Virtuális valóság Virtual reality

Átírás

1 Virtuális valóság Virtual reality Starkné Dr. werner Ágnes 1

2 Fogalmak Virtuális = látszólagos, nem létező, nem valós Valóság = valódinak mondunk egy tárgyat, jelenséget, ha érzékszerveink közül legalább az egyikkel érzékeljük Virtuális valóság = olyan számítógépes szimuláció, amely kiterjed szinte valamennyi emberi érzékszervre és azokat aktívan manipulálja 2

3 Fogalmak Olyan ember számítógép kapcsolat, amely a valósághű térbeli megjelenítésre és érzékelésre épül, és magas fokú interaktivitásával azt az illúziót adja a felhasználónak, mintha ő valójában részese lenne a számítógép által generált környezetnek. VR rendszer részei: az ember a számítógép a virtuális környezet a bemeneti egységek a kimeneti egységek és a hálózat. 3

4 Virtuális valóság rendszer 4

5 Virtuális környezet A számítógépen megjelenő 3 dimenziós modell, amely különböző fizikai tényezők (alak, szín, pozíció, textúra stb.) és a részletek megadásával jön létre. Az egyik legfontosabb dolog a tárgyak viselkedésének a leírása: Leesik, ha leejtik? Bekapcsol, ha megnyomunk egy gombot? Ez a valósidejű, dinamikus, interaktív képesség tesz különbséget a VR és a 3 dimenziós képek között. 5

6 Kimeneti eszközök A környezetnek az érzéki tapasztalását teszi lehetővé. Olyan eszközöket terveznek, amelyek összeegyeztethetők az emberi érzékeléssel. 6

7 Az érzékelés folyamatáról I. A látás hordozza környezetünkről a legtöbb információt. Manipulálásához: valós időben létre kell hozni egy állandóan változó (a nézés irányától is függő) képet, a képet a szembe kell juttatni, a térbeli tájékozódáshoz érzékszervi együttműködést kell szimulálni. Valósidejű képfeldolgozást kell megvalósítani. 7

8 Az érzékelés folyamatáról II. Térbeli tájékozódás: egy bonyolult visszacsatolási folyamat eredményeként érzékeljük térbeli helyzetünket. Ebben a látás, a hallás, az egyensúlyérzet és a tapintás játszik szerepet. 8

9 Az érzékelés folyamatáról III. A hallás útján való érzékelés szimulációja kevesebb gondot okoz. A tapintási és kinesztetikus ingerek szimulációja területén viszont jelentős a lemaradás. Pl. bőrre ható nyomás, hőérzet, fájdalom szimulációja 9

10 Az érzékelés folyamatáról IV. Ez az integrált érzékszervi rendszer több millió éves evolúció eredménye, manipulálása nehéz feladat. Hiba furcsa jelenségek: pl. émelygés, fáradtság, tériszony szimulátorbetegség 10

11 Eszközök Vizuális eszközök Belemerülés: projektorok + tükrök 11

12 Projektorok 12

13 Különböző alakú felületek a projektoros kivetítéshez 13

14 Vizuális eszközök Egy felhasználó esetén használható a Head Mounted Desplay (HMD) Két vékony képernyőből áll, egyik az egyik, másik a másik szemnek. Ezen kívül szükség van lencsére is ahhoz, hogy a szem megfelelően tudjon fókuszálni a (sztereóban) látottakra. Hátránya: korlátozott látótér 14

15 HMD 15

16 Vizuális eszközök Nem belemerítő technika 16

17 Vizuális eszközök Sztereó kép létrehozása: Folyadékkristályos rekesz szemüveg (LCS) a felhasználó mélységet is lát a képernyőn 17

18 Sztereó kép létrehozására Polarizált szemüveg A képszeparáció színszűrő segítségével történik. A szűrő színe pl. piros és cián. (passzív sztereó, hiszen nincs benne elektronika) 18

19 Audió eszközök A hangok generálására és a térbeli helymeghatározáshoz szükségesek. A PC-s hangkártyák egyre nagyobb mértékben támogatják a surround hangzást. Interaktív fejhallgatók (kiváló hangminőséget biztosító fejhallgatók) 19

20 Érzékelő-tapintó eszközök Lehetőség van a virtuális környezet érzékelésére. Pl. játékokhoz erővisszacsatoló mellény, joystick 20

21 Kimeneti eszközök Pl. kevert valóság: a repülés szimulátoroknál keverednek a virtuális (az ablakból látott látvány) és a valós elemek (irányító eszközök, műszerek) Egyéb eszközök: szaglás teljes test mozgása stb. 21

22 Bemeneti eszközök A felhasználó irányítani tudja a nézőpontot és kapcsolatba tud lépni a virtuális környezettel. Fontos, hogy a természetes kommunikációhoz a lehető legközelebb álljanak. 1. A test mozdulatainak nyomon követése: a legelterjedtebbek rendelkeznek egy küldővel, amely mágneses mezőt hoz létre, melynek egyedi szenzorait a felhasználó testére erősítik; információkat tud szolgáltatnia pozícióról és az elfordulásról; 22

