Технологии виртуальной реальности развиваются очень быстро. Сейчас уже никого не удивишь видеоочками или VR-игрой. За последние несколько лет было реализовано множество технологических новшеств.
Тем не менее, большинство базовых идей виртуальной реальности появились не сейчас, а в 60-е годы прошлого века. И до сих пор не все они реализованы. Давайте посмотрим, кто и что придумал, что у нас уже есть, а чего придется подождать.
Взаимодействие и эмуляция
Важнейшими элементами VR являются интерактивность, возможность взаимодействия с окружением, и само окружение, вернее, его эмуляция. В 1960-х существовало два прототипа этих технологий.
Так, Link Trainer был ранним прототипом симулятора полетов. Цель проекта — предоставить пользователю реалистичное полетное оборудование и обеспечить обратную связь с инструментами управления полетом. Все это давало возможность студенту-авиатору получить наглядное представление о полете и разных его условиях без риска для себя и самолета. Подходил симулятор и для профессионалов, которые могли совершенствовать свои навыки.
Этот тренажер был очень востребованным, поскольку давал возможность изучить нюансы разных режимов полета.
Sensorama — совершенно иная система. Это развлекательный проект для любителей фильмов. Sensorama позволяла просматривать короткометражные фильмы в стереоскопическом режиме. С изображением синхронизировалась работа вентиляторов, генераторов запаха (да, это далеко не новая идея), подвижного кресла и стереозвукового сопровождения. Sensorama, фактически — одна из первых попыток вовлечь человека в виртуальную реальность, погрузить его в эмуляцию, заставив ощутить примерно то же, что и в реальном мире.
Но все это были аналоговые технологии. Развитие компьютерной техники дала этим и другим подобным системам вторую жизнь.
The Ultimate Display
В 1965 году Иван Сазерленд (Ivan Sutherland), специалист по компьютерным технологиям, написал эссе The Ultimate Display (PDF). В нем он изложил идеи, которые опередили его время. К сожалению, для их реализации не было технологических возможностей, хотя кое-что автор все же сделал. Что касается эссе, то оно небольшое, всего две странички. В первой части автор размышляет об интерактивности компьютеров и технологиях ввода 60-х.
Вторая часть интереснее, в ней автор говорит о будущем, технологическом прогрессе и «кинестетическом дисплее», который позволяет задействовать все органы чувств человека при погружении его в виртуальную реальность. По словам Сазерленда, компьютеры будущего должны работать не только с визуальной информацией, но и выводить звук, плюс взаимодействовать с человеком и при помощи вибромоторов, запахов и т.п. Когда автор писал свое эссе, компьютеры не умели воспроизводить звуки, как сейчас, не говоря уже об изображении.
Полная интерактивность
Дамоклов меч — попытка Сазерленда разработать интерфейс, который хоть немного отвечал его идеям и представлениям об идеале
Идея Сазерленда заключалась в том, что люди отлично знакомы с разными способами взаимодействия с окружающим миром. Мы понимаем, как объект выглядит под другим углом, знаем, как можно заставить объект двигаться или как остановить движение.
Сазерленду пришла в голову вполне логичная мысль о том, что наши представления о реальном мире, ощущения можно перенести в некий виртуальный мир. Это позволило бы познакомиться с новыми возможностями, которые в обычном мире нам недоступны.
Для того, чтобы хотя бы частично реализовать свои идеи, Сазерленд со своими студентами разработал подвешенную к потолку систему, которую они назвали «Дамоклов меч» (фото системы выше). Частью «меча» был первый в своем роде экран, изображение не который передавала не камера, а компьютер, причем изображение было им же и создано. Конечно, это была векторная графика, но это уже что-то. Тем более, что свое положение в это«векторной реальности» можно было менять благодаря простому изменению положения головы или вводу данных.
В целом, именно «Дамоклов меч» был первой удачной попыткой создать виртуальную реальность с погружением в нее человека. Полного погружения быть не могло в силу технологических ограничений, но и то, что получилось — впечатляет.
Идеи из 60-х, которые удалось реализовать
Большинство концепций и идей, описанных авторами в 60-х, мы используем сейчас в виде технологий. Вот основные идеи.
Объекты, генерируемые компьютером, могут не подчиняться правилам обычной реальности
В виртуальной реальности можно убрать гравитацию или сделать ее очень большой, изменить источник освещения, нагенерировать все, что только можно представить. Яркий пример сказанного — игры, причем не только VR.
Сам Сазерленд представлял управляемый компьютером дисплей с изображением как зеркало в математическую страну чудес. И это тоже возможно, поскольку уже создан трехмерный движок для неэвклидовой геометрии, который демонстрирует нам новый мир при помощи интерактива.
