Основы создания виртуальной реальности. Какие преимущества использования технологии виртуальной реальности? Как создается виртуальная реальность

Система образования – довольно консервативна. Несмотря на множество инновационных разработок и открытий, образовательный сектор практически не использует революционных методов обучения, в большинстве своем предпочитая «классику». Но информационные технологии предлагают новые правила для этой сферы – обучение в формате дополненной реальности.

Обучение в формате виртуальной реальности

Прежде всего, стоит отметить, что дополненная и виртуальная реальность – это не одно и то же. Для создания виртуальной реальности понадобятся или очки, которые нарисуют новый мир. Компоненты для создания виртуальной реальности (мощное и современное «железо», очки) достаточно дорого стоят. Еще одним камнем преткновения для внедрения виртуальной реальности в сферу образования может стать «потеря контакта» учителя-ученика: школьник путешествует в виртуальном мире, забывая о реальности в классной комнате.

С дополнительной реальностью дела обстоят на порядок проще. Дополненная реальность – инновационный способ демонстрации учебного материала. Унылая и весьма «заезженная» картинка оживает. Это не только не препятствует, но и в большей степени способствует (заинтересовывает) взаимодействию между учениками и учителем.

Разработка AR (анг. augmented reality) достаточно молода – с момента создания не прошло еще 10 лет, и массово в системе образования (даже развитых стран) пока не используется. Свое широкое применение она нашла в музейном деле («оживление» предметов) и уличной рекламе.
Чтобы привести систему в действие не потребуется хитроумных и дорогостоящих гаджетов: камера (подойдет даже камера в смартфоне), экран (телевизор, планшет, телефон), программное обеспечение, совместимое с имеющимся устройством, и маркер AR. В качестве маркера может быть использован чертеж, рисунок, графическое изображение или реальный объект (постройка, открытка или шоколадка). Приложение идентифицирует предложенный маркер и воспроизводит на экране графический объект или анимацию.

VR делает обучение увлекательным

Как это происходит на практике. На парте перед учеником лежит обычный учебник. На иллюстрации в книге направляется камера гаджета с установленным ПО. Программа распознает книжные рисунки как маркер, и вместо плоского рисунка атома появляется трехмерный объект, который можно рассмотреть со всех сторон. Уроки с дополненной реальностью позволяют ученикам становится частью происходящих процессов как микро- (молекулярный уровень), так и макромире (на уровне солнечной системы и галактик). Едва ли кто-то захочет прогуливать такие уроки физики.

Также многим людям гораздо легче воспринимать информацию, полученную в зрительном контакте, а не сквозь формулу или чертеж. Таким образом данная технология поможет без лишних усилий и серьезных вложений преодолеть барьер получения знаний для школьников и студентов. AR будет полезна при развитии пространственного мышления.

От разработок к реальности.

Стартап HoloGroup (Россия) сегодня активно работает над внедрением технологии дополненной реальности в образовательные будни школьников.
HoloGroup стала лауреатом независимой премии «Время инноваций-2016» в категории «Компьютерные и беспроводные технологии» в номинации «Открытие года».

Обучение в формате виртуальной реальности от HoloStydy ©photo holo.group

Команда специалистов работает над разработкой уроков в формате AR, адаптированных под Microsoft HoloLens (разработанное ими приложение). С помощью данного приложения можно уже сегодня познакомится с устройством нашей планеты.
Дополненная реальность превращает монотонные уроки в захватывающее приключение.

Виртуальная реальность — это искусственно созданная среда, позволяющая нам воспринимать ее как реальность.

Эти инновации используют массу технологий и разработок, которые учитывают не только техническую часть, но и человеческое восприятие, чтобы обеспечить наибольший комфорт и удобство в использовании.

Виртуальную реальность не стоит воспринимать как технологию, нацеленную исключительно на индустрию компьютерных игр. У нее есть и гораздо более серьезное использование.

Сегодня эта технология становится более дешевой, доступной и, соответственно, более широко распространенной. Именно поэтому настало самое время узнать о виртуальной реальности больше.

Что такое виртуальная реальность?

Виртуальная реальность — термин, использованный, чтобы описать созданную компьютером трехмерную окружающую среду, которая взаимодействует с органами чувств человека, позволяя ему полностью в нее погружаться.

