо каким-то образом синхронизировать изображения с устройством " шторки ", закрывающей другой глаз. Для этой цели используется скоростная LCD — затворная линза, управляемая платой синхронизации, одна из главных трудностей на этом пути — невысокая частота вертикальной развертки мониторов. Лишь недавно был достигнут приемлемый уровень для одинарного изображения, при котором не устают глаза — около 100 Гц. Использование мониторов для 3D — изображения предъявляет особенно жесткие требования к развертке — от 150 до 300 Гц. Последнему значению удовлетворяют лишь самые дорогие модели. На таком принципе построены следующие модели устройств визуализации:

ОчкиCristal Eyes PC (Stereo Graphics corp.)

Очки3D Max

ОчкиCyberMaxx 3D (VictorMaxx Technologies inc.)

 С помощью этих моделей получается довольно отчетливое изображение с частотой 60 Гц (при частоте развертки монитора 120 Гц). Однако в результате значительного мигания изображения в таких устройствах глаза довольно быстро устают. Кроме того, с некоторыми (не самыми плохими) видео картами правильно настроить очки бывает непросто.


Метод раздельного формирования изображений


Принцип, на котором построены наиболее известные устройства виртуальная реальность — шлемы, состоит в построении изображения непосредственно на цветной LCD — матрице шлема или очков. Для разработчиков и производителей устройств, использующих такую схему, основная проблема — добиться высокого разрешения. Если современные мониторы легко работают с разрешением 1024х768 точек, то используемые LCD — матрицы едва достигают эквивалентного разрешения 200х300 точек. Для сглаживания изображения иногда применяются фильтры, но, как правило, они только размывают картинку. Кроме того, высокая стоимость LCD — матриц делает эти устройства более дорогими. Большое значение для комфортности применения имеет эргономичность конструкции ВР — шлемов. Возможность регулировать ремни, закрепляющие шлем на голове и сбалансированность веса самого шлема крайне важны для удобства при длительном пребывании в киберпространстве.

 Примером такой системы ВР, достаточно изощренной и к тому же с солидным программным обеспечением, может служить шлем VFX — 1, разработанный американской фирмой Forte Technologies, известный практически всем по разного рода рекламе. В качестве устройства отображения использовано бинокулярная оптическая система, ориентированная на стандарт VGA. Выбор направления взгляда во время игры выполняется поворотом головы в нужную сторону. Шлем оснащен стерео — наушниками, кроме того, фирма Forte снабдила его новым устройством управления движениями Cyber Puck, внешне очень похожем на хоккейную шайбу. Наклоняя Cyber Puck вперед или назад, игрок перемещается в соответствующем направлении. Чтобы сделать поворот, устройство нужно наклонить вправо или влево. Предполагается, что его работа должна быть согласована с работой оптической системы так, чтобы усиливалось впечатление реального присутствия в игровой среде. Разрешение шлема составляет 239x230.

Данное устройство выгодно отличается от многих ему подобных по целому ряду особенностей. Одна из них — наличие специально разработанной спецификации Access Bus — канала, при помощи которого можно подключить к компьютеру не только шлем, но и массу других атрибутов виртуальной реальности, таких как передатчики, датчики изгиба и пр. С помощью этого канала возможно, используя специальные РС — карты, соединять до 100 ВР- систем. Скорость передачи данных в канале — 100 Кбит/с.

Основным недостатком шлема VFX1 является невероятно сложное конфигурирование под те игры, которые он поддерживает, и когда это удается, результаты оставляют желать лучшего.

Другой пример удачного сочетания довольно высокого качества и разумной цены — шлем I — glasses фирмы Virtual I/O. Этот шлем способен воспроизводить объемные цветные трехмерные изображения и стереозвук. У него существует специальная система слежения: если пользователь поворачивает голову вправо, влево, вверх, вниз или даже просто наклоняет ее вбок, изображение " виртуального мира " синхронно изменяется.

