Матеріали для Нової української школи 1 клас - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

ОБРОБКА І ПЕРЕДАЧА ІНФОРМАЦІЇ. СУЧАСНІ КОМП'ЮТЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ - Золота колекція рефератів - 2018

ЦЯ ЧАРІВНА ВІРТУАЛЬНА РЕАЛЬНІСТЬ

З екранів телевізорів, зі сторінок комп'ютерної й некомп’ютерної преси дедалі частіше чується словосполучення «віртуальна реальність». Що ж ховається під цим модним сьогодні виразом?

Насамперед мається на увазі тривимірне, об’ємне зображення (на відміну від псевдотривимірної графіки на площині) і тривимірний звук. Однак повною мірою відчути всю принадність віртуальної реальності можна тільки при наявності таких елементів, як детектори переміщення, що дозволяють відслідковувати зміни положення користувача у зв’язку із зображенням на екрані монітора, і датчики, що фіксують дії користувача. Донедавна такі системи можна було побачити лише в найбільших у світі ігрових центрах, а вартість їх перевищувала всі мислимі значення. Але все змінюється в сучасному світі комп’ютерної техніки, і в результаті постійного зниження цін па комп’ютерне обладнання такі системи стають доступними також рядовим користувачам настільних комп’ютерів. Більше того, дедалі частіше виробники ігрового програмного забезпечення і бізнес-додатків вбудовують підтримку віртуальної реальності у свої системи. А з середини 1995 р. з’явилося кілька фірм, що спеціалізуються на випуску такого програмного забезпечення.

Системи віртуальної реальності в сполученні з ПК широко використовуються зараз для розваг. Вони являють собою різні, більш-менш складні пристрої, що реагують на рухи користувача. Якщо кілька працюючих систем віртуальної реальності з’єднати, утворюється гак званий загальний кіберпростір, де користувачі можуть зустріти один одного. Система відстеження рухів голови дозволяє вам кинути оком у будь-який бік кіберпростору. А що в цьому просторі можна робити й що з вами відбудеться — залежить від використовуваної прикладної програми. Деякі високоякісні системи віртуальної реальності використовують спеціальні маніпулятори, подібні до миші й джойстика, пересування яких угору й униз інтерпретується датчиками як рух користувача вперед та назад. Ці пристрої дають додаткову можливість пересування у віртуальній реальності. Елітарні системи віртуальної реальності пропонують також стереоскопічні 3D-зображення й стереозвук, а також можливість спілкуватися з іншими користувачами в єдиному, кіберпросторі за допомогою вбудованих мікрофонів. Сьогодні найкращі аркадні відеоігри підтримують віртуальну реальність, що дозволяє гравцям боротися не з генерованим програмою супротивником, а між собою.

Предметний світ, що оточує нас, — тривимірний. Наші очі сприймають об’єкти під різними кутами: два незалежні зображення аналізуються мозком, і в результаті їхнього зіставлення формується образ предмета, його ознаки й глибина зображення. Відстань між очима людини зазвичай складає 6-7 см, і коли зіниці зосереджуються на предметі, обидва ока фокусуються в цьому напрямку. Залежно від відстані до об’єкта кут огляду змінюється. Наші очі й мозок аналізують відстань, спираючись на розходження між зображеннями, одержуваними кожним оком. Це розходження називають паралаксом зору. Саме за допомогою цього ефекту й створюються тривимірні об’ємні зображення.

Усі системи подібного роду у своїй основі мають кілька головних принципів одержання 3 D-зображень.

МЕТОД ФІЛЬТРАЦІЇ КОЛЬОРУ

Ефект 3D досягається за рахунок того, що синій колір, спостережуваний через червоний фільтр тієї ж глибини кольоровості — невидимий, а при перегляді через синій фільтр здається чорним. Таким чином, розмістивши перед одним оком синій, а перед іншим червоний фільтр, під час перегляду зображення, закодованого відповідним чином, за рахунок світлового переломлення можна створити ілюзію 3D. Такий метод дуже незручний, тому що сильно стомлює очі й нормальну передачу кольору все-таки не забезпечує.

