Термин «виртуальная реальность» уходит своими корнями в начало 90-х годов прошлого года, правда, тогда это понятие больше ассоциировалось с фантастическими фильмами в жанре киберпанк. Но уже в то время на полках западных магазинов стали появляться устройства, представленные как инструменты для VR (Virtual Reality). Вид их был очень несуразен, а цены надолго отпугивали рядовых покупателей. Шли годы, индустрия технологий развивались бурными темпами, однако, трудно было сказать, что производители ставили в число своих приоритетных задач совершенствование устройств виртуальной реальности. Конечно, в рамках закрытых военных и исследовательских проектов работа над VR продолжалась, однако, массовый потребитель довольствовался разве только редкими, дорогостоящими и утомляющими глаза моделями «очков для виртуальной реальности». Но за последний год интерес индустрии к VR возрос настолько, что можно говорить о возрождении и даже перерождении данного рынка. Но прежде, чем мы познакомимся с уже доступными и готовящимся к выходу моделями, давайте разберемся, что именно представляют собой данные устройства или, как их принято называть, шлемы виртуальной реальности (Head Mounted VR-Display, HMD).
Большинство HMD-устройств — это небольшой компьютерный экран, интегрированный в головной шлем. Инженерная мысль в данном случае заключается в том, что изображение всегда будет находиться перед глазами пользователями, независимо от положения головы. Как правило, экранов в таких шлемах бывает установлено два, отдельно для каждого глаза. Но это не является правилом. В современных VR-шлемах используются LCD-экраны, хотя первые прототипы предусматривали еще старую технологию CRT. Ряд производителей уже начал выпуск моделей с LED-экранами, а также на базе экранной технологии Virtual Retinal Displays (VRD, виртуальный ретина-дисплей), разработанной специально для шлемов. Правда, в настоящее время VRD еще не полностью оправдывают себя в виду ограничений на передаваемую яркость и контрастность. К тому же эта технология пока что довольно дорога. В большинстве случаев в VR-шлемы встраиваются наушники и микрофон для полноценной передачи звуковой информации. Одной из основных составляющих HMD-устройств также являются гироскопические датчики, позволяющие фиксировать положение головы в пространстве и благодаря этому формировать нужное изображение от первого лица. Стоит также отметить, что для получения эффекта погружения и создания виртуальной реальности в учебных и промышленных целях уже могут использоваться не только шлемы и очки, а большие проекционные системы, например, CAVE-дисплеи. Схожая система используется, например, для создания трехмерного пространства в авиационных тренажерах (читайте наш репортаж из Национальной Академии Авиации в февральском номере InfoCity за этот год).
Пионером в области производства виртуальных шлемов стала компания Forte, представившая в 1994 году на выставке CES свое HMD-устройство под названием VFX-1. Оно было оснащено двумя встроенными экранами, трехпозиционными датчиком положения головы и стерео-наушниками. Целевой аудиторией гаджета были геймеры, однако, в то время число игр с трехмерной графикой было весьма ограничено. Кроме того, шлем VFX-1 очень быстро утомлял глаза, так как использовал технологию на базе электронно-лучевых трубок. Спустя несколько лет Forte была приобретена компанией Vuzix и под новым брендом на рынке появилась обновленная модель VFX3D с более высоким разрешением. В течение последующих нескольких лет компания переориентировалась на выпуск оборудования для военных и медицинских целей, но уже в 2011 году объявила о том, что работает над очками для дополненной реальности (AR, Augmented Reality) под названием Star 1200. Встроенный в очки дисплей соответствовал экрану телевизора диагональю 75”, просматриваемому с расстояния трех метров. При этом заявленная цена устройства выглядела астрономической и составляла порядка 5000 долларов. Интересно, что после выпуска устройства, в описании на официальном сайте был сделан уклон не столько на возможности Augemented Reality, как «непередаваемое впечатление при просмотре фильмов в высоком качестве». В настоящее время выпуск Star 1200 приостановлен по вполне объективным причинам — он просто не нашел покупателей.
