In diesem ausführlichen Tutorial erfahren Sie, was ist Virtual Reality und wie funktioniert sie? Sie lernen die Geschichte, Anwendungen & Technologie hinter Virtual Reality kennen:
Dieses Tutorial über virtuelle Realität befasst sich mit der Einführung in die virtuelle Realität, einschließlich der Frage, was sie ist, wie sie funktioniert und ihre wichtigsten Anwendungen.
Wir werden etwas über VR-Hardware und -Software lernen, die die virtuelle Realität als Technologie ermöglichen, und uns dann mit den Details von Virtual-Reality-Headsets und ihrer Funktionsweise befassen.
Tutorial zur virtuellen Realität
Lassen Sie uns ein Beispiel nehmen, um die Grundlagen zu verstehen.
Das folgende Bild zeigt eine Demo-Einrichtung mit einem Virtual-Reality-Lenkrad mit Head-Mounted-Display, bei der der Benutzer das Gefühl hat, in ein Auto einzutauchen und zu fahren.
[Bildquelle]
Virtuelle Realität ist eine Technologie, mit der versucht wird, Computerbilder und -videos zu regenerieren, um reale visuelle Erfahrungen zu erzeugen, die über die auf einem gewöhnlichen Computermonitor oder Telefon erzielten hinausgehen. VR-Systeme nutzen dazu Computer Vision und fortschrittliche Grafik, um 3D-Bilder und -Videos zu erzeugen, indem sie Tiefe hinzufügen und den Maßstab und die Abstände zwischen statischen 2D-Bildern rekonstruieren.
Der Benutzer muss in der Lage sein, diese 3D-Umgebungen mit Hilfe von VR-Headsets und Controllern zu erkunden und zu steuern, die möglicherweise mit Sensoren ausgestattet sind, damit die Benutzer die VR-Inhalte erleben können.
Zum Beispiel, anklicken. hier für das Video, mit dem Sie Abu Dhabi in 3D erleben können, während Sie ein VR-Cardboard-Headset tragen oder direkt auf Ihrem PC-Monitor ohne VR-Headset.
Klicken Sie einfach auf das Video und stecken Sie Ihr Handy in Ihr VR-Headset. Wenn Sie kein Headset verwenden, suchen Sie einfach nach den Pfeilen im Video, um das Video in 3D zu durchsuchen. Sie können überall um sich herum schauen, während Sie das Headset oder die Pfeile verwenden, um das Video in 3D zu durchsuchen.
Dies ist ein Beispiel für ein Video, das mit VR-Kameras oder 3D-Kameras aufgenommen wurde. Moderne VR ist jedoch weiter fortgeschritten als 3D und ermöglicht es dem Benutzer, seine fünf Sinne in seine VR-Erfahrungen einzutauchen. Außerdem wird Echtzeit-Tracking eingesetzt, um VR für Erkundungen in Echtzeit nutzen zu können.
Das folgende Beispiel zeigt einen Benutzer, der eine VR-Brille oder ein Headset benutzt. Was er tatsächlich sieht, ist auf der rechten Seite zu sehen.
(i) Bei der virtuellen Realität geht es darum, mit einem Gerät wie einer speziellen 3D-Video- oder Bildkamera eine dreidimensionale Welt zu schaffen, die der Nutzer später oder in Echtzeit mit VR-Headsets und -Linsen manipulieren und erkunden kann, während er das Gefühl hat, sich in dieser simulierten Welt zu befinden. Der Nutzer sieht ein lebensgroßes Bild und hat dadurch das Gefühl, Teil dieser Simulation zu sein.
Hier ist eine Video-Referenz: Virtual Reality Demo
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(ii) Mit Hilfe von VR-Hardware und -Software werden computergenerierte 3D-Bilder und -Videos erzeugt, die auf eine Linse einer Brille oder eines Headsets geworfen werden. Das Headset wird dem Benutzer über die Augen geschnallt, so dass der Benutzer visuell in den Inhalt eintaucht, den er sieht.
(iii) Die Person, die den Inhalt betrachtet, kann den Blick für die Geste verwenden, um den 3D-Inhalt auszuwählen und zu durchstöbern, oder sie kann Handsteuerungen wie Handschuhe verwenden. Die Steuerungen und die Blicksteuerung helfen dabei, die Bewegungen des Benutzers zu verfolgen und die simulierten Bilder und Videos auf dem Bildschirm so zu platzieren, dass sich die Wahrnehmung ändert.
