VR võimalused ja tulevik

== Osa 1 ==

Mis on VR?

Virtuaalreaalsus on riistvara ja tarkvara vahendusel loodud simuleeritud keskkond. Virtuaalreaalsus jaguneb omakorda mitmeks osaks, mis üldiselt tähendavad, kui palju on inimene virtuaalsusesse integreeritud:

Virtuaalreaalsus (VR) – digitaalne reaalsus, kus jäetakse mulje, nagu kasutaja viibiks täielikult teises reaalsuses.

Augmenteeritud reaalsus ehk liitreaalsus (AR) – kasutaja näeb pärismaailma, aga peale on lisatud digitaalseid komponente.

Segareaalsus (MR), kus pärismaailm on digitaalsusega kokku segatud. Selle all võib mõelda kolme erinevat asja:

- Videopilt, kus kasutaja on videotöötluse abil paigutatud virtuaalmaailma. Seda kasutatakse näiteks selleks, et anda vaatajale konteksti, mida mängija parasjagu virtuaalses maailmas teeb.

- Võimsam versioon AR-ist, mis oskab tajuda ka sügavust ja keskkonda, mis võimaldab näiteks digitaalsetel komponentidel kaduda puu “taha”.

VR ja AR

VR ja AR eesmärgid on erinevad. AR ainult täiustab reaalset maailma, samas, kui VR loob uue virtuaalse keskkonna. AR-ga on lõppkasutajad endiselt kontaktis reaalse maailmaga, suheldes neile lähemal asuvate virtuaalsete objektidega, kuid VR-tehnoloogiat kasutades isoleeritakse VR-kasutaja reaalsest maailmast ja ta sukeldub täiesti väljamõeldud maailma.

Enne sisu kuvamist vajab AR ümbruse analüüsimist, et objekti integratsioon oleks loogiline ja vastaks sellele, kuidas see objekt maailmas käituks. Selleks kasutatakse arvutinägemist, kaardistamist ja sügavuse jälgimist. Need protsessid võimaldavad kaameral koguda, töödelda ja väljastada andmed õigesti.

VR puhul kasutaja ei välista igasugust suhtlust reaalse maailmaga ning siin põhimõtteks on nägemise simuleerimine. VR-headset ehk peakomplektid kasutavad kas kahte LCD-ekraani (üks igale silmale) või kaht voogu, mis on saadetud ühele ekraanile. Silma ja ekraani vahel asuvad läätsed, mida kasutatakse iga silma jaoks pildi teravustamiseks ja ümberkujundamiseks. Need loovad stereoskoopilise 3D-kujutise kahte 2D-pildi nurga all hoides. Põhjuseks on see, et iga silm näeb maailma omamoodi ning läätsete abil proovitakse saavutada umbes sama efekt.

Selleks, et kasutajal ei hakkaks halb, peavad VR-peakomplektid kuvama vähemalt 60 kaadrit sekundis. Praegused VR-peakomplektid suudavad sellest palju kaugemale minna: Oculus ja HTC Vive kiirusega 90 kaadrit sekundis ning PlayStation VR 120 kaadrit sekundis.

VR korraliku tööks, peab see väga täpselt jälgima pea asendit. Tavaliselt kasutatakse headsetis süsteemi nimega kuus vabadusastet (6DoF) , mis vaatab pea liigutuste mõõtmiseks teie pea asendit X-, Y- ja Z-teljel. Selleks kasutatakse mitmeid andureid nagu näiteks güroskoop, kiirendusmõõtur ja magnetomeeter. Mõned firmad proovivad kasutada lisaks ka teisi lahendusi, näiteks PlayStation VR kasutab peakomplekti ümber ka 9 LED-i, mida kasutatakse 360-kraadise pea jälgimiseks, kasutades neid signaale jälgivat välist kaamerat.

Lisaks kõigile eelnimetatuile peajälgimise tõhususe tagamiseks on vaja minimiseerida latentsust. Latentsus on aeg, mis kulub kasutaja pea liigutamisest või sisendseadme liigutamisest kuni selle muudatuse kuvamiseni. Selleks, et kasutaja end mugavalt tunneks, ei tohi viivitus olla suurem kui 30 millisekundit. Lisaks võetakse kasutusele erinevaid tugiaksessuaare. Kõrvaklapid ja 3D-heli, kontrollerite komplektid, hääljuhtimisseadmed, nutikad kindad ja isegi jooksulindid.