Находясь в этой виртуальной реальности, человек в состоянии управлять объектами или выполнить ряд определенных действий.

Как создается виртуальная реальность?

Сегодня виртуальная реальность достигается с помощью компьютерных технологий. Есть ряд систем и вспомогательных гарнитур, таких как шлемы, наушники, беговые дорожки, костюмы, джойстики и т. д., которые используются с этой целью.

Все эти вспомогательные системы и технологии воздействуют на органы чувств и восприятие человека, чтобы создать иллюзию действительности.

Это намного сложнее, чем звучит в описании.

Все наши чувства и мозг развиты с одной целью — воспринимать реальность и замечать даже незначительные несостыковки. Именно поэтому мы страдаем от морской болезни, замечаем происходящее боковым зрением и чувствуем присутствие других людей, даже когда не видим их.

Все это крайне сложно воспроизвести с помощью даже самых развитых компьютерных технологий. Технология виртуальной реальности должна принимать во внимание все особенности нашей физиологии.

Если виртуальной реальности удается получить идеальное сочетание оборудования, программного обеспечения и сенсорной синхронности, мы получаем эффект погружения в вымышленную окружающую среду.

Зачем нужна виртуальная реальность?

Создание виртуальной реальности требует немалых затрат и усилий. Стоит ли игра свеч в случае этой новой разработки?

Только в индустрии развлечений виртуальная реальность способна окупить все затраты, причем в самое ближайшее время. Технология позволяет получать уникальные ощущения во время просмотра фильмов, и использования компьютерных игр.

В конце концов, одна только индустрия компьютерных игр оперирует миллиардами и готова пойти на многое, чтобы порадовать своих клиентов новинкой.

Использование

Сегодня у виртуальной реальности есть немало других назначений, гораздо более важных и серьезных.

Приложения на основе виртуальной реальности активно используются в таких областях, как:

• Архитектура — планирование пространств и создание проектов.
• Медицина — практика для молодых специалистов в виртуальном пространстве.
• Искусство — виртуальные музеи и театры.
• Развлечения — виртуальные концерты, казино, кинотеатры и т. д.
• Армия — проведение учений и практика пилотирования.

Виртуальная реальность может привести к новым и увлекательным открытиям в этих и многих других областях, которые повлияют на нашу повседневную жизнь.

Если использование реального пространства слишком опасно, дорого или просто невозможно, на выручку может прийти виртуальная окружающая среда, полностью имитирующая реальность.

От летчиков-истребителей до нейрохирургов, виртуальная реальность помогает начинающим специалистам брать на себя виртуальные риски, чтобы получить реальный опыт.

Со снижением стоимости развитие технологий позволит виртуальной реальности занять немалую нишу в сфере образования. Не говоря уж о том, насколько сильно может измениться интерфейс наших привычных программ, компьютеров и даже бытовых приборов.

Будущее

Уже становится понятно, что виртуальная реальность готова твердо встать на ноги в самом ближайшем будущем.

в то время как Oculus Rift от Facebook, VR PlayStation от Sony и Vive от HTC с фанфарами ворвались на современный рынок, 2016 год так и не стал годом виртуальной реальности. Пожалуй, этой технологии нужно еще несколько лет, ведь далеко не все зависит исключительно от разработчиков оборудования.

Чтобы виртуальная реальность заиграла всеми красками, необходимо и усилие со стороны создателей программного обеспечения, разработчиков игр и приложений. Именно от них по большей части зависит создание платформ, привлекательных для потребителей.

Конечно, основными компьютерными устройствами оборудованию с виртуальной реальностью пока не стать. А все потому, что это оборудование не из дешевых и работать с обычным компьютером оно не будет.

Чтобы насладиться виртуальной реальностью прямо сегодня, нужно выложить немалую сумму за компьютер с повышенной производительностью, оборудование типа Oculus Rift, программное обеспечение и приложения, поддерживающие виртуальную реальность. Немногие пока способны выложить такую сумму за один раз.