Indem Sie Ihren Kopf bewegen, um nach links, rechts, oben und unten zu schauen, können Sie diese Bewegungen in der VR nachahmen, da das Headset über Kopfbewegungs- oder Trackingsensoren verfügt, die entweder das Auge oder den Kopf verfolgen. Sensoren an Controllern können auch dazu verwendet werden, Informationen über die Reaktion des Körpers auf Stimuli zu sammeln und an das VR-System zu senden, um die Immersion zu verbessern.
Das folgende Bild ist ein Beispiel für den Tastsinn in der VR: Ein Benutzer verwendet VR-Handschuhe und einen Hand-Avatar, um durch VR-Inhalte zu blättern und mit ihnen zu interagieren. Der Handschuh überträgt die Bewegungen der Hand an die VR-Computer- oder -Verarbeitungseinheit oder das System und spiegelt die Aktion auf dem Display wider. Die VR überträgt die Stimuli auch zurück an den Benutzer.
(iv) Es gibt also zwei wichtige Dinge; Computervision um Objekte zu verstehen und Positionsbestimmung um die Bewegungen des Benutzers zu verfolgen, die Objekte effektiv auf dem Bildschirm zu platzieren und die Wahrnehmung so zu verändern, dass der Benutzer "die Welt sehen" kann.
(v) Es umfasst auch andere optionale Geräte wie Audio-Kopfhörer, Kameras und Sensoren, die die Bewegungen des Benutzers verfolgen und an einen Computer oder ein Telefon weiterleiten, sowie kabelgebundene oder kabellose Verbindungen, die zur Verbesserung der Benutzererfahrung eingesetzt werden.
Die virtuelle Realität ist vielseitig einsetzbar: Die meisten Anwendungen beziehen sich auf Spiele, aber auch in der Medizin, im Ingenieurwesen, in der Fertigung, im Design, in der Aus- und Weiterbildung und in vielen anderen Bereichen findet sie Verwendung.
VR-Training in der Medizin:
Einführung in die Computergrafik und die menschliche Wahrnehmung
Das folgende Bild erklärt die allgemeine Organisation der menschlichen Wahrnehmung:
(i) Es ist möglich, Nebenwirkungen auf die menschliche Wahrnehmung zu vermeiden und gleichzeitig den größtmöglichen Nutzen aus der VR-Wahrnehmung zu ziehen. Dies ist möglich, wenn man die Physiologie des menschlichen Körpers und die optischen Täuschungen eingehend und vollständig versteht.
(ii) Die Nachahmung der menschlichen Wahrnehmung in der virtuellen Realität erfordert Kenntnisse darüber, wie man die Sinne täuschen kann, um zu wissen, welche Reize am wichtigsten sind und welche Qualität für die subjektive Wahrnehmung akzeptabel ist.
Das menschliche Sehvermögen liefert dem Gehirn die meisten Informationen, gefolgt vom Gehör, dem Tastsinn und anderen Sinnen. Damit ein VR-System richtig funktioniert, muss man wissen, wie man alle Reize synchronisiert.
Die Abbildung unten erklärt, dass die Lichtsensoren eingesetzt werden, um das vom Auge reflektierte Licht zu erfassen. Sobald das Licht von der Pupille absorbiert wird, beeinflusst die Position der Pupille das vom Auge reflektierte und von der Fotodiode erfasste Licht.
(iii) Die virtuelle Realität versucht einfach, die menschliche Wahrnehmung (die Interpretation der Sinne durch das Gehirn) in der realen Welt zu simulieren. Die 3D-VR-Umgebungen sind nicht nur so gestaltet, dass sie wie die reale Welt aussehen, sondern auch so, dass sie die Erfahrung dieser Welt vermitteln. Tatsächlich gilt VR als immersiv, wenn die simulierte und die reale Welt so ähnlich wie möglich sind.
(iv) Obwohl die Simulation in gewissem Maße falsch sein kann, so dass die Erfahrungen angenehm sind, darf das Gehirn nicht auf diese Weise ausgetrickst werden. In anderen Fällen bedeutet dies, dass die Simulation so falsch ist, dass der Benutzer Cyberkrankheit erfährt, während VR dem Gehirn Gefühle der Bewegungskrankheit vorgaukelt.
