Версія за 11:21, 21 січня 2020

Тема статті

Штучний інтилект. Віртуальна реальність

Опис проблеми

Останні кілька десятиліть ми спостерігаємо за тим, як одні технології замінюють інші, намагаючись прорватися на споживчий ринок. Купуючи черговий новий смартфон або літаючий дрон, зовсім нескладно НЕ вгледіти за тим, як швидко відбуваються ці зміни. Взяти хоча б телевізор - один із самих звичайних прикладів споживчої електроніки, що стала популярною близько 70 років тому. Точно також деякі технології, які здаються сьогодні фантастичними, наші діти (а якщо не діти, то внуки і правнуки), безсумнівно, будуть сприймати як звичайні і, можливо, навіть застарілі речі. Але які саме зміни нас очікують - це предмет швидше особистих припущень. Зрозуміло лише одне: нові технології можуть стати дійсно масовими тільки в тому випадку, якщо будуть здатні залучити такий же рівень інтересу, який свого часу привернув той же телевізор. Адже тільки тоді вони зможуть по-справжньому впливати на наші життя. Багато з того, що зараз звичайні речі, ще кілька десятиліть тому розглядалися виключно в реаліях наукової фантастики.

'Віртуальна реальність' (ВР, virtual reality, VR, штучна реальність) - створений технічними засобами світ, який передається людині через її відчуття: зір, слух, дотик і інші. Віртуальна реальність імітує як вплив, так і реакції на вплив. Для створення переконливого комплексу відчуттів реальності комп'ютерний синтез властивостей і реакцій віртуальної реальності проводиться у реальному часі.

Не слід плутати віртуальну реальність із доповненою. Їх принципова відмінність у тому, що віртуальна конструює новий штучний світ, а доповнена реальність лише вносить окремі штучні елементи в сприйняття світу реального.

Системами віртуальної реальності називаються пристрої, які більш повно, в порівнянні зі звичайними комп'ютерними системами, імітують взаємодію з віртуальним середовищем шляхом впливу на усі п'ять наявних у людини органи чуття.

Таких систем у повному обсязі поки що не існує, але при створенні віртуальної реальності розробники намагаються домогтися, щоб вона була:

правдоподібною - підтримувала у користувача відчуття реальності того, що відбувається інтерактивною - забезпечувала взаємодію із середовищем доступною для вивчення - надавала можливість досліджувати великий, деталізований світ що створює ефект присутності - залучала у процес як мозок, так і тіло користувача, впливаючи на максимально можливе число органів чуттів Очевидно, досягнення цих цілей можливо лише за використання високопродуктивного апаратно-програмного забезпечення.

Типи віртуальної реальності

На даному етапі розвитку технологій VR серед них можна виділити наступні типи.

Технології VR з ефектом повного занурення, що забезпечують правдоподібну симуляцію віртуального світу з високим ступенем деталізації. Для їх реалізації необхідний високопродуктивний комп'ютер, здатний розпізнавати дії користувача і реагувати на них в режимі реального часу, і спеціальне обладнання, що забезпечує ефект занурення.

Технології VR без занурення. До них відносяться симуляції із зображенням, звуком і контролерами, що транслюються на екран, бажано широкоформатний. Такі системи зараховують до віртуальної реальності, оскільки за ступенем впливу на глядача вони набагато перевершують інші засобів мультимедіа, хоча і не реалізують повною мірою вимоги, що пред'являються до VR.

Технології VR зі спільною інфраструктурою. До них можна віднести Second Life - тривимірний віртуальний світ з елементами соціальної мережі, який налічує понад мільйон активних користувачів, гру Minecraft і інші. Такі світи не забезпечують повного занурення (втім, у Minecraft вже існує версія для віртуальної реальності, що підтримує шоломи Oculus Rift і Gear VR). Але у віртуальних світах добре організована взаємодія з іншими користувачами, чого часто не вистачає у продуктів «справжньої» віртуальної реальності.

Віртуальні світи використовуються не тільки в ігровій індустрії: завдяки таким платформ, як 3D Immersive Collaboration можна організовувати робочі та навчальні 3D-простору - це називається «спільна робота з ефектом присутності». Забезпечення повного занурення і, одночасно, взаємодії користувачів в віртуальності є одним з важливих напрямків розвитку VR.

