VÍZUÁLIS OPTIKA 3D TECHNIKÁK. Dr Wenzel Klára. egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest, 2018

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Méret: px
Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "VÍZUÁLIS OPTIKA 3D TECHNIKÁK. Dr Wenzel Klára. egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest, 2018"

Átírás

1 VÍZUÁLIS OPTIKA 3D TECHNIKÁK Dr Wenzel Klára egyetemi magántanár Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Budapest, 2018

2 A 3D technikák a sztereo-látás képességén alapulnak A két szem két különböző irányból látja a tárgyakat. A kismértékben eltérő képekből az agy létrehozza a háromdimenziós képet. Ha a két szem látványát mesterségesen hozzuk létre, és biztosítjuk, hogy mindkét szem kizárólag a neki szánt képet lássa, mesterségesen kiválthatjuk a sztereo látványt.

3 A 3D képek szerkesztési szabályai Konvergencia Tárgyak képének méretei Tárgyak takarásai Szemtávolság (~65 mm)

4 A konvergencia A konvergencia szöge k = 0 fok.20 fok lehet. Kb 20 m-nél távolabbi tárgynál már a 65 mm szemtávolság nem vált ki sztereo-hatást (túl kicsi a jobb-szemes és bal-szemes kép különbsége).

5 A konvergencia és a tárgy távolsága 2D képen létrehozott sztereoképpárnál a tárgy-sík és a kép-sík viszonya határozza meg a konvergenciát: 1 Tárgysík a képsík előtt Ha nagyon közel kerül a szemhez, bandzsítva kell nézni kellemetlen! 2 Tárgysík a képsíkban 3 Tárgysík a végtelenben 4 Tárgysík a végtelenen túl kerülni kell,mert zavaró!

6 A két kép különválasztásának lehetőségei Szín-tér hatású (anaglif) ábrázolás Polarizációs módszer Idő-osztásos módszer Felület-osztásos módszer A szemüveg nélküli technikák Két kép-megjelenítős módszer ( Virtuális valóság )

7 A szín-térhatású (anaglif) ábrázolás

8 Színtani alapok Ha egy CRT monitort vörös vagy kékes-zöld Vágószűrőn keresztül nézünk, többé-kevésbé kiszűrhető a vörös vagy a kékes-zöld szín a többi közül.

9 A szín-térhatású (anaglif) ábrázolás színtani alapjai Színszűrők hatása CRT monitor színeire 0,030 0,025 Relative emission 0,020 0,015 0,010 0,005 B G R 0, Wavelength, nm

10 A szín-térhatású (anaglif) ábrázolás Színtani alapelv: A fehér lapra rajzolt piros vonalak piros színszűrőn keresztül eltűnni látszanak, míg a kiegészítő színű (kékes-zöld) vonalak feketének tűnnek. Ugyanez fordítva is igaz: a fehér lapra rajzolt kékes- zöld vonalak kékes-zöld színszűrőn keresztül eltűnni látszanak, míg a kiegészítő színű (piros) vonalak feketének tűnnek.

11 Szín-térhatású ábra Helyezzünk bal szemünk elé piros, jobb szemünk elé türkiz kék színszűrőt!

12 A sztereo látás felhasználása: O1 Bal szem centruma O2 Jobb szem centruma P térbeli pont PP A P pontnak a jobb szemmel látott helye az alapsíkon PK A P pontnak a bal szemmel látott helye az alapsíkon R A P pont vetülete az alapsíkon Ha PPR piros színű, akkor jobb szememmel a kékeszöld szűrőn át sötétnek látom, Ha PKR kékeszöld színű, akkor bal szememmel a piros szűrőn át sötétnek látom, Ezért a PR egyenes sötét képe a térben megjelenni látszik.

13 A szín-térhatású ábrák szemlélése Sz t m i α a néző szeme vízszintes sík, ezen helyezzük el a színtérhatású ábrát (asztal, kép), legyen t=300 mm az asztal síkjára merőleges egyenes, legyen m=300 mm nézési irányvonal a nézési irány szöge (45 fok)

14 A szín-térhatású ábra térbelisége Helyezzünk a bal szemünk elé piros színszűrőt, a jobb elé zöldet! Ha a P pont piros képe a zöld képétől balra van, akkor a sztereo kép a térben a rajz síkja előtt keletkezik. Ellenkező esetben pl. a Q pontot a rajz síkja mögött látjuk. Ha a két színszűrőt felcseréljük, azt észleljük, hogy a P pont jelenik meg a rajz síkja mögött (P1) és a Q kerül a rajz síkja elé (Q1).

