Rzeczywistość wirtualna – Wikipedia, wolna encyklopedia
Rozrywka w VR - w które gry VR warto zagrać?
Wirtualna rzeczywistość wykorzystywana jest w wielu obszarach naszego życia takich jak edukacja czy przemysł jednak największą popularność cieszą się zastosowania VR dla celów rozrywkowych. Gry Wirtualnej Rzeczywistości stają się coraz bardziej popularne, tylko na samym Steamie – jednej z wielu platform gamingowych na świecie mamy ponad 3000 różnych tytułów. A przecież poza nią jest również platforma Viveport firmy HTC, PlayStation Store czy Oculus Store, gdzie także znajdziemy tytuły dedykowane wirtualnej rozrywce. Wybór spośród tak wielu różnych opcji nie jest łatwy ani prosty, dlatego pozwoliliśmy sobie stworzyć krótką listę najlepszych gier VR obecnie dostępnych na Oculus Quest.
Gry akcji VR – Half Life Alyx
Zacznijmy od gier akcji VR, jednej z najbardziej popularnych, ale także najliczniejszej kategorii. Tytułem wzbudzającym wielkie emocje wśród graczy jest niedawno wydana kolejna gra z serii Half Life firmy Valve dedykowana tym razem tylko na urządzenia wirtualnej rzeczywistości. Half Life Alyx to gra ze świetną historią, a ukończenie wciągającej kampanii zabierze nam kilkanaście godzin. Producenci zadbali o niesamowity poziom immersji przykładając się do najmniejszych detali co sprawia, iż czujemy jakbyśmy to my sami walczyli z wrogimi siłami Kombinatu. Doskonały system walki zaprojektowany specjalnie pod gogle VR w połączeniu z intuicyjnym sposobem poruszania się i świetnie zaprojektowanym poziomom gry zapewni nam rozrywkę na niespotykanym dotąd poziomie.
Recenzenci gier twierdzą iż tytuł Valve może być tym dla gier VR czym stały się dla tradycyjnych gier PC pozycje z serii Call of Duty czy właśnie Half Life 1 i 2. Jeśli jesteście spragnieni większej ilości informacji na temat tej gry, sprawdźcie naszą recenzję (tutaj link). Oczywiście zapraszamy również do zagrania w tą pozycję w Oazie VR – naszym centrum VR ulokowanym w Warszawie.
Kolejnym świetnym tytułem jest gra Vader Immortal firmy ILMxLab będącej częścią koncernu Lucasfilm, czyli producenta kinowych Star Wars. W grze wcielimy się w postać przemytnika, który zostaje wplątany w plan samego Darth’a Vadera. Akcję gry osadzono na planecie Mustafar i przedstawia ona wydarzenie osadzony w czasie pomiędzy III a IV części Star Wars. Całość podzielona jest na 3 epizody, a przejście każdego z nich zajmie nam około godziny. Mimo, że sama rozgrywka przypomina czasami świetnie zrobiony serial to mamy w niej możliwość interakcji z otoczeniem począwszy od strzelania poprzez walkę na miecze świetlne, a skończywszy na pojedynki na moc z samym Darth Vaderem.
Polscy producenci gier również mają czym się pochwalić w obszarze wirtualnej rozrywki. Superhot stworzone przez niezależne polskie studio Superhot Team osiągnęło ogromny sukces na globalną skalę. Pozycja ta wygrała nagrody dla najlepszej gry na VR w 2017 roku i trzeba jej przyznać, że wciąż jest jedną z ciekawszych gier na rynku. Jest to pierwszoplanowa gra akcji w której zwalczamy przeciwników różnymi rodzajami broni. To co jest w niej niezwykle interesującego to zastosowany w niej mechanizm, dzięki któremu czas w grze upływa tylko w czasie ruchu postaci. Pozwala to nam poczuć się jak kultowy Neo z filmu Matrix, kiedy spowalniamy ruch pocisków, unikamy ich, a jednocześnie sami próbujemy zadać ciosy rzeszom przeciwników.
Strzelanki VR
Kolejną popularną kategorią są wszelkiego rodzaju strzelanki czasami z wplecionymi elementami przygodówek umieszczone w światach fantasy lub science-fiction. Klasyczną taktyczną strzelanką wieloosobową jest Pavlov, przypominający popularna serię Counter Strike, w której rozgrywkę obserwujemy z perspektywy pierwszej osoby. Przygotowany od początku na gogle wirtualnej rzeczywistości, pozycja ta zbiera świetne recenzje wśród graczy i jest uznawana za jedną z najlepszych symulatorów współczesnego pola bitwy. Gra wciąż czeka na swoją oficjalną premierę na platformę Oculus, jednak w Oazie VR możecie już zagrać w jej wersję testową.
Dead & Buried II to strzelanka, gdzie zamiast nacisku na realizm twórcy gry postawili przede wszystkim na grywalność i dostarczenie jak najlepszej zabawy graczom. W scenerii Dzikiego Zachodu rywalizujemy z innymi graczami o tytuł najszybszego rewolwerowca. Jest to szybka westernowa strzelanka z elementami fantasy, która pozwala na zabawę ze znajomymi w wielu trybach gry. Prosta, przyjemna i wciągająca rozrywka idealna dla osób zaczynających swoją przygodę z wirtualną rzeczywistością.
Innym rodzajem strzelanki jest gra Elven Assassin polegająca na strzelaniu z łuku do hord orków, olbrzymów i smoków broniąc wraz z przyjaciółmi atakowanego miasta. Pomysł dosyć trywialny jednak wykonanie i grywalność stawia tą pozycją w szeregu najlepszych rozrywek dla wielu osób w VRi w jakie do tej pory graliśmy. Tryb PvP pozwala również na grę przeciwko innym graczom co w połączeniu z wieloma mapami pozwala na sporo godzin dobrej zabawy.
Warto też wspomnieć o Sairento, czyli połączeniu strzelanki i gry akcji z elementami RPG, która posiada niezwykle rozbudowany system walki. Wcielamy się w futurystycznego wojownika ninja wyposażonego w katany, miecze oraz broń palną realizującego misję w niedalekiej przyszłości w Japonii. Dzięki specjalnym zdolnościom jesteśmy w stanie wykonywać 15 metrowe skoki, chodzić po ścianach a także zwalniać i przyspieszać czas. Grę zaprojektowano tak, aby z każdą rozgrywką odkrywać nowe umiejętności i techniki także zapoznanie się z nimi i osiągnięcie wprawy zabierze nam trochę czasu. Polecamy ją bardziej doświadczonym graczom, gdyż nie jest ona łatwa do opanowania, jednak dzięki niesamowicie spektakularnemu systemowi walki pozwala czerpać tonę satysfakcję z pokonywania kolejnych hord przeciwników. Dostępny jest w niej również tryb multiplayer umożliwiający grę z czterema graczami naraz na planszy.
Gry o Zombie w wirtualnej rzeczywistości
Oddzielną kategorią są gry-strzelanki o tematyce zombie. Na skutek popularności filmów i seriali w postaci Walking Dead takich pozycji pojawiło się naprawdę wiele, my wspomnimy tutaj tylko o dwóch,które na ten moment wydają się nam najciekawsze. Arizona Sunshine to pierwszoosobowa strzelanka i pozycja obowiązkowa dla wszystkich fanów zombie. Gra zgarnia systematycznie nagrody dla najlepszej gry na VR i bije rekordy popularności w salonach VR na całym świecie. Gracz ląduje w postapokaliptycznym świecie w stanie Arizona w USA, gdzie korzystając ze zdobytych po drodze broni i amunicji musi przetrwać spotkania z falami zombie. Istnieje tryb kampanii, gdzie rozwiązując kolejne misje posuwamy się do przodu w ciekawiej zbudowanej opowieści. Jest też również tryb survival gdzie naszym jedynym celem jest przetrwanie jak najdłużej na mapie. Oczywiście gra oferuje tryb wieloosobowy, także nic nie stoi na przeszkodzie walczyć z zombie razem z przyjaciółmi lub innymi graczami online.
