Virtuální realita

Charakteristika

Počítačová simulace realisticky vyhlížejícího iluzivního 3D prostředí vnímaná uživatelem jako prostředí reálné a umožňující mu s tímto prostředím interagovat (HCI). Vizualizace může simulovat jak skutečný svět (výcvik vojáků), tak svět fiktivní (počítačové hry).
Většina současných prostředí virtuální reality jsou především vizuální zážitky, zobrazující se buď na monitoru počítače nebo přes stereoskopické zobrazení. Některé simulace dokáží vyvolat i další smyslové vjemy, jako zvuky, chutě, vůně nebo dotyky.

Ve virtuálním světě je člověk zastoupen svým vědomím, nebo-li virtuální identitou. Virtuální identita, nebo-li on-line identita, je soubor digitálních dat reprezentujících fyzický subjekt ve virtuálním prostředí.

Avatar je grafický reprezentant uživatele ve virtuální realitě, převážně v počítačových hrách.

Hlavní znaky VR

• Schopnost reagovat na podněty v reálném čase.
• Vytvoření co nejdokonalejší iluze trojrozměrnosti prostoru.
• Možnost interakce uživatele s prostřeím.
• Možnost aktivně přetvářet prostředí a pohybovat se v něm.

Tři stupně VR

• Pasivní: Do pasivní virtuální reality uživatel vstoupí sledováním filmu nebo četbou knihy. V pasivním prostředí nemůže uživatel nic ovlivnit, nic změnit.

• Aktivní: V aktivním prostředí má uživatel možnost ovládat vlastní pohyb, rozhodnout se, kam se vydá. Nemůže však prostředí formovat a zasahovat do něj.

• Interaktivní: V interaktivním prostředí může uživatel svět kolem sebe formovat, dotýkat se věcí, brát předměty do ruky a pracovat s nimi.

Využití VR

• Vzdělávání
• Zdravotnictví
• Architektura
• Vojenství
• Zábavní průmysl

Oculus Rift - nástroj virtuální reality ve vývoji určený pro zábavní průmysl

Terminologie

Autorství pojmu Virtuální realita je přisuzováno Jaronovi Lanierovi, zakladateli společnosti VPL Research.

Kromě termínu Virtuální realita se lze setkat i s pojmem Umělá realita nebo prostředí. Termín bývá také často zaměňován za termín Kyberprostor.

Virtuální

Z hlediska technologického je termín virtuality spojen s přenosem informace pomocí binárního kódu do digitalizované podoby s možností následného převedení do symbolického výstupu určeného příjemci informace. Informace se tak stává virtuální, tedy potenciálně existující, tzn. vyvolatelná. Subjekt je sám o sobě nepřístupný, zastoupený pouze textovým, obrazovým nebo jiným zobrazením.

Definice

Lanier (1984)
Počítačem vytvořené interaktivní trojrozměrné prostřední, do něhož se člověk totálně ponoří.

Krueger (1991)
Termín virtuální světy se tyká obvykle třídimnziálních realit realizovaných s pomocí multimediálních brýlí a kontaktních rukavic.

Coates (1992)
Virtuální realita je elektronická simulace prostředí, která umožňuje uživateli interakci ve virtuálních situacích za pomoci multimediálních brýlí a pohyb snímajícího oblečení.

Greenbaum (1992)
Virtuální realita je alternativní svět tvořený plně počítačem generovanými obrazy, které reagují na lidský pohyb. Tato simulovaná prostředí jsou obvykle navštěvována s pomocí datových obleků, které se vyznačují stereofoními videobrýlemi a rukavic z optických vláken.