Также, в числе первых производителей, кто попытался занять данную нишу в конце прошлого века, стал индустриальный гигант Sony, представивший в 1997 году устройство под названием HMD Glasstron. Стоит отметить, что сенсор положения головы для этого шлема продавался отдельно. Возможности шлема были продемонстрированы на примере игры в MechWarrior 2, где управляя роботом можно было ощутить себя в кабине «пилота». Позже компания Sony представила еще несколько моделей шлемов и 3D-очков, ориентированных на просмотр фильмов.
В последующие несколько лет очки и шлемы виртуальной реальности выпускались лишь для того, чтобы удовлетворить капризы заядлых геймеров. В продажу поступали модели и от мирового производителя графических процессоров NVIDIA (очки 3D Vision), но они требовали соответствующей поддержки видеокарт. Массовое возрождение 3D-технологий в киноиндустрии в начале второго десятилетия XXI века, а также рост реалистичности виртуальных миров, которые способны воссоздать современные видеокарты для домашних компьютеров, в конечном итоге послужили тому, что интерактивное погружение в происходящее по ту сторону монитора стало можно представить совершенно по-новому.
Oculus Rift
В 2012 году малоизвестная компания Oculus представила на краудфандинговом сайте Kickstarter проект шлема виртуальной реальности с широким полем зрения и возможностью полного погружения под названием Rift. Разработчикам всего за месяц удалось собрать около 2,5 млн. долларов на Kickstarter и порядка 90 млн. долларов от других инвесторов. Первая версия шлема была выпущена в ограниченном тираже и продавалась исключительно для разработчиков приложений примерно за 300 долларов. Большой интерес к устройству проявил основатель студии id Software Джон Кармак. На одной из игровых выставок он заявил о планирующемся выходе легендарной игры Doom с поддержкой очков Oculus. А 25 марта 2014 года компания Facebook заключила сделку по приобретению проекта Oculus за 2 млрд. долларов, при этом глава Facebook Марк Цукерберг объявил, что видит в Oculus Rift и устройствах виртуальной реальности основу для нового поколения компьютерных технологий, которое придет на смену смартфонам. Вторая версия шлема Rift (DK2) стала доступна для разработчиков в июле 2014 года. В массовые сети продаж Oculus Rift должен поступить в конце 2014 или начале 2015 года, однако, принцип и характеристики устройства уже обнародованы разработчиками, у которых устройство находится на тестировании.
В первой версии шлема (DK1) для подключения к компьютеру использовался разъем DVI, а также была предусмотрена возможность подключения по кабелю HDMI. Передача данных и подача питания осуществлялась через порт USB. Все кабели подключались к компактному внешнему контроллеру, соединенному с очками лишь одним проводом. Во второй же модели от внешнего контроллера отказались. Теперь шлем подключается только активным HDMI-кабелем и по USB. В отличие от телевизионных 3D-технологий, в Oculus Rift для формирования стереоэффекта не используются затворы или поляризаторы. Изображения для каждого глаза выводятся на один дисплей, а затем геометрия изображения корректируется при помощи линз для увеличения поля зрения. В первых прототипах шлема использовался LCD-дисплей с диагональю 5,6”, однако после успешной кампании на Kickstarter, было решено использовать 7” дисплей, из-за чего новая модель стала несколько больше. Стереоскопический эффект на новом дисплее усилен из-за того, что поле зрения для правого и левого глаза не перекрываются на 100 %. Для левого глаза доступен небольшой дополнительный фрагмент картинки слева, а для правого — справа, что приближает изображение в Rift к тому, что при нормальных условиях видит человеческий глаз. Поле зрения имеет размеры 1100 по диагонали, что примерно в 2 раза больше, чем у массово производившихся ранее видеоочков и шлемов виртуальной реальности. Разрешение дисплеев новой версии Oculus Rift соответствует Full HD 1080p (ранее разрешение составляло 1280×800 пикселей). Как заявляют производители, в потребительской версии оно будет еще выше. Вес шлема составляет всего 380 гр. Устройство требует индивидуальной настройки для использования, а также разовой предварительной калибровки магнитного сенсора. В шлеме Rift также предусмотрена внешняя инфракрасная камера для дополнительного отслеживания позиции головы в пространстве. Шлем Rift был протестирован с такими видеоиграми как Half-Life 2, Team Fortress 2, Mirror’s Edge, War Thunder, Euro Truck Simulator 2, Minecraft, Live For Speed и другие, однако, с полным перечнем доступных игр мы сможем ознакомиться только после официального поступления устройства в продажу.
