Материал из РУВИКИ — свободной энциклопедии

Виртуальная реальность

Виртуальная реальность (англ. virtual reality, VR) — это симулированный опыт, в основе которого лежат трёхмерные устройства отображения, располагаемые перед глазами пользователя, и системы отслеживания позы, позволяющие достичь эффекта полного погружения в виртуальный мир. Применение виртуальной реальности включает развлечения (прежде всего видеоигры), образование (например, для медицинской, безопасностной или военной подготовки)[1], научные исследования[2][3][4] и бизнес (например, для проведения виртуальных совещаний). Виртуальная реальность является одной из ключевых технологий в рамках континуума реальность—виртуальность и отличается от других цифровых визуализационных решений, таких как дополненная виртуальность и дополненная реальность[5].

Современные системы виртуальной реальности предполагают использование гарнитур (шлемов виртуальной реальности) либо многопроекторных окружений, создающих реалистичные изображения, звуки и другие ощущения, имитируя физическое присутствие пользователя в виртуальном пространстве. Пользователь может осматриваться, перемещаться и взаимодействовать с объектами в искусственном мире. Эффект погружения обычно обеспечивают шлемы с небольшими экранами перед глазами, или специально оборудованные помещения с крупными экранами по периметру. Виртуальная реальность, как правило, предусматривает аудиовизуальную обратную связь, а также иной сенсорный и тактильный отклик с помощью специальных технологий.

Исследователи Европейского космического агентства в Дармштадте (Германия), оснащённые шлемом VR и контроллерами движений, проводят демонстрацию использования виртуальной реальности для тренировки по тушению пожара внутри лунного модуля

Этимология

[править | править код]

Слово «виртуальный» (англ. virtual) известно в значении «существующий по сути или по эффекту, но не фактически» с середины XV века[6]. В компьютерном контексте — «не физически существующий, но созданный программным обеспечением» — этот термин применяется с 1959 года[6].

В 1938 году французский театральный деятель Антонен Арто описал иллюзорную природу персонажей и предметов театра выражением «виртуальная реальность» (фр. réalité virtuelle) в сборнике эссе Le Théâtre et son double. Английский перевод, вышедший в 1958 году как The Theater and its Double[7], считается первым опубликованным употреблением термина «виртуальная реальность». Также близким является понятие «искусственная реальность» (англ. artificial reality), введённое Майроном Крюгером в 1970-х годах. В массовую культуру термин «виртуальная реальность» ввёл Джарон Ланье в 1980-х годах; также этот термин встречается в романе The Judas Mandala Дэмиена Бродерика (1982). Популяризации термина способствовали разработки Ланье в компании VPL Research и фильм Газонокосильщик (1992)[8].

Формы и методы реализации

[править | править код]

Одним из способов построения виртуальной реальности является создание симуляционных систем. Например, автомобильные симуляторы воссоздают ощущения управления автомобилем с помощью предсказания поведения транспорта и подбора соответствующих визуальных, звуковых и движенческих сигналов.

В системах, использующих аватаров, пользователь может погрузиться в виртуальное пространство в виде собственного 3D-образа или потокового видеоизображения. Проекционно-экранные среды востребованы в робототехнике, 3D-моделировании и авиационном обучении; при этом существенно качественное создание 3D-моделей реальных объектов, обычно с помощью камер.

При использовании обыкновенных мониторов (desktop-based VR) 3D-мира отображаются без специализированного оборудования, как в многих современных видеоиграх. Главная критика — отсутствие периферического зрения, что снижает глубину погружения.

Беговая дорожка Omni для свободного перемещения в виртуальной реальности
Боец Национальной гвардии штата Миссури участвует в VR-тренировке с использованием дисплея на голову, 2015 год

Полное погружение обеспечивает шлем виртуальной реальности или гарнитура (HMD), включающие экраны с отдельным изображением для каждого глаза, системы бинаурального звука и отслеживание движений головы по 6 степеням свободы. Управление и взаимодействие с виртуальным миром реализуются контроллерами движения с тактильной отдачей, а также специальными беговыми дорожками, позволяющими имитировать свободные перемещения.

Дополненная реальность (AR) совмещает изображения реального мира с цифровым контентом, накладывая его на картинку с камеры или в смарт-очках, что расширяет восприятие пространства и объектов пользователя. Смежная концепция — смешанная реальность (MR), где физические и цифровые объекты существуют и взаимодействуют в реальном времени.

