Percepcija, prisutnost i udobnost korisnika

Kako vidimo: vidno polje i oštrina

Naočale za virtualnu stvarnost moraju zadovoljiti oko, a oko je vrlo zahtjevan prijamnik. Vodoravno vidno polje obaju očiju okvirno iznosi 200 do 220°, od čega se u središnjih 110 do 120° vidna polja lijevog i desnog oka preklapaju. Samo u tom području preklapanja postoji stereo vid. Današnje naočale pokrivaju okvirno 100 do 120° vodoravno; uređaj A iz laboratorija VR-1 oko 116°, uređaj B oko 110°. Korisnik dakle vidi virtualni svijet kao kroz ronilačku masku: rubni dio vidnog polja je taman.

Oštrina vida nije jednaka po cijelom polju. Samo u malom središnjem području mrežnice, središnjoj jamici žute pjege (lat. fovea centralis), koje obuhvaća okvirno 2°, oko razlučuje detalje veličine oko jedne kutne minute. To odgovara približno 60 piksela po stupnju (engl. pixels per degree, PPD). Naočale su daleko od toga: uređaj A ima oko 2448 / 116 ≈ 21 piksel po stupnju, uređaj B oko 2064 / 110 ≈ 19. Posljedica za razvoj: sitan tekst koji je na monitoru čitljiv u VR-u je mutan. Natpisi na točkama interesa moraju biti veći nego što bi se očekivalo.

Periferni vid, suprotno središnjem, slabo razlučuje detalje, ali je vrlo osjetljiv na pokret i treperenje. Zbog toga korisnik rubom oka primjećuje treperenje zaslona koje u središtu ne vidi, a pokret velikih ploha na rubu vidnog polja (zidovi koji promiču pri kretanju) snažno djeluje na osjet vlastitog kretanja. Taj podatak ključan je za razumijevanje kinetoze i vinjete.

Stereo vid i razmak zjenica

Lijevo i desno oko vide scenu iz dvije točke razmaknute za razmak zjenica (engl. interpupillary distance, IPD). Za odrasle se okvirno kreće između 54 i 74 mm, s prosjekom blizu 63 mm. Isti predmet se na mrežnicama dvaju očiju pojavljuje malo pomaknut; taj pomak zove se disparitet, a mozak iz njega izvodi dubinu. Stereo vid je najdjelotvorniji na udaljenostima do nekoliko metara, dakle upravo u dohvatu ruku, gdje se u laboratoriju VR-1 odvija sklapanje robota.

Uz disparitet mozak koristi i jednooke znakove dubine: perspektivu, zaklanjanje, sjenčanje, poznatu veličinu predmeta i paralaksu pokreta (bliži predmeti se pri pomaku glave pomiču brže od daljih). Paralaksa pokreta postoji samo ako sustav prati položaj glave u šest stupnjeva slobode, što je jedan od razloga zašto su naočale sa samo tri stupnja slobode neudobne za rad za stolom.

IPD ima dvije uloge. Prva je optička: središta leća moraju biti ispred zjenica, inače korisnik gleda kroz rub leće, slika je mutna i izobličena, a oči se umaraju. Zato naočale imaju mehaničko podešavanje razmaka leća; na uređaju A u rasponu 58 do 72 mm. Druga je geometrijska: pokretač postavlja dvije virtualne kamere na razmak koji odgovara IPD-u. Ako je razmak virtualnih kamera veći od stvarnog, svijet izgleda manji, kao maketa; ako je manji, svijet izgleda veći. Mjerilo 1 : 1 postignuto pri modeliranju vrijedi samo ako je i IPD ispravno postavljen.

Vergencija i akomodacija

Kad gledamo predmet u stvarnosti, oči istodobno rade dvije stvari. Vergencija (engl. vergence) je zakretanje očiju prema unutra tako da se vidne osi sijeku na predmetu: što je predmet bliži, kut je veći. Akomodacija (engl. accommodation) je promjena zakrivljenosti očne leće tako da slika predmeta na mrežnici bude oštra. U stvarnom svijetu obje su usklađene: oči se zakreću i izoštravaju na istu udaljenost, a mozak ih je naučio povezivati.

U VR naočalama zaslon je fizički nekoliko centimetara ispred oka, a leće ga optički postavljaju na stalnu žarišnu udaljenost, kod većine naočala okvirno između 1 i 2 m. Oko se zato uvijek akomodira na tu udaljenost, a vergencija se mijenja prema položaju virtualnog objekta. Kad korisnik u laboratoriju VR-1 prinese motor na 0,5 m od očiju, oči konvergiraju na 0,5 m, a akomodiraju se na, recimo, 1,5 m. To je sukob vergencije i akomodacije (engl. vergence–accommodation conflict, VAC), slika 2.5.

Sukob se prikladno izražava u dioptrijama (D), recipročnoj vrijednosti udaljenosti u metrima: 0,5 m = 2 D, 1,5 m ≈ 0,67 D. U praksi se kao okvirna zona udobnosti navodi sukob do približno 0,5 D; kratkotrajno gledanje izvan nje je prihvatljivo, dugotrajno umara oči i može izazvati glavobolju i dvoslike. Iz toga slijede preporuke za scenu:

• tekst i ploče koje korisnik dulje čita (upute, opisi na točkama interesa) postavite okvirno 1 do 2 m od očiju, blizu žarišne udaljenosti;
• kratko gledanje dijela u ruci na 0,3 do 0,5 m je u redu, ali zadatak ne smije tražiti dugotrajno promatranje sitnih detalja iz blizine;
• ne postavljajte izbornike i natpise „na lice“, na nekoliko centimetara ispred kamere.