МЕТОД ПАРАЛАКСА

Перед одним оком поміщається прозорий, а перед іншим практично чорний фільтр. Ефект 3D проявляється тільки при спостереженні за об’єктами, що рухаються. В основі створюваної ілюзії лежить розходження в часі розпізнавання зображення кожним оком через чорний і прозорий фільтри. Для статичних картинок цей метод не підходить.

МЕТОД ЗАТВОРА («ЧАРІВНІ ОКУЛЯРИ»)

Цей принцип полягає у формуванні зображення по черзі для лівого й правого ока. Щоб у потрібний момент картинка потрапляла тільки на сітківку відповідного ока, необхідно якимсь чином синхронізувати зображення з пристроєм «шторки», що закриває інше око. З цією метою використовується швидкісна LCD — затворна лінза, керована платою синхронізації. Одна з головних проблем на цьому шляху — невисока частота вертикального розгорнення моніторів. Лише нещодавно був досягнутий прийнятний рівень для одинарного зображення, при якому не втомлюються очі, — близько 100 Гц. Використання моніторів для 3D-зображення висуває особливо жорсткі вимоги до розгорнення — від 150 до 300 Гц. Останньому значенню задовольняють лише найдорожчі

моделі. На такому принципі побудовані такі моделі пристроїв візуалізації:

— окуляри Cristal Eyes PC (Stereo Graphics corp.);

— окуляри 3D Max ;

— окуляри CyberMaxx 3D (VictorMaxx Technologies inc.).

За допомогою цих моделей виходить досить виразне

зображення з частотою 60 Гц (при частоті розгорнення монітора 120 Гц). Однак у результаті значного миготіння зображення в таких пристроях очі досить швидко утомлюються. Крім того, з деякими (не найгіршими) відеокартами правильно настроїти окуляри буває непросто.

МЕТОД РОЗДІЛЬНОГО ФОРМУВАННЯ ЗОБРАЖЕНЬ

Принцип, на якому побудовані найвідоміші пристрої віртуальної реальності — шоломи, полягає в побудові зображення безпосередньо на кольоровий LCD-матриці шолома або окулярів. Для розроблювачів і виробників пристроїв, що використовують таку схему, основна проблема — домогтися високого розділення. Якщо сучасні монітори легко працюють із розділенням 1024 х768 точок,то використовувані LCD-матриці ледь досягають еквівалентного розділення 200 х 300 точок. Для згладжування зображення іноді застосовуються фільтри, але, як правило, вони тільки розмивають картинку. Крім того, висока вартість LCD-матриць робить ці пристрої дорожчими. Велике значення для комфортності застосування має ергономічність конструкції ВР-шоломів. Можливість регулювати ремені, що закріплюють шолом на голові, і збалансованість ваги самого шолома вкрай важливі для зручності при тривалому перебуванні в кіберпросторі.

Прикладом такої системи ВР, досить витонченої й до того ж із солідним програмним забезпеченням, може слугувати шолом VFX-1, розроблений американською фірмою Forte Technologies, відомою практично всім з різного роду реклами. Як пристрій відображення використана бінокулярна оптична система, орієнтована на стандарт VGA. Вибір напрямку погляду під час гри виконується поворотом голови в потрібний бік. Шолом оснащений стереонавушниками, крім того, фірма Forte обладнала його новим пристроєм управління рухами Cyber Puck, зовні дуже схожим на хокейну шайбу. Нахиляючи Cyber Puck уперед або назад, гравець переміщається у відповідному напрямку. Щоб зробити поворот, пристрій потрібно нахилити вправо або вліво. Передбачається, що його робота повинна бути погоджена з роботою оптичної системи так, щоб підсилювалося враження реальної присутності в ігровому середовищі. Розділення шолома складає 239 х 230.