Ajalugu

Inimesed alati soovivad oma olemasolevaid tehnoloogiaid täiustada. Ja seetõttu mõtlesid nad sellest, et viia digitaalse maailma sellisesse ulatusse, kus kasutaja ise saaks seda mõjutada ning manipuleerida. Esimese idee sellise tehnoloogia loomiseks esitas Ivan Sutherland 1965. aastal: "muutke see (virtuaalne) maailm aknas reaalseks, et see kõlaks tõepäraselt, tunduks tõelisena ja reageeriks vaataja tegevusele realistlikult".

STEREOSKOPILISED PILDID

Sir Charles Wheatstone esimesena avaldis stereoskoopia efekti 1832. aastal. Kuna inimestel on binokulaarne nägemine, see võimaldab pealtvaatajatele saada sügavuse efekti, vaadates stereopilte läbi stereoskoopi. Sellist efekti kasutatakse praegu ka, näiteks, Google Cardboard`ites.

https://photofocus.com/photography/history-of-photography-stereoscopic-photography/

LINK TRAINER

See oli esimene lennusimulaator, mille konstrueeris Edward Link 1929. aastal. Selline simulaator oli täiesti elektromehaaniline. See isegi saab imiteerida turbulentsi. See oli nii ohutu lendurite õppimise viis, et Teise Maailmasõja jooksul umbes 500000 lenduri kasutasid seda simulaatorit. Sensorama

Arvatakse, et Morton Heiligi sensorama on üks esimesi VR-i näiteid. See mehaaniline seade kasutas kaasahaarava kogemuse pakkumiseks 3D-visuaal-, heli-, sensoorseid aistinguid ja tuult. Sensorama näitas filmi mootorrattast, mis sõidab läbi Brooklyni, andes palju tagasisidet, et kasutaja tunneks, et ta tegelikult asub just Brooklynis.

HEADSIGHT

1961. aastal ilmus Philco Corporation`i inseneride loodud esimene HMD (Head-mounted display), mis saab jälgida kasutaja vaatamise suunda - “Headsight”. Selleise konstruktsioon oli niisugune, et iga silma ees on olemas väike ekraan ja headset`is oli ka süsteem, mis saab jälgida pea asendit. See võimaldab kasutajatele näha ümberringi kõikeringi kõiki, midas näeb kaamera kaugusel. Selleise esmane eesmärk oli ohtlikke olukordade kaugvaatlus kaitseväelastele, aga hiljem see saab prototüübiks VR`s kasutatavaks headset`iks.

The Ultimate Display

1965. aastal pakkus Ivan Sutherland välja virtuaalse reaalsuse ülima lahenduse: tehismaailma ehitamise kontseptsiooni, mis hõlmas interaktiivset graafikat, jõulist tagasisidet, heli, lõhna ja maitset.

The sword of Damocles

Damoklese mõõka peetakse nii VR-i esimeseks riistvaraks kui ka esimeseks Sutherlandi konstrueeritud peaga monteeritud ekraaniks (HMD), mis suudab vastavalt kasutaja pea ja silmade liikumisele värskendada pildi, mida kasutaja näeb.

Grope

GROPE on „esimene jõulise tagasiside süsteemi prototüüp, mis realiseeriti Põhja-Carolina ülikoolis (UNC) 1971. aastal”. UNC töötas välja süsteemi, mis võimaldab sundida tagasisideseadmeid ja võimaldada kasutajatel tunda arvuti jõu simulatsiooni. GROPE eesmärk oli kombineerida nii haptiline ekraan kui ka visuaalne.

VIDEOPLACE

1975. aastal Myron Kruegeri loodud tehisreaalsus – "kontseptuaalne keskkond, millel puudub eksistents". Selles süsteemis projitseeriti suurele ekraanile kaameratest haaratud kasutajate siluetid. Osalejad said üksteisega suhelda tänu pilditöötlustehnikatele, mis määrasid nende asukoha 2D-ekraani ruumis.

