Ovádek Filip

1. Virtuálna realita
KPI11
Argumentácia
Tému virtuálna realita som si vybral z dôvodu, že študujem Teóriu Interaktivnych
médií a tie maju s virtuálou realitou veľa spoločného. Interakcia sa využíva v tomto smere
veľmi veľa. Zaujimam sa o túto tému aj zkrz vj-ingu a mapingu.
Anotácia
V texte opisujem vývoj, technológiu a aj históriu tejto oblasti. Rozoberám ako vznikla a kde
sa prvý krat objavila, aké su jej zdroje a možnosti a kam sa môže vyvíjať. Vývoj virtuálnej
reality a podobných smerov. Technológie, ktoré sa využívaju, programovanie alebo
zobrazenie.
Virtuálna realita, spojenie dvoch protichodných slov virtuálna a realita. Virtuálne je
niečo vymyslené/umelé a reálne je naopak niečo skutočné. Toto pomenovanie sa aj v
našom jazyku ujalo napriek tomu, že výstižnejšie by sa to čo toto pomenovanie popisuje
dalo nazvať zdanlivá alebo umelá skutočnosť. Takáto umelo vytvorená skutočnosť bola
dlhú dobu doménou len sci-fi spisovateľov. V skutočnom svete sa objavila až koncom
minulého storočia. Zo začiatku sa jednalo o ďalšie štádium kinematografie, neskôr sa
virtuálna realita spájala s videohrami avšak dneska sa už virtuálna realita dostala do
mnohých oblasti nášho života a nie len do tých spojených so zábavou.
Keďže pod pojmom vytvárania umelých alternatívnych realít si každý môže
predstaviť niečo iné je potrebné aby som vám objasnil, čo si pod tým predstavujem ja
a o čom bude teda tento text. Pre mňa to nebude žiadne snívanie, fantazírovanie,
halucinácie, či čítanie kníh, aj keď aj takto človek môže uniknúť do alternatívnej reality.
Budeme rozoberať čisto technologické vytváranie umelej reality, ktorá by mala byť
v poslednom štádiu nerozoznateľná od tej skutočnej. Budem sa teda baviť o tom, ako
vytvoriť VR objekt, prostredie, svet v útrobách počítačov a následne ako sprostredkovať
interakciu medzi počítačom a človekom. Ako prijímať od človeka pokyny na ovládanie:

2. hlas, pohyb očí, otočenie hlavy, dotyky rukou ... a ako mu následne poskytnúť to čo chce
vidieť, cítiť, čoho sa chce dotýkať ... V tejto chvíli je ešte interakcia taká nedokonalá, že sa
o nej snáď ani nedá hovoriť a jediná záchrana je v ľudskej predstavivosti, ktorá ju
nahrádza.
Celú praktickú éru virtuálnej reality (ďalej už len VR) odštartoval v päťdesiatych
rokoch minulého storočia tridsať ročný inžinier menom Morton Heilig. Tento kameraman
predstavil svoju víziu takto : „Why stop at a picture that fills only 18 percent of the
spectator's visual field, and a two-dimensional picture at that? Why not make it a three-
dimensional image that fills 100 percent of the spectator's visual field, accompanied by
stereophonic sound? If we're going to step through the window into another world, why not
go the whole way? „ Môj preklad by znel asi nejako takto : “Prečo by sme sa mali zastaviť
u obrázkov ktoré dokážu zaplniť iba 18 percent z nášho zrakového vnímania a dvoj
demenzionálnych obrázkov? Prečo nevytvoriť troj demenzionálne obrázky, ktoré by vyplnili
celých 100 percent nášho zrakového vnemu a spojiť to s priestorovým zvukom? Ak sme
sa rozhodli vkročiť cez okno do iného sveta prečo neprejsť celú cestu.“
Heiling chcel vytvoriť dokonalú vizuálnu projekciu pre diváka,ale pre nedostatok
kapitálu sa mu nepodarilo tento sen naplniť.Simulator“. Bola to taká virtuálna stanica,
obsahujúca premietačku 35mm filmov a s ňou zosynchronizovaný stereo zvuk. Divák
sledoval jazdu na motorke zatiaľ čo mu do tváre fúkal ventilátor aj zápach benzínu,
sedadlo s ním nadskakovalo aby navodilo pocit nerovnosti na ceste. Nebolo to dokonalé,
ale týmto sa celá VR odštartovala. Pán Heiling teda vytvoril stroj, ktorý ovplyvňoval skoro
všetky naše zmysly. Mohli sme vidieť ako sa na motorke preháňame po meste, mali sme
sprostredkované nerovnosti povrchu a vietor nám vial do tváre, počuli sme ako hučí motor,
a smrdel nám benzín. Jediný nezamestnaný vnem zostala chuť, ale priznajme si kto
pociťuje na jazyku nejaké chute pri jazde na motorke.Prevratná však bola idea toho, že
ľudské oko je uspôsobené na sledovanie priestoru a pri sledovaní obrázku v časopise
alebo filmu na filmovom plátne proste stráca potenciál. Vníma tak len dva rozmery zatiaľ,
čo tretí rozmer nevníma a dopĺňa ho čisto predstavivosťou. Tým pádom sa taký skvelý
orgán ako ľudské oko nevyužíva naplno a to je zbytočné plytvanie. Neviem akým
spôsobom sa dospelo k tomu číslu 18% ale také malé využitie potenciálu oka ako
jedinému prostriedku zrakového vnemu sa rozhodne nedá považovať za ideálny stav.