Listner (2003)
Termínem virtuální realita označujeme dva dobře známé významy. Za prvé to jsou imerzivní i neimerzivní interaktivní zážitky, které jsou umožňovány novými formami obrazových, simulačních a počítačových technologií. Imerzí je zde přitom myšlen pocit ponoření se do konstruovaného obrazu - někdy s takovou intenzitou, že jedinec přestává vnímat fyzické prostředí kolem sebe. Za druhé to mohou být metaforická místa a prostory vytvořené telekomunikačními sítěmi. Za virtuální realitu však v jistém směru můžeme považovat i retrospektivní zkušenost, kterou zažíváme například při sledování filmu nebo čtení knihy.

Historie

Počátky virtuální reality před r. 1950

mirror stereoscope

Přelomovým se stal rok 1838, kdy Sir Charles Wheatsone předvedl první metodu prostorového pozorování obrazů pomocí stereoskopie. Ta spočívala ve využití páru zrcadel, které byly natočené k lidským očím v úhlu 45 stupňů. Na obě zrcadla byl zvlášť promítán obraz, který v očích pozorovatele navozoval pocit nerovného, ačkoliv uspořádaného obrazu a hlavně jeho hloubku. To mělo za následek tvorbu iluze třetího rozměru.

Brewster stereoscope

Později na Sira Wheatsona navázal David Brewster, který v roce 1849 vytvořil zařízení na principu lentikulárních, stereoskopických obrazů. Jednalo se o široké brýle (ve tvaru dalekohledu), které využívaly čoček pro vizuální spojení dvou obrazů tištěných na jednom papíře. Tato takřka revoluční metoda dala za vznik budoucím možnostem a dodnes se tyto principy využívají.

Významné historické okamžiky ve virtuální realitě mezi lety 1950-1970

Soubor:Sensorama-morton-heilig-virtual-reality-headset.jpg

220x220px

V roce 1962 si Morton Heilig nechal patentovat stroj zvaný Sensorama. Vynález nabízel mimo stereoskopického obrazu také dvoukanálový stereo zvuk (namísto do té doby velmi populárního mono/jednokanálového zvuku) a jako další, velmi důležité součásti imerze cílil na vjemy: Byla zde možnost cítit různé pachy či změny teplot (např. ve formě větráku, který navozoval pocit větrného počasí), v neposlední řadě se také židle, na které uživatel seděl, velmi mírně pohybovala, díky čemuž byla navozena simulace vibrací a pohybu.

Telesphere Mask

V roce 1960 začal pionýr virtuální reality Morton Heilig pracovat na novém vynálezu, nazvaný jako „Telesphere Mask“. Jednalo se o první příklad brýlí, které samy o sobě držely na obličeji uživatele. Tyto brýle se již začínaly podobat dnešním náhlavním soupravám pro virtuální realitu. Chyběla jim však stále jedna ze zásadnějších věcí – sledování, resp. detekce pohybu hlavy, tzv. „motion tracking“, který umožňuje pohyb obrazu v závislosti na pohybu hlavy.

Soubor:Headsight.jpg

Headsight

To se však částečně změnilo o rok později v roce 1961. V tomto roce vytvořili inženýři C. Comeau a J. Bryan první příklad detekce pohybu hlavy. Jednalo se o zařízení Headsight, které využívalo dvou malých obrazovek (jedna pro každé oko) v kombinaci s magnetickým systémem detekce pohybu. Ten byl přímo spojený na ovládací systém několik desítek metrů vzdálené kamery pomocí radiových frekvencí. Nejednalo se tedy o zábavní zařízení, nýbrž zařízení pro armádní účely, jenž uživateli po nasazení náhlavní soupravy umožňovalo pohyb vzdálené kamery rozhlížením se – uživatel tedy mohl přirozeně prozkoumávat vzdálené okolí.Stále se však nejednalo o plně využitelnou virtuální realitu v pravém slova smyslu, neboť pojem „virtuální realita“ stále nebyl v této době pevně definován.

