Бесплатный фрагмент - Архитектор виртуальности

Аннотация

Учебное пособие знакомит с технологией виртуальной реальности и новой профессией архитектор виртуальности. Предназначено для учащихся школ, СПО, вузов, а также учителей, педагогов, методистов, специалистов по профориентации, родителей и всех желающих познакомиться с технологией виртуальной реальности и получить начальные навыки по созданию WebVR- проектов.

Пособие рекомендуется для учебной деятельности на уроках, кружках, факультативах, а также для самостоятельной работы учащихся.

Соответствует ФГОС ВО 3++ бакалавриат 09.03.02 Информационные системы и технологии; цифровой компетенции WorldSkills «Разработка виртуальной и дополненной реальности», ФГОС СОО.

В пособии отражен практический опыт проведения профориентационных занятий с учащимися в рамках мероприятий проекта «Твой курс: ИТ для молодежи» при поддержке АНО ЦРСИ «Проектория» и предпрофильных курсов для учащихся 9-х классов.

Рецензенты:

Е. В. Даценко, директор института дополнительного образования ТГУ Е. В. Даценко

В. С. Холодкова, директор по маркетингу ООО «Элиговижн»

Введение

Виртуальная среда становится для человека такой же естественной, как физическое пространство городов, помещений, природы. В виртуальной среде человек отдыхает, посещает достопримечательности, музеи, восстанавливает силы или проходит обучение. Виртуальная среда автоматически настраивается под психофизиологическое состояние человека или под его запросы и задачи, создавая не просто образ пространства или помещения, а целостную сеть виртуальных сред, которая в итоге воспринимается как единая система — виртуальный мир.

Технология виртуальной реальности становится неотъемлемой частью экономики, культуры, образования. Развитие новых технологий способствует появлению новых профессий. Знакомство школьников с перспективными профессиями и новыми компетенциями необходимо для раннего самоопределения учащихся. Использование метода практикоорентированной профориентационной работы формирует опыт конкретной профессиональной деятельности и позволяет понять степень заинтересованности в её освоении. Одним из инновационных способов практикоорентированной профориентации являются профессиональные пробы.

Профессиональные пробы — это современная технология сопровождения профессионального выбора школьников, соответствующая трём базовым принципам инновационной профориентации: непрерывность, социальное партнёрство и практикоориентированность [16].

Профессиональные пробы основываются на модели «работодатели, колледжи и вузы — для школьников». Комплекс проб различной направленности объединяется в сетевой цикл, позволяющий школьнику за время обучения в 8–11 классах пройти до пятнадцати различных проб, выбирая их из обширного набора курсов. Содержание набора профпроб, реализуемых в каждой конкретной территории РФ, соответствует перечню профессий, наиболее востребованных и перспективных для этой территории.

Самарский регион успешно выстраивает опережающие системы профориентационной работы с обучающимися на основе профессиональных проб. В Тольяттинском государственном университете реализуется более двадцати программ по наиболее востребованным в регионе профессиям.

На базе Центра компетенций по инновационным технологиям дополненной и виртуальной реальности Института дополнительного образования ТГУ для молодежи города организуются разноплановые профориентационные мероприятия по технологии виртуальной реальности и профессиям, связанным с виртуальностью — мастер-классы, экскурсии, мини-курсы, хакатоны, летние школы, олимпиады. Знакомство с современными инструментами цифровой экономики, одним из которых является виртуальная реальность, помогает учащимся сориентироваться в мире новых профессий и перспективных практик, осуществить осознанный выбор специальности, подкрепленный практическим опытом освоения профессии.

В пособии представлен опыт Тольяттинского государственного университета в организации профессиональных проб для учащихся по направлению «Виртуальная реальность» в рамках курса «Архитектор виртуальности». Курс позволяет учащимся получить представление о значимости технологии виртуальной реальности в современном мире, раскрывает особенности новых профессий в данной области, знакомит с особенностями профессиональной деятельности в этом направлении.

В главах 1—2 содержится теоретический материал о профессии архитектор виртуальности, технологиях и инструментах виртуальной реальности. В главе 3 представлен практикум по созданию WebVR-мира средствами облачного ресурса vizor.io. В приложении размещен пример программы курса предпрофильной подготовки обучающихся 9 классов «Архитектор виртуальности».

Пособие будет интересно широкому кругу читателей — учащимся, педагогам, родителям.

Глава 1. Новая профессия: архитектор виртуальности

Эта профессия (архитектор виртуальных миров) сравнима с гейм-дизайнером, только на порядок сложнее. Здесь важно не просто сделать игру — тут идет создание мира, в который можно погрузиться, задействовать все органы чувств, включая вестибулярный аппарат, если мы используем подвижные платформы, запахи и 5D-эффекты. Например, когда вы попадаете в скалистое ущелье, слышите шум ветра, то включаются определенные визуальные спецэффекты, начинает работать вентилятор — вы чувствуете, что дует ветер.

Владимир Деген о профессии архитектора VR

В атласе новых профессий Сколково atlas100.ru собрано более ста профессий, которые появятся на рынке труда в ближайшем будущем или уже востребованы в современном мире. Атлас новых профессий — это альманах перспективных отраслей и профессий на ближайшие 20 лет. Он позволяет понять, какие отрасли будут активно развиваться, какие в них будут рождаться новые технологии, продукты, практики управления и какие новые специалисты потребуются работодателям.

Одной из таких новых, но уже востребованных профессий, является профессия архитектор виртуальности — «специалист по проектированию решений, позволяющих работать, учиться и отдыхать в виртуальной реальности. Разрабатывает софт и оборудование, с учетом био- и психопараметров пользователя, в том числе под индивидуальный заказ» (по определению Атласа).

Портрет профессии

Архитектор виртуальности разрабатывает программное обеспечение и оборудование с учетом био- и психопараметров пользователя, позволяющее учиться, работать, отдыхать в виртуальной реальности. Задачей архитектора виртуальности является создание виртуального мира из эпизодических приложений отдельных информационных систем.