15 A Color Code eljárás Anaglif eljárás, jobb szín-hatással ColorCode 3D szemüvegek A ColorCode eljárás sötétkék- borostyán sárga lencséket használ. Az egyik szem egy majdnem teljes színképet lát, míg a másik egy mélységvisszaadásra tervezett monokróm képet. E két lencse kombinációja jobb 3D hatást kelt, mint a piros-zöld szemüvegeknél, de nézőtől függően a két lencse között fennálló fényerőkülönbség kisebbnagyobb mértékben befolyásolja a hatást. Előnyök: Minden színes képernyővel kivitelezhető, működik kivetítve és nyomtatásban is. Hátrányok: Kissé gyengébb 3D hatás, néha irritáló, mivel az egyik szem számára a kép jelentősen sötétebb.

16 Hullámhossz-multiplexálás Dolby 3D technika A német Infitec (Interferenzfiltertechnology) nevű cég fejlesztette ki ezt az eljárást, mely keskeny sávú színszűrőt használ a szemüvegekben. Ezeket a szemüvegeket használja a Dolby is a 3D filmszínházakban. Mindkét szembe a piros, zöld, és kék színek más és más frekvenciákon jutnak el. Egyik szem a színeket: piros 629 nm, zöld 532 nm, kék 446 nm hullámhosszon észleli, a másik pedig: piros 615 nm, zöld 518 nm, kék 432 nm-en. A képek vetítéséhez tehát 3-chipes DLP vagy egyéb speciális projektor szükséges. Előny: jó képminőség, könnyen kivitelezhető 3-chipes DLP projektorral. Hátrány: drága szemüvegek,nem használható átlagos CRT és LCD kijelzőkkel.

17 Ez a technika az anaglif szemüveg legmodernebb változata, hiszen színszűrésen alapul. Azonban a színeknek nagyon szűk spektrumait használja a szemüveg egyik szűrője, míg a fennmaradó spektrumokat a másik szűrő. Így végül is mindkét szem lát piros, zöld és kék színt is, ez tehát előrelépés a hagyományos anaglif módszer után. További előny, hogy nem igényel ezüstvásznat a vetítés! A szemüveg előállítása azonban még drága, de ahogy terjed a technika, vélhetően olcsóbb lesz. A vetített kép egy picit sötét. Budapesten a Corvin moziban van Dolby 3D terem.

18 A polarizációs eljárások

19 A fény formái a fényhullámok rendezettsége szerint: Hullámhossz tartomány szerint fehér (Az egész látható tartományban azonos intenzitású) széles sávú, színes (a hullámhossz mentén változó intenzitású) monokromatikus (csak azonos hullámhosszúságú fénysugarakat tartalmaz) Polarizációs állapot szerint polarizálatlan síkban polarizált cirkulárisan polarizált A hullámfrontok rendezettsége szerint rendezetlen koherens (minden fénysugár hullámhossza és fázis helyzete azonos)

20 Az elektromágneses hullámok transzverzális sinhullámok λ, nm a hullámhossz, 1/sec a frekvencia a az intenzitás c = * λ x a terjedés iránya y a hullámjelenség síkja c, m/sec a fénysebesség

21 Az elektromos térerősség és a mágneses térerősség két, egymásra merőleges síkban rezeg

22 Az elektromos (E) és a mágneses (H) komponens ω körfrekvencia k egész szám z a terjedés iránya x, y a rezgések síkja

23 A síkbeli és a cirkuláris polarizáció Két, egymástól negyed hullámhossznyira (lambda negyed) eltolt síkhullám összege ún. cirkuláris (forgó) polarizációra vezet, amely lehet jobbra és balra forgó (jobbsodrású ill. balsodrású).

24 A tükör-törvény

25 A fény részleges polarizálása tükrökkel

26 A Brewster-szög A Brewster-szögben beeső nyaláb polarizációja maximális A

27 A polarizációs eljárás változatai Vízszintesen és függőlegesen polarizált lencséjű szemüvegek A szemüveg a fényt különböző, vízszintes és függőleges polarizációja alapján, a lencséken elhelyezett polarizációs fólia segítségével szűri. A polarizáló szemüveg lencséi eltérő irányú polarizáló fóliával vannak bevonva, hogy egy lencse csak az egyik irányban polarizált fényt engedje át. A rendszer olyan kijelzővel működhet, mely két képernyőt egy tükörrendszer segítségével egy képpé állít össze, vagy két projektorral, mely két különböző polarizációjú képet vetít, vagy egyetlen projektorral, mely felváltva különböző polarizációjú képet vetít egy képernyőre, mely megőrzi a visszatükröződő fény polaritását (ezeket a vásznakat ehhez általában ezüsttel vonják be). Ilyen polarizációs technikát alkalmaznak az IMAX mozikban is. Előnyök: olcsó szemüvegek, megfelelő képminőség. Hátrány: a fej lehajtásakor szellemképek keletkezhetnek. Kivetítés esetén ezüst bevonatú vászonra van szükség, mivel másképpen a fény nem megfelelő.

