Периферийные устройства для глубокого погружения

В последние 10 лет появилось огромное количество различных СВР. Попытаемся схематично классифицировать современные СВР, рассказать о некоторых последних достижениях в этой области и несколько подробнее остановимся на доступных устройствах, которые могут быть использованы на домашнем компьютере...

Желающим ознакомиться с периферийными устройствами для систем ВР и компьютерных игр более подробно предлагаем просмотреть каталог, расположенный на нашем CD-ROM.

Классификации периферийных устройств для СВР

Классификация по воздействию на разные группы рецепторов

Как ни странно, в статьях, посвященных СВР, мне так и не удалось найти подобной классификации. Пересмотрев большое количество компьютерной литературы, я наконец обратился к литературе медицинской и нашел то, что искал. На рис. 1 приведена классификация ощущений человека по анатомическому расположению рецепторов по Ч.Шеррингтону. На мой взгляд, данная схема не только удачно классифицирует периферийные устройства для СВР, но и позволяет проследить перспективы их развития.

Экстероцепторы

Дистанционные

Естественно, в первую очередь появились устройства, воздействующие на дистанционные рецепторы, и прежде всего на зрение и слух. Два данных канала восприятия позволяют человеку получать более 95% информации. А стереоизображение с объемным звучанием создает основу эффекта погружения в виртуальную реальность.

Эффект присутствия в виртуальном мире может дополнять воздействие на обонятельные рецепторы. Пока в этом направлении сделано не так уж много — можно сказать, что эти устройства находятся в стадии начального развития, но они уже существуют. В КомпьютерПресс № 3 за этот год в статье «Запах, форма, вкус и цвет через Интернет» было рассказано об устройстве iSmell, передающем запах, и о разработке компьютерных игр с интерактивной передачей запаха.

Контактные

К устройствам, передающим контактные ощущения, в первую очередь следует отнести различного рода киберперчатки, манипуляторы с виброотдачей и даже киберкостюмы. Правда, киберкостюмы пока остаются экзотикой, а вот манипуляторы, которыми можно потрогать виртуальные объекты, выходят на уровень домашних компьютерных игр.

Вкусовые рецепторы также относятся к контактным. Достижения в этой области пока очень невелики, но на вкусовые рецепторы тоже пытаются воздействовать дистанционно — посредством, передачи электронного кода вкуса. В настоящее время разработками в этой области занимаются всего несколько компаний.

Проприоцепторы

Что касается проприорецепторов (иногда их называют рецепторами глубокой чувствительности), то такие ощущения, как, например, положение человека в пространстве или инерционные ощущения передаются в современных тренажерах за счет того, что кабина тренажера, управляемая компьютером, передает часть ускорений, которые в реальности должно испытывать моделируемое устройство. По мере усложнения компьютерной игровой периферии последняя все больше приближается к тренажерам. Например, игровой руль начинает вибрировать при «выезде на плохую дорогу». Что касается внутренних мышечных ощущений, не связанных с физическими действиями, которые реально выполняет человек, помещенный в СВР, то здесь все намного сложнее. Однако уже имеется опыт вживления микроэлектронных устройств в мышечную ткань человека с целью осуществления управляемых компьютером воздействий.

Интероцепторы

Вероятно, до рецепторов, сообщающих нам о ходе обменных процессов в организме, электронные устройства доберутся в последнюю очередь. Однако уже сегодня испытываются управляемые микроэлектронные устройства, которые могут транспортировать лекарства не только по пищеводу, но и по кровеносной системе в любые области человеческого организма и соответственно контролировать обменные процессы в заданных органах. Это говорит о том, что и на данные рецепторы со временем можно будет воздействовать достаточно оперативно.

Таким образом, понятно, что хотя мы и ограничиваемся в основном аудиовизуальными системами, разработки ведутся практически во всех направлениях.