Виртуальная среда становится для человека такой же естественной, как физическое пространство городов, помещений, природы. В виртуальной среде человек отдыхает, посещает достопримечательности, музеи, восстанавливает силы или проходит обучение. Каждый пользователь выбирает необходимые компоненты виртуальной среды из коллекций и настраивает их под себя. Виртуальная среда может автоматически настраиваться под психофизиологическое состояние человека или под его предпочтения и задачи, создавая не просто образ пространства или помещения, а целостную сеть виртуальных сред, которая в итоге воспринимается как единая система — виртуальный мир.

Профессия архитектор виртуальности находится на стыке различных областей знаний: дизайна и архитектуры среды, психологии, нейропсихологии и психофизиологии, программирования и математического моделирования, искусственного интеллекта. Специалисты должны иметь творческое начало, знать запросы клиентов и ориентироваться в тенденциях рынка, а также отлично разбираться в анатомии, психологии, социологии [1].

Профессия архитектора виртуальности относится к профессиям исключительно умственного (творческого или интеллектуального труда). В процессе работы важна деятельность сенсорных систем, внимания, памяти, активизация мышления и эмоциональной сферы. Архитекторы виртуальности отличаются эрудированностью, любознательностью, рациональностью, аналитическим складом ума.

Эта профессия появилась недавно и в официальный перечень профессий ещё не внесена. Но востребованность таких специалистов становится всё более актуальной. Познакомимся с особенностями труда, требованиями к специалисту, возможностями карьерного роста и зарплатой архитектора виртуальности, то есть составим портрет профессии.

Заработная плата: от 60 тыс. рублей (по данным сайта vuzopedia.ru)

Карьерный рост: директор VR-компании.

Условия труда в профессии: работа в комфортном помещении, фриланс.

Ограничения по здоровью: характер работы связан с малоподвижным образом жизни и напряжением зрения, что может привести к проблемам со здоровьем: боли в спине, суставах рук, сухость в глазах, потеря зрения, головные боли.

Работодатели: компании по созданию игр, киностудии, промышленные компании, военная отрасль. Например, российская студия «Chingis» http://www.chingis.net, занимающаяся разработкой проектов виртуальной реальности, компания ARena Space, разрабатывающая минипарки развлечений виртуальной реальности https://arenaspace.ru.

Необходимые способности:

— навыки аналитика, психолога, технического писателя, игрока;

— дополнительные навыки: рисование, 3D-моделирование, базовое знание математики, физики программирования;

— понимание бизнес-элементов разработки (менеджмента);

— базовое знание технической части разработки.

Необходимые качества, свойства личности:

— богатое воображение и безграничная фантазия;

— способность к визуализации;

— психологическое образование со знанием тонкостей человеческой психики и психологии;

— ориентированность на результат;

— ответственность и самостоятельность.

Гуру в профессии: Владимир Деген — лектор по архитектуре VR; CEO & Founder студии «Chingis», VR-евангелист, более 10 лет опыта разработки компьютерных игр (Heroes of Might and Magic 5, W.E.L.L. Online, Vizerra).

Где можно получить профессию.

— Программа бакалавриата «Технологии дополненной и виртуальной реальности в печатной продукции» в Московском политехническом университете.

— Программа бакалавриата «Программное обеспечение игровой компьютерной индустрии» в Московском политехническом университете.

— Курс «Мультимедийные коммуникации» от школы Scream School http://screamschool.ru/courses/multimedia-communications

— Курс по виртуальной реальности от RealTime School https://www.realtime.ru/programmes

— Курс разработчика виртуальной реальности на Udacity https://www.udacity.com/course/learn-unreal-vr-foundations--nd117

— Клуб виртуальной реальности virtuality.club

Важнейшими критериями при оценке специалиста как профессионала, является портфолио реализованных проектов, опыт работы, а также его надпрофессиональные навыки.

Необходимые навыки в профессии

Специалист в любой сфере деятельности должен обладать профессиональными и надпрофессиональными навыками.

Профессиональные навыки

Профессиональные навыки — это знания и умения, необходимые человеку для работы на той или иной должности. Для архитектора виртуальности важны такие профессиональные навыки как умение создавать 3D-модели в различных программных средах; знание психологии и физики; навыки визуализации.

В главе 3 представлен учебно-методический материал, позволяющий овладеть начальными профессиональными навыками по созданию виртуального мира средствами веб-конструктора Vizor.

Надпрофессиональные навыки

Надпрофессиональные навыки или гибкие (мягкие) навыки (англ. soft skills) — это личностные качества человека, выходящие за пределы специализированной подготовки (профессии). Эти навыки отвечают за результативное участие в рабочем процессе, высокую производительность и не связаны с конкретной профессией. Они позволяют быть человеку успешным независимо от специфики его деятельности. Для создания большинства товаров и услуг сегодня требуется кооперация профессионалов из разных областей. Такая кооперация возможна лишь на основе развитых надпрофессиональных навыков.

Несмотря на то, что мягкие навыки являются универсальными и необходимыми для специалиста в любой отрасли, в каждой профессии востребованы конкретные навыки, овладение которыми позволяет работнику повысить эффективность работы в своей сфере. Для архитектора виртуальности обязательны следующие надпрофессиональные навыки (по версии атласа новых профессий).

Системное мышление — умение определять сложные системы, видеть ключевые элементы и их взаимосвязи, а также видеть, как система влияет на элемент и как один элемент или его отсутствие влияет на всю систему.

Межотраслевая коммуникация — понимание взаимовлияния технологий, процессов и рыночных ситуаций в различных смежных и несмежных отраслях. Многие продукты производятся на стыке различных отраслей, важно знать и применять понятия из разных областей науки и техники.

Управление проектами и процессами — умение планировать длительный процесс достижения цели, достигать поставленных задачи, формировать команды с оптимальным использованием имеющихся ресурсов. При иерархической модели руководства навык управления проектами обязателен только для менеджеров. При горизонтальной модели, когда руководство распределяется между всеми участниками процесса, навык управления проектами становится необходимым для многих профессионалов.