        Шлем имеет два режима: режим " полного погружения " и " полупрозрачный " режим, который позволяет делать изображение полупрозрачным и работать, глядя сквозь него. Оба эти режима могут поддерживать разрешение 640х480 точек при 16 цветах и 320х200 при 256. Дисплеи шлема проецируют изображение таким образом, что у пользователя создается впечатление, как будто он смотрит на 80-дюймовый экран, расположенный примерно в трех метрах от него. Этого эффекта удалось добиться за счет того, что линзы в этой модели находятся на большом расстоянии от глаз, поэтому при прочих равных условиях значительно снижается утомляемость и нагрузка на них. Входной сигнал для данного устройства должен быть в стандарте NTSC, поэтому для подключения к компьютеру используется конвертор SVGA — NTSC. С другой стороны, использование этого стандарта позволяет без проблем просматривать видеофильмы.

Серьезным недостатком этой системы является низкая скорость реакции системы слежения за перемещение головы. Это происходит за счет низкой частоты отсчетов перемещения (250 отсчетов в секунду в отличие от VFX1 — сто отсчетов в секунду), и то, что датчик слежения расположен в задней части шлема (у VFX1 он расположен в центре шлема).

Большое значение для создания эффектной иллюзии нахождения в виртуальном пространстве имеет звуковое сопровождение. Современный уровень развития звукового компьютерного сопровождения позволяет говорить, что все необходимое для систем виртуальной реальности уже существует. Музыка формируется с помощью wave-table — синтеза, различные звуковые эффекты, раньше встречавшиеся только в профессиональной аппаратуре, постепенно становятся обязательным атрибутом компьютерных звуковых плат. Например, многие звуковые карты уже используют систему 3D— звука, которая отличается от обычного стерео — звучания тем, что звук обретает такую характеристику, как глубина.

В большинстве систем визуализации 3D — изображений предусмотрена возможность подключения уже имеющейся звуковой карты.


    продолжение
--PAGE_BREAK--Детекторы перемещения и манипуляторы


Детекторы перемещения — это устройства, позволяющие отслеживать изменения положения пользователя и увязывать его с изображением на мониторе. Кроме того, существуют различные устройства — перчатки и датчики, — фиксирующие все действия пользователя. Однако эти устройства не получили широкого распространения из-за довольно высокой цены — от сотен до нескольких десятков тысяч долларов. Все детекторы нуждаются в значительно более мощной вычислительной технике, и их применение оправдано только в случае использования всего комплекса средств 3D.

Манипуляторы бывают двух типов — с тремя или с шестью степенями свободы. Из устройств, имеющих три степени свободы хотелось бы отметить такие устройства, как мышь CyberMen 3D и штурвал управления самолетом Flight Control System.
Безусловно, основным достоинством виртуальной реальности является возможность создания абсолютно любого мира, в котором можно свободно перемещаться, общаться и даже получать какие-нибудь ощущения. Уже сейчас ведутся разработки систем виртуальной реальности для использования в промышленности. Промышленные системы виртуальной реальности основаны на тех же компонентах, что применяются и в индустрии развлечений, но с повышенными требованиями к деталям, скорости и количеству. К тому же они дополнены такими периферийными устройствами, как сенсорные перчатки, позволяющие как бы касаться объектов, встречающихся в виртуальном пространстве, манипулировать ими и брать в руки. Иногда применяются еще и специальные жилеты, вызывающие ощущения непосредственно в теле пользователя при его взаимодействии с объектами киберпространства. С помощью довольно сложного программного обеспечения пользователь может спроектировать новый дом и затем прогуляться внутри, чтобы убедиться, что все лестницы, мебель и оборудование на месте и расположены именно так, как ему нравится. Заметив непорядок, можно прямо здесь, в виртуальном пространстве переставить все по своему усмотрению. Или, спроектировав новый автомобиль, забраться в виртуальную кабину, покрутить руль и понажимать на педали, проверяя в деле свой проект. Сразу же внося усовершенствования в модель, вы достигните максимального комфорта в будущем автомобиле. К собственному удовольствию можно будет создать свой мир и не выходя из дома, оказаться на берегу теплого моря, да не в одиночку, а с сетевым приятелем. Воздействуя на наши нервные окончания, электрические импульсы способны вызывать определенные ощущения: снимать или усиливать боль, создавать иллюзию движения, давления и т. п. Свойства виртуальной реальности в будущем вполне могут быть использованы для тренировки наших умственных способностей. Совершенные системы виртуальной реальности смогут благодаря специальным датчикам и симуляторам, вмонтированным в шлем и костюмы виртуальной реальности, управлять нашими ощущениями, и эти ощущения, дополнены высокохудожественной стереоскопической графикой, создадут совершенную иллюзию мира, в который захочется попасть. Перспективы применения виртуальной реальности безграничны: например, можно создать увеличенную модель атома, чтобы посмотреть, как он выглядит в действительности, можно, с помощью виртуальной реальности делать работу, по каким — либо причинам опасную для человека — всю работу человек будет выполнять в виртуальной реальности, а его движения будут дублироваться роботом, который находится в реальных условиях. Можно привести еще множество примеров применения виртуальной реальности. Hо все ли идет так гладко, как хотелось бы ?