O čtyři roky později popsal americký počítačový vědec a průkopník v počítačové grafice Ivan Sutherland tzv. The Ultimate Display (volně přeloženo jako „Ultimátní zobrazovač“).Tento koncept plně imerzivního světa měl tři hlavní součásti:

• Vysoce realistický virtuální svět, ke kterému se přistupuje pomocí náhlavní soupravy v kombinaci s 3D zvukovým efektem a taktilní (hmatovou) zpětnou vazbou.
• Počítačový hardware, který umožňuje vytvořit virtuální svět a jakékoliv změny v něm okamžitě zpětně generovat a zobrazovat uživateli.
• Možnost interakce s objekty ve virtuálním světě stejným způsobem, jako v reálném světě.

Významné historické okamžiky ve virtuální realitě mezi lety 1971-1990

Aspen Movie Map

Prvním zásadnějším milníkem v tomto období se stal až rok 1978, kdy začala spolupráce mezi výzkumným vědcem Andrew B. Lippmanem (Massachusetts Institute of Technology) a vojenskou agenturou DARPA (Agentura moderních výzkumných projektů), známou také pro tvorbu systému ARPANET („předchůdce“ internetu).Vznikl tak první příklad hypermediálního systému, jenž nesl název „Aspen Movie Map".Tento systém umožňoval uživateli virtuální prohlídku horského města Aspen v americkém Coloradu.

VPL Eyephone and Dataglove

Data Suit

V roce 1987 se americký počítačový vědec Jaron Zepel Lanier zasloužil o definování (dle mnohých však pouze o popularizaci) pojmu „virtuální realita“. Na to navázal odchodem z americké firmy Atari a založením firmy VPL Research (Visual Programming Lab Research), která se měla jako první firma specializovat konkrétně na vývoj virtuální reality.Jedním z prvních výrobků firmy VPL byla „The Data Glove“ – datová rukavice. V úvodních fázích vývoje se mělo jednat o variantu klávesnice, která měla nahrazovat interakci mezi počítačem a člověkem (HCI – Human-computer Interaction).Druhým výrobkem firmy byly virtuální brýle zvané EyePhone, jenž navazovaly na několik let starý Headsight (C. Comeau a J. Bryan). Fungoval prakticky na totožném principu, na rozdíl od tohoto zařízení však využíval Fresnelovy čočky (na rozdíl od klasických čoček jsou z nich odstraněny části, které samy nezapříčiňují lom světelných paprsků). Pokud se zkombinovaly tyto brýle s datovou rukavicí, dostavil se zážitek z virtuální reality, který se již velmi přibližoval dnešním náhlavním soupravám, jako je např. HTC Vive či Oculus Rift.

Třetím výrobkem této firmy byl tzv. The Data Suit, který fungoval ve spolupráci s The Data Glove a Eyephone a prezentoval se jako jeden velký oblek spolu s dalšími senzory (opět byly využity mikroprocesory 6502) snímající pohyb rukou a nohou. Pohyb a postava se zachytí pomocí senzorů, následně se přenese do počítače, kde s ní lze pracovat jako s renderovaným (výsledně zpracovaným) obrazem.

Významné historické okamžiky ve virtuální realitě mezi lety 1991-1999

Soubor:Virtuality Marketing Page.jpg

Virtuality 1000

Veřejnost začala mít možnost využívat arkádových her, resp. arkádových automatů. Do popředí se tak dostává do té doby neznámá společnost Virtuality Group, která se zaměřila na tvorbu právě takových automatů. Pro uživatele nabídla velké sedadlo, do kterého se uživatel usadil a nasadil si helmu pro virtuální realitu. Prvotní verze systému (série 1000, konkrétní modely byly označované jako 1000CS či 1000SD) nabízela několik součástí: Základní hnací silou automatů první série byl v pořadí třetí osobní počítač firmy Commodore s označením Amiga 3000, jehož základní výpočetní jednotka (32-bitový mikroprocesor Motorola 68030) figurovala na frekvenci 16 až 25 MHz (Megahertz).