ИТ-навыки — умения в сфере ИТ — от создания компьютерных программ и программирования роботов до работы с искусственным интеллектом.

Клиентоориетированность — это умение выявлять потребности клиента и эффективно их удовлетворять.

Совокупность профессиональных и надпрофесиональных навыков позволяет специалисту стать конкурентоспособным на рынке труда, а значит надо их развивать и совершенствовать со школьной скамьи.

Вопросы для самоконтроля

1.Чем занимается архитектор виртуальной реальности? Какие его функциональные обязанности?

2. Назовите риски в профессии.

3. Где может работать профессионал?

4. Назовите признанных специалистов в области виртуальной архитектуры, чем они знамениты?

5. Перечислите и охарактеризуйте необходимые способности и свойства личности архитектора виртуальности.

6. Где в вашем регионе можно получить профессию архитектора виртуальности? Найдите информацию в интернете.

7. Сколько зарабатывает архитектор виртуальности? Найдите информацию в интернете.

8. Что такое профессиональные навыки и чем они отличаются от надпрофессилнальных?

9. Почему для архитектора виртуальности важны надпрофессиональные навыки, указанные в пособие? Ответ обоснуйте.

Глава 2. Виртуальный мир и виртуальная реальность

Виртуальный мир — искусственно созданный мир, построенный при помощи языков программирования и/или на основе компьютерных технологий.

Виртуальная реальность (VR, virtual reality) — созданный техническими средствами мир, передаваемый человеку через его ощущения: зрение, слух, обоняние, осязание и другие. Виртуальная реальность конструирует новый искусственный мир.

Виртуальная реальность (виртуальный мир) — это генерируемая с помощью компьютера трехмерная среда, с которой пользователь может взаимодействовать, полностью или частично в неё погружаясь.

Над созданием виртуальных миров работает команда профессионалов — гейм-дизайнеры, программисты, level-дизайнеры, дизайнеры VR и архитекторы виртуальной реальности, придумывающие идею виртуального пространства.

История и перспективы развития VR

Термин «виртуальная реальность» получил распространение в середине 1980-х годов, употребил и популяризировал его Джарон Ланье, американский ученый в области визуализации данных и биометрических технологий, пионер в области технологий виртуальной реальности и их коммерческого продвижения, футуролог, популяризатор, композитор, концептолог, философ, диджерати, включенный энциклопедией Британника в список 300 крупнейших изобретателей в истории человечества. По определению Д. Ланье «виртуальная реальность — это иммерсивная и интерактивная имитация реалистичных и вымышленных сред, то есть некий иллюзорный мир, в который погружается и с которым взаимодействует человек, причем создается этот мир имитационной системой, способной формировать соответственные стимулы в сенсорном поле человека и воспринимать его ответные реакции в моторном поле в реальном времени» [23].

Концепция виртуальной реальности существует с 1838 года со времени представления Чарльзом Уитстоуном его изобретения — стереоскопа. Стереоскоп представлял собой устройство, которое позволяло пользователю просматривать два изображения через отверстия для каждого глаза, которые в совокупности выглядят большими и трехмерными. Стереоскоп стал прототипом VR-очков.

В 1957 году кинематографист Мортон Хейлиг разработал устройство, благодаря которому его называют «отцом виртуальной реальности», ― «Сенсораму». Внешне оно напоминало собой игровой автомат с сиденьем и небольшим экраном. Для своего устройства Хейлиг отснял пять короткометражных фильмов, в которые и «погружался» пользователь, одновременно задействовав зрение, звук, обоняние и осязание.

В 1968 году Иван (Айван) Сазерленд с помощью своего ученика Боба Спроулла создал первый виртуальный шлем — носимый на голове дисплей (HMD). Шлем назывался «домоклов меч», потому что из-за его объема и большого веса подвешивался к потолку.

С 1992 начинают различать термины VR и AR. Льюис Розенберг создал экзоскелет для армии США, позволяющий оператору управлять летательным аппаратом, физически находясь в центре управления полетами.

В 1993 компания SEGA представила на рынок игровую VR-консоль Genesis. Игровой процесс, осуществляемый при помощи Genesis, оказывал негативное влияние на вестибулярный аппарат, из-за чего от серийного выпуска аппарата компания отказалась.

В 2015 компания Oculus выпустила очки виртуальной реальности Oculus Rift CV1, которые стали доступны широкому кругу пользователей виртуальной реальности. С этого момента виртуальная реальность стали рассматривать как самостоятельную отрасль.

Развитие VR сдерживается несовершенством вычислительного оборудования и периферийных устройств. Для работы с VR требуется мощный компьютер и дополнительная аппаратура — датчики, симуляторы, экраны, звуковоспроизводящие системы и тому подобное. Периферийное оборудование связывается с компьютером при помощи проводов, это лишает пользователя мобильности и не позволяет полностью погрузиться в виртуальный мир.

Разработчики современного оборудования для VR отказываются от проводного соединения, используя, например, VR-костюм. Одним из доступных является костюм белорусских разработчиков Teslasuite https://teslasuit.io. Костюм полностью беспроводной, а для тактильного ощущения используется экзоскелет-перчатка со специальными датчиками обратной связи тактильного ощущения. Например, пользователь может ощутить виртуальные капли дождя, потрогать предмет, подобранный в компьютерной игре.

VR-костюм похож на гидрокостюм, но в него встроены специальные системы для симуляции виртуального мира: система передачи ощущений; система обратной тактильной связи Haptic Feedback System; система захвата движений, позволяющая пользователю отслеживать его положение в пространстве и перемещения по нему; климат-контроль, для регуляции температуры внутри костюма.

Кроме того, в устройство встроены датчики для сбора и анализа биометрических данных. Так, одежда будущего может определить, какие эмоции испытывает человек, находясь в костюме: радость, страх, волнение и другие психические состояния. Эта информация передается разработчикам, которые на ее основе модернизируют устройство и добавляют новые возможности для индивидуальных настроек обмундирования для каждого пользователя.