Классификация СВР по количеству участников

Системы виртуальной реальности бывают коллективного и персонального использования. В случае коллективного использования один и тот же виртуальный мир исследует группа. Так, группа людей, сидящих в зале, снабженном цилиндрическим или даже сферическим экраном, посредством стереоскопических очков может погружаться в виртуальную реальность коллективно. К примеру, вместе осматривать достопримечательности того или иного города, экспонаты картинной галереи и т.д. Обычно в зале имеется кресло ведущего (навигатора), оснащенное джойстиком. Ведущий управляет процессом, а все довольствуются созерцанием картинок, достойных, по мнению навигатора, внимания. Возможен также вариант, когда каждый из сидящих в зале имеет джойстик и может управлять на экране одним из персонажей коллективной компьютерной игры. Более сложная система реализуется, когда навигатор имеет виртуальный шлем, оборудованный так называемым хэд-трекером (от англ. Head-tracker) — устройством, которое отслеживает поворот головы и показывает ту часть виртуального мира, которая видна под данным углом зрения. При этом каждый в группе имеет виртуальный шлем, но уже пассивный, и видит то же, что и навигатор. И наконец, наиболее сложный вариант, когда каждый из участников имеет шлем с индивидуальным хэд-трекером и может исследовать свою часть виртуального мира, а имея средства воздействия на этот мир, может видеть еще и те изменения, которые вносят его коллеги.

Классификация по назначению

Сегодня существуют десятки систем ВР. В статьях «Многоликая виртуальная реальность» и «Виртуальная реальность станет доступной каждому» (КомпьютерПресс № 8’2000) мы уже рассказывали о различных возможностях применения СВР, поэтому здесь ограничимся кратким перечислением.

Прежде всего к ним относятся:

различного рода тренажеры (транспортные, инженерные, медицинские, спортивные и др.);
центры принятия стратегических решений (для военных, спецслужб, служб МЧС и т.д.);
системы CAD/CAM/CAE (проектирование в недрах ВР);
развлекательные системы ВР (интерактивное кино, аттракционы);
компьютерные игры с погружением;
обучающие системы (погружение в исторические, природные, туристические и прочие «ландшафты»).

Итак, рассмотрим некоторые группы периферийных устройств более подробно, отдавая при этом предпочтение самым доступным по цене моделям.

Стереоочки

Стереоочки — это наиболее доступное устройство, позволяющее увидеть трехмерное изображение. Вкратце поясним принцип их действия. Известно, что трехмерный мир воспринимается нами именно трехмерным за счет того, что мы смотрим на него одновременно левым и правым глазом. Существующее между глазами расстояние делает картинку, воспринимаемую одним глазом, отличной от того, что видит другой. Сопоставляя разницу этих изображений, наш мозг определяет расстояние до объектов. Описываемые технические решения получения объемного изображения как раз и заключаются в представлении разных «картинок» для каждого глаза. Суть устройства состоит в том, что между изображением на экране и каждым глазом ставится фильтр, который и формирует иллюзию объема (рис. 2). Обычно изображения передаются попеременно для левого и правого глаза (очки затворного типа) либо для каждого глаза осуществляется своя фильтрация цвета.

Наибольшее распространение получили очки затворного (поляризационного) типа. Очки, построенные по этому принципу, имеют перед каждым глазом затворную жидкокристаллическую линзу (рис. 3).

Левая линза закрывается, когда на экране появляется изображение для правого глаза, и наоборот. Когда частота смены изображения для левого и правого глаза превышает 60 Гц, человеческий мозг воспринимает изображение как объемную непрерывную картину.

Поляризационные очки могут работать с ПК практически любой конфигурации и не требуют наличия специальных аппаратных ресурсов. Естественно, потребуется специальный контент, в котором заложен стереоэффект. Подобные продукты представлены на рынке, и в первую очередь это, конечно, игры. Из западных компаний, производящих игры со стереоизображением, можно назвать такие, как Nova Logic (Armored Fist II , Comanche III, F-22 Lightning) и Interplay (Shattered Steel, Slip Stream 5000, Descent). Из отечественных игр с объемной кодировкой, которые мне доводилось видеть, могу назвать игры Олега Медокса из одноименной компании Maddox Games¹. На рынке существует и программное обеспечение для создания 3D-контента.