MIT FILMI KAART

MIT (Massachusetts Institute of Technology) lõi filmi kaardi, mis on sarnane praeguse Google Street View`iga, mis võimaldas pealtvaatajatele tutvuda Aspeni (Aspen, Colorado) linnaga niisuguses digitaalses tuuris. Selle esmane eesmärk oli võimaldada võimalus kaitseväelastele tutvuda tuntumatu piirkonnaga. https://en.wikipedia.org/wiki/Aspen_Movie_Map

VCASS Thomas Furness USA õhujõudude Armstrongi meditsiiniuuringute laboris töötas 1982. aastal välja Visually Coupled Airborne Systems Simulator – täiustatud lennusimulaatori. Hävitajapiloot kandis HMD-d, mis suurendas aknavälist vaadet graafika abil, mis kirjeldas sihtimist või optimaalset lennutrajektoori.

VIVED

Virtuaalne visuaalse keskkonna ekraan – konstrueeritud NASA Amesis 1984. aastal stereoskoopilise ühevärvilise HMD-tehnoloogiaga.

VPL VPL-i ettevõte toodab populaarseid DataGlove'i (1985) ja Eyephone HMD (1988) – esimesi müügilolevaid VR-seadmeid.

BOOM

Kommertsialiseeriti 1989. aastal Fake Space Labs'i poolt. BOOM on väike karp, mis sisaldab kahte kineskoopkuvarit, mida saab vaadata läbi silmaaukude. Kasutaja saab kasti haarata, silmast kinni hoida ja virtuaalmaailmas liikuda, kuna mehaaniline õlg mõõdab kasti asendit ja orientatsiooni. UNC Walkthrough projekt 1980. aastate teisel poolel töötati Põhja-Carolina ülikoolis välja arhitektuurne läbivaatusrakendus. Selle süsteemi kvaliteedi parandamiseks ehitati mitu VR-seadet, nagu näiteks HMD-d, optilised jälgijad ja Pixel-Plane'i graafikamootor. Virtuaalne tuuletunnel – töötati välja 1990. aastate alguses NASA Amesi rakenduses, mis võimaldas BOOMi ja DataGlove’i abil jälgida ja uurida vooluvälju.

KOOPAS

1992. aastal esitletud CAVE (CAVE Automatic Virtual Environment) on virtuaalreaalsuse ja teadusliku visualiseerimise süsteem. HMD kasutamise asemel projitseerib see ruumi seintele stereoskoopilisied kujutisied (kasutaja peab kandma LCD-katiku prille). See lähenemine tagab vaadatavate piltide parema kvaliteedi ja eraldusvõime ning laiema vaatevälja võrreldes HMD-põhiste süsteemidega

NINTENDO VIRTUAL BOY

See oli mängukonsool, mis oli loodud 1995. aastal, ja oli esimene, mis sai näidata 3D graafikat. Kahjuks, varsti see sai äriliseks ebaõnnestuseks, kuna selle kasutamine oli ebamugav, ning kõik mängud olid ainult punase ja musta värvidega. https://www.vrs.org.uk/virtual-reality/history.html

Tänapäev

Tänapäeval on VR tehnoloogiad kasutusel paljudes erinevates valdkondades nagu:

- meditsiin,

- haridus,

- meelelahutus

- kaubandus - nt jaekaubandus,

- tootmine ja disain - nt prototüüpide ettevalmistamisel,

- arhitektuur.

Antud töös keskendume meditsiini, hariduse ja meelelahutuse valdkondadele.

Meditsiin

Praeguseks on virtuaalreaalsuse tehnoloogiad meditsiinis vallutanud avaliku teadvuse teoreetilisel alal ja jätkub nende tungimine selle tavalisse kihti. Võimalusi on palju tulevaste arstide praktikas rakendamiseks: need aitavad koolitada kirurge ja hambaarste, ravida foobiaid, traumajärgset stressihäiret jne. VR tehnoloogiat kasutatakse lahendustena ka rehabilitatsioonis ja füsioteraapias. Järgnevalt on toodud mõned näited edukatest rakendustest erinevates meditsiini valdkondades.

