Методы виртуальной реальности

Введение: Основные проблемы, с которыми сталкивается человек XXI века, это постоянно развивающиеся и изменяющиеся тенденции технологического прогресса. Сейчас визуализация является основным направлением науки, нацеленная на улучшение и упрощения восприятия человеком новой информации в больших количествах. Виртуальную реальность можно называть прорывом в области визуализации информации. Отражение этой технологии сейчас можно найти практически везде, она участвует в повседневной жизни современного общества, нашла свое воплощение в медицине, проектирование уникальных ситуаций, Обработка и тестирование новых интерфейсов (обеспечений), военной, и во многих других сферах деятельности человека.

Целью данной статью является сравнительный анализ принципа фиксации головы, фиксации движения и фиксации глаз, с целью выявления наиболее эффективного способа дл погружения в виртуальную реальность.

Основная часть : Виртуальная реальность способна с высокой точностью имитировать воздействие окружающего мира на человека и наоборот, но для того, чтобы воссоздать наиболее точный и правдоподобный мир, приходится прибегать к дополнительным методам, которые сканирует ближайшую область вокруг человека. С помощью дополнительных технических и программных средств, происходит запись видеопотока, с целью хранения информации об объектах в виртуальной памяти, и дальнейшего воссоздания их в виртуальном мире.

Реализация технологии виртуальной реальности очень сложна и работает на трех основных принципах:

• •    Фиксация Головы

• •    Фиксация Движения

• •    Фиксация Глаз

Фиксация головы: При помощи специальных технических средств, таких как гарнитура, происходит сканирование пространства и отслеживание малейших изменения, относительно положения и движения головы. При помощи этой гарнитуры, происходит смещение изображения, в зависимости от того, в какую сторону повернет голову человек. Такая система называется шестью степенями свободы.

Фиксация движения: Не только положения головы влияет на исходное изображение, но и положения тела в пространстве. Главной особенностью этого метода заключается в том, что используется принцип маркерного фиксирования. За маркер принимается один из объектов, который окружает человека, при малейшем перемещении в пространстве, происходит сканирование и воссоздание объектов, которые не попали под сканирование относительного предыдущего положения тела.

Фиксация глаз: Данный тип сканирование отличается тем, что выполняет более глубокую проверку пространства, но ограничен углом обзора и может выполнить сканирование только той области, куда направлен взгляд человека.

Таблица 1.

Сравнительная характеристика маркерных методов

	Фиксация головы	Фиксация движения	Фиксация глаз
Способ сканирования	цифровой (высокая точность)	цифровой (средняя точность)	цифровой (Очень высокая точность)
Качество	Поддержка FullHD 1080p и выше	Поддержка FullHD 1080p и выше	Поддержка FullHD 1080p и выше
Область сканирования	До 1-1.5м	До 1км	До 2км прямолинейно
Время отклика обработки	2-3 мс	10-25мс	3-5 мс

Если рассматривать каждый их принципов раздельно, лидирующую позицию занимает фиксация головы, так как именно она передает основной видеопоток, и гораздо быстрее обрабатывает отсканированные данные, однако фиксация глаз позволит наиболее точно передать качество объектов, но на их обработку понадобится время. Фиксация движения не настолько точный принцип, но в свою очередь позволяет передавать ощущения от прикосновения с окружающими объектами.

Для того что бы улучшить качество виртуального мира, и позволить 3 принципам наиболее слаженно взаимодействовать друг с другом, было изобретен метод компьютерного зрения, который напрямую взаимодействует с фиксацией головы и глазами пользователя.

Компьютерное зрение является основной теорией расширения границ и дальнейшего развития технологии Виртуальной реальности. Ее цель заключается в увеличении спектра и скорости потока обработки информации. Алгоритмы компьютерного зрения позволяют выделять и акцентировать обработку небольших деталей (углы, границы, области) которые при стандартном сканировании могут быть утрачены или реализованы частично. Суть метода заключается в том, что во время обработки информации, в видеопотоке выделяются специальные маркеры, заранее спроектированные и заданные специальными алгоритмами обработки информации. Таким образом, можно задать алгоритм поиска даже мельчайшего пятна на оббьете. Основная сложность развития такого направления заключается в том, что необходимо найти такой маркер, определить его местоположения в кадре и уже после спроектировать его виртуальную модель.

Так же был разработан дополнительный метод и для фиксации тела .

The Leep – отслеживание пальцев кисти можно назвать одним самых необычных и наиболее эффективных расширений для виртуальной реальности. Суть метода заключается в том, что специальное устройство, которое крепится на кончики пальцев, использует сложную систему отслеживания каждого движения человека, и все же алгоритм работы достаточно прост. Контроллер использует множество фотодиодов, которые преобразовывают световую энергию в электрическую. После соприкосновения с объектом, фотодиоды начинают свою работу, и за несколько секунд происходит обмен информационными данными, в ходе которого датчики передают положение контроллеров, что создает эффект полного присутствия.

Таблица 2.

Сравнение методов Компьютерного зрения и The Leep

	Компьютерное зрение	The Leep
Способ обработки	Фиксация точек в пространстве	Импульсная фиксация при соприкосновении с объектом
Фиксация	Сканирование по шаблону 1x1	Сканирование области 5х1
качество	Поддержка FullHD 1080p и выше	Поддержка FullHD 1080p и выше
Точность	5мм на 1% исследуемой области	2мм на 1% исследуемой области

Из основных достоинств и недостатков использования таких принципов можно выделить следующее:

Достоинства:

Данные 3 принципа позволяют наиболее эффективно погрузиться в виртуальную реальность.

Создание электронных информационных и обучающих ресурсов.

Проведение конференций.

Создание объектов культурного наследия.

Возможность визуализации различных объектов и физических явлений.

Практичное воссоздание рабочих ситуаций, без риска для жизни человека.

Недостатки:

Долгое пребывание в виртуальной реальности способно вызвать зависимость

Относительное дорогое оборудование.

Вывод:

Каждый метод Индивидуален в своем применение, и нацелен на воссоздание объектов в виртуальной реальности. Для того что бы погрузиться в виртуальную реальность, достаточно использовать хот бы 1 из принципов, фиксация головы, позволит окунуться в виртуальный мир, что бы визуально выполнять различного рода задачи, а фиксация тела, позволит прикоснуться и ощущать объекты, однако наиболее эффективно решить поставленные задачи, возможно лишь при их единовременном использовании. Виртуальная реальность применяются повседневно в различных отраслях деятельности человека, таких как медицина, образование, культуры и многое другое. Возможности виртуальной реальности безграничны и перспективы очень велики, именно поэтому данное направление широко развивается и все больше внедряется в повседневную жизнь человека.