23 A test mozdulatainak nyomon követése nemcsak azt tudja meg így a számítógép, hogy hol helyezkedik el a fej vagy a kéz, hanem azt is, hogy az merre mutat, vagy néz; vannak eszközök, amelyek ultrahangos szenzorok, optikai érzékelők, vagy kamerák segítségével érzékelik a kívánt információkat. 23

24 Mozgás a VE-ben Belemerítő VR irányító eszközök: pl. a mozgást nyomon követő szenzorok a felhasználó lábára erősíthetők, majd egyhelyben gyalogolva szimulálható a valós mozgás. 24

25 Mozgás a VE-ben Asztali VR irányító eszközök A virtuális térben, ahogy a valóságban is 3 szabadsági fok van az irányokra (mozgásokra) és 3 a forgásokra: Irányok: x, y, z Forgások: csavarodás, elhajlás, elfordulás Spacemouse Spaceball Cyberpuck Joystick 25

26 Kontaktus a tárgyakkal Adatkesztyű: a kéz gesztusait használják kapcsolatteremtésre. Az ilyen kesztyűk többsége száloptika segítségével érzékeli az ujjak behajlítását vagy az ujjvégekkel történő összeérintést. 26

27 A kéz szabadsági fokai Sensor Glove I és II Az SG II egy kesztyű típusú eszköz, húsz szabadságfokkal rendelkezik, amely megegyezik az emberi kéz szabadságfokainak számával. 27

28 További adatkesztyűk Pinch Glove Talán a legszéleseb körben használt virtuális valóság kezelő berendezés a világon. Lehetővé teszi a felhasználónak, hogy megfogjon, és mozgasson tárgyakat a 28 virtuális világban. Minden ujj külön funkcióra programozható.

29 Alkalmazási területek Biológia: génsebészet új, jobb és életképesebb fajokat hozzanak létre a növénytermesztésben, állattenyésztésben Kémia: bonyolult, nehezen elképzelhető és csak drága műszerekkel megnézhető molekulák modelljeinek előállítása. 29

30 Alkalmazási területek Űrkutatás: űrrepülőgépek személyzetének kiképzése Hadiipar: légi és szárazföldi hadgyakorlatok tanulmányozása; logisztikai tervezés Tervezés: CAD/CAM számítógéppel segített tervezés és gyártás pl. autóipar, repülőgépgyártás Űrállomás megtekintése kívülről Mars Pathfinder küldetésének bemutatására 30

31 Orvostudomány: vírusok és rendellenességek gyógyítása; sebészi beavatkozások megtervezése; orvostan hallgatók oktatása; virtuális tomográfia; 31

32 Alkalmazási területek Gyógyszervegyészet: a gyógyszereknek az emberi testre gyakorolt hatását vizsgálják Pszichológia: fóbiák gyógyítása; emberi magatartás tanulmányozása 32

33 Oktatás: a legelső VR alkalmazások oktató céllal készültek (hadsereg) Bármely területen használható, ahol szükséges lehet a 3 dimenziós megjelenítés, korszerű szemléltetés, magas fokú interaktivitás (drága!!!) 33

34 A virtuális valóság mint módszer és eszköz az oktatásban A VR különböző tanítási formáknál nyújthat segítséget tanár és diák számára: információközlés; kondicionálás (cselekvés sorok elsajátítása); probléma felvetés, megoldás; induktív tanulást segítő eszköz; programozott oktatás; megfigyelés, kísérlet. A virtuális valóságra alapozott oktatási rendszer kialakításához elengedhetetlenül szükséges az egyes alkalmazási területek pontos meghatározása, mivel az anyagi helyzeten kívül ez határozza meg a kiválasztott VR rendszer kiépítettségének minimális szintjét. 34

35 Alap konfiguráció (pl.: számítógép, egyszerű 3D megjelenítő, 3D-s pozicionáló eszköz): Az alapképzésben és a középfokú szakképzési intézményekben, mint hatékony szemléltető eszköz, vagy mint általánosan felhasználható oktató program; Felsőfokú képzési intézményekben, mint egyszerűbb tervező rendszerek, virtuális adatbankok, demonstrációs és szimulációs rendszerek; 35

36 Teljes konfiguráció (pl.: sisak, adatkesztyű, esetleg ruha): Középfokú szakintézményekben, mint speciális célú szemléltető eszköz, betanító rendszer, munkavédelmi oktatógép és folyamatszimuláló eszköz; Felsőfokú oktatásban, mint helyzet gyakorlatokat segítő eszköz, különleges berendezések használatára felkészítő szimulációs rendszerek, Head Mounted Display Biofeedback & Body Sensors Data Glove 36

