Виртуальная реальность: технологии и применение¶

Виртуальная реальность (сокращённо VR, от англ. virtual reality — «искусственная реальность») — это создаваемая техническими средствами интерактивная среда, которая имитирует физическое присутствие человека в искусственном мире и позволяет взаимодействовать с его объектами в режиме реального времени. Системы виртуальной реальности формируют у пользователя синтетические сенсорные образы — прежде всего зрительные и слуховые, реже тактильные и кинестетические, — заменяя или дополняя сигналы от реального окружения. Ключевые свойства VR: эффект погружения (иммерсивность), интерактивность и возможность управления виртуальной сценой.

Термин нередко путают с дополненной реальностью (AR), однако между ними есть принципиальное различие. Дополненная реальность накладывает цифровые объекты на реальный мир, тогда как виртуальная полностью замещает физическое окружение. Промежуточное положение занимает смешанная реальность (MR), где виртуальные и физические объекты сосуществуют и взаимодействуют.

¶История

Идея искусственной среды, воздействующей на органы чувств, восходит к середине XX века. В 1950-х годах кинооператор Мортон Хейлиг разработал «Сенсораму» — аттракцион, объединявший объёмное изображение, стереозвук, запахи и вибрацию кресла. В 1962 году он же запатентовал «Sensorama» — устройство, которое считается одним из первых прототипов иммерсивных систем.

В 1965 году американский учёный Айвен Сазерленд опубликовал работу «The Ultimate Display», где описал концепцию дисплея, через который можно «войти в математическую страну чудес». В 1968 году он создал первый шлем виртуальной реальности с механическим креплением к потолку, получивший прозвище «Дамоклов меч». В 1980-х годах термин «virtual reality» популяризировал Джарон Ланье, основатель компании VPL Research, выпустившей перчатки и очки для взаимодействия с виртуальными средами.

Массовое распространение VR началось в 2010-х годах: в 2012 году появился проект Oculus Rift, собравший средства через краудфандинг, а в 2014 году компанию приобрела Meta (организация признана экстремистской и запрещена в РФ). С этого момента рынок потребительских VR-устройств стал быстро расти.

¶Устройство и классификация

Основу VR-системы образует связка аппаратного и программного обеспечения.

¶Аппаратные компоненты

• Шлем (гарнитура) — устройство с двумя дисплеями или единой панелью, формирующее стереоскопическое изображение перед глазами пользователя.
• Системы отслеживания — гироскопы, акселерометры, камеры и внешние маяки, фиксирующие положение головы и тела.
• Контроллеры — джойстики, перчатки, костюмы с тактильной отдачей.
• Вычислительный блок — ПК, консоль или автономный процессор внутри шлема.

¶Типы по степени погружения

¶Применение

Виртуальная реальность используется в самых разных отраслях.

Обучение и профессиональная подготовка. VR-тренажёры позволяют отрабатывать навыки без риска: пилоты, хирурги, спасатели и операторы опасных установок тренируются в безопасной среде.

Медицина. Технология применяется для реабилитации после травм, лечения фобий методом экспозиции, а также в хирургическом планировании.

Промышленность и проектирование. Инженеры используют VR для визуализации трёхмерных моделей, проверки эргономики и коллективной работы над проектами.

Развлечения. Игры, виртуальные аттракционы и кинотеатры — наиболее массовый сегмент потребления VR.

Образование. Виртуальные экскурсии, исторические реконструкции и интерактивные лаборатории дополняют традиционные методы обучения.

Социальные пространства. Существуют платформы для встреч, конференций и совместной работы в виртуальных мирах.

¶Технические вызовы

Несмотря на прогресс, VR сталкивается с рядом ограничений. Задержка между движением головы и обновлением изображения вызывает у пользователя дискомфорт; для комфортного восприятия она не должна превышать 20 миллисекунд. Разрешение дисплеев пока уступает человеческому зрению, что порождает эффект «сетки» перед глазами. Укачивание (motion sickness) возникает из-за расхождения между вестибулярными ощущениями и зрительной картиной. Кроме того, остаются нерешёнными вопросы эргономики — вес и нагрев шлемов, а также стоимости качественного оборудования.

¶Перспективы

Развитие VR связывают с ростом разрешения дисплеев, снижением задержек, внедрением тактильной обратной связи и технологий отслеживания глаз и мимики. Перспективным направлением считается слияние VR с искусственным интеллектом для создания адаптивных сред и реалистичных виртуальных персонажей. Отдельное внимание уделяется метавселенным — концепции persistent-миров, объединяющих множество пользователей. Однако массовое adoption сдерживается ценой устройств, ограниченным контентом и отсутствием единых стандартов.