Для работы костюма необходим интернет пятого поколения 5G и облако для процессинга, это позволит отказаться от периферийных устройств и проводов для подключения к компьютеру. Разработчики Teslasuite планируют запустить производство умной одежды, в которую будут встроены различные датчики (температурные, измеряющие уровень кислорода в крови, влажность и другие датчики, для отслеживания жизненно важных показателей организма), позволяющие следить за здоровьем пациентов в режиме онлайн.

Параллельно с разработкой костюмов разрабатываются хаптик-перчатки, помогающие взаимодействовать с объектами. Хаптик-перчатки, например, перчатки от компании EXOS — Haptic Exoskeleton, состоят из множества сенсоров, работающих по технологии электростимуляции. В перчатках имеются все те системы контроля, которые встроены в костюм.

Кроме разработки костюмов и перчаток для VR перспективными являются разработки для симуляции веса в виртуальной реальности. Для полного погружения в виртуальный мир пользователю необходимо почувствовать объект, потрогать его, ощутить его форму, а также почувствовать его вес. Проводятся исследования, результаты которых позволяют говорить о том, что при помощи электростимуляции можно точно имитировать вес предмета.

Перспективными являются системы, подключающие компьютер напрямую к мозгу человека. Одним из таких технически сложных проектов является проект Илона Маска — Neuralink https://neuralink.com, в котором разрабатываются сверхмощные интерфейсы между компьютером и человеческим мозгом. Интерфейс (взаимодействие между человеком и компьютером) строится на тончайших имплантируемых в мозг человека электродах. Интерфейс использует технологию нейронного кружева — считывание колебаний усредненной активности нейронов по большой площади. Сотни электродов, соединенных с контроллером, читают биоэлектрическую активность мозга и передают её для расшифровки в компьютер. Особую сложность в реализации технологии представляет индивидуальность активности мозга каждого отдельного человека в каждой отдельной ситуации. Для двухсторонней передачи данных планируется использовать «нейросеть над нейросетью» — специальный чип с технологией глубокого обучения в контроллере, который будет регистрировать шаблоны и изменять их в зависимости от состояния мозга пользователя. Это технологии будущего, работа над ними ведется уже несколько лет.

Использование VR в различных сферах деятельности

VR — это технология будущего, которая наряду с 3D-печатью и объемным сканированием возглавит инженерный прогресс. Нарастающая вычислительная мощность устройств и повсеместная цифровая трансформация возвели технологию виртуальной реальности на принципиально новый уровень, где она сможет выйти за пределы индустрии развлечений и охватить широкий спектр новых сфер деятельности человека. На сегодняшний день технологии виртуальной реальности стали источником технологических возможностей и способствуют не только созданию концептуально новых рынков, но и расширению уже имеющихся [19].

Помимо сферы развлечений, технологии виртуальной реальности используются для проектирования, обучения и переподготовки инженеров, архитекторов, дизайнеров, риелторов, ритейлеров. Технологии виртуальной реальности используются в образовании и медицине, на их базе разрабатываются обучающие программы, симуляторы и тренажеры, позволяющие молодым специалистам получать практические навыки в профессии.

Игры и развлечения

На сегодняшний день это самая востребованная область использования VR. Сюда входят игры, кино, виртуальный туризм, посещение различных мероприятий. В VR-играх представляется возможность попробовать себя в роли пилота самолета, управлять танком, играть в шутер от первого лица, решать квесты, выбираться из лабиринтов. Для игры нужны VR-очки и смартфон или VR-шлем и компьютер. Система задействует зрительный канал передачи информации, обеспечивая 360-градусный обзор во время игрового процесса, и вестибулярный аппарат.

Во время проведения концертов и спортивных мероприятий снимают видео 360-градусов при помощи специальных камер. Пользователь, вооружившись VR-шлемом, просматривает запись и ощущает на себе эффект присутствия на трибунах или в концертном зале. В этом случае задействованы органы зрения, слуха, вестибулярный аппарат.

В киноиндустрии популярно видео, отснятое в формате 360-градусов.

В сфере туризма практикуются виртуальные экскурсии по художественным галереям, экспо-центрам, музеям, достопримечательностям городов. Пользователь переносится на локацию и может рассматривать произведения искусства, памятники архитектуры, не меняя своего географического местоположения. Усовершенствованный вариант виртуального туризма — виртуальная реконструкция исторических архитектурных объектов, событий из прошлого. Для «погружения» применяются очки, шлемы и комнаты.

Образование и обучение

В обучении VR используется для моделирования среды тренировок, где необходима предварительная подготовка: например, управление самолетом, прыжки с парашютом или медицинские операции. VR-аппараты используют в качестве симуляторов полетов, вождения и управления плавсредствами в гражданских и армейских целях. Ощущения и ситуации, максимально приближенные к реальности, учат будущих спасателей, пилотов, механиков-водителей и матросов справляться с форс-мажорными ситуациями.

Наука и медицина

Технологии виртуальной реальности помогают ученым в исследованиях макро- и микромиров. Например, можно ускорить исследование молекулярного и атомного мира, оперируя частицами как кубиками. Кроме помощи в обучении хирургов, технология VR оказывается полезной и на самих операциях: врач, используя специальное оборудование, может управлять движениями робота, получая при этом возможность качественнее и оперативное контролировать процесс вмешательства.

Промышленный дизайн и архитектура

Постройка дорогостоящих моделей и прототипов машин, самолетов или зданий заменяется виртуальной моделью, позволяющей не только исследовать проект изнутри, но и проводить тестирование его технических характеристик.

Машиностроение

Технологии виртуальной реальности присутствуют и в автомобильной индустрии. Автомобильные компании используют VR на этапе разработки автомобиля. Например, компания Ford использует VR-проекты на стадии проектирования автомобилей. В дизайн-центре Ford, расположенном в Кельне (Германия), есть специально оборудованная студия, в которой инженеры-проектировщики могут полноценно оценить автомобиль без наличия физического прототипа. Это позволяет быстрее и эффективнее работать над внешним обликом автомобиля, а также более детально прорабатывать тонкие линии и элементы отделки. Работая в этой студии, дизайнеры Ford смогли наилучшим образом спроектировать расположение приборной панели, кресел и механизмов управления в новой модели Ford Fiesta. [4]

Помимо проектирования, многие автомобильные компании используют VR-технологии для знакомства потребителей с техническими характеристиками автомобиля. Примеры использования VR в проектировании и продаже автомобилей на сайте http://synapse.company/cases/auto.