Foobiad

Arstid hakkasidon hakkanud edukalt kasutama virtuaalreaalsust erinevate foobiate raviks kasutama, s.t. patoloogilise hirmu ületamiseks. Näiteks rakendatakse järgmist tehnoloogiat. Virtuaalreaalsus taasluuakse ruumiga, mille pinnad: seinad, põrand ja mõnikord ka lagi on ekraanid. Igaüht neist juhib projektor, mis loob stereoskoopilise efekti. Patsient kasutab sellesse reaalsusesse sukeldumiseks spetsiaalseid prille. Arst saab uuesti luua mis tahes sotsiaalse olukorra, mida ta vajab. Patsient, kes siia siseneb, tunneb end sukeldunud keskkonda, mis tundub talle tõelisena. Seega saab ta spetsialisti järelevalve all kogeda olukordi, mis sotsiaalses kontekstis temas ärevust tekitavad. Sel viisil saate ravida kõiki foobiaid.

PTSD (Posttraumaatiline stressihäire PTSH; Post-traumatic stress disorder)

PTSH - posttraumaatiline stressihäire, ingl post-traumatic stress disorder. Traumajärgne stress võib inimese käitumist tõsiselt muuta ja ta hakkab kummaliselt käituma. Konfliktide vältimine, pidev ärevus ja agressiivsed reaktsioonid igapäevastele sündmustele võivad olla PTSD-ga inimestele igapäevaseksne kogemuseks. Virtuaalreaalsust saab kasutada nendest reaktsioonidest vabanemise viisina, võimaldades patsientidel tervisliku eluviisiga täielikult sukelduda. Patsiendid saavad oma seisundi põhjuseid otsides mõelda täiesti turvalises keskkonnas. See võib tunduda kummaline, kuid kui patsient on silmitsi oma trauma piltidega, võib mälu mängida head nalja: saada üle hirmust ja leppida sündmusega. Terrorirünnakutes ellujäänud saavad näiteks "külastada" virtuaalset linnaväljakut, kus õhku lasti buss.

Insuldi tagajärjed

Kasutades virtuaalreaalsuse prille, õppemänge ja neuro-arvuti liidest, annavad arstid patsientidele võimaluse oma käsi juhtida. Virtuaalse reaalsuse kasutamist meditsiinilistes simulaatorites on pikka aega tunnustatud kui tõhusat õpetamisviisi. Märkigem insuldi üle elanute rehabilitatsiooni programmi "Virtuaalsed käed". Patsiendile pannakse virtuaalreaalsuse prillid, kus ta näeb 3D-käsi, mis jäljendavad tema omi. Arst liigutab patsiendi päris kätt, midas tuleb uuesti kontrolli alla saada. Sel ajal mõõdab EEG nende ajupiirkondade aktiivsust, mis vastutavad käte liigutuste eest. Õige tegevuse korral virtuaalses keskkonnas hakkavad käed-avatarid liikuma, võimaldades seeläbi koondada kogunenud praktikat. Testide, mille käigus patsiendid treenisid mitu tundi, tulemuste kohaselt õnnestus kõigil osalejatel õppida virtuaalseid käsi juhtima.

Haridus

Haridusasutused rakendavad VR-tehnoloogiaid klassiruumis harva, mistõttu on vähe olemasolevaid rakendusi, mis kasutavad õpetamiseks VR-i. Hariduses kasutatakse VR-i enamasti võimalike sündmuste simuleerimiseks. Järgnevalt on toodud mõned näited edukatest õpetamis rakendustest.

1. Google Earth VR võimaldab teil näha riike ja linnu, külastada maailma peamisi vaatamisväärsusi ja imesid ning isegi reisida kosmosesse;

2. 3D Organon VR Anatomy annab võimaluse uurida inimese anatoomiat ja täielikult uurida inimkeha;

3. My Way VR pakub reisimist mandrite, riikide ja linnade vahel;

4. Apollo 11 VR demonstreerib esimest mehitatud lendu Kuule, samal ajal kui saabte tegutseda passiivse vaatlejana või võtta lennu juhtimise enda kätte;

5. VR-i kaunite kunstide muuseum pakub jalutuskäiku virtuaalses muuseumis ja tutvumistge kõigi kuulsate skulptuuride ja maalidega.

