VR: как это работает?

Вы когда-нибудь задумывались, как устроена виртуальная реальность и каким образом мы мгновенно переносятся в новые цифровые миры? Какие компоненты нужны для того, чтобы создать поистине захватывающую реальность? Расскажем в статье.

В последние годы в мире виртуальной реальности произошли значительные изменения. Изначально VR казалась тем, что встречается лишь в фантастике. Однако теперь это реальность. Почти каждый может посетить VR-аттракционы или попробовать VR-игры для компании.

Благодаря развитию технологий, гарнитуры виртуальной реальности стали более продвинутыми. Сейчас во всем мире насчитывается более 171 миллиона пользователей виртуальной реальности, а количество гарнитур продолжает расти. Клубы виртуальной реальности также продолжают появляться по всему миру.

Так как же работает виртуальная реальность и почему это такой важный шаг в технологическом развитии?

Виртуальная реальность создает новую среду, заменяя реальный мир иммерсивной симуляцией. Путем использования специального оборудования и программного обеспечения VR представляет альтернативу реальному миру.

Для достижения ощущения погружения и реализма системы виртуальной реальности используют различные технологии, такие как инфракрасные светодиоды, датчики движения, камеры и экраны. Эти устройства позволяют собирать информацию о движении и переносить ее в виртуальный мир, который видит пользователь. Иногда применяются аксессуары, такие как устройства для тактильной обратной связи и звуковые системы.

Виртуальная реальность не просто подменяет то, что мы видим. Она создает среду, с которой мы можем взаимодействовать. С помощью искусственного интеллекта и алгоритмов гарнитуры виртуальной реальности адаптируют виртуальный мир под действия пользователя, чтобы обмануть мозг и заставить ощущать присутствие в другой реальности. VR-гарнитуры реагируют на наши действия и перерабатывают их через программное обеспечение, чтобы создать виртуальные объекты и среды.

Хотя многие до сих пор считают виртуальную реальность новым явлением, она существует уже несколько десятилетий. С историей развития виртуальной реальности можно ознакомиться в статье Anvio.

С появлением новых форм виртуальной реальности вопрос о ее функционировании стал более сложным. На самом базовом уровне все виды виртуальной реальности стремятся погрузить пользователей в симуляцию, используя различные комбинации из датчиков, искусственного интеллекта и специального оборудования, например, шлемов.

Когда люди думают о виртуальной реальности, они часто представляют себе опыт полного погружения. Тем не менее, виртуальная реальность предоставляет разные уровни вовлечения. Термин "неиммерсивная виртуальная реальность" немного неверен, потому что все формы виртуальной реальности включают некоторую степень вовлечения. В таких типах виртуальной реальности ваше взаимодействие с виртуальным миром ограничивается базовыми возможностями. Здесь отсутствуют продвинутые функции, такие как определение пространственного положения, датчики или жестовое управление. Вместо этого для взаимодействия с цифровой средой используются контроллеры. Хорошим примером послужат симуляторы вождения. В них вы сидите за рулем и управляете автомобилем, как в реальной жизни. Некоторые симуляторы могут имитировать тактильную обратную связь, чтобы сделать ощущение более реалистичным. Тем не менее, в этом типе виртуальной реальности обычно не используется гарнитура.

Иногда называемая "смешанной реальностью" полуиммерсивная виртуальная реальность включает цифровые элементы поверх реальных объектов или окружения. Обычно это происходит в образовательных и развлекательных целях.

Например, пилоты и бортинженеры могут использовать иммерсивные дисплеи, чтобы видеть цифровой контент, отображаемый на лобовых стеклах и других устройствах. Этот вид погружения называется полуиммерсивным, потому что он не создает иллюзии другого мира. Вместо этого он просто дополняет естественное окружение, подобно тому, как это происходит в дополненной или смешанной реальности.

Большинство людей представляют себе виртуальную реальность как "полное погружение". Примерами гарнитур с полным погружением являются, например, Meta Quest 2 и Quest 3. Они позволяют пользователям испытывать полную симуляцию.

При полном погружении в виртуальную реальность реальный мир исчезает, сменяясь звуками, изображениями и даже физическими ощущениями, которые соответствуют изображению на экране компьютера или дисплея. Чаще всего такую услугу предлагают VR-клубы и VR-парки. Эти гарнитуры используют искусственный интеллект и сенсорные технологии, чтобы реагировать на действия пользователя и перемещать его по виртуальному миру. Иногда гарнитуры виртуальной реальности с полным погружением могут работать вместе с тактильными аксессуарами, чтобы убедить мозг в том, что человек действительно касается объектов в цифровом пространстве и взаимодействует с ними.