Понятие киберпространства иногда употребляется как синоним сетевой виртуальной реальности[9]. Гипотетически возможна также симулированная реальность, полностью неотличимая по "реалистичности" от действительной.

История

[править | править код]
Стереоскопический симулятор View-Master, 1939

Появлению VR предшествовали развитие перспективных методов изображения в искусстве эпохи Возрождения и изобретение стереоскопа Чарльза Уитстона[10][11][12]. Современные идеи виртуальной реальности получили развитие сначала в научной фантастике.

XX век[править | править код]

В 1950-х годах Мортон Хейлиг предложил «Театр ощущений», задумывавшийся как устройство, воздействующее на все органы чувств зрителя. В 1962 году Хейлиг построил механический прототип Sensorama, а также разработал «Телесферическую маску» (патент 1960 года), описанную как индивидуальный телевизионный аппарат с полным ощущением присутствия[13].

В 1968 году профессор Гарварда Айвен Сазерленд с коллегами создал первый шлем для иммерсивных компьютерных симуляций, названный «Меч Дамокла». Система была примитивна, требовала подвешивания к потолку и поддерживала только каркасную трёхмерную графику, фактически являясь устройством дополненной реальности[14].

В 1970–1990-х годах VR-технологии использовались преимущественно в медицине, авиа- и автосимуляторах, промышленном и военном обучении[15]. Одной из важнейших разработок стала оптическая система LEEP Эрика Хоуэллетта (1979), обеспечившая реалистичную стереокартинку с широким полем зрения — на её основе в 1985 году создали первый виртуальный лабораторный комплекс VIEW для NASA[16]. Система легла в основу многих ранних гарнитур VR[17].

В конце 1980-х Ланье популяризировал термин «виртуальная реальность», основал компанию VPL Research и выпустил ряд устройств — DataGlove, EyePhone и др. В это же время Atari запускала собственные исследования (впоследствии свернутые после кризиса на игровом рынке).

В 1988 году впервые сымитировали VR на доступном персональном компьютере (Cyberspace Project компании Autodesk); в начале 1990-х появляется первый стандартный графический SDK для VR (Sense8 WorldToolKit), использовавшийся в академических и промышленных целях.

1990-е — 2000-е[править | править код]

С 1990-х стали поступать на рынок массовые VR-гарнитуры: в 1991 Sega анонсирует шлем Sega VR для Mega Drive, в 1991 же запускается серия аркадных автоматов Virtuality, в 1995 Nintendo выпускает Virtual Boy. Появляются кубические проекционные среды (CAVE, 1992), первый VR-сервисы с прямой передачей человеческих движений, первые приложения для ВМ в ПК-формате (QuickTime VR). В 1999 появляется VR-платформа Second Life.

XXI век[править | править код]

В 2000-е коммерческий интерес к VR снижается, но в 2007 Google запускает сервис Street View, поддерживающий панорамное и стереоотображение.

В 2010-х Palмер Лаки разрабатывает первый прототип Oculus Rift, в 2012 году представленный на выставке E3; в 2014 Facebook покупает Oculus VR[18]. В 2015 начинается повсеместное распространение VR-гарнитур: HTC и Valve анонсируют HTC Vive с системой Lighthouse, Sony запускает PlayStation VR[19]. Google выпускает Cardboard — простейшие очки для смартфонов.

К 2016 году над VR-продуктами работают сотни компаний, ведущие гиганты IT рынка запускают собственные подразделения. В 2019 выпускаются «самостоятельные» шлемы — Oculus Quest S, Quest, Valve Index[20]. С 2020 по 2024 выходят флагманские продукты разных производителей: Oculus Quest 2, Meta Quest Pro, PlayStation VR2, Meta Quest 3/3S, Apple Vision Pro.

В 2021 году Европейское агентство авиационной безопасности впервые одобрило симулятор-наблюдатель полёта на вертолёте на базе VR для комплексной тренировки пилотов, а в 2024 схожее устройство одобрено Федеральным управлением гражданской авиации США[21].

Технологии

[править | править код]

Современные гарнитуры строятся на аппаратных и программных компонентах, позаимствованных у смартфонов: гироскопы, датчики движения, миниатюрные HD-экраны, компактные процессоры. Это позволило удешевить продукцию и открыть путь независимым разработчикам VR. Появились объёмные камеры (360°), фотограмметрические методы создания трёхмерных объектов[22].