Тактильная обратная связь
Идеального тактильного взаимодействия с виртуальным миром добиться пока не удалось. Но, в целом, эта технология уже давно работает. Современные контроллеры виртуальной реальности, включая джойстики, игровые контроллеры, смартфоны, дают тактильный отклик на действия пользователя в виртуальном мире. Тот же смартфон с виртуальными кнопками — хороший пример этому.
Отслеживание положения головы и рук
Одна из первых технологий, которую реализовали создатели виртуальной реальности — отслеживание положения головы. В виртуальных очках эта возможность появилась довольно давно. Даже самые дешевые очки, куда надо вставлять смартфон, обеспечивают эту возможность благодаря гироскопу самого телефона.
Кроме того, сейчас отслеживается уже и положение рук — многие современные VR игры поддерживают такую возможность. Правда, лишь при условии наличия специальных контроллеров.
Осязание, обоняние, иные тактильные ощущения
Всякие «кинотеатры 5D» предоставляют возможность полностью погрузиться в виртуальную реальность, испытывая перегрузки, ощущение ветра и брызг воды, иногда — запахов. Эта технология постепенно совершенствуется.
А что пока не получается внедрить?
Высокоточное отслеживание взгляда
Трекинг движений глазного яблока реализовать не так уж и сложно. Главное — определить местоположение зрачка, тогда с определенным допущением можно определить, куда смотрит владелец.
Но совсем другое дело — высокоточный трекинг. Здесь много проблем, включая непроизвольные движения глаз, особенности строения и цветовой гаммы глаз некоторых людей и т.п. Да и за самим зрачков не так просто следить, поскольку он тоже не статичен. В этом видео подробно рассказывают об указанной проблеме. В общем-то, технология отслеживания взгляда постепенно совершенствуется, но остается слишком сложной для того, чтобы стать массовой.
Точная «силовая» обратная связь
Речь идет о том, что в общедоступных технологиях VR пока еще нет высокоточной «силовой» обратной связи. Да, симуляция объятий, рукопожатия и т.п. — все это есть, соответствующие проекты существуют.
Но высокоточная имитация простой физики реального мира все еще остается прерогативой специализированных проектов, которые не попали в общий доступ. Да и оборудование здесь требуется дополнительное, одними перчатками/шлемом не обойтись.
Идеальная симуляция
Это наиболее сложная для реализации часть, которая была фантастикой для 60-х годов прошлого века и остается такой сейчас.
Речь о последних предложениях эссе Сазерленда, где он говорит, что идеальная симуляция — это комната, в которой компьютер контролирует свойства материи и само ее существование. Так, стул, который есть в такой виртуальной реальности, должен быть настоящим стулом, давая возможность пользователю посидеть на нем. Ну а пуля, выпущенная в таком помещении, будет смертельной.
Звучит, как часть сюжета «Матрицы», правда?
Отделяем важные функции от просто классных
С уверенностью можно сказать, что лучшие идеи для виртуальной реальности пришли из середины прошлого века. Тем не менее, какая-то часть не была реализована, поскольку это либо дорого, либо не очень нужно. Главное, чего хотели добиться создатели виртуальной реальности — погружения в нее, когда человек перестает замечать отдельные ее элементы и видит цельную «картинку», взаимодействуя с окружающими объектами и самой симуляцией, как с реальностью.
Некоторые вещи, как оказалось, не нужны для погружения. Например, широкий угол обзора — он нужен далеко не всегда. Что касается звука, то каким бы качественным бы он ни был, то передача его через «вкладыши» понижает степень погружения. Мозг человека начинает классифицировать звук, как «не настоящий», Вкладыши хороши для прослушивания музыки, но не для виртуальной реальности.
Зато очень важно — экран с хорошим трекингом и малой задержкой. Человек знает, что у него на голове шлем, но мозг как бы не обращает внимания на это, считая «картинку» на экране реальной. Подобного нет, если использовать старые видешлемы. Например, в середине 90-х был доступен Forte VFX1 VR. Но, конечно, он и «рядом не стоял» с нынешними видеошлемами. Технологии того времени просто не позволяли создать качественную виртуальную реальность, куда человек мог бы погрузиться с головой.
Что дальше?
Вероятно, будут совершенствоваться уже существующие технологии, появятся новые. Кроме того, в виртуальной реальности появится отслеживание мимики и эмоций человека. Эти технологии разрабатываются уже сейчас, например, работу ведет компания Facebook.
Она позволит усилить степень интерактивности и улучшить качество виртуальных встреч. Речь не только об играх, но и о других технологиях, вроде виртуальных классов, деловых совещаний, дружеских встреч и т.п.
Сейчас скорость прогресса VR-технологий увеличилась благодаря карантину, так что в будущем можно ожидать новых свершений от разработчиков. Возможно, совсем скоро мы сможем увидеть новейшие разработки, которые усилят степень погружения в виртуальную реальность. Но в любом случае, их база — все те же идеи из 60-х.