Маркетинг

В маркетинге VR-кейсы используют для поддержки выхода на рынок новых продуктов или услуг. Например, автомобильная компания Volvo провела виртуальный тест-драйв чтобы собрать предзаказы на люксовый автомобиль Volvo XC 90. Для этого было создано VR-приложение и брендированные VR-очки на базе Google Cardboard. Компания Merrell для рекламы новой модели спортивной обуви разработала VR-приложение и поставила в одном из торговых центров интерактивную сцену, где целевая аудитория бренда смогла испытать и оценить товар в «полевых условиях» ещё до покупки. [9]

Компания «Кайрос», крупный ритейлер керамической плитки, использует VR-приложение для демонстрации покупателям будущего интерьера ванной комнаты, используя очки виртуальной реальности Samsung Gear VR. Аналогичные приложения имеют крупные магазины Hoff, Икея. [9]

Виртуальная реальность предоставляет компаниям новые возможности по разработке и продвижению товаров и услуг. Однако, для полного погружения пользователя в виртуальный мир необходимо иметь качественный контент и высокачественное оборудование.

Свойства и виды VR

Виртуальная реальность погружает пользователя в виртуальный мир и даёт ему эффект полного присутствия в этом мире. При создании проектов виртуальной реальности нужно ориентироваться на определённые свойства.

Правдоподобность

Правдоподобность — возможность поддерживать у пользователя ощущение реальности происходящего. Сгенерированный виртуальный мир создает у пользователей ощущение реальности, а фантастические конструкции выглядят как реальные объекты для органов чувств человека.

Интерактивность

Интерактивность — взаимодействие пользователя с виртуальной средой. Созданная имитация реальности предлагает возможность включения пользователя в происходящие события и влияния на их исход. Естественное взаимодействия с виртуальной средой имеет решающее значение для погружения в виртуальную реальность. Если виртуальная среда естественным образом реагирует на действия пользователя, то пользователь испытывает полное погружение в среду. Если виртуальная среда не может реагировать достаточно быстро на действия пользователя, то человеческий мозг быстро заметит задержку по времени и ощущение погружения уменьшится. Реакция виртуальной среды на взаимодействие в первую очередь заключается в смене картинки при изменении положения головы.

Машинная генерация

Машинная генерация — использование высокопроизводительного аппаратного обеспечения. Виртуальная реальность в полной мере основана на мощностях аппаратуры и технических устройств, без которых создать и посетить виртуальный мир в полной мере не получится. Только мощные вычислительные машины, способные оперативно обрабатывать трехмерную компьютерную графику, могут создавать правдоподобные, интерактивные миры, погружающие пользователя в VR.

Доступность для изучения

Доступность для изучения — возможность исследовать виртуальный мир с высоким уровнем детализации. Созданные с высоким уровнем детализации виртуальные миры можно изучить в подробностях. Мир виртуальной реальности должен быть достаточно большим и подробным, чтобы его можно было изучить.

Эффект присутствия

Эффект присутствия — вовлечение в процесс как мозга, так и тела пользователя. Посещение искусственного мира сопровождается вовлечением в процесс максимально возможного числа органов чувств и участков мозга. Эффект присутствия реализуется через погружение в виртуальную реальность.

Погружение в виртуальную реальность — это ощущение физического присутствия в не физическом мире.

Состояние полного погружения испытывается тогда, когда активируется достаточное количество органов чувств, чтобы создать ощущение присутствия в нефизическом мире. Существует два типа погружения:

психическое погружение — психическое состояние вовлеченности с приостановлением неверия, которое пользователь испытывает в виртуальной среде;

физическое погружение — проявление физической активности в виртуальной среде с приостановкой неверия в виртуальную среду.

Наличие в виртуальном мире всех перечисленных свойств позволяет создать высокачественную виртуальную реальность с эффектом полного в неё погружения. Полное погружение означает, что сенсорный опыт ощущается настолько реальным, что пользователь забывает об искусственности среды и начинаем взаимодействовать с ней как с реальной.

Виды VR

Виртуальная реальность, являясь симуляцией реальности, использует технические возможности для детального воспроизведения окружения пользователя. Для компьютерного воспроизведения ситуации используются все органы чувств: зрение, слух, осязание и так далее. При этом виртуальная реальность воспроизводит не только воздействие, но и реакцию на него. То есть виртуальная реальность — это определённый мир, созданный на основе сценария, при помощи технических средств и имеющий возможность передавать пользователю информацию посредством ощущений.

Исходя их возможностей технических средств, обеспечивающих полноту восприятия виртуального мира, выделяют несколько видов виртуальной реальности, регламентирующих степень погружения пользователя в виртуальный мир.

VR с эффектом полного погружения (Fully Immersive)

При полном погружении (погружение — иммерсивность, immersive) пользователь не ощущает разницы между виртуальным и реальным мирами. Для достижения эффекта полного погружения необходимо наличие следующих факторов:

— правдоподобная симуляция виртуального мира с высокой степенью детализации;

— высокопроизводительный компьютер, способный распознавать действия пользователя и реагировать на них в режиме реального времени;

— специальное оборудование, соединенное с компьютером, которое обеспечивает эффект погружения в процессе исследования среды.

Для полного погружения требуется специальное оборудование в виде головного дисплея (HMD) с двумя экранами и стереозвуком, сенсорные перчатки, датчики движения.