Drugą ciekawą pozycją w obszarze zombie jest Drop Dead: Dual Strike, gdzie tak jak w przypadku Arizony mamy dwa tryby: kampania oraz tryb Brutal Horde. W tym drugim klasycznie próbujemy przetrwać jak najdłużej na jednej z 4 map. Natomiast kampania podzielona jest na 3 rozdział i opowiada ciekawą historię z wątkami podróży w czasie. To co wyróżnia tę grę od innych tego typu pozycji jest bardzo intuicyjny system strzelania. Widać że autorzy gry położyli nacisk na to aby każda osoba nawet taka która nie miała wcześniej styczności z VR mogła od samego początku dobrze się bawić grając w tą pozycję. Ładna oprawa graficzna rekompensuje brak możliwości swobodnego poruszania się po mapie co niewątpliwie można zapisać jako wadę w kontekście gier VR-owych.
Gry muzyczne, sportowe VR: Beat Saber, Creed i inne
Przypatrując się innym gatunkom gier warto wymienić trzy pozycje: Beat Saber, Creed oraz Death Lap. Beat Saber to pozycja obowiązkowa dla wszystkich rozpoczynających zabawę z VR. Jest to najlepiej sprzedająca się gra VR w historii, a studio Beat Games stojące za tą produkcją zostało kupione pod koniec zeszłego roku przez Facebook’a (właściciela Oculus’a). Ta nieskomplikowana gra muzyczna to połączenie Guitar Hero z Fruit Ninja polegająca na przecinaniu lecących w naszym kierunku sześcianów o różnych kolorach. Trzymając w ręku dwa miecze świetlne musimy zadać cios w odpowiednim kierunku w zbliżające się pudełko pamiętając o tym aby zadawać ciosy mieczem o tym samym kolorze co nadchodzący sześcian. Pozycja obowiązkowa na imprezy oraz spotkania w większym gronie, gdzie przy akompaniamencie naszych ulubionych hitów muzycznych spalamy kalorie rywalizując o to kto zdobędzie więcej punktów. Gra wciągają nawet osoby, które nie lubią typowych gier komputerowych i nie miały wcześniej styczności z VR.
Sportowa gra Creed: Rise to Glory bazuje na serii filmów o Adonisie Creedzie i jego kultowym trenerze, a wcześniej zawodniku Rocky Balboa. Wcielamy się w postać jednego z nich lub innego fikcyjnego boksera i rywalizujemy na ringu z komputerem albo z innym graczem. Autorzy gry stworzyli system walki bokserskiej, który bardzo dobrze odzwierciedla ruchy graczy w VR. Daje to sporą satysfakcję, gdy po wykonaniu prawdziwego lewego sierpowego widzimy naszego przeciwnika na deskach.
Ostatnią z wyżej wymienionych gier jest Death Lap, czyli klasyczna pierwszoosobowa wyścigówka wzbogacona o elementy strzelanki. Dla tych wszystkich, którzy pamiętają PC-tową grę Carmageddon czy filmowy Death Race (Wyścig Śmierci) nie trzeba tej pozycji przedstawiać. Celem gry jest przejechanie w jak najszybszym czasie 3 okrążeń na jednej z wielu map unikając przy tym pocisków i rakiet jak również pułapek zastawianych przez innych graczy. Sami również dysponujemy pokaźnym arsenałem broni. Mamy do wyboru pięć typów różnych pojazdów, które można modyfikować na wiele sposobów za punkty zdobyte podczas wyścigów. Tryb multiplayer pozwala rywalizować z 4 innymi graczami naraz.
Na koniec wspomnimy jeszcze o jednej interesującej pozycji łączącej graczy w goglach z osobami posiadającymi smartfony w dłoniach. Acron to prosta gra familijna w której gracze dzielą się na grupy: w jednej znajduje się osoba w okularach VR Oculus Quest, natomiast za przeciwników ma osoby z aplikacją Acron zainstalowaną na smartfonie (musi być ich co najmniej 2). Osoba w goglach wciela się w postać drzewa, natomiast pozostali gracze stają się wiewiórkami próbującymi skraść orzechy znajdujące się pod drzewem. Mimo bardzo prostego pomysłu, gra jest wciągająca a za pomysł włączenia do wspólnej zabawy osób nie mających na sobie gogli VR należą się autorom gry wielkie brawo. Polecamy ją rodzinom oraz grupom znajomych, gdy nie ma możliwości zagrania jednocześnie w większą ilość osób w VR.
Wirtualna rzeczywistość w przemyśle
W latach 2017–2018 na rynku konsumenckim mieliśmy do czynienia z prawdziwym wysypem technologii, sprzętu i oprogramowania związanego z wirtualną rzeczywistością VR (Virtual Reality). Spowodowane to było wdrożeniem rozwiązań umożliwiających zabawę z VR na telefonach komórkowych. W systemach tego typu brylował Samsung. Głośno też było o Cardboardzie Google’a, czyli tekturowym pudełku przenoszącym nas do wirtualnych światów. Teraz, gdy boom na konsumencki VR nieco przycichł, przyszła pora na profesjonalne zastosowania.
W 2019 r., praktycznie na każdych targach przemysłowych, zobaczyć można było stanowiska z goglami VR, gdzie prezentowano możliwości wykorzystania technologii wirtualnej rzeczywistości w przemyśle. Wirtualna rzeczywistość to technologia pozwalająca na wykreowanie sztucznego obrazu przestrzeni, przedmiotów i zdarzeń. Obecnie wirtualne światy uzyskujemy przez komputerowe generowanie trójwymiarowych efektów akustycznych i stereoskopowych obrazów 3D, które to obrazy są oddzielnie prezentowane (z lekkim przesunięciem) lewemu i prawemu oku. Po ich złożeniu nasz mózg tworzy trójwymiarowy obraz nieistniejącego realnie świata, np. z gry czy programu CAD lub profesjonalnej aplikacji do renderingu 3D w czasie rzeczywistym.
Oczywiście, aby efekt był realistyczny, należy odciąć wszystkie zewnętrzne bodźce świetlne, dlatego niezbędnym elementem technicznym są tzw. gogle VR bądź też, praktycznie już niestosowane, specjalne wirtualne hełmy. W obu przypadkach urządzenia nie tylko nie przepuszczają światła z zewnątrz, ale wyświetlają na dwóch wbudowanych w nie ekranach (lub na jednym, podzielonym na dwie części) przygotowywane w czasie rzeczywistym przez komputer stereoskopowe obrazy 3D. W goglach znajduje się regulowany zestaw soczewek, które dopasowują obraz do rozstawu oczu i wad wzroku użytkownika. Za wrażenia słuchowe odpowiadają zwykłe słuchawki.
Na wirtualną rzeczywistość możemy również wpływać w sposób interakcyjny, korzystając ze specjalnych kontrolerów, padów lub dżojstików. Dzięki nim wszystkie nasze poczynania są bardzo dokładnie lokalizowane w wirtualnej przestrzeni. W ten sposób możemy swobodnie przesuwać przedmioty, otwierać drzwi, czy np. rozbierać na części pierwsze silnik, dodawać wirtualne mechanizmy, czy sprawdzać ich wzajemne działanie. Dodatkowo kierunek patrzenia i wszystkie ruchy głową są określane na bieżąco dzięki wbudowanym w gogle żyroskopom i akcelerometrom. Kąt obrotu i pochylenie głowy są natychmiast precyzyjnie wyliczane i przekładają się w czasie rzeczywistym na to, co widzimy i na to, co się dzieje w naszej wirtualnej rzeczywistości.
Epson Moverio Pro BT-2200
Nie tylko VR
Wirtualna rzeczywistość to nie jedyna sztuczna rzeczywistość, która może być wykorzystywana w przemyśle – dwie pozostałe, to poszerzona/rozszerzona rzeczywistość AR (Augmented Reality) i poszerzona wirtualność AV (Augmented Virtuality), nazywana też znacznie częściej mianem rzeczywistości mieszanej MR (Mixed Reality). Pod pojęciem rozszerzonej wirtualności należy rozumieć generowanie obrazów wirtualnych z dodatkiem realnych elementów. Tego typu techniki wykorzystuje się przede wszystkim w przemyśle filmowym, gdzie do wygenerowanego komputerowo obrazu dodaje się, oczywiście również komputerowo, zarejestrowane kamerą filmową postacie aktorów, zwierząt, realnych przedmiotów itp.
Bardzo dobrym przykładem rozszerzonej wirtualności są reklamy samochodów lub specjalne prezentacje dla klientów dotyczące np. budowanej fabryki, linii produkcyjnej, statku czy samolotu. Obraz wirtualny generowany jest na podstawie danych pochodzących wprost z programu CAD, a do tego dodawane są żywi ludzie, zwierzęta, elementy krajobrazu, sąsiednie budynki, droga itp.