28 A polarizációs eljárás változatai Körkörösen polarizált lencséjű szemüvegek A legtöbb digitális moziban (pl. RealD) ezt alkalmazzák. Ezen szemüvegek a képet az óramutató járásával megegyező és eltérő polarizációs irányuknak megfelelő képekre bontja, így a két szem két különböző képet lát, és ez 3D hatást eredményez. A körkörösen polarizált fény előnye, hogy mozi nézés közben oldalra dönthetjük a fejünket, anélkül, hogy ezzel romlana a kép kontrasztja vagy fényereje. Más tekintetben működése megegyezik a vízszintesen és függőlegesen polarizált módszerrel. Előnyök: olcsó szemüvegek, fejünk oldalra döntésével nem változik a kontraszt és a fényerő, nagyon jó minőség. Hátrányok: képszerkesztést és speciális képernyőt vagy vetítést igényel (ezüst képernyő).

29 A polarizációs eljárás változatai Léteznek 3D TV-k, monitorok is, polárszűrős technikával. (pl. Zalman Trimon, LG Cinema3D, stb.) Ezek úgy érik el a 3D hatást, hogy a páros sorok egyik irányban polarizált fényt adnak ki, a páratlanok a másik irányban polarizáltat. A látható felbontás tehát feleződik, amíg 2D módban a monitor pl. 1920x1080 pixeles, addig 3d módban már csak 1920x540. Hátrány még hogy a függőleges betekintési szög igen szűk.

30 Hátrányok: A polarizációs technika értékelése Két projektorra van szükség, és az ezek előtt lévő polárszűrő a kilépő fény kb. felét engedi át. Nagy fényerejű projektorok kellenek tehát. A legjobb, mint minden moziban, a teljesen elsötétített terem, sötét falakkal. A hagyományos fehér vászon vagy fal nem alkalmas a vetítéshez, mert megszűnteti a fény polarizációját. Speciális ezüst színű vászonra van szükség, mely megőrzi a ráeső fény polarizációját. Előnyök: A szemüveg passzív, ami annyit jelent, hogy nem tartalmaz semmi plusz elemet (pl. elektronika és áramforrás), így igen alacsony áron beszerezhető.

31 Az idő-osztásos technikák

32 Idő-osztásos módszer (Aktív képzáró LCD szemüveg alkalmazása) Ha felváltva különböző képeket vetítünk egy képernyőre, akkor használhatunk egy olyan LCD szemüveget, amely felváltva ki-bekapcsolja a lencsék átlátszóságát a pontos háromdimenziós ábrázolás érdekében. Ez legalább a képfrissítési frekvencia kétszeresét igényli (tehát legalább kétszer 50 Hz-et) - lassabb frissítési frekvenciáknál a kép villódzni kezd. Ezért a 3D-ready televíziók is legalább 100 Hz-es frissítési frekvenciával kell, hogy rendelkezzenek. Ezt a technológiát az Xpand nevű cég használja a mozikban, valamint a Sony, Panasonic, Mitsubishi és a Samsung cég is használja kijelzőinél. Ehhez a technikához aktív szemüvegek kellenek, melyek a kijelző képmegjelenítési frekvenciájával szinkronban a lencséken látható képeket szemenként kitakarják, majd újra megjelenítik. Az eljáráshoz egy jeladóra is szükség van, mely a szemüveg és a képernyő között biztosítja a szinkronitást. A lencsék képáteresztésének befolyásolásához a gyártók általában LCD technológiát használnak, mellyel képesek az egyik lencsét áttetszővé majd átlátszatlanná állítani.