VR с эффектом полу погружения (Semi-Immersive)

Полуиммерсивная технология обеспечивает частичное погружение пользователя в виртуальную среду. Для просмотра полуиммерсивной VR требуются высокопроизводительные графические вычислительные системы, которые в сочетании с большим экраном или несколькими телевизионными проекционными системами, стимулируют визуальные эффекты пользователя. Полуиммерсивные симуляции применяют в симуляторах транспортных средств, например, для подготовки пилотов, водителей.

VR без погружения (Non-Immersive)

Неиммерсивные симуляции — это симуляции с качественным изображением, звуком и контроллерами (джойстиками). Например, археологические 3D-реконструкции древних поселений или модели зданий, которые архитекторы создают для демонстрации своей работы. Очень реалистичный симулятор полета на домашнем компьютере может считаться неиммерсивной виртуальной реальностью, особенно если используется широкий экран, объемный звук, джойстик и другие элементы управления.

VR с совместной инфраструктурой

Представляет собой трехмерный виртуальный мир для общения и развлечений без эффекта погружения. Наиболее популярные виртуальные миры Second Life, Minecraft и Altvr.com. Эти миры обладают четырьмя свойствам VR (правдоподобность, интерактивность, машинная генерация и исследуемость), но не соответствуют пятому: они не обладают эффектом полного погружения, хотя у Minecraft существует версия для виртуальной реальности, поддерживающая шлемы Oculus Rift и Gear VR. Однако, такие миры с совместной инфраструктурой имеют отличительную особенность, которую пока не обеспечивает ни одна современная виртуальная реальность — это сотрудничество и возможность поделиться опытом в виртуальном мире с другими людьми, часто в реальном времени. Сотрудничество и обмен станут отличительными особенностями VR в будущем.

Виртуальные миры используются не только в игровой индустрии. Благодаря платформам 3D Immersive Collaboration, Open Cobalt, Vacademia.com можно организовывать совместную работу с эффектом присутствия в рабочих и учебных 3D-пространствах.

VR на базе интернет-технологий

VRML (Virtual Reality Markup Language, язык моделирования виртуальной реальности) — это язык для описания трехмерных (3D) последовательностей изображений и возможных взаимодействий пользователя с ними. Используя VRML можно встроить последовательность визуальных изображений в веб-настройки, то есть создать виртуальный мир в интернете. Например, можно просматривать комнату и использовать элементы управления для перемещения внутри комнаты, как если бы пользователь проходил через нее в реальном пространстве. Приемником VRML является международный стандарт X3D http://www.web3d.org.

Данная технология является перспективной и поддерживается Facebook, с её помощью любой пользователь может создавать виртуальную реальность без профессиональных знаний в области программирования. Пользователи получают новые способы поиска и публикации информации, обмена мыслями, идеями и опытом с друзьями через социальные сети.

Каждый из рассмотренных видов VR находит свое применение. Развитие технологий и совершенствование вычислительных устройств будет способствовать появлению новых видов виртуальной реальности, а значит и новых ощущений от погружения в неё.

Проблемы и риски виртуальной реальности

Виртуальная реальность является стремительно развивающейся отраслью экономики с огромными доходами, однако сама технология еще не является массовой. В развитии технологии виртуальной реальности существуют проблемы, которые можно разделить на технологические (связанные с несовершенностью промышленных и информационных технологий); экономические (недоступность оборудования для массового пользователя); правовые (хищение персональных данных и кибербезопасность); программно-методические (отсутствие разнообразия контента и приложений для VR). Кроме того, виртуальная реальность несёт риски для здоровья пользователя.

Технологические проблемы

В настоящее время не существует аппаратных систем, имитирующих полное погружение в виртуальный мир. Это связано с несовершенностью современных промышленных и информационных технологий. Все предлагаемые производителями системы для виртуальной реальности являются системами частичного погружения. [15]

Невозможность полного погружения обусловлено рядом технологических причин. Прежде всего, для полного погружения в виртуальную реальность необходимы шесть аппаратных составляющих, стимулирующих все органы чувств человека: зрение, слух, вкус, обоняние, тактильные ощущения и положение человека в пространстве. Сегодня только две из шести составляющих (зрение и слух) реализованы в полной мере.

Наиболее сложной технологией для реализации в виртуальном мире является передача тактильных ощущений (тактильная связь — haptic) или обратная тактильная связь (haptic feedback)). В современных средствах VR тактильные ощущения реализуются в разных вариантах:

— силовая обратная связь — позволяет почувствовать давление на руки или на тело. Например, в автосимуляторах с использованием руля чувствуется обратная тактильная отдача от него;

— вибротактильный фидбек — информирует о наступлении события, получения сообщения или звонка. Например, вибрация смартфона;

— ультразвуковая обратная связь — позволяет при помощи генерации звуков высокой частоты почувствовать форму и текстуру объекта;

— термальная обратная связь — позволяет в виртуальной реальности почувствовать холод, тепло, переход от тепла к холоду и наоборот;

— электростимуляция — имитация прикосновения к разным частям тела при помощи электрических импульсов, работающих на разной частоте, амплитуде и силе тока. Можно настроить индивидуальный электрический сигнал под каждое ощущение и чувствовать прикосновение, попадание мяча в какую-либо часть тела или капли дождя.

Также проблемой является организация бесконтактного взаимодействия пользователя с виртуальным миром. Использование громоздких и неудобных гарнитур для виртуальной реальности, наличие проводов, соединяющих компьютер и периферийные устройства VR: датчики движения, шлем, перчатки и прочее — мешают полному погружению в виртуальную реальность.

Существуют трудности и в имитации ходьбы в виртуальном мире. В настоящее время используют физическую и виртуальную имитацию движения. Например, в HTC Vive используется технология телепортации, позволяющая с помощью контроллера перемещаться по виртуальной среде. При помощи физических устройств, таких как платформы Rovr, Virtuix Omni, Cyberith Virtualizer HT, специальная обувь, например, Cybershoes, беговые дорожки (Tread Meal) различных производителей, имитируется физическая ходьба пользователя по виртуальному миру. [14]

Исследования в сфере имитации органов чувств, разработка новых материалов и технологий, совершенствование дизайна и мобильности без ущерба техническим характеристикам устройств, позволят создавать новые аппаратные средства для полного погружения вVR.