Цей пристрій вигідно відрізняється від багатьох йому подібних цілим рядом особливостей. Одна з них — наявність спеціально розробленої специфікації Access Bus- каналу, за допомогою якого можна підключити до комп’ютера не тільки шолом, але й масу інших атрибутів вір

туальної реальності, таких як передавачі, датчики вигину та ін. За допомогою цього канату можливо, використовуючи спеціальні Pc-карти, з’єднувати до 100 ВР-систем. Швидкість передачі даних у каналі — 100 Кбіт/с.

Основним недоліком шолома VFX-1 є неймовірно складне конфігурування під ті ігри, які він підтримує, і коли це вдається, результати залишають бажати кращого.

Інший приклад удалого поєднання досить високої якості й розумної ціни — шолом I-glasses фірми Virtual I/O. Цей шолом здатний відтворювати об'ємне кольорове тривимірне зображення й стереозвук. У нього вмонтована спеціальна система спостереження: якщо користувач рухає головою вправо, уліво, угору, униз або навіть просто нахиляє її вбік, зображення віртуального світу синхронно змінюється.

Шолом має два режими: режим «повного занурення» і «напівпрозорий» режим, що дозволяє робити зображення напівпрозорим і працювати, дивлячись крізь нього. Обидва ці режими можуть підтримувати розділення 640 х 480 точок при 16 кольорах і 320 х 200 при 256. Дисплеї шолома проектують зображення таким чином, що в користувача створюється враження, начебто він дивиться на 80-дюймовий екран, розташований приблизно за гри метри від нього. Цього ефекту вдалося домогтися за рахунок того, що лінзи в цій моделі знаходяться па великій відстані від очей, тому за інших рівних умов значно знижується стомлюваність і навантаження на них. Вхідний сигнал для цього пристрою повинен бути в стандарті NTSC, тому для підключення до комп’ютера використовується конвертор SVGA — NTSC. З іншого боку, використання цього стандарту дозволяє без проблем переглядати відеофільми.

Серйозним недоліком цієї системи є низька швидкість реакції системи спостереження за переміщенням голови. Це відбувається за рахунок низької частоти відліків переміщення (250 відліків на секунду на відміну від VFX-1 — 100 відліків на секунду), і того, що датчик спостереження розташований у задній частині шолома (в VFX-1 він розташований у центрі шолома).

Велике значення для створення ефектної ілюзії знаходження у віртуальному просторі має звуковий супровід. Сучасний рівень розвитку звукового комп’ютерного супроводу дозволяє говорити, що все необхідне для систем віртуальної реальності вже існує. Музика формується за допомогою wave-table-синтезу, різні звукові ефекти, що раніше зустрічалися тільки в професійній апаратурі, поступово стають обов'язковим атрибутом комп’ютерних звукових плат. Наприклад, багато звукових карт уже використовують систему 3D-звуку, що відрізняється від звичайного стереозвучання тим, що звук отримує таку характеристику, як глибина.

У більшості систем візуалізації 3D-зображень передбачена можливість підключення вже наявної звукової карти.

ДЕТЕКТОРИ ПЕРЕМІЩЕННЯ Й МАНІПУЛЯТОРИ

Детектори переміщення — це пристрої, що дозволяють відслідковувати зміни положення користувача й погоджувати його із зображенням на моніторі. Крім того, існують різні пристрої — рукавички й датчики, — що фіксують усі дії користувача. Однак ці пристрої не набули широкого розповсюдження через досить високу ціну — від сотень до декількох десятків тисяч доларів. Усі детектори потребують значно потужнішої обчислювальної техніки, і їхнє застосування виправдане тільки у випадку використання всього комплексу засобів 3D.

Маніпулятори бувають двох типів — із трьома або шістьма ступенями свободи. Із пристроїв, що мають три ступені свободи, хотілося б відзначити такі пристрої, як миша Cyber Men 3D і штурвал управління літаком Flight Control System.