Sony Project Morpheus
Помимо устройств от Oculus, в списке интересных разработок числится Project Morpheus — проект компании Sony по созданию собственного шлема виртуальной реальности для игровой приставки PlayStation. Первая информация о Morpheus появились в сентябре 2013 года, когда соответствующие патенты компании были обнаружены в реестре США. Официальная презентация устройства состоялась 18 марта 2014 года на игровой конференции Game Developers Conference. Шлем получил название Project Morpheus VR, однако, в руках компании на тот момент был лишь прототип устройства. Разработчики, которым удалось вживую ознакомиться с VR сообщили, что качество изображения модели от Sony пока что уступает Oculus Rift, а эффект погружения у последнего выше. Тем не менее, сами же создатели Oculus Rift положительно отозвались о проекте Sony, отметив, что подобная поддержка виртуальной реальности от столь крупной компании поможет всеобщему развитию технологии. Пока в Sony не называют цен и точных дат выхода виртуального шлема, ряд игровых студий уже приступил к адаптации своих разработок под требования нового гаджета. Например, создателями игры EVE: Valkyrie заявлена поддержка Project Morpheus в версии игры для PlayStation 4, а разработчики игры EverQuest Next высказали большую заинтересованность в проекте, хоть их игра и создается пока только для настольных компьютеров.
Виртуальные шлемы из смартфона
Пока создатели Oculus Rift и Sony VR работают над совершенствованием самых ожидаемых устройств виртуальной реальности, другие производители сообщают о готовящемся выпуске их аналогов. Среди них стоить отметить и такое гибридное устройство, как Samsung Gear VR. В этом гаджете, анонсированном на прошедшей в сентябре выставке IFA 2014, в роли дисплея в шлеме виртуальной реальности предполагается использовать смартфон Samsung GALAXY Note 4. В конструкции устройства разработчиками предусмотрен отсек, куда пользователь должен будет установить смартфон с 5,7” дисплеем Super AMOLED и разрешением 2560х1440 пикселей. Gear VR обеспечивает поле зрения в 960. Предусмотрена возможность регулировки фокуса для пользователей с близорукостью и дальнозоркостью. Поставки Samsung Gear VR стартуют уже в начале следующего месяца, а по сообщениям ряда корейских источников, его цена составит приблизительно 190 долларов. Разумеется, в цену не включен смартфон GALAXY Note 4.
Аналогичное Samsung Gear VR устройство готовится выпустить к концу года и немецкая компания Zeiss, специализирующаяся в области оптики. Новый проект назван VR One и в отличие от Gear VR он теоретически может функционировать с любым смартфоном с диагональю дисплея от 4,7” до 5,2”. Для оптимального расположения экрана сотового аппарата по отношению к оптическим элементам шлема VR One служат специальные лотки, спроектированные под конкретную модель смартфона. Поначалу они будут доступны для iPhone 6 (4,7”) и GALAXY S5 (5,1”). VR One обеспечивает угол поля зрения в 1000. Поместив смартфон внутрь шлема, пользователи смогут по-прежнему подключать аудиоаксессуары. Поначалу Zeiss предложит для VR One два сопутствующих приложения для просмотра 2D- и 3D-контента, совместимых с операционными системами Android и iOS, а для сторонних разработчиков будет доступен SDK-комплект. Свой гаджет Zeiss оценил в 100 долларов.
