VJEŽBA V4 · MODUL 2 · TEORIJSKE OSNOVE I PRIPREME ZA KORIŠTENJE VIRTUALNE STVARNOSTI
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.
- razlikovati VR, AR, MR i XR prema odnosu stvarnog i virtualnog sadržaja u pogledu korisnika
- razdvojiti položaj na kontinuumu od stupnja imerzije i broja stupnjeva slobode
- obrazložiti razvrstavanje graničnih primjera
- izračunati kutnu veličinu virtualnog predmeta, pogrešku paralakse i ponderiranu ocjenu uređaja
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 2.1 Uvod u virtualnu stvarnost, 2.2 Kontinuum virtualnosti: VR, AR, MR i XR.
Pitanja i zadaci na ovoj stranici su bez odgovora. Rješenje s postupkom otvara se gumbom Prikaži rješenje ispod svakog pitanja, a upute za nastavnika nalaze se na dnu stranice.
Zadatak
Razvrstajte osam primjera na kontinuumu virtualnosti i na osi imerzije (slika V4.1). Za svaki navedite što je stvarno, što virtualno, što prevladava u pogledu, koliko stupnjeva slobode prati sustav i kakva je interakcija.
- A Tehničar drži tablet ispred reduktora; na slici kamere vidi strelice redoslijeda vijaka i momente pritezanja.
- B Laboratorij VR-1 na uređaju A: cijela prostorija je virtualna, praćenje 6DoF, dva kontrolera.
- C Laboratorij VR-1 na uređaju B uz prolaz slike u boji: korisnik vidi stvarni stol, a na njemu virtualni MR-1 koji sklapa rukama i pušta da vozi po stvarnoj ploči.
- D Virtualni model robotske ćelije na monitoru, u koji je ugrađena slika uživo s kamere iznad stvarne ćelije.
- E Simulator CNC glodalice na monitoru s 3D prikazom obratka i alata.
- F Snimka pogona u 360° gledana u naočalama; glava se okreće, ali ne pomiče.
- G Projektor iznad radnog stola crta obrise dijelova izravno na stvarni obradak.
- H Obuka zavarivanja: u naočalama je potpuno virtualna radionica, a korisnik drži stvarni praćeni pištolj i osjeća stvarni stol.
Oprema i pribor
- radni list s primjerima A–H i ispisanom mrežom sa slike V4.1
- ako je dostupno: uređaj B s prolazom slike i scenom VR-1 u oba načina rada
- kalkulator ili računalo za proračune
Pravila koja se primjenjuju
Kontinuum virtualnosti je ljestvica od stvarnog do potpuno virtualnog okruženja. Između su proširena stvarnost (AR, prevladava stvarno) i proširena virtualnost (prevladava virtualno, uz umetnut stvarni sadržaj); oboje zajedno čini miješanu stvarnost (MR). Produžena stvarnost (XR) krovni je naziv za cijeli raspon, pa i standard OpenXR nosi to ime.
Imerzija je svojstvo sustava (vidno polje, praćenje, kašnjenje, zvuk), a prisutnost doživljaj korisnika. Položaj na kontinuumu i imerzija dvije su različite osi.
Pažnja
Česta pogreška je razvrstavanje po uređaju („naočale su VR, tablet je AR“). Razvrstava se po sadržaju pogleda: isti uređaj B daje VR u potpuno virtualnom načinu, a MR uz prolaz slike.
Crtež
Postupak
- Za svaki primjer ispišite: stvarni sadržaj, virtualni sadržaj, što prevladava, stupnjeve slobode (3DoF ili 6DoF), način interakcije.
- Upišite slovo na kontinuum prema tome što prevladava u pogledu, a zatim ga pomaknite gore ili dolje prema imerziji.
- Označite granične primjere i zapišite argument za oba moguća položaja.
- U paru usporedite mreže i dogovorite konačan položaj.
- Ako je uređaj B dostupan, isprobajte scenu VR-1 u oba načina i zapišite razlike u svijesti o okolini, sigurnosti i udobnosti.
- Riješite računske zadatke i ponderiranu ocjenu uređaja.
Inačica bez naočala: umjesto koraka 5 pogledajte snimke zaslona obaju načina rada koje priprema nastavnik.
Pitanja i zadaci
1. Razvrstajte primjere A–H na kontinuumu i navedite razinu imerzije.
Prikaži rješenje
A: AR, niska imerzija (zaslon u ruci). B: virtualno, visoka. C: MR na strani AR, visoka; virtualni predmeti usidreni su na stvarnu plohu i reagiraju na nju. D: proširena virtualnost, niska (monitor). E: virtualno, niska. F: granični primjer. Sadržaj je snimka stvarnog pogona, pa je prema izvornom modelu kontinuuma bliže stvarnom kraju (posredovani prikaz stvarnog okruženja); korisnikova stvarna okolina pritom je potpuno zaklonjena i ništa nije računalno generirano u stvarnom vremenu, pa se u praksi često svrstava uz VR kao imerzivni video. Imerzija je srednja jer je praćenje samo 3DoF. G: AR bez naočala (projekcijska), niska. H: virtualno uz pasivnu haptiku, visoka; granica prema AV jer stvarni predmet sudjeluje, ali se vidi kao virtualni.