Unter Reisekrankheit versteht man das mulmige Gefühl, das manche Menschen in einem Auto, Flugzeug oder Boot bekommen, wenn die simulierte und die reale Welt unterschiedlich sind und die Wahrnehmung daher für das Gehirn verwirrend ist.
Was ist Virtual Reality & Die Technologie dahinter
Hier ist ein Video zu Ihrer Information:
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Die virtuelle Realität ist eine Technologie, die das Sehen simuliert, um eine 3D-Umgebung zu schaffen, in die der Benutzer einzutauchen scheint, während er sie durchstreift oder erlebt. Auf der einen Seite schafft der Benutzer 3D-VR-Umgebungen und auf der anderen Seite erlebt oder erkundet er sie mit entsprechenden Geräten wiewie VR-Headsets.
Einige Geräte wie z. B. Controller ermöglichen es dem Nutzer, die Inhalte zu steuern und zu erkunden.
Die Erstellung der Inhalte beginnt mit einem Verständnis von Computer Vision, der Technologie, die es Handys und Computern ermöglicht, Bilder und Videos so zu verarbeiten, dass sie sie wie ein menschliches Sehsystem verstehen können.
Zum Beispiel, Geräte, die diese Technologie nutzen, interpretieren Bilder und Videos anhand des Standorts, der Umgebung und des Aussehens des Bildes. Dies bedeutet, dass Geräte wie eine Kamera, aber auch andere Technologien wie künstliche Intelligenz, Big Data und eine Bildverarbeitungseinheit eingesetzt werden.
Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen können sich auf vorverarbeitete Bild- und Videodaten (große Datenmengen oder Big Data) stützen, um Objekte in der Umgebung zu identifizieren. Die Kamera verwendet dazu Blob-Detection, Scale-Space, Template-Matching und Edge-Detection oder eine Kombination aus all diesen Verfahren.
Ohne ins Detail zu gehen, zum Beispiel, Die Kantenerkennung erzeugt ein Bild, indem sie Punkte erkennt, an denen die Helligkeit drastisch abnimmt oder ganz aufhört. Andere Methoden verwenden andere Techniken, um ein Bild zu identifizieren.
(i) Mit Virtual-Reality-Headsets wird versucht, dem Benutzer eine immersive 3D-Umgebung zu bieten, indem ein Bildschirm vor die Augen des Benutzers gehalten wird, um die Verbindung zur realen Welt zu unterbrechen.
(ii) Zwischen jedem Auge und dem Bildschirm befindet sich eine Autofokus-Linse. Die Linsen werden auf der Grundlage der Bewegung und Positionierung der Augen eingestellt. So kann die Bewegung des Benutzers gegenüber dem Bildschirm verfolgt werden.
(iii) Auf der anderen Seite befindet sich ein Gerät, z. B. ein Computer oder ein mobiles Gerät, das die Bilder erzeugt und durch die Linsen des Headsets an das Auge weiterleitet.
(iv) Der Computer ist über ein HDMI-Kabel mit dem Headset verbunden, um die Bilder durch die Linsen an das Auge zu übertragen. Wenn ein spezielles mobiles Gerät für die Übertragung der Bilder verwendet wird, kann das Telefon direkt am Headset befestigt werden, so dass die Linsen des Headsets einfach über dem Display des mobilen Geräts liegen, um die Bilder zu vergrößern oder die Bewegung der Augen in Bezug auf das Bild des mobilen Geräts zu erfassenund schließlich das Bildmaterial zu erstellen.
Das folgende Bild zeigt einen Benutzer, der ein High-End-VR-Headset von HTC verwendet, das über ein HDMI-Kabel mit dem PC verbunden ist. Es gibt ungebundene, gebundene und sogar drahtlose Optionen.
High-End-VR-Geräte wie das oben abgebildete sind teuer und ermöglichen hochwertige immersive Erfahrungen, da sie Linsen, Computer und fortschrittliche visuelle Methoden verwenden.
Klicken Sie hier für ein Video, das einen detaillierten Einblick in das High-End-VR-Headset HTC Vive gibt.