Стереоочки выпускают многие компании, наиболее известные из них — Stereo Graphics, VR Surfer, Another World. На нашем CD-ROM вы сможете ознакомиться и с другими компаниями. Технология стереовидения достаточно доступна, цена стереоочков находится в пределах от 70 до 300 долл. Многие производители графических процессоров и акселераторов уже начали интегрировать в свои устройства средства поддержки стереовидения. Так что вскоре, вероятно, технология получит более широкое распространение. Кроме развлекательной сферы, системы стереовидения применяются в медицине, образовании, архитектуре, дизайне и многих других профессиональных приложениях.

Очки от компании Stereographics

Компания Stereographics выпускает целую линейку продуктов, узнать о которых можно по адресу http://www.stereographics.com/. Одной из последних разработок (рис. 4) является модель CrystalEyes3. Эти легкие беспроводные очки представляют собой идеальное решение для просмотра 3D-изображений в области CAD/CAM, медицины, ГИС-картирования и др.

Очки от компании VRex

Одна из последних моделей компании Vrex — VR Visualizer (рис. 5) — представляет собой безразмерные очки, которые подойдут каждому и позволят просматривать трехмерный контент с высоким качеством. VRex предлагает также программное обеспечение для просмотра и создания 3D-контента. Более подробно ознакомиться с оборудованием этой компании можно по адресу http://www.vrex.com/.

Очки от компании Another World

Another EYE2000 — это беспроводные очки затворного типа, которые отличаются удобством и оригинальным дизайном (рис. 6).

Виртуальные шлемы

В принципе, привычное название «виртуальные шлемы» не лучшим образом отражает суть всех тех устройств, о которых пойдет речь ниже. Дело в том, что первые виртуальные шлемы, в которых, в отличие от стереочков, изображение на каждый глаз поступает от своего монитора, были весьма громоздкими и вполне понятно почему — микродисплеи были огромных размеров и удержать их мог только массивный шлем. Звук поступал от наушников, вмонтированных в него. Однако по мере того как микромониторы и наушники становятся все более компактными, шлемы становятся все более легкими и похожими на очки. Дошло до того, что микромониторы могут монтироваться в обычные очки. Называть подобное устройство виртуальным шлемом, которое крепится на очки, не совсем корректно. Поэтому в дальнейшем будем пользоваться термином «хэд-сет-монитор» (от Head Set Monitor) или аббревиатурой HMD (от Head Mounted Display²) , которые лучше отражают суть данных устройств. При этом не следует путать LCD HMD и LCD-Glasses. LCD HMD — это устройства с индивидуальными LCD-мониторами определенного разрешения, в то время как LCD-Glasses — это стереоочки, и здесь под LCD подразумевается жидкокристаллический затвор, который не генерирует изображения, а наоборот, в определенные моменты времени блокирует его.

Основное отличие состоит в том, что в очки изображение поступает от другого устройства, например от монитора компьютера, который может иметь любое разрешение, не связанное с конструкцией очков.

Путаница возникает еще и из-за того, что некоторые модели HMD имеют сбивающие с толку названия, например I-Glasses.

HMD — это обычно более дорогое и более совершенное устройство, поскольку оно само генерирует изображение. Когда изображение поступает на каждый глаз от своего монитора, создать трехмерное изображение несложно, для этого нужно посылать на каждый глаз свой сигнал. А главное, снабдив HMD таким устройством как хэд-трекер, можно синхронизировать обзор виртуальной сцены с положением головы. Итак, рассмотрим модели HMD, доступные сегодня на рынке.

Хэд-сет-мониторы I-Glasses от компании IO Display Systems

Модели i-Glasses легки (около 250 г), хорошо подстраиваются под параметры головы, просты в использовании и достаточно надежны. В i-Glasses удачный дизайн дисплея (рис. 7). LCD-матрицы легко воспринимаются глазом, при этом специальная настройка и фокусировка линз не требуются. Подключение к ПК осуществляется через видеовыход. Основным недостатком

I-Glasses является низкое разрешение ЖК-дисплеев, что объясняется стремлением разработчиков сохранить доступную цену.