Во-первых, до сих пор еще не удалось создать дешевую и эффективную систему для использования виртуальной реальности. Все системы, позволяющие создать хоть какое то подобие виртуальной реальности, которые включают в себя сенсорные перчатки или даже целые костюмы для путешествия по виртуальному миру, стоят слишком дорого. Кроме технических недостатков, есть и другие факторы, влияющие на распространение систем виртуальной реальности. Так, до сих пор не ясно, какое влияние оказывают эти системы на здоровье — в частности, на зрение. Дело в том, что глазные мышцы не способны длительное время находится в напряжении. Тем не менее, именно это и происходит во время сеанса виртуальной реальности. В противном случае глаза быстро устают, глазные мышцы ослабляются, в результате чего происходит быстрое ухудшение зрения. Однако чаще всего противниками виртуальной реальности высказываются опасения на счет психического здоровья при применении систем виртуальной реальности. Дело в том, что человеческая психика больше всего подвержена влиянию, когда человек на чем то сосредоточен, что и происходит во время сеанса виртуальной реальности. Человек, сидящий за новой трехмерной игрушкой, погруженный в экран и слышащий звуки только своего Sound Blaster'а, является идеальным объектом для психогенного воздействия. В таком состоянии на человека можно воздействовать любыми методами — в том числе с помощью световых и звуковых комбинаций. 10 января 1995 года газета " USA TODAY " ( " США Сегодня " ) опубликовала рекламу Learning Machine, которая представляет из себя качественный CD-плеер, преобразователь, очки виртуальной реальности с наушниками и набор лазерных дисков. В тексте рекламы было сказано: " Подключите свое сознание к Learning Machine для повышения ментальной энергии, для программирования вашего сознания на успех и для запуска фантазий виртуальной реальности ". Не правда ли, что некоторые слова в этой рекламе настораживают? Если возможно программирование сознания человека, то почему нельзя сделать из него зомби — биологического робота? С одной стороны, такие мысли могут показаться чистой фантастикой, однако можно на уже существующих примерах сект увидеть, как легко человек подвергается чужому влиянию. А если принять во внимание то, что через виртуальную реальность можно воздействовать на человека на много глубже, чем обычными способами, и то, что виртуальной реальностью больше всего увлекаются дети и подростки?

В журнале " Изобретатель и рационализатор " №11-12 за 1992 год была опубликована заметка " Филат двойного действия " следующего содержания:

 " Врач психиатр из Луганска, совладелец малого предприятия " Торсидо " Алексей Качура — один из изобретателей импульсных очков " Торсидо ". Идея — принцип раздельного неспецифического воздействия на правое и левое полушария головного мозга, отвечающие за различные психические функции. В отличае от оптико-механических очков ( " Изобретатель и рационализатор " №7-8 за <metricconverter productid=«1992 г» w:st=«on»>1992 г.) в электронных подбор цветовых сочетаний упрощается: светофильтры заменяются окрашенными цветодиодами, управляемыми с пульта. К цветовому воздействию добавляется частное (в диапазоне естественных ритмов головного мозга). Использование электроники увеличивает число побеждаемых очками заболеваний. Метод может применяться, в частности, для оптимизации психоэмоциональных состояний, снятия утомления и стрессов, укрепление половой функции, эффективен также в качестве профилактики. Процедура длится 3 — 7 минут, эффект наступает через 3 — 4 часа, пик — через сутки и держится 3 — 4 дня. В отличае от медикаментозного лечения очки " Филат " не дают побочных эффектов и аллергии. Точность дозировки обеспечивает фирменный микропроцессор " Торсидо ", входящий в комплект. "

С одной стороны, все вроде бы хорошо — почти панацея от всех болезней. Но, если задуматься, то может прийти мысль — ведь если можно лечить болезни, то, варьируя цветовую гамму, используя различные виды модуляций, можно достигнуть обратного эффекта — вызвать стресс, усталость, депрессию, и все, что угодно. Длительность процедуры будет той же, эффект наступит через 3 — 4 часа, а окончательно плохо станет уже через сутки, и никто не узнает, отчего. К тому же, никто не может сказать точно, что может получится, например, в результате короткого замыкания, повышения напряжения в сети или зависания системы !