Die billigeren VR-Headsets von Google und anderen Herstellern verwenden ein mobiles Gerät, das in der Regel von der Halterung des Headsets abgenommen werden kann. Die billigeren VR-Headsets, die so genannten Cardboards, sind viel billiger, weil sie nur eine Linse haben und keine fortschrittlichen Materialien für die Herstellung benötigen.
Das folgende Bild zeigt ein Cardboard-VR-Headset. Der Nutzer setzt sein Telefon in das Cardboard-Headset ein, um sein Auge vom Rest der Welt abzuschirmen, klickt auf eine VR-Anwendung, die Virtual-Reality-Inhalte bereitstellt, und schon kann er VR für weniger als 20 Dollar genießen.
Google Cardboard VR-Headset mit einem Controller:
(v) Bei den Mittelklasse-Headsets, wie z. B. dem Samsung Gear VR, ist das Headset so konzipiert, dass es ein Computergerät in der Größe eines Telefons mit einer integrierten Linse hat, die nicht herausragt. Diese sind tragbar und mobil und bieten die beste Freiheit für die Nutzung von VR-Inhalten. Ein Nutzer kauft einfach das Headset, stellt eine Verbindung zum Internet her, durchsucht VR-Inhalte wie Spiele oder Downloads und erkundet sie dann inVR.
Samsung Gear VR:
(vi) Jedes Virtual-Reality-Headset und jedes visuelle Erzeugungsereignis in jedem Virtual-Reality-System versucht, die Qualität des Bildes zu verbessern, indem es mit einer Reihe von Faktoren spielt.
Diese Faktoren werden im Folgenden aufgeführt:
#1) Sichtfeld (FOV) oder der sichtbare Bereich, ist das Ausmaß, in dem das Display die Bewegung des Auges und des Kopfes unterstützt. Es ist das Ausmaß, in dem das Gerät die virtuelle Welt vor Ihren Augen enthält. Natürlich ist eine Person in der Lage, etwa 200°-220° um sich herum zu sehen, ohne den Kopf zu bewegen. Es würde zu einem Gefühl der Übelkeit führen, wenn das FOV zu einer falschen Darstellung der Informationen für das Gehirn führt.
Binokulares FOV und monokulares FOV:
#2) Die Bildrate oder die Rate, mit der die GPU die visuellen Bilder pro Sekunde verarbeiten kann.
#3) Die Bildwiederholfrequenz das ist das Tempo, mit dem die visuellen Bilder angezeigt werden.
(vii) Ein Sichtfeld von mindestens 100, eine Bildrate von mindestens 60 Bildern pro Sekunde und eine wettbewerbsfähige Bildwiederholfrequenz sind die Mindestvoraussetzungen für ein optimales VR-Erlebnis.
(viii) Die Latenzzeit ist ein sehr wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit der Aktualisierungsrate. Damit das Gehirn akzeptiert, dass das auf dem Bildschirm erzeugte visuelle Bild mit der Kopfbewegung zusammenhängt, muss die Latenzzeit niedrig sein, damit das visuelle Bild fast sofort erscheint. Zum Beispiel, Eine Verzögerung von 7 bis 15 Millisekunden wird als ideal angesehen.
Wer kann VR nutzen?
Es hängt von den Bedürfnissen ab: Man kann es zur Unterhaltung nutzen, z. B. zum Spielen von VR-Spielen, für Schulungen, zur Teilnahme an virtuellen Firmen- oder Hangout-Meetings und -Veranstaltungen usw. Als Konsument von VR-Inhalten sollte man sich zunächst überlegen, welche Art von Virtual-Reality-Headset man kaufen möchte.
Funktioniert es mit einem Telefon, einem PC oder was sonst? Können die Inhalte online auf Medienplattformen abgerufen werden, die VR-Inhalte hosten, oder sollten sie für die Offline-Nutzung heruntergeladen werden?
Klicken Sie hier für einen ausführlichen Leitfaden zum Kauf eines Virtual-Reality-Headsets.
Wenn Sie ein Unternehmen, eine Gruppe oder eine Institution sind, die die Vorteile der virtuellen Realität für ihre Werbekampagnen, Schulungen oder andere Anwendungen nutzen möchten, gibt es möglicherweise noch weitere Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B. die Entwicklung Ihrer eigenen VR-App und -Inhalte.