33 Az idő-osztásos módszer a monitortechnikában 3D monitorok: Shutter glasses, a vibráló LCD szemüveg Először a 90-es évek vége felé bizonyos videókártyákhoz mellékelt a gyártó ilyen szemüvegeket. Működési elvük a következő: a szemüveg lencséi felváltva nagyon gyorsan elsötétülnek majd vissza. Ugyanebben a ritmusban a monitoron is felváltva mutatjuk a bal és jobb képet. Így tehát mindegyik szemünk a neki szóló információt látja. A módszer hátránya, hogy a vibrálásmentes kép érzékeléséhez min Hz-es ütemben kell váltogatni a képeket. Ugyan akkoriban is voltak már ilyen képességű CRT monitorok, de a számítógépes grafika, és a játékok még alacsony felbontásúak voltak és nem elég élethűek. Aztán ahogy elterjedtek a lapos TFT monitorok, a maguk 60 Hz-es frissitésével, egy időre eltűnt a shutter glasses technológia. Hiszen egy szemre a 60 fele, vagyis 30Hz jutna, és ez nagyon fárasztó, vibráló képet ad. Pár éve azonban elérhető TFT monitorokon is a 120Hz-es technológia, és a gyártók ismét elővették e szemüvegeket, picit modernebb változatban: designos, napszemüvegre hasonlító forma, és vezetéknélküli megoldás!

34 Shutter glasses Néhány felhasználó beszámolt enyhe szellemkép hatásról, amikor is a bal szem picit látja a jobbnak szóló információt is, vagy fordítva. Ez a nem megfelelő szinkronizációból vagy a monitor utánhúzásából is eredhet. A 120Hz még nem a vég, főleg világos részeknél enyhe vibrálás észlelhető, ezért a gyártók már fejlesztik a 200Hz-es verziókat! Az aktív szemüveg, főleg a vezetéknélküli nem olcsó, 10-30e Ft között szerezhető be. Előnye: hogy a kép színhelyes, teljes felbontású, működik monitoron és megfelelő projektorral vetített képen is. Hátrányok: enyhe szellemkép hatás, enyhe vibrálás, drága a szemüveg

35 Az idő-osztásos módszer a film-technikában (Aktív képzáró LCD szemüveg alkalmazása) Általában az aktív szemüvegek képesek a legjobb képmegjelenítésre, mivel nincs szükség a videojelek jelentős módosítására. Mégsem terjedtek el a mozikban, mivel túl drágák, könnyen meghibásodhatnak, és több karbantartásra van szükség például a szemüvegben lévő elemek cseréjére vagy az akkumulátor töltésére. Előny: kitűnő képminőség Hátrányok: Drága kijelzők és szemüvegek

36 A felület-osztásos technikák

37 Váltott soros képmegjelenítés aktív képzáró szemüveggel A váltott soros képcsöves televíziók egy megfelelő képmegjelenítési technikát használó módszer. A rendszer felváltva jutatja el a váltott soros képkockákat, egymást követően az egyik majd a másik szembe. Természetesen itt is aktív képzáró szemüveggel biztosítható, hogy a megfelelő képkockák a megfelelő szembe jussanak el. Előnyök: Működik a létező otthoni video forrásokkal, mint például a VHS vagy a DVD, továbbá katódsugárcsöves televíziókkal. Hátrányok: A felezett képfrissítési frekvencia miatt (25 vagy 30 Hz) villódzás tapasztalható, modern képernyők esetén nem alkalmazható.

38 A szemüveg nélküli technikák

39 Szemüveg nélküli megoldások Sokak álma a térhatású TV és mozi szemüveg nélkül! A technika bár igen drága, de már elérhető. Alapelve a lentikuláris technológia. Apró lencsékkel elérhető hogy a két szemünk közti távolság már elég legyen ahhoz, hogy eltérő képeket juttassunk feléjük. Többnyire egy nézőpontból optimális a látvány, ill. zónák vannak, melyeken érzékelhető a 3D. A felbontás itt is csökken, viszont nagy előnye hogy nem kell hozzá segédeszköz! Egy magyar találmány is ide sorolható, a Holovízió! A hologram elvén alapul, de jelenleg még nagy helyet igényel és igen drága.