V roce 1991 přichází na trh virtuální reality japonská herní společnost SEGA a na konci tohoto roku oznamuje práci na svém vlastním imerzivním řešení a na velmi známé konferenci CES (Consumer Electronics Show, konference se koná do dnešních dnů) v roce 1993 se v časopisu Electronic Gaming Monthly (a následně také později v létě naživo – prezentována byla Alanem Hunterem) ukazuje první prototyp headsetu známého jako SEGA VR. Mělo se jednat o náhlavní soupravu primárně tvořenou pro herní automaty, sekundárně však také pro domácí herní konzole Sega Genesis.Hry, které by podporovala SEGA VR, měly být čtyři, mezi nimi měla být i upravená verze arkádové závodní hry Virtua Racing. Vývoj nicméně narážel na velmi zásadní problémy. Přístroj způsoboval uživatelům závratě a velmi silné bolesti hlavy. V půlce roku 1994, téměř rok po předvedení prototypu na konferenci CES, bylo datum vydání přesunuto na neurčito, o několik let později byl vývoj zrušen úplně.Oficiálním důvodem – dle tiskového mluvčího společnosti SEGA – byl „příliš realistický zážitek, při kterém se mohli uživatelé zranit, neboť měli silné nutkání pohybovat se po místnosti“ Oficiálním důvodem – dle tiskového mluvčího společnosti SEGA – byl „příliš realistický zážitek, při kterém se mohli uživatelé zranit, neboť měli silné nutkání pohybovat se po místnosti“

V roce 1995 se do světa virtuální reality začalo dostávat mnoho dalších firem, jednou z největších firem byla japonská značka Nintendo (zakladatel Fusajiro Yamauchi).V roce 1994 tak Nintendo oficiálně oznámilo práci na svém prvním a zároveň posledním zařízení pro virtuální realitu – Nintendo Virtual Boy. Práci na systému vedl Gunpei Yokoi, jeden ze seniorských designových specialistů společnosti. Náhlavní souprava (která vážila 760g, využívalo se tedy dvou svislých nohou pro postavení konzole např. na stůl) obsahovala dva displeje s celkovým rozlišením 384x224 pixelů, umožňující zobrazit 4 barvy a jejich 32 odstínů. Celý systém byl napájený šesti tužkovými bateriemi (označení AA), což umožňovalo přenášet tuto herní konzoli (herní doba na baterie činila přibližně 4 hodiny). Přesto bylo samozřejmě možné využít napájení pomocí AC adaptéru. Vše se ovládalo pomocí klasického herního ovladače. V neposlední řadě se na konzoli nacházel sériový port, který měl sloužit pro propojení více konzolí Virtual Boy pro případné hraní v několika hráčích – žádná hra pro více hráčů ani samotný kabel pro propojení však nikdy k dispozici nebyly.Co se technických specifikací řídící jednotky týče – základní výpočetní jednotkou byl mikroprocesor NEC V810 (32-bitový procesor RISC – Reduced Instruction Set Computing, jedná se o architekturu, která využívá „omezenou“ sadu instrukcí). Vedle procesoru figuroval 1MB paměti DRAM (Dynamic random-access memory, využívá jí dnes také známá konzole firmy Microsoft – Xbox One) spolu s 512 KB PSRAM (pseudo-statická RAM). Konzole, nicméně, byla již na začátku vývoje problematická z několika důvodů:

1. Uspěchaný vývoj, který byl daný začátkem příprav pro tvorbu následovníka systému SNES – Nintendo 64 (jak je z názvu patrné, jednalo se o první, 64-bitovou konzoli).
2. Uživatelé si po delším hraní stěžovali na únavu očí a bolesti hlavy (stejně jako v případě virtuální náhlavní soupravy SEGA VR pro domácí konzole, která však byla nejen z tohoto důvodu ukončena uprostřed vývoje), pravděpodobně způsobené červeno-černou barvou displejů.
3. Celkový počet vydaných her byl velmi nízký s celkovým počtem 22 her (oproti starší konzoli NES, na kterou vyšlo přes 700 her).