In diesem Fall möchten Sie gute VR-Inhalte entwickeln, die Ihre Zuschauer beeinflussen und die sie mit so vielen VR-Headsets wie möglich ansehen können. Vielleicht möchten Sie nur ein gesponsertes und gebrandetes immersives VR-Video erstellen und es auf YouTube und an anderen Stellen online stellen.
Sie können auch eine spezielle VR-App für Ihr Unternehmen entwickeln - die möglicherweise auf Android und vielen anderen mobilen VR-Plattformen und Plattformen mit und ohne PC funktioniert -, die viele Ihrer VR-Inhalte und -Anzeigen enthält, die Kunden entdecken und ansehen können.
Wenn Sie als Entwickler bereit sind, für VR zu entwickeln, sollten Sie sich mit dem Kauf von Headsets befassen, die SDK und andere Entwicklungstools unterstützen. Dann sollten Sie sich mit den Standards und den Plattformen vertraut machen, die für die Entwicklung für VR verwendet werden.
Geschichte der virtuellen Realität
| Jahr | Entwicklung |
|---|---|
| 19. Jahrhundert | 360-Grad-Panorama-Gemälde: füllten das Blickfeld des Betrachters aus und schufen eindringliche Erlebnisse. |
| 1838 | Stereoskopische Fotos und Betrachter: Charles Wheatstone zeigte, dass die Betrachtung von 2D-Bildern nebeneinander mit einem Stereoskop die Tiefe und das Eintauchen in die Welt erhöht. Das Gehirn kombiniert sie zu 3D. Anwendung im virtuellen Tourismus |
| 1930s | Die Idee einer Google-basierten VR-Welt, die Holografie, Geruch, Geschmack und Tastsinn nutzt; durch Stanley G. Weinbaums Kurzgeschichte mit dem Titel Pymalions Spectables |
| 1960s | Erstes VR-Head-Mounted-Display von Ivann Sutherland. Es verfügte über eine spezielle Software und Bewegungssteuerung und wurde standardmäßig für das Training eingesetzt. Das Sensorama von Morton Heilig diente dazu, den Benutzer in ein Fahrraderlebnis auf den Straßen von Brooklyn eintauchen zu lassen. Die Unterhaltungskonsole für einen Benutzer erzeugte stereoskopische Darstellung, Stereoton, Geruch über Geruchsemitter, hatte Ventilatoren und einen vibrierenden Stuhl. |
| 1987 | Jaron Lanier, Gründer des Visual Programming Lab (VPL), hat den Begriff der virtuellen Realität geprägt. |
| 1993 | Sega VR-Headset, das auf der Consumer Electronics Show angekündigt wurde. Es war für die Sega Genesis-Konsole gedacht und verfügte über einen LCD-Bildschirm, Head-Tracking und Stereo-Sound. 4 Spiele wurden dafür entwickelt, kamen aber nie über einen Prototyp hinaus. |
| 1995 | Die erste tragbare Konsole mit echter 3D-Grafik für Spiele, der Nintendo Virtual Boy (VR-32), hatte keine Softwareunterstützung und war unkomfortabel zu bedienen. |
| 1999 | Im Film "Matrix" der Wachowiski-Geschwister lebten die Figuren in einer simulierten Welt, die VR darstellte. Durch den kulturellen Einfluss des Films wurde VR zum Mainstream. |
| 21. Jahrhundert | Der Boom von HD-Displays und 3D-Grafik-fähigen Smartphones ermöglicht leichte, praktische und zugängliche VR. VR für Verbraucher in der Videospielindustrie. Tiefenerkennungskameras, Bewegungssteuerungen und natürliche menschliche Schnittstellen ermöglichen bessere Interaktionen zwischen Mensch und Computer. |
| 2014 | Facebook kaufte Oculus VR und entwickelte VR-Chaträume. |
| 2017 | Mehrere VR-Geräte für kommerzielle und nichtkommerzielle Anwendungen High-End-PC-gebundene Headsets, Smartphone-VR, Cardboards, WebVR, usw. |
| 2019 | Schnurlose High-End-Headsets |
Die VR scheint sich Hand in Hand mit der Augmented Reality-Technologie zu entwickeln.
Entwicklung der AR-Technologie.
