VIRTUALNA STVARNOST
Modul 2
Teorijske osnove i pripreme za korištenje virtualne stvarnosti
Drugi modul daje teorijsku podlogu i opremu za rad u virtualnoj stvarnosti: što VR jest i gdje stoji na kontinuumu virtualnosti, kako ljudsko tijelo doživljava virtualni prostor i zašto kašnjenje izaziva mučninu, koja svojstva mora imati virtualno okruženje te kako rade pokretači, OpenXR, praćenje, kontroleri, zasloni i leće. Modul završava pregledom uređaja i puštanjem VR sustava u rad.
- nabrojiti osnovne karakteristike virtualne stvarnosti i prepoznati ih na primjerima iz industrije i obrazovanja
- razlikovati virtualnu, proširenu, miješanu i produženu stvarnost prema položaju na kontinuumu virtualnosti
- objasniti kako vid, kašnjenje i vrijeme okvira utječu na prisutnost i udobnost korisnika
- opisati fizikalna, zvučna i haptička svojstva virtualnog okruženja i mjerilo 1 : 1
- odabrati razvojno okruženje, pokretač i dodatke za razvoj okruženja virtualne stvarnosti prema ciljnoj opremi
- usporediti ulazne i izlazne tehnologije i odabrati opremu prema namjeni i prostoru
- prilagoditi softversku i hardversku podršku te pustiti VR sustav u rad uz provjeru praćenja, higijenu i sigurnost
- služiti se stručnim nazivljem virtualne stvarnosti na engleskom jeziku
O modulu
Prije nego što se u razvojnom okruženju napravi prvi objekt, treba znati kako virtualna stvarnost djeluje na čovjeka i što se događa između aplikacije i naočala. Ovaj modul odgovara na ta pitanja i priprema opremu za rad.
Prve četiri jedinice su teorijske. Počinju definicijom virtualne stvarnosti, imerzijom i prisutnošću te primjenama u industriji i obrazovanju, nastavljaju se kontinuumom virtualnosti s razlikama između VR-a, AR-a, MR-a i XR-a, a zatim objašnjavaju percepciju: stereo vid, razmak zjenica, sukob vergencije i akomodacije, kinetozu i vrijeme od pokreta do fotona. Četvrta jedinica opisuje značajke okruženja — gravitaciju, masu i sudare, prostorni zvuk, haptiku, mjerilo i osvjetljenje.
Druge četiri jedinice bave se tehnologijom i opremom: pokretačima, standardom OpenXR i razvojnim alatima; praćenjem izvana i iznutra, kontrolerima, rukama i pogledom; zaslonima, lećama, zvukom i haptikom; i na kraju kategorijama uređaja i postupkom puštanja sustava u rad, od instalacije pokretača do visine poda, IPD-a, provjere praćenja i higijene. Brojke u primjerima dolaze iz virtualnog laboratorija VR-1 i njegovih dvaju uređaja, PC-VR naočala s baznim stanicama i samostalnih naočala s prolazom slike. Nakon modula polaznik može obrazloženo odabrati opremu, pripremiti prostor i pustiti sustav u rad, a u trećem modulu na tome gradi vlastito okruženje.
Nastavne jedinice
- Otvori
2.1
Uvod u virtualnu stvarnost
Definicija i bitna svojstva virtualne stvarnosti, povijest u crtama, imerzija i prisutnost te primjene u industriji i obrazovanju.
- Otvori
2.2
Kontinuum virtualnosti: VR, AR, MR i XR
Kontinuum virtualnosti, razlike između VR, AR, MR i XR, optički i video prolaz slike te odabir tehnologije za zadatak.
- Otvori
2.3
Percepcija, prisutnost i udobnost korisnika
Vid, stereo i razmak zjenica, vergencija i akomodacija, kinetoza, vrijeme od pokreta do fotona i pravila udobnosti.
- Otvori
2.4
Značajke okruženja virtualne stvarnosti
Fizikalna svojstva u sceni (gravitacija, masa, sudari), mjerilo, prostorni zvuk, haptika i osvjetljenje.
- Otvori
2.5
Softverska rješenja: pokretači, OpenXR i razvojni alati
Pokretač i kompozitor, standard OpenXR, akcije i profili interakcije, razvojna okruženja i SDK-ovi te prijenos slike i podataka između aplikacije i opreme.
- Otvori
2.6
Ulazne tehnologije: praćenje, kontroleri, ruke i pogled
Poza i stupnjevi slobode, IMU i fuzija senzora, praćenje baznim stanicama i kamerama na naočalama, kontroleri, praćenje ruku i pogleda.