Все возможности виртуальной реальности, независимо от их формы, обычно зависят от использования различных типов оборудования и программного обеспечения. Как уже упоминалось, эти компоненты стали более продвинутыми. Среди них:

• VR-гарнитуры. Это ключевые устройства многих виртуальных сред. Они представляют собой устройства, которые надеваются на голову и закрывают глаза пользователя. Их называют очки или шлемы. Они не только изолируют вас от окружающего мира, но и показывают специфическую информацию, связанную с виртуальной симуляцией. Суть заключается в том, что они заменяют реальный мир на созданное компьютером изображение. Эти гарнитуры включают экраны, камеры, датчики движения и инфракрасные светодиоды. Они могут иметь разные формы: от проводных устройств, подключаемых к компьютеру, до автономных гарнитур, таких как Meta Quest.
• Линзы и экраны. В гарнитурах виртуальной реальности есть специальные линзы, которые располагаются между экраном (обычно светодиодным) и глазами. Они изменяют изображения, делая их трехмерными. Гарнитура отправляет два изображения через эти линзы (по одному для каждого глаза). Внутри нее также есть инфракрасные камеры, которые регулируют освещение в зависимости от окружения, а трекеры позволяют гарнитуре адаптировать содержимое экрана к движению головы для навигации. Некоторые устройства даже могут отслеживать движение глаз для улучшения качества изображения.
• Угол обзора. Это важная часть гарнитуры VR, которая согласовывает виртуальный мир с реальным. Обычный человек видит окружающую среду в диапазоне от 200 до 220 градусов. Наше зрение через левый и правый глаз перекрывается под определенным углом, что позволяет нам воспринимать трехмерный мир. Создание трехмерной среды, соответствующей естественному углу обзора человека, — это способ, которым гарнитуры виртуальной реальности убеждают наш мозг в том, что мы находимся в другом мире. Реалистичность восприятия зависит от того, насколько наши движения влияют на то, что мы видим. Минимальная задержка необходима для того, чтобы устройство реагировало моментально на движения при повороте головы или смене объекта наблюдения.
• Частота кадров. Она определяет, насколько захватывающим будет наше впечатление. Хотя человеческие глаза способны улавливать до 1000 кадров в секунду, мозг обрабатывает информацию лишь до 150 кадров в секунду. Обычно фильмы в кинотеатрах показываются с частотой кадров всего около 24 кадров в секунду, но такие фильмы не созданы для воспроизведения реальности. VR-разработчики считают, что частота кадров ниже 60 кадров в секунду может вызвать тошноту и головную боль.
• Пространственный звук. В последние годы он становится все более важным в виртуальной реальности. Звук и его направление влияют на то, как мы воспринимаем трехмерное пространство. Передовые технологии используют методы для определения местоположения звуков относительно головы. Это значит, что если мы проходим через комнату в виртуальной реальности и кто-то позади зовет нас, мы услышим звук, идущий сзади. Многие разработчики аудиотехнологий уже много лет используют такой "3D" звук, включая YouTube, Spotify и даже аудиосистему виртуальной реальности от Google.
• Отслеживание положения головы и тела. Для создания ощущения погружения необходимы убедительные и реалистичные визуальные эффекты и звук. Однако настоящая волшебство виртуальной реальности заключается в том, что мы можем свободно перемещаться и взаимодействовать с окружающим пространством, которое реагирует на наши действия и положение. Технологии отслеживания положения головы используют различные сенсоры, такие как датчики и гироскопы, а также искусственный интеллект, чтобы адаптировать отображаемое изображение к нашим движениям. Современные гарнитуры, такие как Varjo XR-4 позволяют нам свободно двигаться и смотреть вокруг в формате 360 градусов, как в реальной жизни.
• Контроллеры. Некоторые экспериментирует с технологиями, такими как датчики и трекеры, чтобы уменьшить необходимость в контроллерах, однако многие гарнитуры по-прежнему остаются с ними. Контроллеры — это физические устройства, которые позволяют пользователям взаимодействовать с виртуальной средой. Например, контроллеры, которые идут в комплекте с Meta Quest 2 или 3. Они позволяют передавать информацию о том, что мы хотим сделать, в программное обеспечение виртуальной реальности. Однако по мере того, как компании продолжают развивать более продвинутые методы отслеживания движений и тела, ответ на вопрос "Как работает виртуальная реальность?" может измениться. Возможно, в будущем нам не придется использовать контроллеры для перемещения по виртуальным ландшафтам.
• Программное обеспечение. Оно играет ключевую роль в создании VR-среды, объединяя в себе различные функции, такие как задержка, частота кадров, отслеживание положения и 3D-отслеживание. Как и многие другие программы, оно гибкое и может быть настроено под различные потребности. Большинство программ включают в себя все необходимые данные и код для создания 3D-виртуального мира и персонажей. Они также обеспечивают эффективную передачу информации через VR-гарнитуру.

Технологии виртуальной реальности постоянно совершенствуются. По прогнозам экспертов, к 2030 году рынок виртуальной реальности ожидается увеличение в среднем на 27,5%, поскольку инноваторы исследуют новые горизонты.

В ближайшем будущем ответ на вопрос «Как работает виртуальная реальность?»  будет меняться по мере появления нового оборудования, исследования новых возможностей в области пространственных вычислений и разработки более совершенных алгоритмов искусственного интеллекта. А пока что всеми ее преимуществами можно насладиться в VR-центрах.