Prestavme si, že ak sa pozeráme na nejaký predmet zobrazený jedným monitorom
dokážeme vidieť len 18% vlastností tohto predmetu, ale ak by sme vymenili zobrazovacie
zariadenie za iné zrazu by sme boli schopný vnímať niekoľko násobne viac informácii
o tomto predmete. Toto je hnací motor, ktorý spôsobuje napredovanie vo vývoji v tomto
odvetví. Chceme predsa využívať naše zmysly naplno.
V roku 1966 pokračoval Ivan Sutherland, študent univerzity v Utahu, tam kde Heilig
pre nedostatok peňazí prestal. Navrhol zariadenie pre troj-demenzionálne vnímanie
podobné veľkým okuliarom alebo až prilbe, v ktorej boli umiestnené dve obrazovky, jedna
pre jedno oko a druhá pre druhé. Sutherland už neuvažoval len o analógovom premietaní
obrazu ale dokonca o vytváraní nových virtuálnych scén na grafických procesoroch.
Armáda videla v jeho ideách veľký potenciál a tak sa začala podieľať na vývoji. VR helmy
použili vo svojich leteckých simulátoroch, na ktorých sa cvičili bojový piloti. Neskôr aj
NASA začala VR helmy využívať vo svojom programe, pri tréningu astronautov na
vesmírne lety a pristatie na mesiaci. Výhoda týchto VR simulácii bola v tom, že ste mohli
pilotom simulovať náročné a často nebezpečné situácie bez strachu o to, že by sa im
mohlo niečo stať, alebo že prídete o drahé lietadlo či raketoplán. Piloti takto získavali
cenné skúsenosti, ktoré im mali pomôcť správne sa rozhodnúť a reagovať v skutočných
krízových situáciách.
V rannom období VR sa teda všetok vývoj aj využitie sústredilo vo vojenských
kruhoch. Bolo to spôsobené hlavne finančnou stránkou. Zariadenie na simulovanie VR
bolo veľmi drahé a veľmi robustné. Jeho využitie sa teda predpokladalo v oblastiach kde

3. by prinieslo úžitok. Teda tam kde mohlo ušetriť ešte väčšie náklady a to boli práve
spomínane letecké simulátory. Keďže chyba pilota by mohla znamenať stratu lietadla za
množstvo miliónov dolárov, v kontraste s touto sumou sa náklady na vývoj a postavenie
simulátoru dali akceptovať. Piloti teda sadali do skutočných lietadiel už vytrénovaný
a chybovali menej často. Armáda používa bojové simulátory dodnes.
Vývoj počítačov v posledných rokoch samozrejme dopomohol aj vývoji na poli
simulácie virtuálnej reality. Trendy vo vývoji počítačov sú zlacňovanie, zmenšovanie
rozmerov a zvyšovanie rýchlosti, kvôli prenikaniu k čo najširšej vrstve obyvateľstva.
Presne tieto aspekty sleduje aj virtuálna realita. Jej vývoj musíme rozdeliť do dvoch vetví
a to vývoj zariadení generujúcich virtuálnu realitu a do vývoja zariadení starajúcich sa
o interakciu medzi človek a počítačom v oboch smeroch. Rozoberme si postupne vývoj
najprv v prvej a neskôr aj v druhej oblasti.
Svet okolo nás sa skladá z atómov a svet virtuálnej reality je zložený s bitov. Časy
analógovej sensoramy sú dávno preč, dnešná VR sa modeluje celá na počítačoch.