Вывод трёхмерного изображения осуществляется с помощью HMD и CAVE-комнат; используются разные методы стереопроекции — активные (затворные очки) и пассивные (поляризационные технологии). Для взаимодействия с миром VR применяются контроллеры движений, оптические сенсоры, иногда «проволочные перчатки»; в ряде устройств реализована вибрационная обратная связь.

Форматы файлов и протоколы для программного обеспечения: VRML (Virtual Reality Modeling Language, 1994), X3D — промышленный стандарт для 3D- и VR-контента[23]; WebVR — экспериментальный JavaScript API для браузерной поддержки VR-устройств.

Применение

[править | править код]

Виртуальная реальность применяется в:

  • Развлечениях — видеоиграх, кинематографе, парках аттракционов;
  • Медицине — хирургические симуляторы, виртуальная терапия психических расстройств[24];
  • Науке — моделирование, виртуальные лаборатории, исследование когнитивных процессов;
  • Образовании — тренажёры для авиации, медицины, промышленной безопасности, инженерии, географии[25];
  • Социальных коммуникациях — совещания в VR, терапевтические группы, поддержка людей с ограниченными возможностями;
  • Маркетинге и торговле — цифровые выставочные залы, онлайн-шопинг;
  • Искусстве и музейной деятельности — экспозиции, интерактивные инсталляции, виртуальные экскурсии.

В медицине VR используется для обучения хирургов, проведения репетиций сложных операций с реалистической обратной связью, терапии тревожных расстройств, помощи в реабилитации, тренинге пациентов с нарушениями равновесия и движений[26].

В последние годы получили распространение виртуальные концерты (например, выступления Жан-Мишеля Жарра, Джастина Бибера, группы Imagine Dragons в VR-пространствах).

Проблемы и ограничения

[править | править код]
  • Киберболезнь (VR sickness): появление симптомов типа морской болезни (головокружение, тошнота), часто из-за задержки между движением и откликом системы[27].
  • Офтальмологические эффекты: усталость глаз, риск влияния на аккомодацию, особенно у детей[28].
  • Безопасность: снижение восприимчивости реального мира, риск травм во время погружения[29].
  • Приватность: объёмные данные об активности, биометрии пользователя могут уязвляться системами слежки и сбора персональных данных[30].