6. Titanic VR võimaldab teil astuda arheoloogia abiprofessori Ethan Lynchi rolli ja uurida Põhja-Atlandi merepõhja;

7. InMind 2 VR võimaldab teil osaleda ühe teismelise kasvamise protsessis, kujundada tema tulevikku ning kutsuda esile erinevaid emotsioone ja elu võtmehetki;

8. Labster võimaldab teha teaduslikke katseid virtuaalses laboris;

9. MEL Chemistry VR-struktureeritud interaktiivsete keemia tundide kogu.

Meelelahutus

Tänapäeval võtab mäng olulise osa mitte ainult laste, vaid ka täiskasvanu elust, kes harjub mängutegevuses saadud tulemustega kiiresti, mistõttu pöördub abiga ikka ja jälle mängu kui stabiilse kultuuri olemise vormi poole. millest saab end "tugevdada, toetada ja rahustada lagunevas, ettearvamatus, hirmuäratavas maailmas". Näide VR-i rakendamisest mängudes. Half-Life: Alyx on esimese isiku tulistamismäng virtuaalreaalsuse seadmetele, mille on välja töötanud ja avaldanud Ameerika ettevõte Valve. Mäng on üles ehitatud Source 2 mängu mootorile ja ilmus 23. märtsil 2020 Windowsi operatsioonisüsteemiga arvutis, mis toetab enamikku arvutiga ühilduvaid VR-peakomplekte.

Näide: Boursin Sensorium

Hammerhead VR kasutas virtuaalreaalsuse tehnoloogiat, et luua elamus filmist “Honey, I Shrinked the Children”. Kasutaja paneb virtuaalreaalsuse prillid ette ja satub tavalisest külmikust. Samal ajal väheneb inimese suurus kreeka pähkli suuruseks. Teekond algab ülemisest riiulist ja võimaldab kasutajatel imelihtsalt üle riiulite pühkida, mööda külmikus hoitavaid erinevaid toiduaineid.

VR suurkujud

Siin on mainitud tänapäeva kõige suuremad VR arendajad:

- Oculus VR
- Google
- HTC Vive
- Unity
- Microsoft
- Samsung
- Magic Leap
- WorldViz

Vaated tulevikku

VR areneb väga kiiresti ja erinevate prognooside järgi, ennustatakse, et selle valdkonna turul toimub mitmekordne kasv. Aga tänapäeval on see areng aeglasem mõnede raskuste tõttu. Peamiseks probleemiks on tehnoloogia kallisus. Mitte iga inimene või ettevõte võib endale vajaliku varustust lubada.

Teiseks saaks nimetada madalat nõudlust, kuna selle tehnoloogia turg on küllaltki väike ja seega ettevõtetel puuduvad kulutõhusad ärimudelid ning puuduvad tugevad tööstusstandardid ja visioon selle valdkonna juhtimiseks. Sellest ka järgmine probleem. Tehnoloogia on küllaltki uus ja puudustega. Kasutajaid ja sisu ei ole palju. See tähendab, et paljud inimesed ei hooli VR-ist, sest nad ei kasuta seda igapäevaselt. Paljudel pole aimugi VR-ist ja milleks see võimeline on ning VR ei jõua sihtrühmani rahaliselt. Kasutusjuhtumitest on vaid mõned demonstratsioonid ja näited.