Počítače sa zrýchľujú každým dňom a to umožňuje počítať zložitejšie výpočty potrebné
pre dokonalejšie modelovanie. Ako som spomenul VR je zložená z bitov tak ako reálny
svet z atómov a tak je potreba každý jeden objekt poskladať z čo najmenších častí.
Ideálne by bolo ak by sme si stvorili VR atómy a z nich vybudovali celý virtuálny svet.
Atómy však medzi sebou pôsobia a tieto pôsobenia fyzici dokážu popísať zložitými
matematickými vzorcami. Ak aj nebudujeme scénu z atómov ale z väčších celkov ako
gule, štvorce, trojuholníky ... potrebujeme stále spočítať množstvo vecí, ako dáta potrebné
pre pohyb, deformácie objektov, viditeľné plochy a iné. To všetko má obrovský nárok na
výpočtový potenciál zariadenia pre simuláciu VR. Nie len rýchlosť výpočtov je dôležitá, ale
ak máme v scéne množstvo objektov je potrebný aj veľký pamäťový priestor pre úschovu
všetkých potrebných dát. Je jasné, že pred 20 rokmi bola situácia značne odlišná a tak to
vtedy nemohlo byť s VR také slávne ako je tomu dnes. Vývoj počítačov odštartoval stroj
s názvom Z1 v roku 1936. Potom sa cez rôzne iné sálové počítače určené ako inak
zväčša na vojenské účely, lúštenie šifier, výpočty potrebné na zostrojenie atómovej bomby
a iné dostal vývoj až do rúk firmy IBM, ktorá zavedením štandardu PC zaviedla poriadok.
Dneska sme sa dostali k 64 bitovým procesorom v hlavnom prúde a množstvu
špecializovaných počítačov určených na svoju špeciálnu úlohu. Na poli pamätí sme sa od
nespoľahlivých a pomalých pamätí s kapacitami niekoľko málo bajtov dostali k pamätiam
poskytujúcim dáta v ráde milisekúnd s kapacitou až do terabajtov. Dneska má už aj bežná
pracovná stanica výkon aj pamäťovú kapacitu vygenerovať celkom kvalitnú virtuálnu
realitu. Procesory sú schopné vypočítať milióny operácii za sekundu a pamäťová kapacita
dnešných počítačov je dostatočne predimenzovaná. Na pokročilejšie modelovanie je však
potrebný špecializovaný počítač. Vývoj počítačov beží míľovými krokmi napred a tak sa už
čoskoro dočkáme ešte kvalitnejšieho modelovania VR. Podľa odhadov budeme o pár
rokov (niekedy okolo roku 2006-2008) v takom štádiu, že budeme schopný modelovať
virtuálnu realitu na nerozoznanie od skutočnosti a o ďalších pár rokov (niekedy okolo
2012) by sme vraj mali byť schopný vytvoriť samotnú našu planétu zem so všetkým, čo
k nej patrí. Najmä druhý odhad by som bral s rezervou, pretože zatiaľ žiadne
megalomanské predpovede sa nevyplnili načas. Pionieri VR hlásali, že na prelome
tisícročí bude VR všade, ale zjavne sa im to nesplnilo. Dnes teda máme prostriedky, ktoré
dokážeme využiť na modelovanie VR. Zďaleka však ešte niesme v cieľovej stanici.
Zmysel, ktorým prijímame najviac podnetov z okolitého sveta je zrak. Preto je pre
VR veľmi dôležité zobrazovacie zariadenie. Sensorama len premietala statické obrázky
z filmu, ale pre zobrazenie digitálneho obrazu bolo potreba vymyslieť niečo iné. Prvé
počítače mali jediný výstup tlačiareň, alebo dierkovačku diernych štítkov, to by ale určite
nestačilo. Ďalším štádiom boli však už monitory inšpirované televíznymi prijímačmi. Tie
fungovali na princípe katódového dela, ktoré na nás vystreľovalo žiarenie, ktoré pri
prechode mriežkou vytváralo obraz. Tento princíp sa zachoval dodnes, i keď sa značne

4. zdokonalil. Už nieje tak energetický náročný a dokáže vykresľovať kvalitné obrázky.