- Otvori
2.7
Izlazne tehnologije: zasloni, optika, zvuk i haptika
Zasloni LCD, OLED i mikro-OLED, Fresnelove i pancake leće, frekvencija osvježavanja, piksela po stupnju i vidno polje, prostorni zvuk i haptika.
- Otvori
2.8
Pregled uređaja i puštanje VR sustava u rad
Kategorije naočala i uređaja, PC-VR i samostalne naočale, kriteriji izbora, postupak puštanja u rad, prostor za igru, visina poda, IPD, provjera praćenja, higijena i sigurnost.
Ključni pojmovi modula
| Pojam | Značenje |
|---|---|
| Virtualna stvarnost (engl. virtual reality, VR) | računalno generirano 3D okruženje koje se iscrtava u stvarnom vremenu, stereo, prema praćenoj pozi korisnika |
| Naglavni zaslon (engl. head-mounted display, HMD) | naočale sa zaslonima i lećama ispred očiju, najčešće s ugrađenim praćenjem |
| Kontinuum virtualnosti (engl. reality–virtuality continuum) | model s položajima od stvarnog do potpuno virtualnog okruženja |
| Proširena stvarnost (engl. augmented reality, AR) | stvarni svijet nadopunjen registriranim virtualnim sadržajem |
| Razmak zjenica (engl. interpupillary distance, IPD) | udaljenost između središta zjenica; određuje razmak leća i virtualnih kamera |
| Piksela po stupnju (engl. pixels per degree, PPD) | broj piksela na jedan stupanj vidnog polja; mjera oštrine prikaza |
| Simulacija fizike (engl. physics engine) | dio okruženja koji računa gibanje tijela pod silama i razrješava sudare |
| Kolizijski oblik (engl. collision shape) | pojednostavljeni oblik tijela za otkrivanje sudara |
| pokretač (engl. runtime) | program proizvođača koji računa poze, upravlja sesijama i predaje slike zaslonima |
| kompozitor (engl. compositor) | dio pokretača koji ispravlja izobličenje leća, slaže slojeve i prikazuje sliku |
| poza (engl. pose) | položaj i orijentacija tijela u prostoru |
| stupnjevi slobode (engl. degrees of freedom, 3DoF/6DoF) | broj neovisnih pomaka i zakreta koje sustav prati |
| odmak oka (engl. eye relief) | razmak od leće do oka |
| Fresnelova leća (engl. Fresnel lens) | tanka leća s plohom razlomljenom u koncentrične prstenove |
| samostalne naočale (engl. standalone headset) | naočale s vlastitim procesorom, praćenjem i baterijom |
| PC-VR (engl. PC-tethered VR) | naočale kojima sliku iscrtava osobno računalo |
Vježbe uz modul
Uz modul idu 3 vježbe, ukupno 6 sati. Pitanja u vježbama su bez odgovora, a rješenje se otvara gumbom Prikaži rješenje; upute za nastavnika su na dnu svake vježbe.
- Otvori
VJEŽBA V4 · 2 SATA
Kontinuum virtualnosti na primjerima iz industrije
Osam primjera iz servisa, pogona i obuke razvrstava se na kontinuumu virtualnosti, od stvarnog okruženja preko proširene stvarnosti i proširene virtualnosti do potpuno virtualnog okruženja. Uz položaj na kontinuumu ocjenjuju se imerzija, stupnjevi slobode i izbor uređaja za laboratorij VR-1.
- Otvori
VJEŽBA V5 · 2 SATA
Proračun vremena okvira, kašnjenja i gustoće piksela
Računska vježba o granicama udobnosti u virtualnoj stvarnosti: vrijeme okvira pri 72, 90 i 120 Hz, udio budžeta koji troši iscrtavanje, piksela po stupnju, kašnjenje od pokreta do fotona po fazama i memorija tekstura. Svi podaci su iz laboratorija VR-1 i njegovih uređaja A i B.
- Otvori
VJEŽBA V6 · 2 SATA
Postavljanje VR sustava i prostora za igru
Postavljanje PC-VR sustava s vanjskim praćenjem i samostalnih naočala za virtualni laboratorij VR-1: bazne stanice, pokretač, prostor za igru, visina poda i razmak zjenica. Vježba završava provjerom praćenja i zapisnikom o spremnosti opreme, uz pravila sigurnosti i higijene.