Dzięki wirtualnej rzeczywistości można zajrzeć do środka nawet do najbardziej skomplikowanych urządzeń
Z przemysłowego punktu widzenia, a zwłaszcza z punktu widzenia służb utrzymania ruchu, najbardziej przydatną technologią wirtualnego generowania obrazów, jest rozszerzona rzeczywistość, czyli Augmented Reality. W rzeczywistości rozszerzonej do obrazu realnego świata rejestrowanego przez kamerę dodaje się wirtualne elementy 2D lub 3D, które generowane są w czasie rzeczywistym przez komputer. Mogą to być zarówno przedmioty, różnego rodzaju postacie (jak w przypadku słynnej gry Pokémon GO, polegającej na łapaniu na ekranie smartfona w realnej rzeczywistości animowanych pokemonów), jak i schematy czy dymki informacyjne – dokładnie takie, jak w komiksach. Elementy na takiej łączonej scenie mogą być również w pełni interakcyjne – wystarczy zastosować np. standardowe, wirtualne gogle lub system śledzenia ruchu i oczu w smartfonie, aby można było wygenerować obraz pod odpowiednim kątem widzenia.
Jakie zastosowania VR i AR oferuje system AIDAR?
Małgorzata Strzelbicka, VP Kogifi Consulting Group Pracując nad systemem AIDAR wyszliśmy z założenia, że będzie obsługiwał zarówno systemy wspierające wirtualną rzeczywistość, jak i rzeczywistość rozszerzoną. Wprowadziliśmy system wirtualnej rzeczywistości, który umożliwia przeszkolenie wielu pracowników w tym samym czasie. Wykazujemy jednocześnie, że technologia ta ma ogromny wpływ na przyśpieszenie procesu edukacji inżynierów oraz pracowników pracujących na linii produkcyjnej. Z drugiej strony pracujemy też nad wykorzystaniem systemów rozszerzonej rzeczywistości do zdalnego wsparcia pracowników pracujących w fabryce jednego producenta w różnych miejscach. Oznacza to, że w przypadku awarii jednego narzędzia czy urządzenia, konsultant czy wsparcie zewnętrzne producenta podzespołu, który mógł się popsuć, nie musi dojeżdżać faktycznie na miejsce awarii, aby ją zlikwidować. Może wykonać taką naprawę zdalnie. Oba systemy pod naszą marką AIDAR umożliwiają symultaniczną pracę kilku osób, co przyczynia się do efektywnej kooperacji pracowników, którzy niekoniecznie pracują razem w tej samej fabryce, ale w kilku w różnych lokalizacjach geograficznych.
Zastosowania Augmented Reality
Okazuje się, że poszerzona rzeczywistość nie jest żadną nowością technologiczną. Prace nad technologiami AR rozpoczął w latach 60. ubiegłego wieku pionier grafiki komputerowej, amerykański inżynier Ivan Sutherland wraz ze studentami z Uniwersytetu Harvarda i Uniwersytetu w Utah. Lata 70. i 80. to głównie rozwijanie technologii AR na potrzeby sił powietrznych USA i NASA. Wówczas jednak nikt nie stosował nazwy poszerzona/rozszerzona rzeczywistość.
Nazwa ta pojawiła się na początku lat 90., kiedy to Thomas Caudell, zatrudniony w firmie Boeing, pracował nad technologią obrazowania, którą można by było wykorzystać przy produkcji samolotów jako pomoc dla monterów prowadzących kable elektryczne. W systemie tym wirtualne przewody oraz ich opisy wyświetlane były na ekranach umieszczonych w specjalnych wirtualnych okularach wyposażonych w kamerę. Oczywiście wirtualny obraz przewodów oraz opisy dodawane były przez komputer do obrazu rzeczywistego rejestrowanego przez kamerę – tak narodziła się współczesna technologia AR. Co ciekawe, technologia ta umożliwiła zwiększenie wydajności pracy o 30%.
W ciągu ostatnich kilkunastu lat znaczny spadek cen sprzętu komputerowego do obrazowania pozwolił na zintensyfikowanie prac nad technologiami AR. Przełom nastąpił po pojawieniu się na rynku smartfonów, na które, dzięki wbudowanym kamerom, akcelerometrom, modułom GPS, stałej łączności z Internetem oraz mocnym procesorom, bardzo łatwo pisze się aplikacje rozszerzonej rzeczywistości.
Przykład możliwości użycia okularów AR – na zdjęciu Epson Moverio Pro BT 2000
AR dla każdego
Zasada działania systemów Augmented Reality jest prosta. Wykorzystują one moduł GPS smartfona do dokładnego określenia naszej pozycji. Następnie wystarczy skierować obiektyw na interesujący nas obiekt, ulicę lub budynek, aby program do wyświetlanego na obrazie ekranu dodał w postaci opisów umieszczanych w komiksowych dymkach informacje o widocznym na ekranie obiekcie. W przypadku aplikacji komercyjnych, mogą być to informacje o zabytkach, dane pokazujące lokalizacje hoteli, bankomatów, restauracji itp. Coraz częściej do obrazu dodawane są rysunki i animacje, tym bardziej, że moc obliczeniowa i jakość grafiki generowanej przez współczesne smartfony jest bardzo dobra. Co więcej, dane lokalizacyjne umożliwiają pobranie z internetowego serwera informacji o wszystkich obiektach znajdujących się dookoła użytkownika, a program może je w odpowiedniej chwili wyświetlić na ekranie.
Najbardziej znaną platformą do zastosowań komercyjnych jest Wikitude. Dzięki dostępności pakietu SDK, można ją wykorzystać do własnych potrzeb. Podstawową zaletą należącej do platformy aplikacji Wikitude App (dostępna jest w Google Play i App Store) jest to, że umożliwia użytkownikom łatwe korzystanie z projektów AR stworzonych w dostępnym m.in. on-line pakiecie Wikitude Studio Editor.
HTC Vive Wireless Adapter uwalnia gogle VR firmy HTC Vive od łączących je z komputerem kabli
Co więcej, aby opracować i zaimplementować taki obiekt rozszerzonej rzeczywistości nie potrzeba jakichkolwiek umiejętności programistycznych – wystarczy dosłownie kilka kliknięć. W ten sposób można tworzyć i publikować wirtualne obiekty, które będą osadzane np. w czasopismach, na plakatach reklamowych, czy etykietach używanych w logistyce. Wystarczy na nich umieścić odpowiedni znacznik/kod, który rozpozna program.
Dzięki tego typu znacznikom, lub wykorzystując techniki rozpoznawania obrazu, można nałożyć na realny obraz trójwymiarowe lub dwuwymiarowe wirtualne obiekty. Znacznik ten jest też najczęściej punktem odniesienia w przestrzeni dla nakładanego obiektu 2D/3D. Nakładanym obrazem może być np. instrukcja serwisowa, model 3D montowanej części, reklamowany produkt, informacja turystyczna, repertuar teatru – słowem cokolwiek, co jest nam potrzebne.
W praktyce przemysłowej w aplikacjach AR najczęściej korzysta się po prostu z kodów kreskowych lub QR kodów, które standardowo nanosi się na części, podzespoły lub opakowania. Kamera odczytuje taki kod, system rozpoznaje i z bazy danych, za pośrednictwem Internetu, może być przesłana np. pełna instrukcja serwisowa wraz z modelem 3D, nakładanym na realny obiekt pokazującym, krok po kroku, jak zdemontować i wymienić część.
W tym miejscu warto zaznaczyć, że platforma Wikitude dysponuje własną technologią SLAM (Simultaneous Localization And Mapping), która umożliwia rozpoznawanie i śledzenie obiektów, a także śledzenie i nakładanie obiektów 2D/3D bez użycia markerów, co jest niezmiernie istotne dla służb utrzymania ruchu, zwłaszcza przy serwisowaniu starszych maszyn i urządzeń. Technologia ta używana jest również do analizowania ruchu autonomicznych robotów i śledzenia trajektorii przemieszczających się obiektów.
Jakie jest praktyczne zastosowanie platformy FIELD?