40 Bordás képsík alkalmazása Felület-osztásos módszer. Közeli képek nézésére alkalmas (Pl képes-lapok).

41 Rácsos kitakarás

42 Keskeny résekkel ellátott rácsot használva, lehetőség nyílik arra, hogy minden néző más és más képpontot láthasson a képernyőn. Ez a konstrukció lehetővé teszi a térhatású megjelenítést szemüvegek nélkül. A probléma természetesen az, hogy a képernyő kivitelezésétől függ a nézői pozíció, vagyis a nézőszög és a távolság. Ha a néző az egyik oldalra mozdítja a fejét, az egyik szemével olyan képpontokat is láthat, melyeket a másiknak kellene. Továbbá, ha a néző túl közel ül a kijelzőhöz, a rácsot már nem megfelelő szögben látja szintúgy, ha távolabb ül. Irányult néhány kísérlet a hatás kiegyensúlyozására a fej nyomon követésével ( head tracking ), úgy, hogy egy kamerát szereltek a kijelzőre. Néhány gyártó ugyancsak próbálkozott a megfelelő 3D tér egyidejű megjelenítésére több néző esetén. Folyadékkristályos technikával lehetséges olyan kristályt készíteni, amely struktúrája folyamatosan változhat. Ez azt is jelenti, hogy lehetőség van a rács kikapcsolására, tehát válthatunk 2D és 3D megjelenítés között. Előnyök: Nincs szükség szemüvegekre, megvalósítására alkalmas az LCD technológia, a képernyő átkapcsolható 2-dimenziós módból 3-dimenziós módba. Hátrány: Csak egy személy számára működik, egy meghatározott nézői távolságot és pozíciót igényel, felezett felbontás.

43 A sztereo kép felvétele 2 m-nél közelebbi tárgy: a 2 kamera a tárgyra néz, tehát összetartanak a tengelyeik 2 m- nél távolabb: párhuzamos kamera állással Célszerű manuális állást alkalmazni (nehogy a kamerák önállósítsák magukat ), expozíció, fehéregyensúly, zoom, képstabilizátor kikapcsolva. Általános szabály, hogy a kamerák egymástól való távolsága (a bázistávolság) a legközelebbi objektum 1/30-a legyen.

44 Két optikás video-kamera

45 A virtuális valóság (virtual reality, VR)

46 A virtuális valóság definiciója A téma viszonylagos újszerűségéből adódik, hogy a VR-nek még nincs egyetemes definíciója. Két jó megfogalmazás: György Péter: Virtuális Valóságon a digitális technikával létrehozott világot, és az általa felkeltett perceptuális élmény egészét értjük. Linda Jacobson : Olyan számítógéppel létrehozott környezet, amelyben a felhasználó is jelen van.

47 A virtuális valóság A virtuális valóság egy olyan, számítógépes környezet által generált mesterséges, a valóságban nem létező világ, melybe az adott felhasználó megpróbál minél inkább belemélyedni, vagyis beleéli magát a virtuális térben történő dolgokba. Lehetővé válik, hogy más lényeket is magába foglaló szintetikus világegyetemet lásson, halljon, érzékeljen és manipuláljon. A feladat megoldásához valamennyi érzékszervet úgy kell "becsapni", hogy a felhasználó ne tudja megkülönböztetni a "bemerülést" a valóságtól, teljes legyen az élmény, a jelenlét érzete. A VR a technikai fejlődés előrehaladásával felfoghatatlan mértékű belemerülést feltételez más világba, amely megszünteti a közvetítettség tudatát. Ez komoly következményekkel járhat a felhasználókra nézve. A felhasználó össze is keverheti, hogy mi az igazi és mi a VR, hiszen olyan élethű, és ráadásul jobban is tetszik neki mint a valóság. Kilépve a rendszerből a szürke hétköznapokban találja magát, amely már nem tetszik. Ez komoly függőséget is okozhat.

48 A virtuális valóság jellemzői A jelenlét hite - a felhasználónak hinnie kell abban, hogy ténylegesen létezik az adott virtuális világban. Kölcsönhatás - a virtuális valóság tárgyainak, az egész környezetnek olyannak kell lennie, hogy a felhasználó természetes módon kerüljön velük kapcsolatba. Öntörvényűség (autonómia) Az elképzelt világ törvényszerűségeinek ugyanúgy megismerhetőknek kell lenniük, mint a valóságos világ jelenségeinek. Ezek a törvényszerűségek ugyanakkor befolyásolhatók, sőt megváltoztathatók,

49 A VR megvalósítása Head mounted display (HMD) A VR-ben a program használója egy sisakot illeszt a fejére, melynek következtében jobb illetve a bal szem számára digitálisan előálított kép két, a szemhez közvetlen közel elhelyezett képernyőn jelenik meg. A látványon túl a Virtuális Valóságban a hallás, a tapintás, a hely- illetve a helyzetváltoztatás is fontos szerepet kap. A megjelenített tárgyak megközelíthetőek, megfoghatóak, a program felhasználója kölcsönhatásba léphet velük. A Virtuális Valóságra jellemző az immerzivitás (belemerülés), illetve az interaktivitás real time jellege, vagyis a számítógép késedelem nélkül, vagy nagyon kis késéssel válaszol, ami az azonnali reagálás benyomását kelti a felhasználóban.