O rok později byl vývoj a distribuce konzole, resp. této náhlavní soupravy zrušen úplně.

VR v umění

VR ve fimu

• Welt am Draht (1973)

• Tron (1982)

• Star Trek: The Next Generation (1987 - 1994)

• Ghost in the Shell: Man-Machine Interface (1991-1997)

• Freejack (1992)

• VR Troopers (1994)

• Johnny Mnemonic (1995)

• Virtuosity (1995)

• The Thirteenth Floor (1999)

• The Matrix (1999)

• Avalon (2001)

• Tron Legacy (2010)

• Transcendence (2014)

Sovisející hesla

Kyberprostor
Kyberkultura
Kybernetika, teorie systému, teorie sítí a nová média
Kyberpunk

Odkazy

Použitá literatura

• Technische Universiteit Eindhoven. What is Virtual reality? [online]. - [cit. 2015-01-27]. Dostupné z: http://www.idemployee.id.tue.nl/g.w.m.rauterberg/presentations/hci-history/sld056.htm
• The Ultimate Display. In: Institutionen för informatik [online]. - [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://www8.informatik.umu.se/~jwworth/The Ultimate Display.pdf
• How stuff works?. How Virtual Reality Works [online]. - [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/other-gadgets/virtual-reality8.htm
• Umění teleprezence jako subžánr virtuálního umění. In: Muni [online]. 2011 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://is.muni.cz/th/342161/ff_b/Bakalarska_diplomova_prace_Pyszkova_Alexandra.txt
• Link Triner. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/Link_Trainer
• Daniel J. Sandin. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-2014 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/Daniel_J._Sandin
• Avatar (computing). In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/Avatar_%28computing%29
• Virtual identity. Webopedie [online]. - [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://www.webopedia.com/TERM/V/virtual_identity.html
• AUKSTAKALNIS, Steve a David BLATNER. Reálně o virtuální realitě: umění a věda virtuální reality. Překlad Jan Klimeš. Brno: Jota, 1994, 283 s., [12] s. barev. il. Nové obzory. ISBN 80-856-1741-2.
• Jaron Lanier: první hráč ve virtuálním světě. Science World [online]. 2005 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://www.scienceworld.cz/clovek/jaron-lanier-prvni-hrac-ve-virtualnim-svete-1862/?switch_theme=mobile
• Virtuální. Revue pro média [online]. 2001 - 2005 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://rpm.fss.muni.cz/Revue/Heslar/virtualni.htm
• About virtual reality?. Ignis [online]. 2013 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://ignisvr.com/about-virtual-reality/
• Virtual reality. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2001-2015 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/Virtual_reality
• La sala delle prospettive. Villa Farnesina [online]. 2010 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://www.villafarnesina.it/sala_prospettive.html
• Ivan Sutherland | Ultimate Display <1970>. Pioneers [online]. 2000 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://www.w2vr.com/timeline/Sutherland.html
• Virtual Reality: History. NCSA [online]. 1995 [cit. 2015-01-28]. Dostupné z: http://archive.ncsa.illinois.edu/Cyberia/VETopLevels/VR.History.html
• SAK, Petr. Člověk a vzdělání v informační společnosti. Vyd. 1. Praha: Portál, 2007, 290 s. ISBN 978-80-7367-230-0.
• Možnosti aplikačního softwaru pro rozšířenou realitu v kontextu poznávání reality. In: ŠPAČKOVÁ, Adéla. Is.muni [online]. 2012 [cit. 2015-01-29]. Dostupné z: is.muni.cz/th/342074/ff_b/finalni_verze.doc
• Česko-Slovenská filmová databáze [online]. 2001 - 2015 [cit. 2015-01-29]. Dostupné z: http://www.csfd.cz/
• How Our Visions of Virtual Reality Have Changed in the Past 40 Years. Io9 [online]. 2013 [cit. 2015-01-29]. Dostupné z: http://io9.com/how-our-visions-of-virtual-reality-have-changed-in-the-582906269