Компания-производитель чипсета Nvidia опубликовала данные о том, что в 2016 году только 13 миллионов компьютеров оказались достаточно мощными для того, чтобы работать с оборудованием виртуальной реальности. То есть меньше 1 % из всех компьютеров, находящихся в использовании по всему миру, способны поддерживать эту новую технологию.

Скорее всего, оборудование в скором времени станет значительно дешевле и доступнее. Возможно, эра виртуальной реальности наступит уже через пять-шесть лет.

Виртуальная реальность ещё не стала частью нашей повседневности, но на уровне разработок уже проникла в сферы от медицины до искусства и становится всё более доступна пользователю: самые простые VR-очки изготавливаются из картона. Постепенно VR находит своё место и в сфере детского образования, значительно меняя сам процесс обучения.

Как технологии меняют образование

Сразу скажем: речь не о том, чтобы приложения и гаджеты заменили школьникам учебники или работу в классе с учителем. Но современные технологии, такие как виртуальная и дополненная реальность, могут существенно дополнить традиционные методы и обеспечить более полное погружение в предмет изучения.

Исследования показываютThe Brain May Use Only 20 Percent of Its Memory-Forming Neurons , что мы запоминаем только 20% от того, что мы слышим, 30% - от того, что видим, и до 90% - от того, что делаем сами или испытываем во время симуляции. Виртуальная реальность позволяет получить реальный опыт присутствия, повышая эффективность обучения и вероятность запоминания.

Погулять внутри человеческого тела, совершить экспедицию на Марс, оказаться внутри химической реакции вещества - всё это позволяет совершенно иначе понимать и воспринимать предмет.

Кроме того, использование современных технологий во время школьных занятий кажется детям очень увлекательным, они с энтузиазмом погружаются в процесс. Если во время традиционного урока учителю трудно удерживать внимание всех учеников, то во время виртуального тура дети полностью вовлечены и фокусируются на 100%, поэтому процесс обучения идет с максимальной эффективностью.

Чему можно научиться в виртуальной реальности

Виртуальная реальность, как никакая другая технология, может обеспечить эффект погружения. VR - это не абстрактная информация, которую ребёнку надо запомнить, а полноценный визуальный опыт, на котором многим легче учиться.

Многие VR-приложения основаны на простой демонстрации 3D-объектов, фото или видео, но даже это фундаментально меняет процесс познания. И уже существует немало VR-приложений, в которых пользователь может активно влиять на виртуальную реальность и преобразовывать её. Мы подобрали несколько интересных VR-проектов, чтобы показать, чему школьник может научиться и что узнать с их помощью.

Путешествовать с Google Expeditions

Приложение Google содержит сотни туров и объектов в виртуальной или дополненной реальности, с которыми можно отправиться на раскопки археологов, совершить экспедицию под водой, превратить класс в музей. Пока преподаватель рассказывает, например, об океане, ученики «погружаются» на дно океана и «плавают» рядом с акулами. Или, используя дополненную реальность, учитель может устроить извержение вулкана прямо в классе, рассмотрев и обсудив его вместе с учениками.

Недорогие картонные очки Google Cardboard вместе с приложением Expeditions уже используются преподавателями в тысячах школ по всему миру.

Разобраться со сложными научными понятиями в MEL Chemistry VR

VR-уроки от Mel Science позволяют оказаться внутри химических реакций и увидеть своими глазами, что происходит с частицами веществ. Ученики могут взаимодействовать и экспериментировать с атомами и молекулами, а учитель контролирует ход VR-урока и видит прогресс каждого ученика. Мощная визуализация и эффект присутствия помогают понять суть химических явлений без бессмысленного зазубривания формул.

Рисовать в Tilt Brush

Это приложение позволяет рисовать в виртуальной реальности, где всё, что вы задумаете, возникает прямо из воздуха. Представляете, какой взрыв фантазии такие возможности вызовут у творческого школьника?

Даже если ребёнок не будет связывать свою дальнейшую жизнь с искусством, вполне вероятно, что к моменту, когда он будет получать профессиональное образование, проектирование в виртуальной реальности для многих специальностей станет обычным делом. К сожалению, VR-шлемы, необходимые для этой программы, всё ещё довольно дорогое оборудование.