Экономические проблемы

Высокая стоимость устройств для погружения в виртуальный мир не позволяет сделать массовой виртуальную реальность. Для полного погружения в реальность нужны дорогостоящие высоко-производимые носимые устройства, а доступные по цене мобильные устройства и разновидности шлемов не позволяют погрузиться в высококачественный VR-контент. Такая же ситуация складывается в области специализированного программного обеспечения для VR. Специально разрабатываемые заказные решения стоят дорого, особенно если они разрабатываются для узкоспециализированных областей и должны учитывать ряд отраслевых особенностей. [7]

Программно-методические проблемы

В связи с нехваткой специалистов в области разработки VR, а также зависимостью технологии от производительной мощности вычислительной техники и периферийного оборудования, отмечается нехватка качественного контента для виртуальной реальности. Непрофессионализм разработчиков VR проявляется в виде ошибок с точки зрения научной точности при переносе реальных объектов и явлений в виртуальный мир; плохая проработка мира, выражающаяся в отсутствии целостности, некорректного пространственного соотношения между элементами. Зависимость от производительности оборудования выражается в недостатках отображения графики и видео, симуляции органов чувств, плохой оптимизации контента и низкой производительности системы в целом.

Правовые проблемы

Нормативно-правовые проблемы возникают из-за особенностей работы программно-аппаратных средств VR, отслеживающих местоположение пользователя, его движения, привычки, социум. Наибольшая угроза в VR представляется для конфиденциальности данных и кибербезопасности отдельных пользователей и целых компаний. Так, виртуальная кража виртуального имущества в виртуальном мире не наносит прямого материального ущерба пользователю, но подрывает доверие потребителей к используемому ресурсу или приложению.

Кража персональных и регистрационных данных позволяет преступникам получить не только имена пользователей и их пароли, но и завладеть самой личностью пользователя -генерация гиперреалистичного аватара после сканирования его собственного тела. Обладая биометрическими параметрами, преступники могут выдавать себя за реального человека. Мошенники могут украсть аватары и другие данные, чтобы спекулировать ими или шантажировать пользователя. Изменение реальности кибер-преступниками позволяет им манипулировать виртуальной реальностью. Для этого достаточно модифицировать код приложения VR.

Негативное психическое воздействие на человека через виртуальную реальность также становится реальным. Например, взломав приложение виртуальной реальности, кибер-преступники могут применить психическое воздействие вплоть до зомбирования или серьезного нарушения психики с помощью различных техник — 25-й кадр, инфранизкие или ультравысокие частоты акустических волн, определенное сочетание цветов с требуемой частотой мерцания, гипноз и тому подобное. [4]

Также не решен и вопрос информационной безопасности. Сами по себе устройства виртуальной реальности не обладают механизмом защиты персональных и конфиденциальных данных, поэтому инструменты обеспечения кибербезопасности необходимо приобретать дополнительно. Вредоносные программы могут негативно влиять на гарнитуры для виртуальной реальности. Например, кейлоггер (программное обеспечение или аппаратное устройство, регистрирующее различные действия пользователя — нажатия клавиш на клавиатуре компьютера, движения и нажатия клавиш мыши) отслеживает активность пользователя и собирает данные о нем для корыстных целей; шифровальщик, который блокирует доступ к определенному виртуальному миру до тех пор, пока пользователь не заплатит выкуп за восстановление доступа к нему.

Существует множество потенциальных рисков для пользователей виртуальных миров, с которыми еще предстоит столкнуться в будущем и для решения которых потребуется профессиональная помощь экспертов по информационной безопасности.

Кроме того, существуют концептуальные и философские последствия, связанные с использованием виртуальной реальности. Mychilo S. Cline считает, что с помощью технологий виртуальной реальности будут разработаны методы, влияющие на поведение человека, межличностное общение и познание. [22]

Риски для здоровья человека

Погружение в виртуальную реальность чревато последствиями для физического и психического здоровья человека. Технологии виртуальной реальности являются мощными средствами психологического воздействия на людей. В информационном обществе они получат широкое применение в самых различных сферах социальной практики — от научных исследований до прогнозирования состояния финансовых рынков. Однако, как и любое сильное средство, эти технологии таят в себе серьезную опасность для физического и психического здоровья людей. Поэтому их развитие и практическое использование должно стать предметом особого внимания как со стороны психологов, так и со стороны властных структур общества, которые обязаны принять превентивные меры по отношению к этой новой и еще практически не изученной психологической опасности.

Проблемы для физического здоровья

Физические проблемы со здоровьем, полученные в результате взаимодействия с виртуальной средой, являются самыми безобидными.

Зрение

VR-гарнитуры могут вызывать утомление глаз из-за сниженной частоты мигания при просмотре экранов. Современные VR-гарнитуры несут угрозу для глаз наравне с монитором компьютера или смартфона. Однако, при соблюдении стандартных правил гигиены работы за монитором: после каждого часа нахождения перед экраном давать глазам 15-ти минутный отдых; моргать каждые 2—5 минут и прочее — можно нейтрализовать данный риск.

В будущем гарнитуры будут использовать новые технологии, например, Magic Leap, когда изображение будет передаваться сразу на сетчатку. В таком случае нагрузки на глаза не будет, а виртуальный предмет будет выглядеть очень реалистично.

Судороги

Физически здоровые пользователи могут испытывать судороги или обмороки при использовании гарнитур виртуальной реальности. Поскольку эти симптомы чаще встречаются у людей в возрасте до 20 лет, то детям не рекомендуется использовать гарнитуру VR.

Травмы

Из-за несовершенства устройств виртуальной реальности могут быть проблемы при физическом взаимодействии пользователя с окружающей средой. При ношении гарнитур виртуальной реальности люди теряют понимание окружения реального мира и могут пораниться, споткнувшись или столкнувшись с объектами реального мира. [24] Решением данной проблемы занимаются как производители VR-оборудования, так и страховые компании. Производители HTC Vive или Oculus Rift применяют системы защиты пользователя, которые предупреждают о наличии препятствий в реальном мире. Но, полной уверенности в обеспечении безопасности, такие системы не дают, поэтому желательно, чтобы во время VR-сеанса рядом с пользователем находился другой человек.