И совсем недавно французский производитель бытовой электроники Archos представил собственный вариант шлема виртуальной реальности, использующего для отображения материалов дисплей обычного смартфона. Модель VR Glasses имеет конструкцию, аналогичную Samsung Gear VR и Zeiss VR One, и работает со смартфонами под управлением Android, Windows Phone или iOS с диагональю дисплея до 6”. Шлем Archos VR Glasses позволит просматривать стереоскопические видеоматериалы и работать с различными приложениями виртуальной реальности, а с дополнительным Bluetooth-манипулятором можно будет играть и в 3D-игры. Для достижения наилучшего качества стереоскопической картинки вкупе с VR Glasses рекомендуется применять смартфоны, оснащенные дисплеем формата Full HD (1920х1080 пикселей) с диагональю около 5” и процессором с четырьмя или большим числом ядер. Ожидается, что в продажу шлем Archos VR Glasses поступит уже в этом месяце по цене, которая составит всего лишь 30 долларов, что гораздо дешевле, чем рассмотренные выше гаджеты от Samsung и Zeiss. В любом случае, сравнивать эти устройства на данный момент можно только теоретически.
Шлем виртуальной реальности в домашних условиях
Корпорация Google на прошедшей в июне этого года ежегодной конференции Google I/O представила весьма оригинальную разработку — шлем виртуальной реальности Cardboard, который можно собрать буквально из подручных материалов. Cardboard состоит из картонного каркаса, пары двояковыпуклых линз, магнитов и липучек. Дополнительно изделие может быть оснащено чипом беспроводной высокочастотной связи малого радиуса действия NFC. На официальном сайте проекта https://developers.google.com/cardboard/ Google предлагает инструкцию, объясняющую, как из куска картона размером 22х56 см изготовить каркас для будущего шлема. Далее, в специальные прорези нужно установить линзы, а перед ними разместить смартфон, работающий под управлением операционной системы Android. На устройство необходимо установить бесплатное приложение Cardboard, предназначенное для отображения на экране смартфона двух картинок: для левого и правого глаз. При их просмотре через картонный шлем создается 3D-эффект. Приложение разделяет картинку на стереопару и даже отслеживает положение головы. Cardboard можно использовать, например, при работе с сервисом Street View или видеохостингом YouTube. Полная совместимость приложения и самодельного VR-шлема гарантирована на смартфонах Google Nexus 4 и 5, Motorola Moto X, Samsung Galaxy S4 и S5, а также Samsung GALAXY Nexus.
Виртуальная реальность без шлема
В то время, как многие производители сконцентрировались на воссоздании виртуальной реальности посредством устройств в виде очков и шлемов, высокотехнологическое подразделение в Microsoft Research работает над развитием проекционной технологии под названием RoomAlive. Изначально проект назывался IllumiRoom и представлял комплект из специального устройства, подключаемого к консоли XBOX, который расширял границы телевизора, показывая игровые объекты за его пределами с помощью проекционной системы. Однако, RoomAlive пошел дальше и предлагает полностью отказаться от обычного экрана, превращая всю жилую комнату в виртуальный интерактивный полигон. RoomAlive совмещает в себе сенсоры Kinect и проекционную систему, которые вместе позволяют человеку взаимодействовать с игровыми объектами. Для того, чтобы определять точное положение пользователя в пространстве и изменять окружающую его виртуальную реальность, в RoomAlive используется шесть комплектов Kinect. Но пока что RoomAlive очень далек от коммерческой реализации. Вполне вероятно, что технология так и останется прототипом, способным лечь в основу других разработок Microsoft.
Недостатки виртуальной реальности
Как бы это странно не звучало, но использование современных шлемов виртуальной реальности может вызывать рябь в глазах, морскую болезнь и даже тошноту. Особенно сильно эффекты выражены при первом опыте использования подобных устройств. Одна из причин побочных эффектов заключается в большой задержке между поворотами головы и обновлением изображения на дисплее перед глазами. Для решения этой проблемы требуется использовать сенсор с высокой частотой дискретизации и специальные программные технологии. Работа по устранению подобных недостатков ведется и, например, разработчики проекта Oculus Rift заявляют, что в новых продуктах данная проблема сведена к минимуму. Другой вопрос погружения в виртуальную реальность — это процесс управления. Клавиатура, мышка и традиционные джойстики сбивают пользователя с толку, разрушают иллюзию. Они принадлежат другой системе координат. Производители виртуальных гаджетов, конечно, осведомлены об этом, и в своих исследовательских центрах, наверняка, уже работают над проектами, учитывающими подобные нюансы, но как скоро рядовой потребитель сможет на 100% воссоздать виртуальную реальность в домашних условиях, пока не знает никто.