Узнать о строении организма в InMind и InCell

Два очень красивых приложения, наглядно раскрывающих принципы работы мозга и клеток организма в виде игр. Анатомия вдохновляет разработчиков VR-приложений, и интересных решений в этой области можно найти немало. Мы остановились на этих двух, потому что, во-первых, это примеры российской разработки (их выпустила студия Nival VR), а во-вторых, они полностью бесплатны. Кстати, медицина - одна из сфер, где VR-технологии уже сегодня заняли заметное место в науке, практике и профессиональном обучении.

Познакомиться с виртуальной реальностью в The Lab и создавать её в CoSpaces Edu

Ещё один распространённый тип образовательных VR-приложений даёт представление о самой этой технологии. The Lab - альманах мини-игр, демонстрирующих возможности виртуальной реальности. С этого полностью бесплатного приложения рекомендуют начинать знакомство с VR.

Если ребёнок уже заинтересовался виртуальной реальностью, то ему можно предложить площадку для самостоятельного творчества. Подойдёт CoSpaces Edu: 3D-конструктор можно собирать из готовых объектов или строить их самостоятельно, а можно и писать код.

Лаборатория интерактивной графики United 3D Labs разрабатывает решения виртуальной реальности (virtual reality), в том числе:

• промышленные VR тренажеры;
• симуляторы в виртуальной реальности;
• музейные экспозиции и интерактивные VR инсталляции;
• виртуальные туры;
• игры.

Мы работаем со всеми распространенными очками виртуальной реальности – HTC Vive, HTC Focus, Oculus Rift, Samsung Odyssey, Windows Mixed Reality. Применяем системы трекинга VIVE Tracking, контроллеры Leap Motion, Myo и Kinect. Используем программное обеспечение Unreal Engine, Unity и Unigine.

×

Виртуальная реальность, разработанная United 3D Labs для Филиала МИРЭА в г.Фрязино.

Загадка виртуальной реальности

Виртуальная реальность (Virtual Reality, VR) – пожалуй, наиболее загадочная и популярная часть компьютерной графики. Множество фантастических книг и фильмов превозносят ее преимущества и пугают возможными последствиями использования. Виртуальная реальность переносит пользователя в искусственный мир, созданный разработчиками. В отличие от дополненной реальности , где основой является реальное изображение, передаваемое видеокамерой, в виртуальной реальности все объекты созданы в программах разработки компьютерной графики.

Различные применения технологий виртуальной реальности известны уже несколько десятков лет, они активно используются в военной сфере, космической индустрии, медицине. Обычные же пользователи реально столкнулись с виртуальной реальностью совсем недавно – с появлением в широкой продаже в 2016 году очков виртуальной реальности Oculus Rift и HTC Vive, а также всевозможных VR шлемов для мобильных телефонов.

Не только VR очки

Надо заметить, что виртуальная реальность – это далеко не только очки и шлемы. Многоэкранные конфигурации, комнаты CAVE (CAVE Automatic Virtual Environment), Virtual Reality Video Wall с углом обзора боле 180 градусов и т. д., все эти решения так же призваны перенести пользователя в виртуальный мир. Эти системы весьма недешевы и крайне сложны с технической точки зрения, но в то же время, у них есть ряд преимуществ, начиная с основного – отсутствие необходимости надевать достаточно неудобные очки виртуальной реальности.

Применение виртуальной реальности

Разумеется, в первую очередь, за возможности, открываемые доступными VR очками, ухватились создатели компьютерных игр – перенести пользователя в виртуальный мир игры конечно же гораздо интереснее (и сулит гораздо большие прибыли), чем показывать этот самый мир на экране монитора. Но у относительно дешевых потребительских очков виртуальной реальности есть и более серьезное применение. То, что раньше было доступно только военным, покупавшим за 50 тысяч долларов пару очков, теперь доступно музеям , школам и институтам. Всевозможные реалистичные виртуальные туры, реконструкции объектов и событий , виртуальные эксперименты, возможность увидеть своими глазами то, что невозможно увидеть в реальной жизни – вот только малая часть возможностей, открываемых очками виртуальной реальности. И разумеется, за уникальные возможности виртуальной реальности по созданию реалистичных тренажеров и симуляторов ухватились промышленные предприятия .