Модель выпускается в трех модификациях: I-Glasses LC, I-Glasses LCB (499 долл.) и I-Glasses 3D c возможностью 3D-изображения (599 долл.). Разрешение — 180 000 пикселов на LCD.

Более подробную информацию можно получить по адресу http://www.i-glasses.com/Store/iglasses_lc.php3.

На сайте http://www.isense.com/ можно найти описание модели, укомплектованной хэд-трекером. Хэд-трекер от компании InterSense, и оптика соответственно от I-Glasses. Все это реализовано в продукте, который называется InterTrax/I-Glasses (рис. 8).

Sony Glasstron

Sony Glasstron — это один из лучших современных шлемов в ценовом диапазоне до 3000 долл. Модель позволяет просматривать виртуальный экран размером 52 дюйма по диагонали, который был бы виден с расстояния 6 футов. При этом хэд-сет-монитор может уместиться у вас на ладони! Устройство выпускается в двух версиях: модель с высоким разрешением (PC-версия с VGA-входом) и более дешевый вариант (NTSC-версия).

Sony Glasstron PLM-S700

Модель Sony Glasstron PLM-S700 поставляется со встроенным конвертором видео-PC. HMD работает с реальным разрешением 800×600 (624×832) точек при частоте регенерации до 85 Гц. Благодаря качественной оптике и оригинальному дизайну, PLM-S700 обеспечивает прекрасное качество изображения с четким сведением и хорошей цветопередачей. Кроме того, здесь предусмотрено много дополнительных сервисных функций. Шлем легок в настройке и может дополнительно комплектоваться трекером InterTrax, сведения о котором можно найти на сайте virtuality.com.

Sony Glasstron PLM-A35

Модель Glasstron PLM-A35 предназначена для массового домашнего рынка. Подключается к ПК через видеовыход, поэтому рекомендуется использовать графический акселератор со встроенным ТВ-выходом. Шлем работает с разрешением 800×225 точек. Благодаря новой оптике и оригинальному дизайну модель обеспечивает высокое качество изображения с четким сведением и хорошей цветопередачей.

Последние цены на продукты можно найти на страничке http://www.dynamism.com/glasstron/index.shtml

В табл. 1 приведена спецификация и цены на момент написания данной статьи.

Хэд-сет-мониторы от компании DAEYANG E&C

Одними из последних разработок, ориентированных на массовый потребительский рынок, являются хэд-сет-дисплеи компании DAEYANG E&C (рис. 9). Модели позволяют просматривать изображения высокого качества, могут комплектоваться хэд-трекерами, подключаются ко многим бытовым устройствам, генерирующим изображение, сравнительно недороги (800-1000 долл.). Первые модели были показаны на выставке CeBIT в 2000 году и вскоре поступили в продажу. Устройства предназначены для таких сегментов рынка, как портативный компьютинг, персональный просмотр DVD-фильмов и игровых приложений.

Разработка выполнена южнокорейской компанией DAEYANG E&C на базе микродисплея MD800G6 (ЖК-дисплей с диагональю всего 0,49 дюйма) от компании MicroDisplay.

Базовая модель шлема DH-4400 легко подключается к DVD-плейеру, ноутбуку, десктоп-ПК, телевизору, видеомагнитофону и игровой приставке на основе универсального интерфейса.

Основными элементами модели DH-4400 являются оптическая система HM001 и интерфейсная плата XS-FT1. HM001 — это микродисплейный модуль, предоставляющий разрешение в 1,44 млн. пикселов, приемлемое для подключения ПК.

XS-FT1 — это интерфейсное решение, реализованное на одном чипе и осуществляющее подключение DH-4400 к перечисленным выше устройствам. Интерфейс поддерживает VGA- и SVGA-вход от персонального компьютера, а также полный набор видеостандартов NTSC/PAL, SECAM и S-VHS. Ориентировочная цена — 800 долл.