Postoje i naočale s promjenjivom žarišnom udaljenošću, ali one se još razvijaju; za današnju opremu sukob treba rješavati rasporedom sadržaja.

Kinetoza

Kinetoza u virtualnoj stvarnosti (engl. cybersickness; srodan pojam iz simulatora vožnje i letenja je bolest simulatora, engl. simulator sickness) skup je simptoma: mučnina, znojenje, vrtoglavica, glavobolja, umor očiju i dezorijentiranost. Najšire prihvaćeno objašnjenje je teorija osjetnog sukoba: oči javljaju da se tijelo kreće, a osjetilo ravnoteže u unutarnjem uhu (polukružni kanalići za kutna ubrzanja, otoliti za linearna ubrzanja i smjer sile teže) javlja da tijelo miruje. Mozak takav nesklad tumači kao poremećaj i reagira mučninom.

Snažan poticaj je vekcija (engl. vection), iluzija vlastitog kretanja kad se velik dio vidnog polja, osobito periferija, pomiče. Klasičan primjer je vlak na susjednom kolosijeku: kad krene, putnik osjeti da se kreće njegov vlak. U VR-u isto se događa pri kontinuiranom kretanju palčanom palicom: zidovi laboratorija promiču, a tijelo stoji.

Čimbenici se mogu podijeliti u tri skupine:

Osjetljivost se među ljudima jako razlikuje, a iskustvom se obično smanjuje. Ne postoji jedinstven postotak korisnika koji dobivaju kinetozu; ovisi o sadržaju, opremi i skupini. Zato se udobnost ispituje na stvarnim korisnicima, ne procjenjuje. U ispitivanju laboratorija VR-1 s osam ispitanika jedan je osjetio blagu mučninu pri kontinuiranom kretanju, i to je bilo dovoljno da teleport postane zadani način.

Vrijeme od pokreta do fotona

Vrijeme od pokreta do fotona (engl. motion-to-photon latency) je vrijeme od trenutka kad se glava pomakne do trenutka kad zaslon prikaže sliku koja odgovara novoj pozi. Ako je predugo, svijet pri okretanju glave kratko „putuje“ s glavom i zatim se vraća, što je izravan izvor osjetnog sukoba. Kao ciljna granica za udoban VR obično se navodi okvirno 20 ms; laboratorij VR-1 postavlja isti zahtjev.

Lanac se sastoji od nekoliko sastavnica (slika 2.6): uzorkovanje inercijske mjerne jedinice i kamera te spajanje mjerenja u pozu, iscrtavanje okvira na grafičkoj kartici, obrada u kompozitoru pokretača (korekcija izobličenja leće i kasna korekcija poze), prijenos slike na zaslon i ispis te odziv piksela. Vrijednosti na slici su okvirni primjer za uređaj A pri 90 Hz, a ne izmjereni podaci; za iscrtavanje je uzeto izmjereno vrijeme GPU-a od 7,8 ms.

Zbroj u primjeru iznosi oko 17,9 ms i ostaje ispod cilja, ali samo zato što iscrtavanje traje kraće od vremena okvira od 11,1 ms. Kad bi okvir kasnio, pokretač bi prikazao prethodni okvir i kašnjenje bi skočilo za cijeli okvir. Dva mehanizma dodatno smanjuju doživljeno kašnjenje:

• Predviđanje poze. Pokretač iz brzine i ubrzanja glave predviđa pozu za trenutak u kojem će se slika pojaviti i aplikaciji daje tu, a ne zadnju izmjerenu pozu.
• Kasna korekcija (reprojekcija). Neposredno prije ispisa kompozitor očita najnoviju pozu i gotovu sliku malo zakrene da joj odgovara. Za okretanje glave vrijeme od nove poze do fotona tako pada na okvirno 8 ms. Reprojekcija dobro ispravlja okretanje, a slabije pomak glave i pokretne objekte.

Važna je i postojanost piksela (engl. persistence): zasloni u naočalama osvjetljavaju sliku samo kratko u svakom okviru, okvirno jednu do dvije milisekunde, kako se slika pri okretanju glave ne bi razmazivala.

Pravila udobnosti

Iz percepcije slijede pravila koja vrijede za svaku VR aplikaciju. Uz svako je navedeno kako se primjenjuje u laboratoriju VR-1: brojčane vrijednosti su zadani zahtjevi laboratorija, a ostalo su preporuke. Razlog uz svako pravilo povezuje ga s gradivom ove jedinice.

Proračun vergencije i akomodacije

Kut vergencije i sukob u dioptrijama računaju se iz razmaka zjenica, udaljenosti virtualnog objekta d i žarišne udaljenosti optike f:

α = 2 · arctan(IPD / 2d)     sukob = | 1/d − 1/f |

Žarišna udaljenost ovisi o uređaju i treba je provjeriti u njegovoj dokumentaciji; za proračun je pretpostavljeno 1,5 m.

Za IPD od 63 mm i motor u ruci na 0,5 m kut vergencije je oko 7,2°, vergencija 2,00 D, akomodacija 0,67 D, a sukob 1,33 D, dakle izvan okvirne zone udobnosti. To je prihvatljivo za kratak pogled na dio, ali ne za dugo čitanje. Ako se ploča s opisom točke interesa postavi na 1,2 m, sukob pada na oko 0,17 D. Na 0,75 m, na rubu dohvata ruke, iznosi 0,67 D. Promjena IPD-a unutar raspona 54 do 74 mm mijenja kut vergencije na 0,5 m od oko 6,2 do 8,5°, ali ne mijenja sukob u dioptrijama.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V5 Proračun vremena okvira, kašnjenja i gustoće piksela · 2 sata