Virtuális valóság Virtual reality Starkné Dr. werner Ágnes 1
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
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
Virtuális valóság rendszer 4
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
Kimeneti eszközök A környezetnek az érzéki tapasztalását teszi lehetővé. Olyan eszközöket terveznek, amelyek összeegyeztethetők az emberi érzékeléssel. 6
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
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
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
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
Eszközök Vizuális eszközök Belemerülés: projektorok + tükrök 11
Projektorok 12
Különböző alakú felületek a projektoros kivetítéshez 13
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
HMD 15
Vizuális eszközök Nem belemerítő technika 16
Vizuális eszközök Sztereó kép létrehozása: Folyadékkristályos rekesz szemüveg (LCS) a felhasználó mélységet is lát a képernyőn 17
Sztereó kép létrehozására Polarizált szemüveg A képszeparáció színszűrő segítségével történik. A szűrő színe pl. piros és cián. (passzív sztereó, hiszen nincs benne elektronika) 18
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
Érzékelő-tapintó eszközök Lehetőség van a virtuális környezet érzékelésére. Pl. játékokhoz erővisszacsatoló mellény, joystick 20
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
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
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
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
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
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
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
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.
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
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
Orvostudomány: vírusok és rendellenességek gyógyítása; sebészi beavatkozások megtervezése; orvostan hallgatók oktatása; virtuális tomográfia; 31
Alkalmazási területek Gyógyszervegyészet: a gyógyszereknek az emberi testre gyakorolt hatását vizsgálják Pszichológia: fóbiák gyógyítása; emberi magatartás tanulmányozása 32
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
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
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
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
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
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.
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
Kémia Elemmolekulák szemléltetése Szerves molekula-szerkezet Kémiai laboratórium Bonyolult molekulaszerkezet 40
Fizika Gravitációs kísérlet Súrlódási erő szemléltetése Virtuális időmérés 41
Földrajz Domborzati tereptárgy A Naprendszer Holdfogyatkozás 42
Biológia Baktériumok Bakteriofág Miózis 43
Matematika Matematikai testek a térben Metszések 44
Rajz Perspektivikus látás 1. Perspektivikus látás 2. Érzéki csalódás 1. Érzéki csalódás 2. 45
Technika Kocsi Díszdoboz Világító lámpa Közlekedési tábla Periszkóp 46
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
Virtuális szolgáltatások Üzleti alkalmazások (elektronikus kereskedelem) Reklám 48
VR a szórakoztatóiparban - játék 49
Egyéb területek fizika, geográfia, meteorológia, informatika, médiakutatás, nyelvészet, kultúra stb. Weimar Stonehenge 50
Egyéb: Kiállítások Virtuális CeBIT (elektronikai kiállítás Németország) Virtuális Skoda Múzeum 51
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
Köszönöm a figyelmet 54