Компания «АльфаСтрахование» предлагает специальные полисы для страхования от несчастного случая любителям виртуальной реальности. Клиенты, получившие травму во время использования 3D-очков, шлемов и иной гарнитуры смогут получить выплату от компании «АльфаСтрахование» согласно заявленной в полисе страховой сумме https://www.alfastrah.ru/news/6880696/

Киберстоличность

Многие люди, погружаясь в VR, чувствуют симптомы укачивания или морскую болезнь, которая получила название болезнь виртуальной реальности (Virtual reality sickness) или киберстоличность (cybersickness). Наиболее распространенными её симптомами являются общий дискомфорт, головная боль, тошнота, бледность, потливость, усталость, сонливость, дезориентация и апатия. Болезнь проявляется тогда, когда вестибулярная система — внутренняя система балансировки тела — не испытывает движения, которое она ожидает от визуального ввода информации поступающей от глаз. Или, другими словами, когда чувство баланса и равновесия, за которое отвечает внутреннее ухо (вестибулярный аппарат), нарушается из-за движения, например, из-за волнения на море или из-за движения в виртуальном мире.

Производители оборудования для VR работают над этой проблемой и решают вопросы, вызывающие болезнь, разработкой гарнитур, которые будут охватывать все органы чувств и создавать виртуальный мир, который будет неотличим от реального. Таким образом удастся обмануть мозг человека, и пользователи перестанут испытывать дискомфорт от виртуальной реальности.

Риски для психического здоровья

Психическое здоровье — это состояние благополучия, при котором человек способен реализовать свой собственный потенциал, справляться с обычными жизненными стрессами. Продуктивно и плодотворно работать, а также вносить вклад в жизнь своего сообщества.

Технология виртуальной реальности ещё нова и находится в стадии постоянного развития, в связи с чем нет всеобъемлющих и длительных исследований о её влиянии на психику человеку. Тем не менее, уже имеются печатные работы зарубежных и российских ученых о виртуальной терапии — лечении болезней при помощи VR. Особая эффективность отмечается при лечении страхов, тревог, фобий: полеты на самолете, страх высоты, закрытых пространств, насекомых; социальных фобий. [5,17]

Также проводятся исследования об отрицательном воздействии VR на психическое здоровье пользователя. Считается, что погружение в виртуальность может приводить к эскапизму и изменению психики.

Эскапизм

Эскапизм (от английского глагола escape — убегать, спасаться) — личностная особенность человека, проявляющаяся в стремлении избегать решения реальных проблем и принятия ответственности с помощью ухода от действительности в мир иллюзий, фантазий. Виртуальная реальность изменяет сознание человека, вызывает его деперсонализацию, то есть человек не может понять кто он, какую роль он играет и как к нему относятся люди. Также пользователь прячется от одиночества, от нереализованных талантов в реальной жизни. Ученые считают VR заменителем алкоголя и видеоигр. [8]

Изменение психики

Под воздействием VR происходит изменение психики пользователя, о чем свидетельствуют отдельные эксперименты на данную тему. Воздействие может оказывать как отрицательное воздействие на психику человека, так и обладать лечебным эффектом. Например, с помощью VR эффективно лечат психические расстройства, такие как неврозы и фобии. Пока нет официальных данных об опасности долгого нахождения человека в виртуальном мире.

Рекомендации по сохранению здоровья

Для сохранения здоровья при работе с VR необходимо придерживаться универсальных рекомендаций:

— не рекомендуется работать с виртуальной реальностью беременным женщинам, пожилым людям и лицам, страдающим сердечно-сосудистыми заболеваниями, эпилепсией и другими тяжёлыми психическими заболеваниями, а также нарушениями зрения.

— не стоит погружаться в виртуальную с использованием шлемов детям до 13 лет, либо использовать их под контролем взрослых.

— длительное использование VR не рекомендуется всем пользователям, вне зависимости от пола и возраста, так как это может негативно сказаться на зрительно-моторной координации, равновесии и способности к многозадачности.

Аппаратные средства для погружения в виртуальную реальность

Виртуальная реальность в полной мере создается оборудованием. Без специальных технических устройств ни создание, ни использование виртуальных сред невозможно. Для погружения в виртуальную реальность нужно специальное оборудование, которое влияет на органы чувств пользователя и воспроизводит ответную реакцию на его действия.

В системе виртуальной реальности задействованы различные компоненты, рассмотрим три ключевых.

ПК (персональный компьютер) /игровая консоль/смартфон обеспечивают значительную вычислительную мощность, которая требуется для воспроизведения интерактивных трехмерных сред (виртуального мира).

Головной дисплей (HMD) — это устройство, которое содержит дисплей, установленный перед глазами пользователя. Дисплей отображает содержимое виртуальной реальности. В некоторых дисплеях используются дисплеи смартфонов, например, в Google Cardboard и Samsung Gear VR.

Устройства ввода дают пользователям ощущение погружения, то есть, убеждают человеческий мозг принять искусственную среду как реальную. Они предоставляют пользователям более естественный способ навигации и взаимодействия в среде виртуальной реальности.

Персональный компьютер, смартфон

Погружение в виртуальную реальность требует значительных вычислительных возможностей всех систем: процессоров, графической карты, запоминающих устройств.

Например, VR-шлем HTC Vive воспроизводит картинку в разрешении 2160х1200 с частотой смены кадров 90 FPS. Для комфортного погружения в VR с помощью устройства от HTС понадобится в среднем в 3 раза больше вычислительных ресурсов, чем при игре на стандартном Full HD мониторе (1920х1080) с частотой кадров 30 FPS. Если частота смены кадров будет ниже 90 FPS, изображение начнет дрожать, воспроизводиться с задержками, вызывая переутомление глаз и дискомфортные ощущения. [3]