Примечания

[править | править код]
  1. ↑ VR Training for Maritime, Renewables & High-Risk Work (брит. англ.). 3t. Дата обращения: 25 марта 2025.
  2. ↑ Bohil, Corey J.; Alicea, Bradly; Biocca, Frank A. (2011). “Virtual reality in neuroscience research and therapy”. Nature Reviews Neuroscience. 12 (12): 752—762. DOI:10.1038/nrn3122.
  3. ↑ Wilson, Charles J.; Soranzo, Alessandro (2015). “The use of virtual reality in psychology: A case study in visual perception”. Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2015 (1). DOI:10.1155/2015/151702. PMC 4538594. PMID 26339281. Неизвестный параметр |article-number= (справка)
  4. ↑ Kinateder, Max; Ronchi, Enrico; Nilsson, Daniel; Kobes, Margrethe; Müller, Matthias; Pauli, Paul; Mühlberger, Andreas (2014). “Virtual reality for fire evacuation research”. 2014 Federated Conference on Computer Science and Information Systems. IEEE. pp. 313—321. DOI:10.15439/2014F134.
  5. ↑ Milgram, Paul. Augmented reality: A class of displays on the reality-virtuality continuum // Telemanipulator and Telepresence Technologies / Paul Milgram, Haruo Takemura, Akira Utsumi … [и др.]. — 1995. — Vol. 2351. — P. 282–292. — doi:10.1117/12.197321.
  6. ↑ 1 2 virtual. www.etymonline.com.
  7. ↑ Антонен Арто, The Theatre and its Double, пер. Мэри Каролайн Ричардс. (Нью-Йорк: Grove Weidenfeld, 1958).
  8. ↑ Faisal, Aldo (2017). “Computer science: Visionary of virtual reality”. Nature. 551 (7680): 298—299. DOI:10.1038/551298a.
  9. ↑ Definition of cyberspace. www.dictionary.com.
  10. ↑ Балгрушайте, Юргис. Анаморфозное искусство / Юргис Балгрушайте, W.J. Strachan. — Harry N. Abrams, 1977. — P. 4. — ISBN 978-0-8109-0662-4.
  11. ↑ Virtual Reality Society. Virtual Reality Society (2 января 2020). Дата обращения: 19 января 2023.
  12. ↑ Charles Wheatstone: the father of 3D and virtual reality technology. Feature from King's College London (28 октября 2016). Дата обращения: 19 января 2023.
  13. ↑ Holly Brockwell. Forgotten genius: the man who made a working VR machine in 1957. Tech Radar (3 апреля 2016). Дата обращения: 7 марта 2017.
  14. ↑ Watkins, Christopher. Virtual Reality Excursions with Programs in C / Christopher Watkins, Stephen Marenka. — Academic Press Inc., 1994. — P. 58. — ISBN 0-12-737865-0.
  15. ↑ National Center for Supercomputing Applications: History. The Board of Trustees of the University of Illinois. Архивировано 21 августа 2015 года.
  16. ↑ Fisher, Scott S. (2016). “The NASA Ames VIEWlab Project—A Brief History”. Presence: Teleoperators and Virtual Environments. 25 (4): 339—348. DOI:10.1162/PRES_a_00277.
  17. ↑ Карлсон, Уэйн Section 17: Virtual Reality. A Critical History of Computer Graphics and Animation. Дата обращения: 22 августа 2025. Архивировано 1 июня 2004 года.
  18. ↑ Metz, Cade (2014-03-25). “Facebook Buys VR Startup Oculus for $2 Billion”. WIRED. Дата обращения 13 марта 2017.
  19. ↑ Sony Announces 'Project Morpheus:' Virtual Reality Headset For PS4. Forbes.
  20. ↑ Headset - Valve Index® - Upgrade your experience - Valve Corporation (амер. англ.). valvesoftware.com (9 мая 2019). Дата обращения: 28 февраля 2021.
  21. ↑ Pilots Are Learning To Fly Helicopters In VR, Thanks To This Swiss Startup (англ.). Forbes (2 сентября 2024). Дата обращения: 25 сентября 2024.
  22. ↑ Johnson, Leif Forget 360 Videos, Photogrammetric Virtual Reality Is Where It's At – Motherboard (амер. англ.). Motherboard (13 марта 2016). Дата обращения: 20 марта 2017.
  23. ↑ Brutzman, Don X3D Graphics and VR. web3D.org. Web3D Consortium (октябрь 2016). Дата обращения: 20 марта 2017. Архивировано 21 марта 2017 года.
  24. ↑ Wiebe, Annika (2022). “Virtual reality in the diagnostic and therapy for mental disorders: A systematic review”. Clinical Psychology Review. 98 (2). DOI:10.1016/j.cpr.2022.102213. PMID 36356351. Неизвестный параметр |article-number= (справка)
  25. ↑ Sedlák, Michal; Šašinka, Čeněk; Stachoň, Zdeněk; Chmelík, Jiří; Doležal, Milan (2022-10-18). “Collaborative and individual learning of geography in immersive virtual reality: An effectiveness study”. PLOS ONE [англ.]. 17 (10). Bibcode:2022PLoSO..1776267S. DOI:10.1371/journal.pone.0276267. PMC 9578614. PMID 36256672. Неизвестный параметр |article-number= (справка)
  26. ↑ Elessawy, Mohamed (2021-02-02). “Evaluation of Laparoscopy Virtual Reality Training on the Improvement of Trainees' Surgical Skills”. Medicina (Kaunas, Lithuania). 57 (2): 130. DOI:10.3390/medicina57020130. PMC 7913105. PMID 33540817.
  27. ↑ Munafo, Justin; Diedrick, Meg; Stoffregen, Thomas A. (2016). “The virtual reality head-mounted display Oculus Rift induces motion sickness and is sexist in its effects”. Experimental Brain Research. 235 (3): 889—901. DOI:10.1007/s00221-016-4846-7. PMID 27915367.
  28. ↑ Mukamal, Reena Are Virtual Reality Headsets Safe for Eyes? American Academy of Ophthalmology (28 февраля 2017). Дата обращения: 11 сентября 2018.
  29. ↑ Here's what happens to your body when you've been in virtual reality for too long, Business Insider. Дата обращения: 5 сентября 2018.
  30. ↑ Rogers, Sol Seven Reasons Why Eye-tracking Will Fundamentally Change VR. Forbes (5 февраля 2019). Дата обращения: 13 мая 2020.

Литература

[править | править код]

Ссылки

[править | править код]
Источник — https://ru.ruwiki.ru/w/index.php?title=Виртуальная_реальность&oldid=1214887456