Täna oleme liit- ja virtuaalreaalsuse seadmete osas kompromissis. Ükski olemasolevatest süsteemidest ei anna kasutajatele täielikku, piiritut ja kaasahaaravat kogemust. Enamikul süsteemidel puudub loomulik, lai vaateväli (FOV), neil on piiratud ekraani eraldusvõime, madal heledus, lühike aku tööiga ja puuduvad 3D-anduri võimalused. Läheb veel kolm kuni viis aastat, enne kui kogeme tõelisi, piiramatuid AR/VR-rakendusi. Arvestades nutitelefonide ja Interneti-tehnoloogiate edusamme ning seadmete ja tehnoloogiate muutumist taskukohasemaks ja odavamaks. See toob ka võimalust kasutada VR nii olemasolevate, kui ka uute valdkondade arendamiseks. Tehnoloogia odavnemisega võiks aidata AI. Virtuaalreaalsuse tuleviku ühinemine tehisintellektiga on muutunud täiesti vältimatuks. See sulandumine on juba näidanud oma tõhusust ärivaldkonnas mitmel viisil, sealhulgas tootlikkuse suurendamisel ja töövoogude sujuvamaks muutmisel, kuid arendajad ja teadlased otsivad kasulikumaid võimalusi.

Kõigepealt tasub mainida arendustööriistade optimeerimist elementide kiiremaks loomiseks, genereerimiseks ja arvutamiseks ning protsesside optimiseerimiseks, et VR-tehnoloogia töötaks paremini vähem nõudlikul riistvaral. Teine VR-i tehisintellekti eelis on see, et saame luua süsteeme, mis genereerivad automaatselt erinevaid VR-rakenduste arendamiseks vajalikke objekte, nii et kogu protsess võib muutuda odavamaks ja vähem aeganõudvaks. Eksperdid ennustavad, et see viib lõpuks väga interaktiivsete tööruumide ja täiustatud pildituvastustööriistade väljatöötamiseni.

Pokémon Go andis avalikkusele mobiilse AR-i maitse. Kuid see oli vaid väiksem osa sellest, mis on võimalik. Tuleviku AR/VR-seadmed pakuvad isikupärastatud, juurdepääsetavaid ja hästi kujundatud kogemusi . Kuna need elemendid hakkavad kehtima, on platvormi nihe peatne. Võib olla näeme kolme aasta pärast uusi LTE-võimalustega AR-prille, millest saab nutitelefoni alternatiiv. Täiustatud kaasahaarava tehnoloogia ja AR-võimalustega muutub meie lemmik tarbeelektroonika vormitegur ja me ei vaata kunagi tagasi. Lähiaastatel võime kasutada liitreaalsuse tehnoloogiat oma tekstisõnumite kontrollimiseks ja nutiprille, et Instagramis sirvida. Kõige suurem käive prognoositakse meelelahutusvaldkonnas (VR mängud), peaaegu kaks korda suurem käive, kui teistes valdkondades. Tänapäeva mängutööstus areneb suure kiirusega. Ekraanipilt saab aina paremaks, on olemas 4K, 8K , on olemas juba 16K monitorid. Aga tegelikkuses, inimene ei suuda nii suurt vahet teha 8K ja 16K monitoride vahel.

Allikad

Moskva Haridusministeerium.(2016).VR ja AR:Seisund ja Perspektiivid. http://arconf.hi-edu.ru/ru/sbornik_mgok_AR_VR_conf.pdf#page=131

Scientific Publishing Center «Academy of Natural History».(2019). Pedagogical sciences. https://s.science-pedagogy.ru/pdf/2019/2019_3_1.pdf

Novikova Oksana.(2018).Inimese Mängulinetegevus VR'is. https://cyberleninka.ru/article/n/igrovaya-deyatelnost-cheloveka-v-prostranstve-virtualnoy-realnosti

Lookinar.(2020).VR Meelelahutuses. https://lookinar.com/ru/prymenenye-ar-vr-v-sfere-razvlechenyj

Half-life.(s.a.).Half-life:Alyx https://www.half-life.com/en/alyx/

Bernard Marr.(2020).The Future Of Virtual Reality (VR). https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2020/12/18/the-future-of-virtual-reality-vr/?sh=2fa2507f27be

Software Testing Help.(2021).Future Of Virtual Reality – Market Trends And Challenges. https://www.softwaretestinghelp.com/future-of-virtual-reality/

Jabil.(2018).What is the Future of Augmented and Virtual Reality Technology? https://www.jabil.com/blog/future-of-augmented-and-virtual-reality-technology.html

Nix.(2020).The Past, Present & Future of Virtual Reality (VR) for Business. https://nix-united.com/blog/the-past-present-future-of-virtual-reality/#vr_expectation_2025