VR на базі інтернет-технологій. До них відноситься перш за все мова Virtual Reality Markup Language, аналогічний HTML. Зараз ця технологія вважається застарілою, але, не виключено, в майбутньому віртуальна реальність буде створюватися в тому числі - з використанням інтернет-технологій.

Як працює технологія VR

Найпоширенішим засобом занурення у віртуальну реальність є спеціальні шоломи/окуляри. На розташований перед очима користувача дисплей виводиться відео в форматі 3D. Прикріплені до корпусу гіроскоп і акселерометр відстежують повороти голови і передають дані в обчислювальну систему, яка змінює зображення на дисплеї в залежності від показань датчиків. У результаті користувач має можливість «озирнутися» всередині віртуальної реальності і відчути себе в ній, як у реальному світі.

Для більш реалістичного занурення у світ віртуальної реальності крім датчиків, які відстежують положення голови, в пристроях VR можуть застосовуватися трекінгові системи, які відстежують руху зіниць очей і дозволяють визначити, куди людина дивиться в кожен момент часу, а також відстежують рухи тіла людини з метою повторення їх у віртуальному світі. Таке відстеження може здійснюватися за допомогою спеціальних датчиків або відеокамери.

Для взаємодії з віртуальною реальністю традиційних 2D-контролерів (миша, джойстик і ін.) Вже недостатньо, тому їх замінюють 3D-контролерами (маніпуляторами, що дозволяють працювати в тривимірному просторі).

Пристрої зі зворотним зв'язком призначені для того, щоб користувач міг ще повніше відчути все те, що відбувається у віртуальному світі. В якості таких пристроїв можуть використовуватися вібруючі джойстики, що обертаються крісла і т.д.

Пристрої і компоненти VR

Вважається, що 80% інформації людина отримує через зір. Тому розробники систем ВР приділяють величезну увагу саме пристроям, що забезпечує формування зображень. Як правило, їх доповнюють пристроями стереозображення, ведуться роботи по тактильним впливам і навіть імітації запахів. Про вплив на смакові рецептори поки не повідомляється.

Зображення

Шолом віртуальної реальності

Сучасні шоломи віртуальної реальності (HMD-display, head-mounted display, відеошлем) містять один або кілька дисплеїв, на які виводяться зображення для лівого і правого ока, систему лінз для коригування геометрії зображення, а також систему трекінгу, що відстежує орієнтацію пристрою в просторі. За зовнішнім виглядом вони тепер схожі на окуляри, тому їх все частіше називають VR headsets (ВР-гарнітури) або просто окуляри віртуальної реальності. Їх можна розділити на три групи:

1. Окуляри, в яких обробку і виведення зображення забезпечує смартфон (Android, iPhone, Windows Phone). Сучасний смартфон - високопродуктивне пристрій, здатний самостійно обробляти тривимірні зображення. Дисплеї смартфонів мають досить високою роздільною здатністю. Практично кожен смартфон забезпечений датчиками, що дозволяють визначати положення пристрою в просторі.

2. Окуляри, в яких обробку зображення забезпечує зовнішній пристрій (ПК, Xbox, PlayStation і т.п.). Зовнішнє пристрій повинен бути високопродуктивним, а окуляри забезпечені датчиками положення.

3. Автономні окуляри віртуальної реальності (Lenovo Mirage Solo, спільно з Google, Oculus Quest від Facebook, Samsung Gear VR і ін.) Шоломи є основним компонентом VR з повним зануренням, оскільки не тільки забезпечують об'ємне зображення і стереозвук, але ще і частково ізолюють користувача від навколишньої реальності.