Standalone virtual reality headset

Стоит обратить отдельное внимание на сегмент беспроводных virtual reality очков, таких как HTC Focus или Oculus Go. Они, конечно, проигрывают своим старшим собратьям Oculus Rift и HTC Vive по сложности и качеству графики, но у них есть огромное преимущество – мобильность. Они не привязаны проводом к стационарному компьютеру. А вычислительной мощности для показа проектов той же самой архитектурной визуализации или небольшого тренажера у них вполне достаточно.

Лаборатория интерактивной графики United 3D Labs приглашает Вас в наш демозал. Мы будем рады показать разработанные нами решения виртуальной реальности и продемонстрировать основные модели VR очков, существующие на рынке, рассказать об их сильных и слабых сторонах.

Сегодня прогресс достиг действительно небывалых высот, а новое поколение способно использовать такие возможности, о которых еще 10-15 лет назад люди лишь мечтали. То, что было мистикой и волшебством, сегодня стало техническим прогрессом. Один из таких моментов – это виртуальная реальность. Сегодня мы поговорим о том, что такое VR и как ее используют в различных сферах.

Определение виртуальной реальности

Виртуальная реальность – это созданный с помощью технического и программного обеспечения виртуальный мир, передающийся человеку через осязание, слух, а также зрение и, в некоторых случаях, обоняние. Именно объединение всех этих воздействий на чувства человека в сумме носит название интерактивного мира

Она, VR, способна с высокой точностью имитировать воздействия окружающей виртуальной действительности на человека, но для того, чтобы создать действительно правдоподобный компьютерный синтез из реакций и свойств в рамках интерактивного мира, все процессы синтеза просчитываются, анализируются и выводятся в качестве поведения в реальном времени.

Использование виртуальной реальности многогранно: в 99 процентах случаев одушевленным и неодушевленным предметам, созданным при помощи такой технологии, присущи точно такие свойства, поведение и движение, какие есть у их настоящих прототипов. При этом пользователь в состоянии оказывать на все одушевленные и неодушевленные объекты влияние согласно реальным законам физики (если игровым процессом не предусмотрены другие законы физики, что случается крайне редко).

Принцип работы

Многим интересно, как именно действует технология. Вот три главных компонента, которые используются практически при любом взаимодействии с виртуальной средой:

1. Голова . Виртуальная среда внимательно, при помощи специализированной гарнитуры, отслеживает положение головы. Так, гарнитура двигает картинку согласно тому, в какие из сторон и когда пользователь поворачивает свою голову – в бок, вниз или вверх. Такая система официально называется шестью степенями свободы.
2. Движения . В более дорогих модификациях технического обеспечения отслеживаются и движения пользователя, при этом виртуальная картинка будет двигаться согласно им. Речь идет здесь не об играх, в которых пользователь просто находится на месте и взаимодействует с окружением, но о тех, где он перемещается в виртуальном пространстве.
3. Глаза . Еще один основополагающий в реальности датчик анализирует то направление, в котором смотрят глаза. Благодаря этому игра позволяет пользователю погрузиться в интерактивную реальность более глубоко.

Эффект полного присутствия

Уже по термину полного присутствия понятно, о чем именно идет речь: мир – это виртуальная реальность. Это значит, что пользователь будет ощущать себя именно там, где находится игра, и он может взаимодействовать с ней. Пользователь поворачивает голову – персонаж тоже поворачивает голову, человек шагает в своей комнате – игрок движется в интерактивной реальности. До сих пор идут споры — возможно ли

The Leap – отслеживание пальцев и кистей

Эффект от полного присутствия достигается за счет устройства The Leap. Это устройство, использующее сложную систему отслеживания каждого движения, все еще остается частью очень дорогих и ТОПовых шлемов. Однако алгоритм работы достаточно прост, и он присутствует в немного измененном виде в другом устройстве, а именно в шлеме HTC Vive.

Как контроллер, так и шлем в HTC Vive, оснащены множеством фотодиодов – небольших приборов, преобразовывающих световую энергию в электрическую.