37 Teljes konfiguráció (pl.: sisak, adatkesztyű, esetleg ruha): Felnőttek szakképzésénél, továbbképzésénél, mint gyorseszköz és cél centrikus betanító eszköz, valamint általánosan használható ismeretközlő és gyakoroltató eszköz; Pályaválasztási tanácsadó intézményekben, mint bemutató tesztelő berendezések, amelyek az érdeklődők számára a valóságban mutatják be az egyes szakmákat Holographic Monitor CAVE Projection 37

38 Az oktatásban való felhasználás előnyei és hátrányai Előnyök: Háromdimenziós megjelenítés lehetősége. Több érzékszervre hat egyszerre (pl.: látás, hallás, tapintás stb.). Gyorsabb az elsajátítási idő mivel egyszerre több érzékszervre hat. Tartósabb a tudásanyag rögzülése a tanuló tudatában, mivel az új ismeret több oldalról kap megerősítést. A VR oktatással megoldható a tanuló figyelmének koncentrálása, fókuszálása, mivel a tanár által fontosnak ítélt témák kiemelhetők és a jelentéktelen tényezők tompíthatóak. A tanuló számára aktív részvételt biztosít egy generált, kvázi valós világban, Korlátlan ismétlési lehetőséget biztosít a számítógépes program újrafuttatása által. Igen erős motiváló tényező, mivel a valós helyzetekben való szereplés mindig ember közelibb, még ha bonyolultabb is mintegy absztrakt feladat. Hálózat kialakításával több tanuló egyszerre és egymást segítve végezheti a tanulási folyamatot elsajátítva a csoport munka sajátosságait. Biztonságosan lehet szimulálni vele különböző vészhelyzeteket, váratlan eseményeket, gyors beavatkozást igénylő helyzeteket, bonyolult és veszélyes szerkezetek és folyamatok működtetését. 38 stb.

39 Hátrányok: Ma még Magyarországon meglehetősen magas áron juthatnak hozzá az iskolák a VR berendezésekhez. Komolyabb rendszerek esetében nagy helyigénye van. A megjelenítőkben alkalmazott LCD kijelzők gyakran gyenge minőségűek, ami leszűkítheti az alkalmazhatóság körét. A komolyabb virtuális eszközök sok esetben rendkívül érzékenyek a különböző külső zavarokra Gyakori és nem átgondolt használata károsan hathat a tanulói személyiségre. A megvásárolható VR programok sok esetben rendkívül specializáltak, így nehezen alkalmazható más területekre. Az önálló fejlesztési lehetőségek nehézségeket jelentenek. 39

40 Kémia Elemmolekulák szemléltetése Szerves molekula-szerkezet Kémiai laboratórium Bonyolult molekulaszerkezet 40

41 Fizika Gravitációs kísérlet Súrlódási erő szemléltetése Virtuális időmérés 41

42 Földrajz Domborzati tereptárgy A Naprendszer Holdfogyatkozás 42

43 Biológia Baktériumok Bakteriofág Miózis 43

44 Matematika Matematikai testek a térben Metszések 44

45 Rajz Perspektivikus látás 1. Perspektivikus látás 2. Érzéki csalódás 1. Érzéki csalódás 2. 45

46 Technika Kocsi Díszdoboz Világító lámpa Közlekedési tábla Periszkóp 46

47 Virtuális szolgáltatások Távoktatás: a diákok kommunikálhatnak egymással és a tanárral; megtakarítható az utazással eltöltött idő, pénz és fáradtság; jellemző a naprakészség, bárki bármikor tanulhat, nem kell a jegyzetekre éveket várni Videokonferencia: Megmaradnak a személyes tárgyalás előnyei: látni a tárgyaló partnerek gesztusait, arckifejezéseit Nem kell foglalkozni a költséges és időigényes körülményekkel: pl. utazás, szállás 47

48 Virtuális szolgáltatások Üzleti alkalmazások (elektronikus kereskedelem) Reklám 48

49 VR a szórakoztatóiparban - játék 49

50 Egyéb területek fizika, geográfia, meteorológia, informatika, médiakutatás, nyelvészet, kultúra stb. Weimar Stonehenge 50

51 Egyéb: Kiállítások Virtuális CeBIT (elektronikai kiállítás Németország) Virtuális Skoda Múzeum 51

52 VR szerkesztő programok VRML Virtual Reality Modeling Language Általános, szöveg alapú nyelv, amelyet speciálisan 3 dimenziós objektumok készítésére terveztek. Segítségével definiálhatunk: egyszerű mértani alakzatokat, ezeknek felületet, tulajdonságokat adhatunk meg, átlátszóságot definiálhatunk, fényvisszaverő képességet szabályozhatunk, különböző transzformációkkal elhelyezhetjük azokat végső helyükön, különböző szögekből bevilágíthatjuk stb. A felhasználók a 3D világokat böngészővel vagy segédprogrammal kiegészített web-böngészővel nézhetik meg és barangolhatják be, pl. Cosmo Player, Cortona Player 52

53 53

54 Köszönöm a figyelmet 54