Marek Czarzbon, Co-CEO Kogifi Consulting Group Linie produkcyjne w kombinacji z IoT potrafią indywidualnie traktować każdy produkt przepływający między maszynami. Obrabiarki, frezarki, roboty wiedzą dokładnie, jaki produkt aktualnie się w nich znajduje i w jaki sposób zmienić proces jego obróbki. To daje dużą elastyczność, a duża elastyczność pozwala na pełne wykorzystanie maszyn, a tym samym osiągać większe zyski. Linia produkcyjna to nie tylko maszyny, ale także obsługujące je osoby, utrzymanie ruchu, serwis. Okulary AR, w zależności od produktu i etapu produkcji, prezentują instrukcje, które mają wykonać pracownicy. Pomaga to doskonale dostosować produkcję do jej zdigitalizowanej postaci, zgodnie z koncepcją Przemysłu 4.0. Platforma Systemowa FIELD firmy FANUC pozwala na integrację maszyn różnych producentów, zbierając dane z sensorów i udostępniając zasoby Big Data. FIELD pozwala jednocześnie na kontrolowanie maszyn w zależności od potrzeb. Cała usługa oferowana jest jako tzw. Edge Computing, czyli Managed Service, ale w wewnętrznej sieci danej firmy, nie w chmurze. Ta kombinacja jest doskonałym narzędziem, aby zabezpieczyć pełne wykorzystanie maszyn z jednoczesnym utrzymaniem jakości i dbałością o koszty. Tu widzimy wielki potencjał w naszym partnerstwie dla wspólnych klientów.
Zapewnienie jakości i utrzymanie ruchu
Jak można się domyślić, AR może też odgrywać ważną rolę w kontroli jakości wyprodukowanych lub zmontowanych wyrobów. Obecnie przemysł motoryzacyjny i lotniczy wdraża gogle i tablety z oprogramowaniem rozszerzonej rzeczywistości, które wykorzystywane jest do kontroli jakości części dostarczanych przez firmy zewnętrzne. Rozszerzono też zastosowania związane z kontrolą poprawności montażu i rozmieszczenia różnych podzespołów. Firmy z branży motoryzacyjnej, które zastosowały tablety z systemami AR w miejsce tradycyjnych instrukcji roboczych, informują, że dzięki temu liczba błędów zmalała o 90%, a czas cyklu montażowego skrócił się o 40–50%.
Technologię rozszerzonej rzeczywistości, podobnie jak VR, o czym za chwilę, wykorzystuje się także do tworzenia modeli produktów i wizualizacji umożliwiających stworzenie wirtualnego produktu zanim zostanie on faktycznie wyprodukowany. Daje to możliwość oceny, czy produkt będzie spełniał wszystkie założone kryteria i wymagania dotyczące ergonomii, bezpieczeństwa oraz funkcjonalności, a także pozwala na wcześniejsze przeszkolenie pracowników i serwisantów, nawet jeśli pracują na drugim końcu świata. Co więcej, nawet w przypadku produktów dostępnych w sprzedaży, serwisant, nawet jeśli nie miał wcześniej do czynienia z daną maszyną lub urządzeniem, bez problemu dzięki systemowi wirtualnych podpowiedzi i animacji, będzie wiedział na miejscu u klienta jak wymienić dany element. Jak widać redukcja kosztów dzięki systemom AR może być znaczna.
Lenovo ThinkReality A6
Firma Airbus, korzysta w procesie wytwórczym z systemu rzeczywistości mieszanej i aplikacji MiRA (Mixed Reality Application), która integruje cyfrowe makiety w systemie produkcyjnym. W ten sposób wyeliminowano konieczność szczegółowego manualnego sprawdzania integralności wszystkich komponentów, przenosząc ten proces – za pomocą czujników i kamer zamontowanych w kadłubie samolotu – do cyfrowej rzeczywistości. Jak twierdzi Airbus, MiRA skróciła czas potrzebny do sprawdzenia 60–80 tysięcy wsporników w kadłubie samolotu A380 z trzech tygodni do trzech dni.
Duże nadzieje w tej technologii pokłada m.in. grupa Volkswagen, która planuje wykorzystać ją na szeroką skalę w fabryce SAIC w Szanghaju – wyspecjalizowanej w produkcji elektrycznych samochodów. Zakład zaprojektowano w taki sposób, aby spełniał założenia Przemysłu 4.0. Z tego powodu duży nacisk położono na wykorzystanie technologii usprawniających i automatyzujących produkcję, w tym technologii AR.
Vertex 360 to bazujący na technologii VR system szkolenia spawaczy
Wirtualna rzeczywistość w przemyśle
Przejdźmy teraz do wirtualnej rzeczywistości i zastanówmy się, kiedy wirtualny świat może w pełni sprawdzić się w przemyśle. Po pierwsze wirtualna rzeczywistość może służyć do planowania hal fabrycznych i linii produkcyjnych, a także kontroli działania robotów. Korzystając z wirtualnych gogli i danych z systemu CAD/CAM można przejść się po fabryce i przyjrzeć pracy linii produkcyjnej zanim zostanie ona fizycznie wybudowana, a linie zestawione. Łatwo w ten sposób wychwycić wszystkie błędy związane ze złym rozmieszczeniem maszyn i urządzeń czy elementów wyposażenia hali. Łatwo też sprawdzić, czy wyznaczone drogi transportu wewnętrznego i ciągi piesze są optymalne.
Technologia wirtualnej rzeczywistości wykorzystywana jest także do monitorowania linii produkcyjnych i całych istniejących fabryk. Wirtualnego bliźniaka wykorzystuje się do monitorowania danych w czasie rzeczywistym i na ich podstawie do optymalizowania procesu. Jest to jedna ze standardowych technologii stosowanych przede wszystkim przez duże przedsiębiorstwa produkcyjne i firmy z branży motoryzacyjnej i lotniczej.
Kontrola parametrów produkcji za pomocą okularów rozszerzonej rzeczywistości
Co ciekawe, jeden z producentów w branży motoryzacyjnej, a mianowicie europejska filia Forda, wdrożył technologie produkcji wirtualnej w celu zaprojektowania bezpiecznego i wydajnego środowiska pracy. Wykorzystano technologię VR sprzężoną z techniką motion capture (przechwytywanie i cyfryzacja trajektorii ruchów ciała) i drukiem 3D. Pozwoliło to na optymalizację miejsc pracy i zmniejszenie liczby wypadków podczas pracy, związanych ze zranieniem ludzi o 70%. Ograniczono też problemy ergonomiczne pracowników o 90%.
Oprogramowanie do wizualizacji 3D, wykorzystujące technologię VR, pomaga zmniejszyć koszty prototypowania i pozwala usprawnić proces analizowania i ulepszania projektów na podstawie uwag potencjalnych klientów po wirtualnej prezentacji gotowego wyrobu. W ten sposób skrócić można czas opracowania produktu i przyspieszyć jego wprowadzenie na rynek.
Koncern Toyota korzysta z systemu VR w dziale projektowym. Dzięki temu inżynierowie mogą przyjrzeć się prototypowym modelom w wirtualnej rzeczywistości, w naturalnej skali. Wykorzystywane oprogramowanie pozwala przenieść gotowy model z programu CAD do świata VR i sprawdzić, jak prezentuje się w docelowej wielkości. Technologia VR pozwala także przetestować prototypy na wirtualnym torze, zanim zleci się wykonanie jego fizycznej wersji.
Jeśli chodzi o roboty, to w wirtualnej przestrzeni również łatwiej zaprojektować i zoptymalizować gniazdo produkcyjne, a także wyznaczyć optymalne trasy ruchu ramienia robota bez narażania się na wielokrotne, kosztowne próby w rzeczywistym świecie.
VR i AR – czy tylko usprawniają szkolenia pracowników?
Simon Wegner, Delivr Poland sp. z Wirtualna rzeczywistość (VR) i rzeczywistość rozszerzona (AR) to technologie, które bardzo długo szukały swojego miejsca w branżach innych niż rozrywka czy marketing. Idealnym miejscem dla tych technologii okazał się sektor szkoleniowy, gdzie rozwiązania VR i AR nie tylko znacznie usprawniają efektywność szkolenia, ale pozwalają też na znaczną redukcję jego kosztów. Świetnym przykładem są szkolenia z obsługi czy serwisu maszyn pracujących na produkcji. Jak dotąd, szkolenia w tym zakresie wymagały zatrzymania na jakiś czas linii produkcyjnej, co generowało w firmach olbrzymie koszty. Technologia VR umożliwia symulację wszelkich procedur związanych z obsługą czy serwisem danej maszyny w trójwymiarowym środowisku. Każdy ruch naszego ciała zostaje precyzyjnie odtworzony w symulacji za pomocą sprzętu VR. Dzięki tej technologii, możemy wiernie oddać wszelkiego rodzaju procedury i przeszkolić pracowników z danego zakresu w ciekawy i angażujący sposób. Natomiast technologia AR świetnie sprawdza się w codziennej pracy techników – dzięki algorytmom rozpoznawania obiektów, możemy nanieść na realną maszynę cały szereg informacji dodatkowych i materiałów multimedialnych, które zobaczymy kierując na jej elementy kamerę telefonu, tabletu lub gogli rozszerzonej rzeczywistości. Najbardziej popularnym zastosowaniem tej technologii są interaktywne książki serwisowe, dzięki którym praktycznie każdy technik może dokonać montażu lub serwisu urządzenia bez wcześniejszego szkolenia – wszystkie informacje pojawią się przed jego oczami na elementach realnej maszyny, a specjalnie zaprojektowana aplikacja przeprowadzi pracownika przez cały proces krok po kroku.