MotionParallax3D-дисплеї

Такі дисплеї задіють властивий людині механізм сприйняття обсягу - паралакс (motion parallax). Для цього в кожен момент часу для глядача, виходячи з його положення щодо екрану, генерується відповідна проекція тривимірного об'єкту. Переміщаючись навколо сцени, користувач може оглянути її з усіх боків, при цьому всі об'єкти сцени будуть переміщатися одна відносно іншої. Явище параллакса багаторазово підсилює сприйняття обсягу. На відміну від 3D-кінематографа і 3D-TV, які використовують лише бінокулярний зір, технологія MotionParallax3D дозволяє користувачеві розглянути 3D-сцену з усіх боків, як якщо б все її об'єкти були реальні. Зсув глядача щодо екрану, що порушує ефект обсягу в 3D-кіно, в системі MotionParallax3D ефект тільки підсилює. Система, що використовує механізм параллакса, повинна вловлювати найдрібніші рухи голови користувача і відстежувати їх з високою швидкістю і точністю, щоб мозок не фіксував спотворення геометрії об'єктів, викликані запізненням зміни картинки. Затримка повинна складати не більше 20 мс, для інтерактивних ігор - не більше 11 мс. Ці пристрої забезпечують, як правило, неповне занурення, оскільки відтворюються на дисплеях і не ізолюють користувача від навколишнього середовища. Виняток - кімнати віртуальної реальності (CAVE, cave automatic virtual environment). У таких кімнатах на кожну стіну проектується стереоскопічне зображення, розраховане для конкретної точки, в якій і знаходиться користувач. У підсумку таке зображення оточує людину з усіх боків, занурює його в себе. Деякі експерти вважають, що VR-кімнати набагато краще VR-шоломів: забезпечують більш високу роздільну здатність, немає необхідності надягати на голову громіздкий пристрій, в якому деяких навіть заколисує, і самоідентифікація відбувається простіше завдяки тому, що користувач має можливість постійно бачити себе.

Звук

Багатоканальна акустична система дозволяє виробляти локалізацію джерела звуку, завдяки чому користувач може орієнтуватися в віртуальному світі за допомогою слуху.

Тактильні та інші відчуття

Рукавички віртуальної реальності (інформаційні рукавички, datagloves)

Такі рукавички мають датчики, що дозволяють відслідковувати рух зап'ясть і пальців рук. Технічно це може бути реалізовано різними методами: з використанням оптоволоконних кабелів, тензометричних або п'єзоелектричних датчиків, а також електромеханічних пристроїв (таких як потенціометри). Наприклад, вчені з компаній EPFL і ETH Zurich розробили ультралегкі рукавички (вагою менше 8 грамів на кожен палець і товщиною всього лише 2 мм). Вони забезпечують «надзвичайно реалістичну тактильну зворотний зв'язок і можуть бути запитані від акумуляторів, завдяки чому забезпечується безпрецедентна свобода руху».

Костюм віртуальної реальності

Цей костюм повинен відслідковувати зміну положення всього тіла користувача і передавати тактильні, температурні і вібраційні відчуття, а в комбінації з шоломом - зорові і слухові.

Запахи і смакові відчуття

Роботи з синтезу запахів ведуться вже не один рік, але до широкого використання отриманих результатів ще далеко. Про які-небудь значущі досягнення в області передачі смакових відчуттів говорити поки не доводиться.

Пристрої управління

Для взаємодії з віртуальним середовищем використовуються спеціальні джойстики (геймпади, wands), що містять вбудовані датчики положення і руху, а також кнопки і колеса прокрутки, як у миші. Зараз такі джойстики все частіше роблять беспровідними. У якості пристроїв управління можуть також використовуватися згадані вище інформаційні рукавички і костюми віртуальної реальності.

Проблеми уніфікації

Як це зазвичай буває при впровадженні нових технологій, кожен з великих постачальників, який вийшов на багатогранний ринок, прагне просувати саме свою продукцію, поширювати свої технічні рішення. Відповідно, провідні компанії, випустивши VR-гарнітури, розробляють або замовляють "контент" саме для них. Рушійною силою ринку VR на даний момент є віртуальні ігри, в першу чергу, в розрахунку на геймерів, і були випущені гарнітури Oculus Rift, Samsung Gear VR, HTC Vive, PlayStation VR і інші.

Ігри та інший контент, розроблені для однієї гарнітури, що не відтворюються на інший. Ігромани чекають не дочекаються, коли буде налагоджено портирование ігор між гарнітурами різних розробників. Промисловці, рекламісти та представники багатьох інших галузей швидше впроваджували б VR, знаючи, що дороге устаткування не доведеться змінювати через те, що нове, вкрай привабливе ПЗ було розроблено для інших окулярів-рукавичок-костюмів віртуальної реальності.

Постачальники VR прекрасно розуміють, що добре налагоджену співпрацю між ними здатне вивести віртуальну реальність на якісно новий рівень. Тому ще в грудні 2016 року було створено Глобальна асоціація віртуальної реальності (GVRA) - некомерційна організація виробників шоломів віртуальної реальності (VR), покликана об'єднати зусилля компаній у розвитку цього напрямку. В її створенні взяли участь компанії Acer Starbreeze, Google, HTC VIVE, Oculus, Samsung і Sony Interactive Entertainment.