Najprospešnejším faktom vo vývoji je, že dnešné monitory už niesu toľko zdraviu škodlivé,
nepoškodzujú nám zrak ani nás neožarujú radiáciou. Už sú za nami časy, keď radista po
dvoch hodinách sledovania obrazovky radaru ruskej výroby musel byť zavretý aspoň na
hodinu v tmavej miestnosti aby mu oddýchli oči a on neoslepol. CRT monitory sú už však
na konci svojej dráhy, keďže sú stále značne robustné a s pomerne veľkými nárokmi na
energiu, ustupujú LCD monitorom. Tie pracujú na princípe kryštálikov, ktoré podľa
elektrickej energie menia farbu. LCD monitory sú energeticky úspornejšie, nevyžarujú
toľko škodlivého žiarenia. Ďalšou výhodou LCD monitorov je, že sú malé a dokonca
priehľadné, takže sa cez ne dá lampou vyslať svetlo a vznikne nám tak premietačka
digitálnych obrázkov. Tieto obrazy sa môžu premietať či už na stenu alebo dokonca
priamo na sietnicu ľudského oka a tomu už hovorím pokrok. Ďalším zmyslom je sluch.
V oblasti umelého vytvárania zvuku sa za posledné roky nič prevratné neudialo. Zvuk sa
stále vytvára membránou, ktorou pohybuje elektromagnet. Jediný pokrok teda je
v zmenšovaní a spresňovaní vibrácii a zväčšovaní počtu reproduktorov. Špecifické
zariadenia na ovládanie VR sú spojené s hmatom. Prevratný polohový prostriedok, ktorý
sa používa dodnes, myš ešte nebol prekonaný. Počítačové myšky sa však zmenili
s hranatých krabíc na ergonomické zariadenie, ale nemajú sa už ako ďalej vyvíjať a tak
bolo treba nájsť niečo nové. Pokúsili sa o to rôzne TrackBally a GamePady ale tie tiež
nevedú k dokonalosti. Jednoznačne budúcnosť ovládania VR patrí rukaviciam. Prvé VR
rukavice boli obrovské s malým množstvom senzorov, ale aj na tomto poli vývoj pokročil.
Dnešné rukavice určené na ovládanie VR nie sú masívnejšie než lyžiarske rukavice a
majú množstvo senzorov. Začína sa experimentovať aj s celými oblekmi plnými senzorov
a motorčekov určenými jednak na skúmanie našich pohybov aj na spätnú reakciu VR na
naše telo. Zvyšné naše zmysly ako chuť a pach VR zatiaľ opomína. Aj keď už začínajú
vznikať nejaké pachové zariadenia.
Prvé počítače sa programovali tak, že ste poprepájali jednotlivé súčasti počítača do
obvodu, podľa toho čo ste chceli aby počítač vykonával. Neskôr sa už programovalo bez
nutnosti sťahovania a prepájania počítačových komponentov. Začalo sa programovať
v strojovom kóde neskôr v assambleri. Postupne začali vznikať vyššie a vyššie
programovacie jazyky. Dneska sa už VR vytvára na aplikačnej úrovni, kedy dizajnéra
nemusí zaujímať čo ma pod kapotou. Pracuje s niekoľkými oknami kde ma všetko
prehľadne zobrazené. Dokonca má k dispozícii aj okamžitý náhľad scény, nie tak ako
kedysi keď sa po každej zmene museli previesť náročne výpočty, ktoré sprístupnili náhľad
scény. Zvyšovanie výkonu a zväčšovanie pamäti počítačov umožnili komplexnejšie
modelovanie scény. Moderné vývojové nástroje umožňujú vymodelovať objekt do
najmenších podrobností. Ak modelujeme auto, môžeme ho vymodelovať presne až do
poslednej skrutky a dokonca všetko vyfarbiť v reálnych farbách. Moderné nástroje
podporujú aj moderné vstupné zariadenia. Už sa nepoužíva len klávesnica a myš prípadne
2D scaner. Dneska si dizajnéri pomáhajú rôznymi polohovými zariadeniami ako TrackBall
alebo tablet namiesto 2D scanerov už majú rôzne 3D scanery, fotoaparáty a kamery.
Všetky tieto vymoženosti pomáhajú modelovať VR dneska oveľa kvalitnejšie
a jednoduchšie.
Citácie:
„Why stop at a picture that fills only 18 percent of the spectator's visual field, and a two-
dimensional picture at that? Why not make it a three-dimensional image that fills 100
percent of the spectator's visual field, accompanied by stereophonic sound? If we're going

5. to step through the window into another world, why not go the whole way? „
http://ccit333.wikispaces.com/Virtual+Reality
Filip Ovádek, 400 572