50 A VR létrehozásához szükséges elektronikai berendezések MESTERSÉGES ÉRZÉKSZERVEK: látás, hallás, tapintás Képgeneráló rendszerek - a vizuális jelenetek létrehozására, Képmegjelenítő rendszerek - vizuális display. Audio rendszerek - mind a hangok generálására, mind a térbeli helymeghatározásra Tapintási rendszerek - az erő és a nyomás visszacsatolására Nyomkövető rendszerek - amelyek a felhasználó testének, kezeinek, fejének helyzet-meghatározására szükségesek

51 Virtuális valóság eszközei Sisak Kesztyű Számítógép Mindent látó kamera a környezet felvételére

52 A sisak

53 PlayStation VR (Sony) Specifikáció Kijelző: OLED Panel méret: 5,7 hüvelyk Felbontás: 1920xRGBx1080 Képfrissítési ráta: 120Hz, 90Hz Látószög: 100 fok Érzékelők: gyorsulásmérő, giroszkóp, PlayStation Eye szemmozgáskövető Audio: 3D audio Input: PlayStation Move, Dual Shock 4 kontroller Megjelenés: 2016 első fele Ár: Nem ismert Az eddig Project Morpheus kódnéven emlegetett eszköz, a PlayStation VR más területen lép be: a konzolos játékosokat célozza meg.használatához nem kell drága PC, csak egy PlayStation

54 OCULUS VR sisak Specifikáció Kijelző: AMOLED Felbontás: 2160x1200 pixel (kijelzőnként 1080x1200 pixel) Képfrissítési ráta: 90 Hz/szem Látószög: 110 fok Érzékelők: gyorsulásmérő, giroszkóp, mágnesességmérő, külső konstellációs követő rendszer Audio: Beépített hangszóró és mikrofon, 3D audio Beviteli eszköz: Oculus Touch, Xbox One kontroller Megjelenés: április Ár: Nem ismert Kell hozzá: erős PC USB csatlakozó

55 HTC VR sisak (Vive ) Egy 5x5 méteres területen követni tudja azt, hogy merre jár a játékos a szobában,így bejárható virtuális tereket tud kialakítani. Ehhez több mint 70 érzékelőt építettek bele, amelyek a fej minden rezdülését figyelemmel követik. A HTC Vive használható lesz PC-vel, és a Valve saját Steam Machine nevű boxával is. A gyártó bejelentése szerint nem csupán játékra lesz alkalmas, az HBO és Google is elérhetővé tesz majd rá filmeket. Specifikáció Kijelző: OLED Felbontás: 2160x1200 Képfrissítési ráta: 90 Hz Látószög: 110 fok Érzékelési terület: 5x5 méter Audio: Beépített Kontroller: SteamVR kontroller, vagy más PCvel kompatibilis gamepad Érzékelők: Gyorsulásmérő, giroszkóp, lézeres pozícióérzékelő Ár: Nem ismert Megjelenés: 2016 első fele

56 A sisak funkciói és technikai felszerelése

57 A kép bevetítése a szembe

58 A virtuális környezet és a reális környezet egyesítése egy képen L a a reális környezet képének fényereje L s =τ*l a τ az osztótükör transzmissziós tényezője Lc a virtuális környezet képének fényereje L d =L a *τ+ L c *ρ

59 A sztereó képek egyesítése A lehetséges sugármenetek azonosak a sztereó mikroszkóp megoldásokkal: (a) Csak egy kép van nincs sztereo hatás (b) A két képet egy nagyméretű távcső vetíti mindkét szembe (c) A két képet 1-1 külön távcső vetíti a két szembe

60 A kép bevetítése a szembe Az optikai sugármenet elve

61 Bevetítés sík tükörrel

62 Bevetítés gömb tükörrel Egyszerűbb optikai rendszerre van szükség, mint síktükör esetén.

63 Off-axis optikai rendszer alkalmazása A sisak méretének csökkentése érdekében az optikai rendszert nagyon közel kell vinni az archoz. Emiatt 40~50 fok nyílásszögű képalkotó nyalábokat kell használni és ez asztigmatizmust és torzítást eredményez. Az off-axis sugármenet és az optikai tengely elforgatása csökkenti ezeket a hibákat.

64 Az optikai elemek és rendszerek méreteit minimalizálni kell!

65 A VR kesztyűk

66 A kéz szabadsági fokai VR kesztyűk Cél, hogy megközelítő mértékben szimulálni lehessen a bőrre ható nyomást, hőérzetet és fájdalmat. A kezek helyzetének érzékelését, egy tárgy egyszerű megfogását bonyolult visszacsatolási rendszer teszi lehetővé. Több eszközt fejlesztenek az ujjaknak, a kéznek és alkarnak is.