Szkolenia
Obecnie VR w przemyśle wykorzystuje się również podczas prowadzenia szkoleń. Oczywiście dominują tu szkolenia techniczne związane z symulacją różnych procesów. W ten sposób przeszkolić można pracowników, którzy muszą przetrenować ręcznie wykonywane czynności lub opanować procesy produkcyjne. Podstawową zaletą systemów VR jest to, że można zasymulować warunki niebezpieczne, a z drugiej strony podczas szkolenia nie blokujemy w fabryce linii produkcyjnej.
Dla przykładu, urządzenie szkoleniowe VRTEX 360 produkowane przez Lincoln Electric, pozwala ćwiczyć techniki spawania w symulowanym, wirtualnym środowisku. Dzięki temu osoba szkolona ma realistyczne odczucia związane z dźwiękiem i obrazem. Producent urządzenia VRTEX we współpracy z Iowa State University porównał tradycyjne szkolenia spawalnicze z tymi wykorzystującymi technologię VR. Uzyskane wyniki wskazują, że w przypadku wirtualnego szkolenia nie tylko skrócono czas szkolenia i zmniejszono jego koszty, ale uzyskane efekty szkoleniowe są lepsze o 50%.
Z kolei Volkswagen wdraża, we wspomnianej fabryce SAIC, innowacyjne procesy szkoleniowe dla pracowników linii produkcyjnych oraz działu logistyki, które odbywają się w wirtualnej rzeczywistości. Firma dysponuje kilkudziesięcioma symulatorami, z których już korzysta 10 tys. pracowników. Koncern liczy na to, że dzięki goglom VR poprawi efektywność szkoleń wewnętrznych. Istotne jest to, że pracownicy będą mogli się bezpośrednio zmierzyć z konkretnymi problemami, które byłyby nie do zasymulowania na linii produkcyjnej bez doprowadzenia do jej poważnej awarii.
Microsoft HoloLens
Sprzęt AR
Na koniec zajmijmy się sprzętem stosowanym w systemach AR i VR. Najprostszym urządzeniem jest smartfon lub tablet. Oba idealnie nadają się do użycia w systemach rozszerzonej rzeczywistości lecz mają również swoje wady – nie przydadzą się w sytuacji serwisowej lub montażowej, gdy musimy mieć obie ręce wolne. Wówczas korzysta się ze specjalnych okularów.
Tego typu przemysłowy sprzęt produkowany jest m.in. przez firmę Epson, a do najbardziej znanych na rynku konsumenckim należą z pewnością Microsoft Hololens i Google Glass czy nowy Lenovo ThinkReality A6. Epson ma w swojej ofercie dwa modele przemysłowe swoich okularów – Moverio Pro BT-2000 oraz Moverio Pro BT-2200.
Stereoskopowe okulary firmy Epson wyposażono w przezroczysty wyświetlacz HD, funkcję 3D oraz przednią kamerę stereo z rozdzielczością 5 Mpx i trójwymiarowe wykrywanie głębi, które rozpoznaje wymiary obiektów oraz ich położenie względem siebie. Wytrzymała konstrukcja oraz certyfikat IP54 sprawiają, że okulary te można stosować w trudnych warunkach, nawet w otwartym terenie. Oprócz systemu GPS urządzenie ma wbudowane inercyjne urządzenie pomiarowe, które pozwala na dokładne wykrywanie ruchów pracowników. Dodatkowo precyzję określania położenia w pomieszczeniach zwiększają technologia Bluetooth LE, sygnał GPS i Wi-Fi. Istotne jest to, że stosowanie okularów nie wymaga użycia rąk – reagują na polecania głosowe.
W których obszarach przemysłu są praktycznie stosowane systemy VR i AR?
Jędrzej Kowalczyk, prezes zarządu FANUC Polska Systemy VR i AR to synonim optymalizacji produkcji, zarówno w obszarze parków maszynowych, jak i zespołów ludzkich. Zdaniem ekspertów przy zastosowaniu tych nowoczesnych technologii usprawnienie pracy pracowników może sięgać nawet 90%. Rozwiązania rozszerzonej rzeczywistości stanowią nieocenioną pomoc dla pracowników fabryk odpowiedzialnych za monitorowanie różnych obszarów produkcji, m.in. kontroli jakości produktu, wydajności produkcji, statusu maszyn produkcyjnych i współpracujących z nimi robotów. Dzięki połączeniu architektury rozproszonych zasobów IT (np. FANUC FIELD System) oraz „inteligentnych okularów”, stanowiących główny komponent AR, operatorzy i zarządzający produkcją zyskują dostęp do Big data, czyli różnorodnych danych oraz wynikających z nich informacji, co stanowi podstawę analizy parametrów procesów i ich optymalizacji, a w ostatecznym rozrachunku decyduje także o zyskach z produkcji. Z punktu widzenia dostawcy maszyn i robotów przemysłowych muszę podkreślić wsparcie, jakie te systemy zapewniają służbom utrzymania ruchu – zarówno po stronie klienta, jak i serwisu producenta. Nieograniczony wgląd do schematów, instrukcji czy rysunków technicznych poszczególnych urządzeń w czasie rzeczywistym to ogromna oszczędność czasu i pieniędzy, brak przestojów produkcji, a także możliwość lokalnego realizowania wymaganych działań przeglądowo-serwisowych, nawet przez osoby nieposiadające wiedzy technicznej. Rozwiązania tego typu mają ogromny wpływ na podniesienie poziomu elastyczności linii produkcyjnych, ponieważ osoby pozbawione wiedzy o maszynach czy robotach, ale korzystające z okularów, mogą w każdej chwili wykonywać czynności obsługowe, zmieniać parametry procesów i uruchamiać nowe programy związane m.in. z produkcją innego asortymentu.
Gogle VR
Jeszcze do niedawna wirtualna rzeczywistość była technologią, która stanowiła rynkowy margines. Sytuacja zaczęła się zmieniać w 2011 r. Wówczas to firma Oculus VR dzięki prototypowi gogli Oculus Rift zapoczątkowała wirtualną rewolucję. W 2014 r. Oculus VR został przejęty przez Facebooka i ten społecznościowy gigant bardzo mocno rozwija technologię VR. Obecnie na rynku dostępnych jest bardzo dużo różnego rodzaju gogli VR (w polskich sklepach naliczyłem 25 modeli), w tym modele przewodowe i bezprzewodowe, które z komputerem generującym wirtualne światy komunikują się bezprzewodowo. Niemniej na rynku zastosowań profesjonalnych liczą się tak naprawdę dwa rozwiązania HTC Vive i Oculus Rift – oba modele mogą bezpośrednio współpracować z profesjonalnym oprogramowaniem, w tym oprogramowaniem CAD i PLM.
Oba systemy doczekały się następców – są to modele HTC Vive Pro, HTC Cosmos oraz Oculus Rift S i Oculus Quest. Oculus Rift S to odświeżenie starszego modelu. Nadal są to okulary przeznaczone do współpracy z komputerem i nadal wymagają do działania przewodu łączącego komputer z goglami. Model Rift S nie wymaga zewnętrznych kamer do śledzenia przemieszczeń, a cały system śledzenia ruchów jest wbudowany wprost w gogle. Wbudowany ekran ma większą rozdzielczość (2560 px × 1440 px, zamiast 2160 px × 1200 px) i użyto do ich budowy lepszych soczewek.