Anwendung von Virtual Reality
| Anmeldung | Erläuterung/Beschreibung | |
|---|---|---|
| 1 | Spielen | Es war und ist immer noch die traditionellste Anwendung von VR: das Spielen von Immersionsspielen. |
| 2 | Zusammenarbeit am Arbeitsplatz | Mitarbeiter können aus der Ferne an Aufgaben zusammenarbeiten und dabei das Gefühl haben, anwesend zu sein. Vorteilhaft für Demo-Aufgaben, bei denen visuelle Elemente für das Verständnis und die Erledigung der Aufgaben entscheidend sind. |
| 3 | Schmerzbehandlung | VR-Visualisierungen helfen, das Gehirn der Patienten abzulenken, die Schmerzbahnen zu verwirren und das Leiden zu lindern. |
| 4 | Ausbildung und Lernen | VR eignet sich gut für Vorführungen und Demonstrationen, z. B. von chirurgischen Eingriffen, ohne das Leben von Patienten oder Auszubildenden zu gefährden. |
| 5 | Behandlung von PTSD | Post-Experience-Trauma ist eine häufige Erkrankung bei Soldaten und anderen Menschen, die versteinernde Erfahrungen gemacht haben. Der Einsatz von VR zur Wiederbelebung von Erlebnissen kann Medizinern helfen, den Zustand der Patienten zu verstehen und Wege zur Lösung der Probleme zu finden. |
| 6 | Autismus-Management | VR fördert die Gehirnaktivität und die Bildgebung der Patienten und hilft ihnen, mit Autismus umzugehen, einer Erkrankung, die das Denken, die Interaktion und die sozialen Fähigkeiten beeinträchtigt. VR wird eingesetzt, um die Patienten und ihre Eltern an verschiedene soziale Szenarien heranzuführen und zu trainieren, wie sie darauf reagieren können. |
| 7 | Umgang mit und Behandlung von sozialen Störungen | VR wird bei der Überwachung von Angstsymptomen wie z. B. Atemmustern eingesetzt. Ärzte können auf der Grundlage dieser Ergebnisse Medikamente gegen Angstzustände verabreichen. |
| 8 | Therapie für Querschnittsgelähmte | VR wird eingesetzt, um Querschnittsgelähmten die Möglichkeit zu geben, den Nervenkitzel verschiedener Umgebungen außerhalb ihrer Begrenzungen zu erleben, ohne dass sie dafür reisen müssen. Sie wurde beispielsweise eingesetzt, um Querschnittsgelähmten zu helfen, die Kontrolle über ihre Gliedmaßen wiederzuerlangen. |
| 9 | Freizeit | VR wird häufig in der Reise- und Tourismusbranche eingesetzt, z. B. für die virtuelle Erkundung von Reisezielen, um Reisenden die Auswahl zu erleichtern, bevor sie diese tatsächlich besuchen. |
| 10 | Brainstorming, Prognosen, | Unternehmen können neue kreative Ideen testen, bevor sie sie auf den Markt bringen, und sie mit Partnern und Mitarbeitern besprechen. VR kann genutzt werden, um neue Designs und Modelle zu erleben und zu testen.VR ist sehr nützlich beim Testen von Automodellen und -designs, da alle Autohersteller über diese Systeme verfügen. |
| 11 | Militärische Ausbildung | VR hilft, verschiedene Situationen zu simulieren, um Soldaten zu trainieren, wie sie in verschiedenen Situationen reagieren können, ohne sie in Gefahr zu bringen und gleichzeitig Kosten zu sparen. |
| 12 | Werbung | Immersive VR-Anzeigen sind in und als Teil einer umfassenden Marketingkampagne sehr effektiv. |
Virtuelle Realität und Spiele
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Spiele sind wahrscheinlich die älteste und ausgereifteste Anwendung der virtuellen Realität. Zum Beispiel, Der Umsatz und die Zukunftsprognose für VR-Spiele sind gestiegen und sollen bis 2025 auf über 45 Mrd. $ ansteigen. Selbst VR-Spiele sind nur schwer von einigen VR-Anwendungen im Bereich Medizin und Ausbildung zu unterscheiden.