67 Sensor Glove (SG) Az SG II egy kesztyű típusú eszköz, húsz szabadságfokkal rendelkezik, amely megegyezik az emberi kéz szabadságfokainak számával. Az SG II-vel az ember megérintheti a virtuális térben elhelyezkedő objektumokat. A kesztyű összes mozgásának fix bázisa egy fémlapra lett tervezve, amely az ember tenyerének hátoldalán került rögzítésre. Öt mozgató hajtóművet rögzítettek bele ebbe a fémlapba és három hajlító egységet helyeztek el a mozgató hajtóműveken. Forgó kódolók mérik a motorokon az ízületek szögelfordulását. Az erők mérése az ízületekre erősített deformációt mérő műszerekkel lett megoldva.

68 5th Glove Sajátossága a fejlett szál-optikás hajlító szenzor, amely létrehozza az ujjhajlítási adatokat. Ez a kesztyű nem rendelkezik tapintási visszajelzéssel, csak a kéz helyzetének felismerésére alkalmas. Nem képes az ujjak minden egyes részének pozícióját közvetlenül detektálni, de ujjanként 8 bites felbontóképessége elég arra, hogy megadja, hogy mely értékekhez mely pozíciók tartoznak.

69 CyberGlove CyberGlove képes mindegyik ujj és a csukló pozíciójának és mozgásának mérésére. Két modell létezik, egy 18 és egy 22 szenzoros változat. Még a 18 érzékelős kesztyű is képes minden ujj két szögének mérésére, négy erőmérő szenzora van, valamint plusz szenzorokkal rendelkezik a tenyérív, csuklóhajlítás és csuklóerő mérésére. A szenzorok nagyon vékonyak és az emberi kéz által nem is tapinthatóak ki a kesztyűben, valamint 0.5 fokos felbontóképességgel rendelkeznek. Ha az összes érzékelő engedélyeztetve van, mindegyikkel 150 Hz-en tud mintavételezni.

70 A VR kép felvétele

71 A virtuális valósághoz készült kamerák A Nokia idén jelentette be virtuális valósághoz készült kameráját, az OZO-t. A cég már nyáron bejelentette a filmstúdióknak szánt eszközt, az árát azonban csak most árulta el. A jövő év elején megjelenő OZO-t 60 ezer dollárért, azaz több mint 17 millió forintért lehet majd megvásárolni. A futurisztikus, labda formájú kamerával 360 fokos videókat lehet készíteni, a benne lévő nyolc objektívnek és nyolc mikrofonnak köszönhetően.

72 Fejkövetés ( head tracking ) Lehetséges olyan képeket készíteni, melyek háromdimenziósnak tűnhetnek, és a néző fejének mozgásától függően változnak. Míg a 2D megjelenítőkön a tárgyak nem változnak egymáshoz és a néző fejéhez képest, az ilyen rendszereknek új képeket kell létrehozniuk a néző pozíciójához képest úgynevezett fejkövetés vagy szemkövetés ( eye tracking ) módszerrel. A módszerhez egy, a néző fejének mozgását rögzítő szenzorra van szükség, valamint a virtuális térben megjelenített tárgyak pozíciójának ismeretére. A rendszer megvalósítása tehát legkönnyebben számítógépes játékok, grafikai elemek megjelenítése esetén lehetséges. A kép olyan benyomást kelt, mintha például az egyik szemünk lecsukása mellett, fejünket mozgatva, egy ablakon keresztül szemléljük a kinti világot.

73 Az összes eljárás hátrányai Az összes eljárás hátrányai Az összes megoldás egy közös, komoly hátránnyal rendelkezik: nem valódi háromdimenziós képeket állítanak elő, hanem kétdimenziós képekből közelített térhatású ábrákat. Az alapvető probléma az, hogy a térhatás megjelenítésekor a fenti megoldások nem elegendő érzékszervünkre gyakorolnak hatást. Kiváltképpen a fókusztávolság nem változik, a közelinek mutatott tárgyak esetén szemünk továbbra is a kétdimenziós képernyőre fókuszál. E tárgyak megjelenítésekor szemünknek csak konvergenciája változik, tehát az, hogy a két szem mennyire tart össze vagy szét, annak köszönhetően, hogy a bal illetve a jobb szem számára megjelenített képpárok egymástól távolabb vagy közelebb helyezkednek el a képernyőn. Továbbá, fejünk mozgatásával a megjelenített tárgyak megőrzik pozíciójukat egymáshoz képest, nem pedig egymáshoz képest változtatják elhelyezkedésüket (a fejkövetés kivételével).