System rozszerzonej rzeczywistości opracowany w latach 90 przez Boeninga
Z kolei Oculus Quest to samodzielne Gogle VR, które do pracy nie potrzebują połączenia ze smartfonem, ani z pecetem. Jest to niezależny sprzęt z własnym procesorem Qualcomm Snapdragon 835 i pamięcią. Wymagają więc stworzenia własnego oprogramowania, co może być kłopotliwe w przypadku zastosowań przemysłowych, ale daje dużą samodzielność – zwłaszcza przy wykorzystywaniu gogli do szkoleń. Akumulator urządzenia wystarcza na około trzy godziny pracy. Gogle nie wymagają żadnych zewnętrznych kamer, a wszystkie elementy potrzebne do śledzenia ruchów są w nie wbudowane.
HTC Vive Pro to również udoskonalona wersja poprzedniego modelu Vive, wymagająca jednak wciąż zewnętrznych kamer do śledzenia ruchów użytkownika. Podstawową modyfikacją jest lepszy ekran i optyka – 2880 px × 1600 px, zamiast 2160 px × 1200 px. HTC Cosmos to odpowiedź tajwańskiej firmy na Oculus Rift S. Gogle wszystkie elementy do śledzenia ruchu mają już wbudowane i nie wymagają zewnętrznych kamer – wykorzystywane jest sześć umieszczonych w ich obudowie kamer. Urządzenie wyposażone zostało w dwa ekrany o przekątnej 3,4 cala. Każdy z nich ma rozdzielczość 1440 px × 1700 px, co daje rozdzielczość 2800 px × 1700 px. To o 88% więcej niż w HTC Vive pierwszej generacji. Obraz generowany jest z częstotliwością 90 klatek na sekundę, a pole widzenia wynosi 110°. HTC Vive Cosmos zostały zaprojektowane tak, by można było w szybki i wygodny sposób odchylić gogle i spojrzeć na rzeczywisty świat bez konieczności ich zdejmowania. Jest to istotne z punktu widzenia szkoleń. W przypadku zastosowań przemysłowych istotna jest również możliwość dokupienia bezprzewodowego adaptera HTC Vive Wireless Adapter, który pozwoli uwolnić się od kabli łączących gogle z komputerem.
Mictrosoft HoloLens, to okulary, które mogą być pomocne podczas projektowania z wykorzystaniem Mieszanej Rzeczywistości
Korzyści wynikające ze stosowania rozszerzonej rzeczywistości
Uproszczenie wymiany informacji – dzięki AR możliwe jest bezpośrednie zgłaszanie problemów inżynierom procesu i działom utrzymania ruchu, a także dokonywania drobnych napraw na miejscu przez pracowników produkcyjnych, bez zakłócania produkcji;
Skrócenie czasu przestojów – szybszy dostęp do informacji serwisowych, skanując kody QR można na bieżąco mieć dostęp do materiałów wideo, grafik czy animacji ułatwiających serwisowanie bądź naprawę urządzenia;
Wyświetlanie bieżących danych – informacje dotyczące maszyny i przebiegu procesu produkcyjnego mogą być wyświetlane w czasie rzeczywistym w postaci czytelnych wykresów;
Przyspieszenie montażu – wirtualne grafiki obrazują, jak dana część ma być zamontowana lub zdemontowana. W ten sam sposób można przedstawić procedury montażowo-testowe trudne do opisania w formie tekstowej;
Dostęp do zasobów wiedzy – łatwy dostęp do zasobów, instrukcji obsługi czy podręczników użytkownika, zwłaszcza podczas prac wykonywanych w terenie;
Łatwe raportowanie – do raportów można dodawać zdjęcia czy filmy przedstawiające bieżącą sytuację. W ten sposób może też ulec poprawie komunikacja między członkami zespołu, zwłaszcza podczas prac w oddalonych od siebie lokalizacjach.
Google Cardboard to proste, kartonowe urządzenie pozwalające zamienić zwykłego smartfona w gogle VR
Telefon zamiast gogli VR
Najprostszy i najtańszy zestaw do wirtualnej rzeczywistości to tekturowe pudełko z kieszonką na smartfona, tzw. cardboard, które zaproponowała firma Google. Takie gogle można nabyć dosłownie za kilkanaście złotych w Internecie lub zrobić własnoręcznie wg instrukcji umieszczonej na stronie Google i po pobraniu odpowiedniej aplikacji cieszyć się wirtualną rzeczywistością. Należy jednak pamiętać, że za wszystkie obliczenia związane z generowaniem wirtualnej rzeczywistości odpowiada tu wyłącznie smartfon, a od jakości ekranu i jego wydajności zależeć będzie, jaki obraz ujrzymy naszymi oczami.
Największą zaletą rozwiązań typu cardboard jest to, że umożliwiają wstępne zapoznanie się z wirtualną rzeczywistością i sprawdzenie, czy ta technologia przyda nam się w zastosowaniach profesjonalnych. Następnie można kupić droższe, bardziej profesjonalne urządzenie. W sprzedaży dostępne są też plastikowe wersje cardboardowych gogli VR, z lepszymi soczewkami, do których można również podłączyć dowolny smartfon. Na tym pomyśle bazuje też konstrukcja gogli Gear VR firmy Samsung. Jest to obecnie najbardziej profesjonalny sprzęt VR dostępny na rynku, który przy wyświetlaniu wirtualnej rzeczywistości korzysta z ekranu telefonu komórkowego. Niestety Gear VR współpracują tylko z telefonami Samsunga.
źródło: Automatyka 12/2019
Rzeczywistość wirtualna – Wikipedia, wolna encyklopedia
Rzeczywistość wirtualna (ang. virtual reality), fantomatyka[1] – obraz sztucznej rzeczywistości stworzony przy wykorzystaniu technologii informatycznej. Polega na multimedialnym kreowaniu komputerowej wizji przedmiotów, przestrzeni i zdarzeń. Może on reprezentować zarówno elementy świata realnego (symulacje komputerowe), jak i zupełnie fikcyjnego (gry komputerowe science-fiction).
Prekursorem rzeczywistości wirtualnej jest Myron W. Krueger (ur. 1942) – artysta, badacz i informatyk. Opracował i stworzył projekty wideoinstalacji, które określał mianem środowisk responsywnych. Pierwszym projektem Kruegera, utworzonym we współpracy z Dan Sandin, Jerry Erdman i Richard Venezky, był powstały w 1969 roku na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, "Glowflow". Konstrukcja składała się z zaciemnionego pokoju, na którego ścianach umieszczono cztery przezroczyste rury. Poprzez wpompowywanie w nie fluorescencyjnych cząsteczek zmieniano ich kolor, a procesowi temu towarzyszyły dźwięki legendarnego syntezatora Mooga. Ruchy osoby znajdującej się w pokoju były interpretowane przez komputer, który odpowiadał na nie sygnałami świetlnymi i dźwiękowymi. Rok później powstał "Metaplace" łączący przekazy z dwóch pomieszczeń w formę wizualną którą kształtowały jednocześnie dwie osoby. Kolejną instalacją był labirynt, z podłogą pokrytą czujnikami ruchu, o nazwie "Psychic Space" (1971). Najbardziej znaną instalacją Kruegera stała się "Videoplace" przedstawiona w 1975 roku w Muzeum Sztuki w Milwaukee, będąca rozwinięciem idei "Metaplace". W projekcie tym oprócz responsywności znanej z pierwszego projektu, Krueger położył nacisk na zmysł dotyku, umożliwiając awatarom interakcje na wspólnej przestrzeni wizualnej. Projekt był w kolejnych latach rozbudowywany i wzbogacamy o nowe zdobycze techniki. Zastosowano nowe oprogramowanie, lepsze komputery oraz akcesoria takie jak hełm i wirtualne rękawice. Roli Kruegera nie sposób przecenić. Jego projekty i wizje stały się prototypami systemów Rzeczywistości Wirtualnej, mających zastosowanie w edukacji, psychologii i psychoterapii. Jednym z takich systemów jest powstała 20 lat później (w 1992 roku) instalacja o nazwie "CAVE".
Za twórcę pojęcia Virtual Reality (VR) uważa się Jarona Laniera. Steve Bryson na podstawie swoich prac w NASA razem z Jaronem Lanier zdefiniował rzeczywistość wirtualną w następujących słowach: "Rzeczywistość wirtualna jest sposobem użycia technologii komputerowej w tworzeniu efektu interaktywnego, trójwymiarowego świata, w którym obiekty dają wrażenie przestrzennej (fizycznej?) obecności." ("Virtual Reality is the use of computer technology to create the effect of an interactive three-dimensional world in which the objects have a sense of spatial presence."). W literaturze spotyka się definicję rzeczywistości wirtualnej jako I³: Interaction (interakcja) + Immersion (zagłębienie)+ Imagination (wyobraźnia)[2].