Згідно з даними сайту GVRA, головне завдання асоціації - сприяти глобальному зростанню і розвитку індустрії VR. Планується створення робочих груп для проведення досліджень і вироблення рекомендацій, що стосуються найбільш важливих для галузі тем. У кінцевому підсумку, ці групи будуть розробляти кращі практики і відкрито ділитися ними.

Однак станом на жовтень 2018 тобто через майже два роки після створення GVRA, єдиним матеріалом, що ще на сайті асоціації, став звіт «Дослідження віртуальної реальності і її потенціал для Європи», що охоплює період з 2016 по 2017. Мабуть, досягнення глобальних домовленостей між великими компаніями - завдання не менш складна, ніж розробка власне технологій VR.

Втім, зусилля по уніфікації обладнання тривають. Так, 17-го липня 2017 компанії NVIDIA, Oculus, Valve, AMD і Microsoft представили специфікацію VirtualLink ™ - відкритий галузевий стандарт, який дозволить гарнітурам VR наступного покоління підключатися до ПК і інших пристроїв з використанням лише одного високошвидкісного USB-кабелю Type-C (замість декількох шнурів і роз'ємів, що застосовуються в даний час).

Відзначається, що VirtualLink спеціально створений для VR. Він забезпечує оптимальну латентність і смугу пропускання, дозволяючи виробникам шоломів і ПК створювати віртуальну реальність нового покоління.

Звичайно ж, завдання уніфікації той чи інший спосіб все одно будуть вирішені, як це вже відбувалося з іншими технологіями, головне - щоб це відбулося в найближчі роки.

Віртуальна реальність у промисловості

Приклади різноманітного застосування технологій VR в промисловості наведені в статті «Віртуальна реальність (VR): кращі практики».

Фінансові перспективи

Ставлення до віртуальної реальності в інвесторів неоднозначне. З одного боку, VR-шолом можна купити в будь-якому магазині електроніки. Тільки компанія Sony з кінця 2016 продала більше 1,5 млн. Гарнітур PlayStation VR для своєї консолі. Тисячі компаній створюють відповідний контент. Однак з висновком технології VR на комерційний ринок розробники першої хвилі, мабуть, поквапилися. У результаті користувачі не лише не отримали обіцяного ефекту повного занурення, але й, зіткнувшись з недосконалістю технології, розчарувалися. Масове поширення VR/AR стримують, по-перше, низька якість VR-контенту, по-друге, розрізненість платформ і відсутність єдиних стандартів при його створенні, по-третє, відсутність чіткої системи дистрибуції, єдиного майданчика, де були б зібрані відповідні продукти.

Відповідно поводиться і ринок. У першому кварталі 2018 р світові поставки гарнітур віртуальної реальності виросли на 16% в річному порівнянні, повідомляють експерти з Canalys. Але в другій календарної чверті цього року, за оцінками IDC, постачання скоротилися на 33,7%. Втім, аналітики впевнені, що ситуація, що склалася має тимчасовий характер. Поява нових продуктів, перш за все Oculus Go і HTC Vive Pro, а також нових брендів, повинні повернути ринок у позитивне русло.

Аналітики компаній Gartner і IDC стверджують, що VR/AR наближаються до стадії технологічної зрілості. Тобто дуже скоро віртуальна реальність стане частиною повсякденного життя. Технологічно все готово до її масового використанню

Блог до проекту

Блог: Штучний інтилект

Мультимедійна презентація

Штучний інтилект

Календар подій проекту:

• 31.09.2019 - Створення теми проекту та опису проблеми.

• 01.10.2019 - Створення презинтації до проекту

• 05.10.2019 - Редагування презинтації до проекту

• 06.10.2019 - Створення фотоальбому до проекту

• 07.10.2019 - Створення блогу до проекту. Створення опитування до проекту.

Опитування до проекту

Штучний інтилект. Віртуальна реальність

Фотоальбом до проекту

Штучний інтилект

Спілкування між учасниками проекту

• Спільнота на базі соціальних мереж
• Skype
• Telegram
• Viber
• Wiki-сторінка
• Сайт
• .....

Інформаційні ресурси

Друковані джерела

1. ...
2. ...
3. ...

Відеоматеріали

1. ...
2. ...
3. ...

Електронні ресурси

1. ...
2. ...
3. ...

Центральноукраїнський державний педагогічний університет імені Володимира Винниченка