Klicken Sie hier, um die Iron Man VR-Demo zu sehen
Das folgende Bild zeigt, dass der Benutzer Szenen im VR-Spiel Half-Life Alyx erkundet:
Hardware und Software für virtuelle Realitäten
Hardware für virtuelle Realität
Organisation der VR-Technologie:
VR-Hardware wird verwendet, um Stimuli zu erzeugen, die die Sensoren des VR-Benutzers manipulieren. Diese können am Körper getragen oder separat außerhalb des Benutzers verwendet werden.
VR-Hardware verwendet Sensoren, um Bewegungen zu verfolgen, für Beispiel, Der Sensor enthält Rezeptoren, um die mechanische Energie des Körpers des Benutzers zu erfassen, und ist in der Lage, das Drücken der Tasten und die Bewegungen des Controllers wie Hände, Kopf und Augen zu erfassen.
Die Sensoren in der Hardware wandeln die Energie, die sie von einer Handbewegung oder einem Tastendruck erhalten, in ein elektrisches Signal um, das an einen Computer oder ein Gerät weitergeleitet wird.
VR-Geräte
- Dies sind die Hardwareprodukte, die die VR-Technologie ermöglichen, wie z. B. Personalcomputer, die Eingaben und Ausgaben von und an die Benutzer verarbeiten, Konsolen und Smartphones.
- Eingabegeräte Dazu gehören VR-Controller, Bälle oder Tracking-Bälle, Controller-Stäbe, Datenhandschuhe, Trackpads, On-Device-Steuerungsknöpfe, Motion-Tracker, Bodysuits, Laufbänder und Bewegungsplattformen (Virtual Omni), die durch Druck oder Berührung Energie erzeugen, die in ein Signal umgewandelt wird, um die Auswahl zwischen Benutzer und 3D-Umgebung zu ermöglichen. Diese helfen den Benutzern bei der Navigation in den 3D-Welten.
- Der Computer muss in der Lage sein, qualitativ hochwertige Grafiken zu rendern, und verwendet in der Regel Grafikverarbeitungseinheiten (Graphics Processing Units), um die beste Qualität und Erfahrung zu erzielen. Die Grafikverarbeitungseinheit ist eine elektronische Einheit auf einer Karte, die Daten von der CPU übernimmt und den Speicher manipuliert und verändert, um die Erstellung von Bildern in einem Bildpuffer und auf dem Bildschirm zu beschleunigen.
- Ausgabegeräte umfassen visuelle und auditive oder haptische Anzeigen, die ein Sinnesorgan stimulieren und den VR-Inhalt oder die Umgebung den Nutzern präsentieren, um ein Gefühl zu erzeugen.
Virtual-Reality-Headsets
Vergleich verschiedener VR-Headsets, Typen, Kosten, Art der Positionsbestimmung und der verwendeten Controller:
Ein Virtual-Reality-Headset ist ein am Kopf getragenes Gerät, das dazu dient, dem Auge Bilder der virtuellen Realität zu vermitteln. Ein VR-Headset umfasst aus demselben Grund eine visuelle Anzeige oder einen Bildschirm, Linsen, Stereoton, Kopf- oder Augenbewegungssensoren oder -kameras. Manchmal umfasst es auch integrierte oder angeschlossene Controller, die zum Durchsuchen der VR-Inhalte verwendet werden.
(i) Zu den Sensoren, die für die Erfassung von Augen- oder Kopfbewegungen und die Verfolgung verwendet werden, können Gyroskope, strukturierte Lichtsysteme, Magnetometer und Beschleunigungsmesser gehören. Die Sensoren können verwendet werden, um die Rendering-Last zusätzlich zur Anzeigenschaltung für Werbung zu reduzieren. Zum Beispiel, Um die Belastung zu verringern, wird der Sensor verwendet, um die Position zu ermitteln, auf die der Benutzer blickt, und dann die Rendering-Auflösung vom Blick des Benutzers weg zu verringern.
(ii) Die Bildschärfe hängt von der Kameraqualität, aber auch von der Bildschirmauflösung, der optischen Qualität, der Bildwiederholfrequenz und dem Sichtfeld ab. Die Kamera wird auch zur Verfolgung von Bewegungen verwendet, z. B. bei VR-Erlebnissen in Raumgröße, bei denen sich der Benutzer in einem Raum bewegt, während er die virtuelle Realität erkundet. Hierfür sind jedoch Sensoren effektiver, da Kameras in der Regel eine größere Verzögerung aufweisen.
