Rzeczywistość wirtualna

Do rzeczywistości wirtualnej (ang. virtual reality) zdążyliśmy się już przyzwyczaić. Najnowsze gry komputerowe oczarowują graczy coraz doskonalszą grafiką, a kolejne generacje kart graficznych i bibliotek DirectX/OpenGL pozwalają na wygenerowanie w czasie rzeczywistym coraz doskonalszych wirtualnych światów. W tyle nie pozostają producenci filmowi, którzy korzystając z coraz potężniejszych stacji graficznych przygotowują filmy, w których efekty specjalne zapierają dech w piersiach.

Z drugiej jednak strony, jeśli się dobrze zastanowić, to z wirtualną rzeczywistością nie jest aż tak dobrze, jak na pierwszy rzut oka mogłoby wyglądać. Gry, owszem, oczarowują generowaną grafiką, ale w dalszym ciągu jest ona „sztuczna”. Filmowe efekty specjalne i kreowane przez filmowców wirtualne światy, owszem, zapierają dech w piersiach i wyglądają wyjątkowo realistycznie, ale wygenerowanie zaledwie kilkunastu sekund filmu wymaga co najmniej kilkunastu dni pracy wydajnych stacji graficznych.

A gdyby tak połączyć rzeczywisty obraz z generowanymi na bieżąco wirtualnymi elementami? Na ten pomysł wpadł jako pierwszy, jeszcze na początku lat 90., Thomas Caudell, pracujący dla firmy Boeing, gdzie tzw. rzeczywistość rozszerzoną (ang. augmented reality) wykorzystano przy produkcji samolotów do pomocy monterom w prowadzeniu wiązek kabli elektrycznych – wirtualne przewody oraz ich opis wyświetlany był na ekranach umieszczonych w specjalnych wirtualnych okularach wyposażonych w kamerę. Wirtualny obraz przewodów oraz opisy dodawane były przez komputer do obrazu rzeczywistego rejestrowanego przez kamerę.

System Augmented Reality opracowany przez firmę Boenig

Różne rodzaje (nie)rzeczywistości

Sposoby tworzenia wirtualnych i częściowo wirtualnych światów, w zależności od tego jakie obiekty rzeczywiste i wirtualne znajdują się na wygenerowanym obrazie, podzielono na następujące kategorie:

• środowisko rzeczywiste (ang. Reality)
• poszerzoną rzeczywistość (ang. Augmented Reality)
• poszerzoną  wirtualność (ang. Augmentet Virtuality)
• środowisko wirtualne (ang. Virtual Reality).

Klasyfikacja typów wirtualnej rzeczywistości
źródło: Politechnika Śląska w Gliwicach

Rzeczywistość wirtualna to sztuczna rzeczywistość stworzona w całości przy wykorzystaniu systemów komputerowych. Kreowanie środowiska polega na cyfrowym wygenerowaniu obrazu 2D/3D, czyli przedmiotów, przestrzeni, postaci i zdarzeń na scenie 2D/3D. Typową rzeczywistością wirtualną są gry komputerowe, filmy takie jak np. Avatar, czy systemy inżynierskie CAD renderujące obrazy tworzonych przez inżynierów konstrukcji.

Oczywiście do stworzenia całkowicie wirtualnego świata potrzeba nie tylko obrazu, ale również, dźwięku, zapachu, smaku oraz dotyku i interakcji. W praktyce rzeczywistość wirtualna ograniczona jest do wizualizacji i dźwięku. W grach dochodzi do tego jeszcze interakcja. Oczywiście są tworzone systemy pełnej wirtualnej rzeczywistości, niemniej są to systemy eksperymentalne, które wymagają specjalnych systemów projekcji, kombinezonów, rękawic czy podwieszanych „uchwytów” dla ciała człowieka, które pozwalają w miarę w realny sposób odwzorować nasze ruchy w przestrzeni wirtualnej i zapewniają odpowiednią interakcję z naszymi zmysłami.

Zarówno wirtualne hełmy, rękawice, jak i ubrania pozwalają na przekazywanie ruchów (hełm – głowy, rękawica – palców i dłoni, kombinezon – kończyn, a nawet całego ciała) do wirtualnego świata, a także symulować efekt dotyku.

Różne interakcyjne systemy wirtualnej rzeczywistości wykorzystujące wirtualne hełmy, rękawiczki czy kombinezony pozwalające na większe urealistycznienie odczuć człowieka i przekazywanie ruchów do wirtualnego świata.

Pod pojęciem rozszerzonej wirtualności należy rozumieć generowanie obrazów wirtulanych z dodatkiem realnych elementów. Tego typu techniki wykorzystuje się przede wszystkim w przemyśle filmowym, gdzie do wygenerowanego za pomocą komputerów obrazu dodaje się, oczywiście komputerowo, zarejestrowane kamerą filmową postacie aktorów, zwierząt realnych przedmiotów itp.

Bardzo dobrym przykładem rozszerzonej wirtulaności jest film „Piraci z Karaibów: Na krańcu świata”, a zwłaszcza scena dwóch walczących statków płynących wokół gigantycznego wiru. Filmowcy zbudowali tutaj specjalne ruchome platformy, na których grali aktorzy, a wzburzone morze, wielki wir, statki i ich wyposażenie wygenerowane zostały przez komputery.

Przygotowanie sceny z wielkim wirem i krążącymi wokół niego pirackimi statkami w filmie „Piraci z Karaibów: Na krańcu świata”, to przykład rozszerzonej wirtulaności.

Ostatnim, „najmniej” wirtualnym światem jest poszerzona rzeczywistość. Tutaj do obrazu realnego świata rejestrowanego przez kamerę dodaje się wirtualne elementy 2D lub 3D, które generowane są w czasie rzeczywistym przez komputer. Mogą to być zarówno przedmioty, jak i różnego rodzaju postacie. Elementy na takiej łączonej scenie mogą być również w pełni interakcyjne – wystarczy wykorzystać np. standardowy wirtualny hełm i system śledzenia oczu, aby komputer był w stanie generować obraz pod odpowiednim kątem widzenia.