Сегодня компьютеры — уже не просто вычислительные средства. Они могут предложить нам новый мир, создав иллюзию, причем совершенную, всего, что мы знаем, касаемся и ощущаем. Волнующие слова " виртуальная реальность ", вне всякого сомнения, символизируют появление нового стандарта компьютеров на рубеже XXI века. Конечная цель ВР — дать нам возможность чувствовать, видеть, работать и жить внутри мира, являющегося ни чем иным как совершенной имитацией. Пока что тренажеры для летчиков, возможно, лучший пример " серьезного " применения систем ВР, но это лишь намек на то, что будут представлять собой системы ВР в будущем.

Мнимая реальность может стать наркотиком XXвека. Наркотиком, который поработит людей быстрее, чем все доныне известные, ведь мир, представленный виртуальной реальностью, намного привлекательнее того, что в действительности окружает нас.

Вокруг систем виртуальной реальности предстоит еще много споров. И необходимо прежде взвесить все " за " и " против ", прежде чем принять окончательное решение, применять такие системы на практике или нет. А тем временем люди самых разных возрастов играют в игры с помощью шлемов виртуальной реальности. Быть может, через несколько лет все общение будет осуществляться в виртуальном мире, и не надо будет трястись в автобусе, чтобы съездить к другу в гости — необходимо будет лишь надеть шлем или костюм и погрузиться в виртуальный мир. И кто знает, хорошо это или плохо.

--PAGE_BREAK--Устройства виртуальной реальности
Так как конец света переносится на неопределенный срок, нам остается наслаждаться плодами технического прогресса. Интерактивное управление и системы виртуальной реальности, эмуляции стереовидения и пространственного звука, беспроводные системы и сети — все это позволяет нам окунуться в новый мир XXI века.
         Компьютер учит, развлекает, для многих является рабочим инструментом и т.п. Если он еще будет изредка давать пищу и питье для homo sapience с осоловевшими глазами и обмякшим мозгом — то альянс получится вечным!


Виртуальная реальность в действии
Первым участником нашего обзора будет целая система Xtreme Sports.


<img width=«239» height=«321» src=«ref-2_308266594-23936.coolpic» v:shapes="_x0000_i1026">

На самом деле для того, чтобы превосходно освоить скейтборд можно стоять на месте. Xtreme является системой, включающей 3D звук и эмуляцию стереовидения. Все это встроено в VR-шлем с наушниками. Плюс к этому в системе предусмотрен 22-дюймовый монитор для отображения происходящих действий.
        Несколько лет назад можно было встретить анонсы подобных симуляторов, в которых реализовывались практически все экстремальные виды спорта, включая фристайл и гонки под парусом. Интересными, кстати были идеи создания внешнего реализма — вентиляторы, с модулем управления скорости ветра, брызги и т.п.

Для солидных людей есть другой симулятор CMP-2100GF Golf Simulator.


<img width=«223» height=«308» src=«ref-2_308290530-20912.coolpic» v:shapes="_x0000_i1027">

В принципе, мы имеем тоже самое, что и в предыдущем варианте, но без VR-шлема. Зато вместо клюшки предусмотрено специальное устройство, напичканное сенсорами. Сама программа позволяет обеспечить игру для одного или нескольких игроков (до восьми) с разными уровнями сложности от начинающего до профессионала. Плюс к этому вокруг вас будут петь птицы, а комментатор реагировать на каждый из ударов.

CMP-2100SR Racing Simulator — один из самых дорогих вариантов .