(iii) Mit P.C. - gebundenen VR-Headsets, bei denen die Möglichkeit, sich frei im Raum zu bewegen, während man VR-Umgebungen erkundet, ein wichtiges Anliegen ist. Inside-Out- und Outside-In-Tracking sind zwei Begriffe, die in der VR verwendet werden. Beide Fälle beziehen sich darauf, wie das VR-System die Position des Benutzers und der begleitenden Geräte verfolgt, während sie sich in einem Raum bewegen.
Inside-Out-Trackingsysteme wie Microsoft HoloLens verwenden eine am Headset angebrachte Kamera, um die Position des Benutzers in Bezug auf die Umgebung zu verfolgen. Outside-In-Systeme wie HTC Vive verwenden Sensoren oder Kameras, die in der Raumumgebung angebracht sind, um die Position des Headsets in Bezug auf die Umgebung zu bestimmen.
(iv) In der Regel werden VR-Headsets in Low-End-, Mid-Range- und High-End-Virtual-Reality-Headsets unterteilt: Low-End umfasst die Cardboards, die mit mobilen Geräten verwendet werden; Mid-Range umfasst Geräte wie Samsungs mobile VR Gear VR mit einem dedizierten mobilen Computergerät und PlayStation VR; während High-End-Geräte P.C.-tethered und drahtlose Headsets wie HTC Vive, Valve und Oculus Rift umfassen.
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VR-Software
- Verwaltet die VR-Eingabe-/Ausgabegeräte, analysiert die eingehenden Daten und generiert ein angemessenes Feedback. Die Eingaben in die VR-Software müssen pünktlich erfolgen und die Ausgabe sollte schnell reagieren.
- Ein VR-Entwickler kann seinen eigenen Virtual World Generator (VWG) mit Hilfe eines Software-Entwicklungskits eines VR-Headset-Anbieters erstellen. Ein SDK bietet grundlegende Treiber als Schnittstelle für den Zugriff auf Tracking-Daten und den Aufruf von Grafik-Rendering-Bibliotheken. VWG können für bestimmte VR-Erlebnisse vorgefertigt werden.
- VR-Software überträgt die VR-Inhalte aus der Cloud und von anderen Orten über das Internet und hilft bei der Verwaltung der Inhalte.
Virtual Reality Audio
Einige Headsets verfügen über eigene integrierte Audio-Headsets, andere bieten die Möglichkeit, Kopfhörer als Zusatzgeräte zu verwenden. Bei Virtual-Reality-Audio wird eine 3D-Illusion für das Ohr durch die Verwendung von positionalem Audio mit mehreren Lautsprechern erreicht, das in der Regel als positionales Audio bezeichnet wird. Dies gibt dem Benutzer Hinweise, um seine Aufmerksamkeit zu erregen, oder liefert ihm sogar Informationen.
Diese Technologie ist inzwischen auch in Surround-Sound-Systemen für Heimkinos üblich.
Schlussfolgerung
Dieses ausführliche Virtual-Reality-Tutorial führt in die Idee der Virtuellen Realität, kurz VR, ein. Wir sind tiefer in die Funktionsweise eingetaucht, einschließlich der Details der Erzeugung von 3D-Visualisierungen in Computer- und Telefonumgebungen. Zu diesen Computerverarbeitungsmethoden gehören die neuesten, wie z. B. die KI, die in VR Grafiken und Bilder auf der Grundlage eines trainierten Maschinengedächtnisses auf der Basis von Big Data verarbeitet.
Wir lernten auch, wie die Linsen des Headsets mit dem Auge zusammenarbeiten, indem sie das Licht nutzen, das zum und vom Auge kommt, um diese virtuellen grafischen Illusionen zu erzeugen.
In diesem Virtual-Reality-Tutorial haben wir uns auch mit den Faktoren befasst, die die Qualität der VR-Erfahrungen des Nutzers beeinflussen und wie sie verbessert werden können. Anschließend haben wir uns mit den Anwendungen von VR befasst, darunter Spiele und Schulungen.
Schließlich wurden in diesem Virtual-Reality-Tutorial die Komponenten eines Virtual-Reality-Systems betrachtet, einschließlich des Headsets und aller seiner Komponenten, des Grafikprozessors und anderer Zusatzgeräte.