Na obecnym poziomie rozwoju technologii komputerowej rzeczywistość wirtualną uzyskuje się głównie poprzez generowanie obrazów i efektów akustycznych. Rzadziej stosowane są doznania dotykowe, a nawet zapachowe czy smakowe. Dodatkowo technologia ta umożliwia interakcję ze środowiskiem symulowanym przez komputer poprzez różnego rodzaju manipulatory.
Doświadczenia wizualne odbieramy za pomocą oczu obserwując środowisko przedstawiane za pomocą różnego rodzaju ekranów. Najczęściej stosowane są ekrany komputerowe. Wykorzystuje się do tego celu również ekrany wielkopowierzchniowe (w tym kinowe) oraz miniaturowe (umieszczane w specjalnie skonstruowanych "okularach"). Wszystkie te technologie umożliwiają wyświetlenie obrazu zarówno w trybie 2D, jak i 3D (stereoskopowo). Do uzyskania efektu trójwymiarowego stosuje się kilka technologii. Najstarsza ze stosowanych to zastosowanie dwukolorowych (niebiesko-czerwonych) okularów anaglifowych przez które ogląda się specjalnie spreparowany obraz. Wadą tej technologii jest słaba głębia kolorów, dlatego coraz częściej jest ona zastępowana przez okulary polaryzacyjne. Tu również mamy do czynienia za specjalnie przygotowanym obrazem oraz okularami, których szkła posiadają odwrotną polaryzację przepuszczanego światła. Już przy pierwszym kontakcie odczuwamy olbrzymią przewagę tej technologii nad "czerwono-niebieską". Nie ogranicza ona widzenia barw oraz tworzy bardzo realistyczną głębię obrazu 3D. Warto w tym miejscu wspomnieć też technologię półprzeźroczystych okularów LCD podłączonych elektrycznie do układu i zsynchronizowanych z obrazem wyświetlanym na ekranie w postaci dwóch półobrazów. Każdy z półobrazów wyświetlany jest naprzemiennie (najczęściej z częstotliwością 120 Hz), podczas gdy okulary zaciemniane są na przemian przepuszczając do lewego i prawego oka tylko parzyste lub nieparzyste klatki obrazu. Kolejną technologią są "okulary" zawierające wbudowane dwa miniaturowe ekrany, z których każdy wyświetla właściwą część obrazu[3].
Doznania akustyczne nie zawsze towarzyszą środowisku rzeczywistości wirtualnej. W niektórych zastosowaniach są one elementem zbędnym (modelowanie pogody, medycyna, spacer po mieście). W innych stanowią nieodzowny element tego środowiska, zwiększający głębię doznań wirtualnego świata. Szczególnie ciężko wyobrazić sobie gry komputerowe bez efektów dźwiękowych. Aby maksymalnie zwiększyć efekt doznań, stosuje się układy dźwięku wielokanałowego 3D. Do tego celu konstruuje się układy wielogłośnikowe (również w słuchawkach nagłownych) oraz układy elektroniczne wywołujące wirtualizację dźwięku w systemach dwugłośnikowych. Najczęściej stosowanym układem głośnikowym jest system 5.1 składający się dwóch głośników przednich, dwóch tylnych, centralnego i niskotonowego. Producenci komputerowych kart dźwiękowych prześcigają się w konstrukcji rozwiązań wspomagających obliczanie środowisk akustycznych 3D, poprzez matematyczną analizę ich kształtu i zastosowanych materiałów.
Podejmowane są już próby konstrukcji układów mających wzbogacić doznania w środowisku rzeczywistości wirtualnej o zapach, chociaż podobnie jak w przypadku dźwięku nie wszystkie zastosowania ich wymagają. W 2001 roku Amerykańska firma DigiScents ogłosiła premierę urządzenia o nazwie iSmell Personal Scent Synthesizer, które działało jak zapachowy cartridge. Zadaniem oprogramowania załączonego do urządzenia było uwalnianie w odpowiednich momentach różnych mieszanek zapachów, znajdujących się w dołączonych do urządzenia zbiornikach, które można było napełniać i wymieniać jak naboje do drukarek. Niestety projekt okazał się fiaskiem finansowym ze względu na znikome zainteresowanie klientów tym produktem.
Niektóre symulacje zawierają środowisko wirtualne w którym znajdują się wirtualne artefakty, które mogą być obsługiwane lub wchodzić w interakcje z użytkownikiem (najczęściej reprezentowanym przez awatara) przez różnego typu urządzenia wejścia-wyjścia. Najczęściej do tego celu służą: myszka komputerowa, klawiatura, dżojstik, gamepad, kierownica, tablet, touchpad lub ekran dotykowy. Bardziej futurystycznymi rozwiązaniami są różnego rodzaju wirtualne rękawice, hełmy z czujnikami ruchu, kompletne kombinezony, fotele, a nawet całe kabiny symulacyjne. Część z tych urządzeń posiada mechanizmy wywołujące efekt zwrotny wobec użytkownika. Najprostszą formą tego typu efektów są wibracje, pojawiające się na urządzeniu w określonym momencie. Zazwyczaj ich intensywność jest stała, inaczej mówiąc działają u układzie logicznym 0-1. Bardziej skomplikowane konstrukcje opierają się na silniczkach elektrycznych i siłownikach. Tego typu konstrukcje odwzorowują zazwyczaj siłę doznania i jego charakterystykę i kierunek. Przykładowo, bardziej zaawansowane modele kierownic do samochodowych wyścigów komputerowych potrafią odwzorowywać w inny sposób doznania związane z rodzajem nawierzchni po której się porusza pojazd, inaczej zareagują na uderzenie boczne, czołowe, a inaczej zachowają się gdy pojazd wpadnie na mokrej nawierzchni w poślizg. Z kolei hełmy poprzez wbudowane czujniki ruchu sterują ruchem wirtualnej głowy awatara, czyniąc rozglądanie się po otoczeniu bardziej naturalnym. Podobnie rękawice, wyposażone w czujniki grawitacyjne i dotykowe dają możliwość sterowania wirtualnymi rękami i palcami, a co za tym idzie wykonywania wirtualnych prac w sposób intuicyjny. Używając połączenia tych sterowników można w całej pełni korzystać z potencjału środowiska 3D. Taki układ obsługuje bowiem 6 stopni swobody (ang. 6 DOF – Degree Of Freedom), czyli jednocześnie dostarcza informacji zarówno o pozycji (3 wymiary), jak i orientacji (3 wymiary), w sumie zatem sześć wartości. W zaawansowanych modelach symulacyjnych często stosuje się kabiny. Zwiększają one immersję poprzez odizolowanie operatora od świata realnego, wewnętrznym wykończeniem przypominają rzeczywisty kokpit, a czasami sterowane siłownikami symulują przeciążenia wykorzystując ruch obrotowy wokół osi oraz różne kąty nachylenia do siły grawitacji. Inżynierowe pracujący dla Facebook Reality Labs oraz Oculus opracowali pierwszy system śledzenia dłoni dla headsetu VR Oculus Quest, który w całości opiera się wyłącznie na kamerach monochromatycznych. Za pomocą wykorzystania techniki uczenia maszynowego (deep learning) oraz śledzenia opartego na modelu dłoni, udało im się osiągnąć lepszy rezultat, niż przy wykorzystaniu technologii opartej na badaniu głębi obrazu. Warto zwrócić uwagę na to, że użytkownik nie musi być wyposażony w dodatkowe gadżety jak rękawice, aby cały proces badania ręki odbył się prawidłowo. Nowa technologia ma zostać wprowadzona w życie na początku 2020 roku[4].
Sprzęt obliczeniowy i oprogramowanie [ edytuj | edytuj kod ]
W praktyce rzeczywistość wirtualna jest pojmowana jako system, składający się ze specjalistycznego oprogramowania oraz sprzętu. Ze względu na mnogość systemów przyjęto definiować je jako rzeczywistość wirtualną. Rola oprogramowania najczęściej skupia się na dwóch warstwach. W jednej, przy wsparciu akceleratorów sprzętowych służy przetwarzaniu środowiska w obraz i dźwięk. Ze względu na trójwymiarowość środowiska, wiąże się to z ogromną ilością obliczeń matematycznych. Czasami mamy do czynienia z obliczeniami dokonywanymi w czasie rzeczywistym. W niektórych przypadkach obliczenia wykonane zostają przed właściwą projekcją. Wówczas mamy zazwyczaj do czynienia z efektem końcowym znacznie lepszej jakości i o nieporównywalnie większej precyzji. Często też, dodatkowy sprzęt wspiera uczucie tzw. immersji czyli zagłębienia w środowisku generowanym komputerowo.