Безумовно, основною перевагою віртуальної реальності є можливість створення абсолютно будь-якого світу, у якому можна вільно переміщатися, спілкуватися й навіть одержувати які-небудь відчуття. Уже зараз ведуться розробки систем віртуальної реальності для використання в промисловості. Промислові системи віртуальної реальності грунтуються на тих самих компонентах, які застосовуються і в індустрії розваг, але з підвищеними вимогами до деталей, швидкості й кількості. До того ж вони доповнені такими периферійними пристроями, як сенсорні рукавички, які дозволяють ніби торкатися об’єктів, що зустрічаються у віртуальному просторі, маніпулювати ними й брати в руки. Іноді застосовуються ще п спеціальні жилети, що викликають відчуття безпосередньо в тілі користувача при його взаємодії з об’єктами кіберпростору. За допомогою досить складного програмного забезпечення користувач може спроектувати новий будинок і потім прогулятися усередині, щоб переконатися, що всі сходи, меблі й устаткування па місці й розташовані саме так, як йому подобається. Помітивши непорядок, можна прямо тут, у віртуальному просторі, переставити все на власний розсуд. Або, спроектувавши новий автомобіль, забратися у віртуальну кабіну, покрутити кермо й понатискати на педалі, перевіряючи на-практиці свій проект. Відразу ж вносячи вдосконалення в модель, ви досягнете максимального комфорту в майбутньому автомобілі. Для власного задоволення можна буде створити свій світ і, не виходячи з будинку, опинитися на березі теплого моря, та ще не самому, а з віртуальним приятелем. Впливаючи на паші нервові закінчення, електричні імпульси здатні викликати певні відчуття: знімати або підсилювати біль, створювати ілюзію руху, тиску тощо. Властивості віртуальної реальності в майбутньому цілком можуть бути використані для тренування наших розумових здібностей. Досконалі системи віртуальної реальності зможуть завдяки спеціальним датчикам і стимуляторам, умонтованим у шолом і костюми віртуальної реальності, управляти нашими відчуттями, і ці відчуття, доповнені високомистецькою стереоскопічною графікою, створять ідеальну ілюзію світу, у який захочеться потрапити. Перспективи застосування віртуальної реальності безмежні. Наприклад, можна створити збільшену модель атома, щоб подивитися, як він виглядає насправді, можна за допомогою віртуальної реальності викопувати роботу, за якимись причинами небезпечну для людини, — усю роботу людина виконуватиме у віртуальній реальності, а її рухи будуть дублюватися роботом, що знаходиться в реальних умовах. Можна навести ще безліч прикладів застосування віртуальної реальності. Але чи все йде так гладко, як хотілося б?

По-перше, дотепер ще не вдалося створити дешеву й ефективну систему для використання віртуальної реальності. Усі системи, що дозволяють створити хоч якусь подобу віртуальної реальності й включають у себе сенсорні рукавички або навіть цілі костюми для подорожі у віртуальному світі, коштують занадто дорого. Крім технічних недоліків, є й інші фактори, що впливають на поширення систем віртуальної реальності. Так, дотепер не зрозуміло, який вплив мають ці системи на здоров’я — зокрема на зір. Справа в тому, що очні м’язи не здатні тривалий час перебувати в напруженні. Проте саме це й відбувається під час сеансу віртуальної реальності. У протилежному випадку очі швидко утомлюються, очні м’язи послабляються, в результаті чого відбувається швидке погіршення зору. Однак найчастіше супротивниками віртуальної реальності висловлюються побоювання щодо психічного здоров’я при застосуванні систем віртуальної реальності. Справа в тому, що людська психіка найбільше піддається впливу, коли людина на чомусь зосереджена, що й відбувається під час сеансу віртуальної реальності. Людина, яка сидить за новою тривимірною іграшкою, занурена в екран і чує звуки тільки свого Sound Blaster, є ідеальним об'єктом для психогенного виливу. У такому стані на людину можна впливати будь-якими методами, у тому числі за допомогою світлових і звукових комбінацій. 10 січня 1995 р. газета USA TODAY опублікувала рекламу Learning Machine, що являє собою якісний CD-плеєр, перетворювач, окуляри віртуальної реальності з навушниками й набір лазерних дисків. У тексті реклами було сказано: «Підключіть свою свідомість до Learning Machine для підвищення ментальної енергії, для програмування вашої свідомості на успіхи, для запуску фантазій віртуальної реальності». Чи не правда, деякі слова в цій рекламі насторожують? Якщо можливе програмування свідомості людини, то чому не можна зробити з неї зомбі — біологічного робота? З одного боку, такі думки можуть здатися чистою фантастикою, однак можна па прикладі вже існуючих сект побачити, як легко людина підпадає під чужий вплив. А якщо взяти до уваги те, що через віртуальну реальність можна впливати па людину набагато глибше, що віртуальною реальністю найбільше захоплюються діти її підлітки?