74 A kiterjesztett valóság ( augmented reality, AR) Kiterjesztett valóság Az AR-szemüvegek a virtuális sisakokkal ellentétben nem egy szimulált környezetet hoznak létre, hanem a valódi világra helyeznek digitális elemeket. Mondhatni egy plusz vizuális réteget kapunk, amin 3D-s objektumok, feliratok vagy komplett alkalmazások férnek el. Microsoft HoloLens Ezen a területen a Microsoft HoloLens viszi jelenleg a prímet, aminek fejlesztői verziója 2016 tavaszán jelenik meg, 3000 dolláros (870 ezer forint) árcímkével. Az eszköz első körben a fejlesztőket és az üzleti szférát célozza meg, azt még egyelőre nem tudni, hogy milyen áron és formában lesz kapható a fogyasztói változat. A HoloLens előnye, hogy a sisak vagy szemüveg viselője egyszerre látja a valós környezetet és a kivetített virtuális teret.

75 A kiterjesztett valóság egyidejűleg, egymásra vetítve mutatja meg a reális és a virtuális világot.

76 A VR néhány alkalmazási területe

77 Orvoslás A VR képes szembesíteni a betegeket a legsúlyosabb félelmeik tárgyaival. A problémákat kiváltó környezetek kibertéri rekonstrukciója nem csak a fóbiák, hanem a depresszió, a skizofrénia, a pánikbetegség, a kényszerbetegségek, a szexuális szindrómák és komplexusok kezelésére is alkalmasak. A világ számos országában található olyan szakrendelés, mely cyberpszichológiai terápiát alkalmaz. Általában már 8 VR-ben történő kezelés után javul a páciensek állapota. A reális és a valóság keveredése jelenti a hatékony megoldást. Sebészeti műtéteket gyakorolhatnak az orvostanhallgatók virtuális közegben, ahol megtapasztalhatók a közvetlen fizikai reakciók. Programot fejlesztettek ki kifejezetten égési sérülések kezelésére. VR segítségével csökkenthető a fájdalomhoz kapcsolódó agytevékenység.

78 További alkalmazási területek Katonaság Ezen a területen költik a legtöbb pénzt a VR rendszerekre. Hadművelet szimulátort készítettek, katonai oktatórendszereket fejlesztenek. Repülési szimulátorokat fejlesztenek, melyek a polgári repülésben is jól hasznosíthatók. Építészet Az építészek virtuális modelljei nem csak a látványt szolgálják, hanem segítségükkel olyan hibák és ütközések is láthatóvá válnak, amelyek a papíron elbújnak a mérnökök szeme elől. Ezekkel a modellekkel ki tudják próbálni, hogy minek milyen hatása lesz. Pl.: egy házon kicserél egy ablakot szélesebbre, annak milyen következménye lesz. Közlekedés A személyautókban alkalmazott modern helymeghatározási (GPS) és távközlési (GSM) technológiák egy egyszerű kézi számítógép segítségével lehetővé teszik a virtuális valóság modellezését digitális térképek formájában.

79 A VR és az AR veszélyei A virtuális valóság veszélyes játék, elsősorban - de nem kizárólag a gyermekeknek! Egy olyan világot varázsolhat a játékos köré, amely szebb,mint a valóság. Ez kábítószerhez hasonló függőséget okozhat A virtuális valóságban ma még többnyire egyedül vesz részt a játékos. Elmagányosodáshoz vezethet. A harci játékok leterhelik a fantáziát, súlyos pszichológiai hatásuk lehet. A túl erős vízuális élményekhez képest csökken, a verbális közlés vonzereje (mese hallgatás, olvasás, beszélgetés). Vissza fejlődhet a képzelőerő is!

80 Felhasznált források Csiszár Sándor alezredes: A szín-térhatású (anaglif )ábrázolás, Magyar Fotogrammetriai Társaság, Budapest, 1942 Mordekhai Velger: Helmet-Mounted Displays and Sights,m Artech House, Boston, London, 1998 Sikné dr. Lányi Cecília, Laky Viktória: Virtuális valóság a rehabilitációban, Pannon Egyetem Dömös Zsuzsanna: Ezek a kütyük rúgják be a virtuális valóságot ORIGO Richan Kornél : Mindent a 3D TV-ről, a 3D TV világa How to make 3D-pictures by computer 3d-alapok.htm

81 VÉGE