2. Primjeri B i E su na istom kraju kontinuuma. Po čemu se razlikuju i zašto je to važno pri izboru rješenja?
Prikaži rješenje
Oba su potpuno virtualna, ali E nema praćenja glave, stereo prikaza ni mjerila 1 : 1. Za učenje rukovanja i dohvata treba B; za učenje programa i putanja alata dovoljan je E, uz manje troška i bez rizika kinetoze.
3. Zašto je C miješana stvarnost, a ne samo dodatak slike kao u A?
Prikaži rješenje
U C sustav poznaje geometriju prostora: robot stoji na stvarnom stolu, vozi po njegovoj ploči i može ga zakloniti stvarna ruka. U A je oznaka samo nacrtana preko slike, bez prostornog odnosa s predmetom.
4. Računski. U primjeru C robot duljine 0,22 m leži 0,6 m od očiju. Koliki kut zauzima i koji je to udio vodoravnog vidnog polja uređaja B (110°)?
Prikaži rješenje
α = 2 · arctg(0,11 / 0,6) = 20,8°, a 20,8 / 110 = 0,19, dakle oko 19 %. Preostalih 81 % pogleda je stvarna prostorija, pa stvarno prevladava i primjer je na strani AR.
5. Računski. U primjeru F korisnik pomakne glavu 0,1 m u stranu. Za koliko bi se stupnjeva u stvarnosti pomaknuo predmet na 0,5 m, 1 m i 5 m? Što to znači za 3DoF?
Prikaži rješenje
Kut paralakse ≈ arctg(0,1 / d): 11,3° na 0,5 m, 5,7° na 1 m i 1,1° na 5 m. Snimka 360° ne mijenja se s pomakom glave, pa bliski predmeti „putuju“ s korisnikom. Neslaganje vida i ravnoteže izaziva nelagodu; zato se pri 3DoF bliski sadržaj izbjegava, a za dohvat rukom treba 6DoF.
6. Računski. Za obuku sklapanja MR-1 ocijenite uređaje (1–5) prema kriterijima s težinama: kakvoća slike 0,30 (A 5, B 3), prenosivost i postavljanje 0,25 (A 2, B 5), povezanost sa stvarnim stolom 0,20 (A 1, B 5), snaga za složenu scenu 0,15 (A 5, B 3), praćenje ruku 0,10 (A 3, B 4). Koji uređaj pobjeđuje?
Prikaži rješenje
A: 0,30 · 5 + 0,25 · 2 + 0,20 · 1 + 0,15 · 5 + 0,10 · 3 = 3,25. B: 0,90 + 1,25 + 1,00 + 0,45 + 0,40 = 4,00. Za obuku sklapanja bolji je B.
7. Računski. Za razvoj i ispitivanje cijelog laboratorija težine su 0,45, 0,10, 0,10, 0,30 i 0,05 (isti redoslijed, iste ocjene). Kako se mijenja ishod?
Prikaži rješenje
A: 2,25 + 0,20 + 0,10 + 1,50 + 0,15 = 4,20. B: 1,35 + 0,50 + 0,50 + 0,90 + 0,20 = 3,45. Pobjeđuje A. Isti podaci daju drugi izbor kad se promijeni namjena; zato se težine zapisuju i obrazlažu prije ocjenjivanja.
8. Zašto se standard za pristup opremi zove OpenXR, a ne „OpenVR“ ili „OpenAR“?
Prikaži rješenje
Jer pokriva cijeli raspon: istim sučeljem aplikacija dobiva položaj glave i kontrolera, prikazuje sliku i, uz proširenja, koristi prolaz slike i praćenje ruku. Ista scena VR-1 zato može raditi u načinu VR i MR.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Ispišite radni list i mrežu (A3 za rad u paru). Ako je dostupan uređaj B, pripremite scenu VR-1 u oba načina i provjerite prostor za igru; inače snimke zaslona obaju načina.
Tijek sata
- 10 min: kontinuum, imerzija, prisutnost; zamka razvrstavanja po uređaju.
- 20 min: samostalno razvrstavanje A–H.
- 15 min: rad u paru, granični primjeri F i H.
- 15 min: isprobavanje uređaja B ili snimke.
- 20 min: računski zadaci 4–7.
- 10 min: rasprava i zaključak.
Očekivani rezultati
Popunjena mreža s obrazloženjem za svaki primjer, dva argumenta za svaki granični primjer i ponderirana ocjena za obje namjene.
Česte pogreške
- razvrstavanje po uređaju umjesto po sadržaju pogleda
- izjednačavanje imerzije i položaja na kontinuumu
- F razvrstan bez obrazloženja, iako kao granični primjer traži argumente za oba položaja
- zbroj težina različit od 1
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| razvrstavanje A–H s obrazloženjem | 8 |
| granični primjeri, argumenti za oba položaja | 3 |
| računski zadaci 4 i 5 | 4 |
| ponderirana ocjena i zaključak | 5 |
| Ukupno | 20 |