<img width=«238» height=«308» src=«ref-2_308311442-20180.coolpic» v:shapes="_x0000_i1028">

В принципе, вы получаете полный набор — мощный компьютер, 21-дюймовый монитор, очки 3D Visor с наушниками, руль педали, удобное кресло и 100-ваттный усилитель под… э-э… креслом. Игрыстандартны— Colin McRae Rally 2, Need for Speed III иSega Rally.  

Полноценный симулятор виртуальной реальности CMP-2100 Virtual Reality Simulator обрудован VR-шлемом с датчиками положения головы.


<img width=«212» height=«323» src=«ref-2_308331622-18792.coolpic» v:shapes="_x0000_i1029">

Модель достаточно схожа по возможностям с CMP-2100SR Racing Simulator, только предназначена для другого типа игр — Return to Castle Wolfenstein, Aliens VS Predator 2 и Red Faction.
Современные контроллеры и манипуляторы

<img width=«364» height=«271» src=«ref-2_308350414-20993.coolpic» v:shapes="_x0000_i1030">

Начнем с обыкновенной мыши. Но в виртуальной реальности мыши не могут быть обыкновенными, а бывают только 3D. Эта модель позволяет производить манипуляции в трехмерном (трехосевом) пространстве. За основу модели взята система передатчик-приемник.

Передатчик включает три небольших громкоговорителя, излучающих ультразвук. Приемник, соответственно, включает три миниатюрных микрофона, улавливающих эти сигналы. По результатам анализа полученных данных вычисляется трехмерное значение положения 3D-мыши. Данное устройство предназначено не только для развлечений и может помочь в анимации, медицине, науке, CAD- проектировании, трехмерном моделировании и т.п. Соответственно, предназначено оно для РС и SGI.


<img width=«350» height=«322» src=«ref-2_308371407-18468.coolpic» v:shapes="_x0000_i1031">

Оружие для сражений в виртуальных мирах является беспроводным и подключается путем реализации радиосвязи через USB-порт компьютера. Радиус действия получается порядка <metricconverter productid=«50 футов» w:st=«on»>50 футов. В устройстве предусмотрены три кнопки, при этом его можно использовать для любой игры на РС. Разработчиками рекомендовано использовать VR-шлем вместо монитора.


<img width=«319» height=«217» src=«ref-2_308389875-32045.coolpic» v:shapes="_x0000_i1032">


<img width=«200» height=«187» src=«ref-2_308421920-5498.coolpic» v:shapes="_x0000_i1033">

Спейсболы — это новое слово в развитии современных манипуляторов. По оценкам специалистов они делают эффективнее работу по 3D-моделированию примерно на 30%. И, кстати, сейчас мы говорим о новой модели SpaceBall 5000, которой предшествовала SpaceBall 4000 FLX, ставшая очень популярной в среде дизайнеров. Так в чем же преимущество спейсболов?

Сама идея достаточно проста — двуручный метод работы. То есть одной рукой мы пользуемся обыкновенной мышью, а другой — спейсболом. Последний может выполнять огромное количество необходимых при работе функций, а именно, масштабированием, вращением 3D-моделей. В общем в SpaceBall 5000 предусмотрено еще 12 программируемых кнопок, за каждой из которой можно закреплять свои функции. Двуручная система работы с манипуляторами уже успешно опробована на более чем 100 программных продуктах, в т.ч. Microsoft Office 2000 & XP.


<img width=«220» height=«152» src=«ref-2_308427418-5382.coolpic» v:shapes="_x0000_i1034">

Как промежуточный вариант можно указать Space Mouse. По сути это «продвинутая» мышь с 11-ю программируемыми кнопками. Она может работать как основное и как вспомогательное устройство.


<img width=«217» height=«165» src=«ref-2_308432800-4600.coolpic» v:shapes="_x0000_i1035">

CadMan — это вообще новое поколение манипуляторов, использующихся в 3D-моделировании. Ключевым моментом данной технологии стоит выделить чувствительный элемент на крышке, который реагирует на силу нажатия, угол наклона и так далее. Таким образом вы можете управлять углом и скоростью вращения модели. Помимо этого, в устройстве предусмотрено 4 программируемых кнопки.


<img width=«175» height=«265» src=«ref-2_308437400-11811.coolpic» v:shapes="_x0000_i1036">

Помимо этого, компания Virtual Realities Inc. предлагает множество других вариантов контроллеров и манипуляторов.
    продолжение
--PAGE_BREAK--