Дополнительную информацию можно получить по адресам: http://www.personaldisplay.com/ и http://www.dyenc.co.kr/. Компания выпускает целую линейку продуктов (табл. 2).

Внешний вид трех базовых моделей показан на рис. 10, 11, 12.

Хэд-сет-мониторы от компании Оlympus

Заслуживают внимания также хэд-сет-мониторы компании Olympus (http://www.eye-trek-olympus.com/) модели Eye-Trek FMD-200 (рис. 13) и Eye-Trek FMD 150W (рис. 14).

Обе модели ориентированы на домашний рынок.

Модель Eye-Trek FMD-200

Данная модель позволяет увидеть виртуальную картинку, эквивалентную просмотру телевизора с диагональю 52 дюйма с расстояния 6,5 фута, которая сопровождается звуком stereo-surround.

Характеристики устройства: угол зрения — 30° по горизонтали, 22,7° по вертикали; количество пикселов — 180 000 на LCD; видеовход — cтандартный NTSC (TV, VCR, DVD…); вес дисплея — около 100 г; вес пульта — около 80 г.

Модель Eye-Trek FMD 150W

HMD «персональный театр». Производит картинку, эквивалентную просмотру телевизора с диагональю 62 дюйма с расстояния 6,5 футов, stereo-surround звук.

Характеристики устройства: угол зрения — 37,5° по горизонтали, 21,7° по вертикали; количество пикселов — 240 000; видеовход — стандартный NTSC (TV, VCR, DVD…) или S-Video; вес — около 120 г; вес пульта — около 160 г.

Персональный монитор от компании Albatech

Как уже было сказано выше, HMD становятся все более миниатюрными. Вероятно, самым маленьким HMD-устройством можно считать устройства компании Albatech. Вместо концепции максимального погружения данная компания проповедует концепцию SeeAround, которая заключается в том, что устройство позволяет вам сосредоточиться на виртуальной картинке, не изолируя от окружающего мира (рис. 15). Вы всегда можете перевести взгляд на то, что окружает вас в действительности. Размер виртуальной картинки соответствует впечатлению от просмотра экрана диагональю 26 дюймов с расстояния 6,5 фута. Изображение занимает всего 5% видимого сектора и позволяет оперативно переключаться с виртуальной картинки на реальную. Устройство можно подключать к ПК через видеовыход, стереоизображение пока не реализовано.

Дисплей так мало весит, что может монтироваться на любые очки.

Персональный монитор PM-1B — это базовая модель, пригодная для широкого применения; в комплект входят монитор, очки, адаптер и десятифутовый кабель.

Спецификация: дисплей — Sony LCD; разрешение — 180 000 пикселов; угол зрения — 18,75° (диагональ); интерфейс — NTSC/PAL; вес — около 30 г; максимальная длина видеокабеля — 65 футов.

Манипуляторы для СВР

Понятие «манипуляторы» чрезвычайно широко. Так могут быть названы и компьютерная мышь, и сложнейшее устройство, передающее движения руки и кисти, и руль с педалями, позволяющий играть в компьютерные игры. Остановимся кратко на тех возможностях, которые предоставляют современные киберперчатки, а затем перейдем к игровым манипуляторам.

Виртуальные перчатки от компании Virtex

Наглядно представить, что позволяет делать киберперчатка, можно на примере перчаток компании Virtex (рис. 16).

Перчатка CyberGlove (рис.16а) снабжена сенсорами, измеряющими позицию и перемещения пальцев и кисти. Имеются модификации на 18 и 22 сенсора. Надев на руку такую перчатку, можно показать целый спектакль, управляя виртуальной куклой, как Петрушкой, которого тоже надевали на руку. Наличие вибротактильных устройств в модели CyberTouch (рис. 16b), которые добавляются к киберперчатке, позволяют ощущать прикосновение к объектам.