У журналі «Винахідник і раціоналізатор» (№ 11-12 за 1992 р.) була опублікована замітка «Філат» подвійної дії» такого змісту: «Лікар-психіатр із Луганська, співвласник малого підприємства «Торсідо» Олексій Качура — один з винахідників імпульсних окулярів «Торсідо». Ідея — принцип роздільного неспецифічного впливу на праву й ліву півкулі головного мозку, відповідальні за різні психічні функції. На відміну від оптико-механічних («Винахідник і раціоналізатор» № 7-8 за 1992 р.), в електронних окулярах добір колірних сполучень спрощується: світлофільтри заміняються забарвленими світлодіодами, керованими з пульта. До колірного впливу додається частковий (у діапазоні природних ритмів головного мозку). Використання електроніки збільшує кількість захворювань, то перемагаються окулярами. Метод може застосовуватися, зокрема, для оптимізації психоемоційних станів, зняття стомлення й стресів, зміцнення статевої функції, ефективний також як профілактика. Процедура триває 3-7 хвилин, ефект настає через 3-4 години, пік — через добу й тримається 3-4 дні. На відміну від медикаментозного лікування, окуляри «Філат» не дають побічних ефектів і алергії. Точність дозування забезпечує фірмовий мікропроцесор «Торсідо», що входить до комплекту».

З одного боку, все начебто б добре — майже панацея від всіх хвороб. Але якщо задуматися, то можна дійти висновку, що якщо можна лікувати хвороби, то, варіюючи колірну гаму, використовуючи різні види модуляцій, можна досягти зворотного ефекту — викликати стрес, утому, депресію й все що завгодно. Тривалість процедури буде тією ж, ефект наступить через 3-4 години, а остаточно погано стане вже через добу, і ніхто не довідається чому. До того ж ніхто не може сказати точно, що може вийти, наприклад, у результаті короткого замикання, підвищення напруги в мережі або зависання системи!

Сьогодні комп'ютери — уже не просто обчислювальні засоби. Вони можуть запропонувати нам новий світ,створивши ілюзію, причому досконалу, усього, що ми знаємо, торкаємося й відчуваємо. Хвилюючі слова «віртуальна реальність», поза будь-яким сумнівом, символізують появу нового стандарту комп’ютерів у XXI ст. Кінцева мета ВР — дати нам можливість почувати, бачити, працювати й жити усередині світу, що є не чим іншим, як досконалою імітацією. Поки що тренажери для льотчиків, — можливо, найкращий приклад «серйозного» застосування систем ВР, але це лише натяк на те, що являтимуть собою системи ВР у майбутньому.

Мнима реальність може стати наркотиком XXI ст., наркотиком, що поневолить людей швидше, ніж всі донині відомі, адже світ, представлений віртуальною реальністю, набагато привабливіший, ніж той, що насправді оточує нас.

Навколо систем віртуальної реальності відбудеться ще багато суперечок. І необхідно зважити всі «за» і «проти» , перш ніж прийняти остаточне рішення, застосовувати такі системи на практиці чи ні. А тим часом люди різного віку грають в ігри за допомогою шоломів віртуальної реальності. Можливо, через кілька років усе спілкування буде здійснюватися у віртуальному світі, і не треба буде трястися в автобусі, щоб з’їздити до друга в гості — необхідно буде лише надягти шолом або костюм і поринути у віртуальний світ. І хто знає, добре це чи погано.









загрузка...