Patrząc przez pryzmat aktualnych rozwiązań, można powiedzieć że postęp osiągnięty w ostatnich latach w dziedzinie technologii jest przeogromny. Jednak wierności modeli jeszcze sporo pozostało do osiągnięcia pełnego realizmu świata rzeczywistego. Hamują nas wciąż ograniczenia sprzętowe. Coraz rzadziej jest to kwestią rozdzielczości obrazu czy pasma komunikacji sieciowej. Problemy wynikają z naszej fizjologii. Współpraca naszego organizmu ze sprzętem nie przebiega w sposób bezproblemowy – pojawiają się efekty uboczne. Interaktywne gadżety w rodzaju hełmów czy rękawic tylko pozornie odwzorowują nasze ruchy w cyberprzestrzeni. Wzrok i błędnik grają fundamentalne role w naszym określaniu równowagi i lokalizacji przestrzennej. W przypadku wzroku problemem staje się opóźnienie pomiędzy zarejestrowanymi przez hełm ruchami naszej głowy a obrazem generowanym przez komputer i wysyłanym na ekran. Analogiczna sytuacja opóźnienia ma miejsce w przypadku odwzorowania ruchu rękawic. Z kolei błędnik inaczej zarejestruje naszą orientację w odniesieniu do grawitacji, niż wskazywać będzie algorytm wyliczony przez aplikację. Dla naszego mózgu jest to sytuacja konfliktowa, ponieważ odbiera on od różnych zmysłów sprzeczne informacje. Inną przyczyną konfliktu może być różnica pomiędzy zbieżnością oczu a zbieżnością kreowaną przez parę stereoskopowych obrazów umieszczonych w hełmie. W życiu codziennym ciągle musimy fiksować nasz wzrok na rozmaicie od nas oddalonych przedmiotach (od ok. 28 mm do nieskończoności). Tymczasem urządzenia wyświetlające, kreują wirtualny obraz w stałej od nas odległości. Nasz organizm szybko przyzwyczaja się do tej nowej sytuacji, jednakże – jak na ironię – rodzi to problem powrotu do realnej rzeczywistości. Im bardziej immersyjny system, tym trudniejszy powrót. Nastawienie sobie na powrót ostrości postrzegania, czy odzwyczajenie się od opóźnień, czasami wcale nie jest takie proste. Przebywając w wirtualnych światach przeprogramowujemy nasz mózg, zaś powrót do rzeczywistości wymaga kolejnego przeprogramowania. Jednak technologia rozwija się, nie ograniczając się tylko do prawa Amdahla, więc w niedalekiej przyszłości można się spodziewać pokonania barier czysto techniczno-sprzętowych. Pozostanie kwestia ceny i zastosowań w praktyce, które miejmy nadzieję nie wymkną się spod kontroli twórców.
Technologia rzeczywistości wirtualnej ma zastosowanie zarówno w dziedzinie użytkowej jak i rozrywkowej. Daje nam narzędzia przy użyciu których możemy uporać się z poważnymi problemami jakie niesie ze sobą życie i rozwój cywilizacji. Udostępnia również pole dla czystej zabawy intelektualnej jaką potrafią dać szczególnie dzieciom gry komputerowe.
Symulowane środowisko może być podobne do świata rzeczywistego. Tworzy się więc symulacje przydatne dla pilotów oraz różnego typu treningi wojskowe, a także modele prac remontowych, konstrukcyjnych i medycznych, których wirtualne scenariusze przebiegają w bardzo trudnych, czy nawet ekstremalnych i nietypowych warunkach, ale są całkowicie bezpieczne dla zdrowia i życia. Tworzy się również matematyczne modele klimatu świata, służące prognozowaniu pogody. Od wielu lat możemy oglądać rozwój specjalistycznego sprzętu, który umożliwia poruszanie się w innym, kontrolowanym przez człowieka świecie. Rzeczywistość wirtualna to nieocenione narzędzie pozwalające tworzyć w sposób bezpieczny modele, które po sprawdzeniu można zrealizować w rzeczywistości realnej.
Przykładowe zastosowania użytkowe:
Symulatory
lotnictwo wojskowe i cywilne
astronautyka
pojazdy, maszyny i konstrukcje naziemne
pojazdy, maszyny i konstrukcje górnicze
pojazdy, maszyny i konstrukcje podwodne i morskie
Medycyna
interaktywne szkolenia chirurgów
interaktywne doświadczenia w medycynie
leczenie oparzeń (wirtualny świat Snow World) [5]
leczenie fobii
leczenie PTSD (Zespół stresu pourazowego)
Prototypowanie
tworzenie modeli CAD
Komunikacja audiowizualna
Rzeczywistość rozszerzona (ang. augmented reality)[6]
HUD
obrazowanie medyczne
szkolenia
muzealnictwo
marketing
Rozrywkowe – gry [ edytuj | edytuj kod ]
Mówiąc o rozrywce w kontekście rzeczywistości wirtualnej, na myśl przychodzą oczywiście gry komputerowe, będące odzwierciedleniem mniej lub bardziej rzeczywistego świata. Część gier ma swój rodowód w zastosowaniach użytkowych, które z czasem zawitały w świecie rozrywki multimedialnej. Do takich należą przede wszystkim wszelkiego rodzaju symulatory lotu, zarówno jednostkami militarnymi jak i cywilnymi. Ale symulatory nie ograniczają się do lotnictwa. Powstały już praktycznie symulatory wszelkich pojazdów, maszyn, a nawet całych systemów – takich jak lotniska, dworce, parki rozrywki. Inną formą są produkty wykorzystujące perspektywę FPP. Są to głównie tzw. shootery. Kolejną formą są gry MMORPG realizujące wizje całych światów, po których poruszają się postacie (avatary) nawet kilku tysięcy graczy, realizujących swoje cele wyznaczane przez fabułę.
Przykładowe gatunki:
symulatory
gry FPP
gry MMORPG
Rozrywkowe – relaks, turystyka, handel, społeczności [ edytuj | edytuj kod ]
Formą relaksu w środowisku rzeczywistości wirtualnej niekoniecznie muszą być gry. Do tego celu mogą służyć specjalnie stworzone środowiska, mające na celu relaksację w otoczeniu wirtualnej oazy, w której można uspokoić umysł przy pomocy obrazów, muzyki, czy nawet zapachów kojących umysł.
Coraz częściej swoje modele w świecie rzeczywistości wirtualnej przygotowują instytucje i organizacje pragnące w ten sposób zainteresować środowiska konsumenckie ich odpowiednikiem w świecie realnym i w ten sposób zwiększyć atrakcyjność oferty i skłonić do wizyty raz w świecie wirtualnym, dwa w naturze. Powstają więc wirtualne modele najciekawszych fragmentów miast (centra kulturalne i handlowe), czy słynnych budowli (np. Zakazane Miasto w Pekinie). Niektóre funkcjonują w postaci oddzielnych aplikacji, inne stają się częścią ogólnoświatowych projektów (Google Earth, Second Life) stale rozwijanych i udoskonalanych.
Przykładowe rozwiązania:
Handel
Rozszerzona wirtualna rzeczywistość (ang. Augmented Reality) w handlu, muzeach
Turystyka
Wirtualne Zakazane Miasto – strona projektu ( ang. )
Aspekty zdrowotne [ edytuj | edytuj kod ]
Stymulowanie impulsami wizualnymi 3D szczególnie w dłuższym przedziale czasu może powodować różne reakcje organizmu (np. epilepsje) szczególnie gdy doznania wzrokowe różnią się od grawitacyjnych (błędnik). Ważnym aspektem pozostają również choroby stawów i kręgosłupa. Jest to jedna z wad, która przez długie korzystanie z różnych symulatorów najczęściej w grach powoduje negatywne skutki.
Rynek VR [ edytuj | edytuj kod ]
Rynek VR był w 2016 roku wart 1,6 mld dolarów. Szacuje się, że w 2020 roku wartość rynku VR wzrośnie od 40 miliardów do 120 mld dolarów[7][8][9],,.
Zobacz też [ edytuj | edytuj kod ]
Kazimierz Korab (red.), Wirtual. Czy nowy wspaniały świat?, Warszawa: Wyd. Nauk. Scholar, 2010 .
Przemysław Kutytowski
PREVIOUS POST