Добавление к киберперчатке устройств, передающих переменное усилие, синхронизированное с виртуальной картинкой CyberGrasp (рис. 16с), позволяет не только «трогать» рукой виртуальные объекты, но даже выполнять сложные манипуляции, требующие существенных усилий руки. Например, наворачивать виртуальную гайку на виртуальный болт.

Современные устройства той же компании Virtex не ограничиваются воздействием только на кисть, позволяя задействовать мышцы руки (рис. 17).

Описанные устройства из-за высокой цены пока недоступны для бытового применения, однако для игр существует немалое количество манипуляторов попроще, о них и пойдет речь ниже.

Игровые манипуляторы

Компьютерные игры становятся все более совершенными. Например, СВР, которые еще совсем недавно могли позволить себе лишь автомобильные компании для разработки новых систем управления машиной, сегодня становятся доступны и для игр. А количество различного рода джойстиков рулей и геймпадов столь велико, что только для их перечисления потребуется целый номер журнала. В прилагаемом к данной статье каталоге, представленном на нашем CD-ROM, мы поместили несколько десятков подобных устройств, здесь же остановимся на наиболее интересных из них.

Основное новшество современных игровых манипуляторов — способность передавать интерактивные усилия за счет механизма имитации отдачи и вибрации (I-Force-feedback). В джойстик интегрируется устройство, которое может реагировать на команды, генерируемые в процессе игры. И если джойстик, с помощью которого вы ведете самолет, оборудован подобным устройством, то в случае попадания в ваш самолет вражеской ракеты джойстик передаст на руку соответствующий импульс.

В качестве примера современного джойстика для авиационных симуляторов можно привести модель F-16 FighterStick (рис. 18) от компании CH products (http://www.chproducts.com/). Это не просто джойстик, а целый летный тренажер, по крайней мере — по количеству кнопок и настраиваемых функций. Стоит такая игрушка 94,95 долл. Устройство работает под Windows 95/98/Me, MS-DOS и имеет 20 программируемых функций.

Компания CH products производит для любителей авиационных игр не только джойстики, но и целые штурвалы, такие, например, как Flight Sim Yoke USB LE по цене в 109,95 долл.

Манипулятор Pro Skater

Основным недостатком компьютерных игр является малая подвижность игрока в процессе игры. В реальных играх ребенок бегает и прыгает, а за компьютером лишь сидит, нарушая осанку. Манипулятор Pro Skater — счастливое исключение. С таким устройством ваш ребенок сможет тренироваться почти столь же успешно, как на реальном скейте, и при этом не будет подвергаться риску сломать руку или попасть под машину. А представить он себя при этом сможет и скейтбордистом, и сноубордистом, и даже серфингистом, бороздящим океан.

По размерам манипулятор (рис. 19) соответствует обычному скейту и совместим со всеми ПК, имеющими USB-порт. Управление осуществляется посредством реальных движений, которые передаются в компьютер с помощью оптических сенсоров. Скейт рассчитан на вес игрока от 30 до 100 кг, то есть позволяет прокатиться не только детям, но и вполне упитанным взрослым.

Для катания вам понадобятся: IBM-совместимый компьютер; ОС — Microsoft Windows 98/2000; USB-порт.

Моторуль GP500 Motorbike от компании Maxxtro

Данный руль подойдет для гонок на любых дорожных и даже водных мотоциклах (рис. 20). Счастливый обладатель верхней части мотоцикла сможет не только поворачивать руль, но и давить на газ и даже нажимать на 16(!) функциональных кнопок. Для того чтобы «мотоцикл ездил», понадобятся: IBM-совместимый компьютер; ОС — Microsoft Windows 98/2000; USB-порт.

Следует также напомнить, что, для того чтобы прокатиться на «мотоцикле», нужна игра-симулятор — подойдет, например, SuperBike 2001 от Elect–ronic Arts. Вот, кажется, и все необходимое для того чтобы выйти на кольцевую мотоциклетную гонку. Удачи!

КомпьютерПресс 4'2001

1999	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2000	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2001	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2002	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2003	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2004	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2005	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2006	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2007	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2008	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2009	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2010	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2011	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2012	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2013	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12