Важный момент! Вообще человек ежедневно сталкивается с фотодиодами и их работой. Как пример, это фотодиод, отвечающий за освещение смартфона. Фотодиод определяет, сколько именно освещения падает на него, и, на основе этих данных, регулирует уровень яркости

Такой же принцип полного присутствия используется и в шлеме. В комплекте со стандартным ВР-шлемом идут две станции, которые через временные интервалы пускают пару лучей – это горизонтальный и вертикальный лучи. Они пронизывают комнату и добираются до фотодиодов на устройстве шлема и контроллера. После этого фотодиоды начинают свою работу, и за несколько секунд происходит обмен информационными данными, в ходе которого датчики передают положение контроллеров и шлема.

В этом заключается алгоритм создания полного присутствия.

Какие существует разновидности VR

Официально сейчас существует три разновидности виртуальной реальности:

1. Имитация и компьютерное моделирование.
2. Мнимая деятельность.
3. Киберпространство и аппаратные средства.

VR шлемы

Главная разница между этими тремя гаджетами заключается лишь в компаниях-производителях. В остальном же они похожи. Все три шлема отличаются портативностью и обеспечением полного погружения в игровой процесс.

Плюсы и минусы виртуальной реальности

Плюсы:

1. Возможность полностью окунуться в интерактивное измерение.
2. Получение новых эмоций.
3. Профилактика стресса.
4. Создание электронных информационных и обучающих ресурсов.
5. Проведение конференций.
6. Создание объектов культурного наследия.
7. Возможность визуализации различных объектов и физических явлений.
8. Возможность для каждого перейти на новый уровень развлечений.

Минусы:

К минусам можно отнести следующие моменты:

1. Зависимость.
2. Еще один явный минус: виртуальная реальность и ее психологическое воздействие на человека – оно далеко не всегда бывает позитивным, так как есть риск слишком сильно погрузиться в виртуальным мир, что иногда влечет за собой проблемы в социальной и других сферах жизни.
3. Высокая стоимость устройств.

Применение виртуальной реальности

VR можно использовать в таких сферах, как:

1. Обучение . Сегодня интерактивная реальность позволяет смоделировать тренировочную среду в тех сферах и для тех занятий, для которых необходимой и важной является предварительная подготовка. Как пример, это может быть операция, управление техникой и другие сферы.
2. Наука . VR дает возможность значительно ускорить исследования как атомного, так и молекулярного мира. В мире компьютерной реальности человек способен манипулировать даже атомами так, словно это конструктор.
3. Медицина . Как и было отмечено, при помощи VR можно тренировать и обучать медицинских специалистов: проводить операции, изучать оборудование, улучшать профессиональные навыки.
4. Архитектура и дизайн . Что может быть лучше, чем показать заказчику макет нового дома или любого другого строительного объекта при помощи такой реальности? Именно она позволяет создавать эти объекты в виртуальном пространстве, в полном размере, для демонстрации, тогда как раньше использовались ручные макеты и воображение. Это касается не только строительных объектов, но и техники.
5. Развлечение . VR безумно популярен в игровой среде. Причем, спросом пользуются как игры, так и культурные мероприятия и туризм.

VR – вредно это или нет?

Пока что можно отметить, что никаких глобальных исследований в этой области не проводилось, однако первые выводы сделать уже можно. Так как VR еще только-только разрабатывается (и это действительно так), у многих могут появляться неприятные ощущения при продолжительном использовании этой технологии. В частности, человек будет ощущать головокружение и тошноту.

Пока что нет никаких доказательств того, что . Отрицательный эффект, несомненно, есть, однако он не настолько велик, чтобы бить тревогу. Поэтому пока неизвестно, виртуальная реальность, что это такое – вред или польза.

VR – что ждет в будущем?

Сегодня виртуальная реальность не до конца доделана, поэтому могут появляться неприятные ощущения. В будущем же появится множество устройств, копий и аналогов, которые не будут отрицательно действовать на человеческий организм и психику.

Также устройства VR смогут решить проблемы с потреблением информационных данных, а сеансы станут такими же стандартными и обыденными, как и обычные игры на компьютере или приставках в наши дни.

Вывод

Виртуальная реальность – пока что бездонная пропасть для исследования и улучшения алгоритмов работы. Сегодня технологии продвигаются очень быстро, поэтому можно с уверенностью сказать, что в ближайшем будущем рыночная стоимость комплекта будет по карману человеку со средним достатком.