Kai realybė tampa per maža
Prisimenu, kaip prieš kokius dešimt metų pirmą kartą užsidėjau VR akiniukus draugo namuose. Buvo tai kažkoks pirmykštis prototipas, kuris veikė su telefonu, bet jausmas buvo neįtikėtinas – staiga atsidūriau kažkokiame virtualiam pasaulyje, galėjau apsidairyti aplinkui, ir smegenys tikrai patikėjo, kad esu kitur. Nuo to laiko technologija pasišoko į priekį neįtikėtinai, bet pagrindinis principas išliko tas pats: apgauti mūsų pojūčius taip, kad patikėtume esą kitoje realybėje.
Virtualios realybės akiniai – tai ne kažkokia magija ar mokslinės fantastikos stebuklai. Tai labai protingai sukonstruotas įrenginys, kuris derina optiką, ekranus, jutiklius ir galingus procesorius, kad sukurtų įsitraukimo iliuziją. Ir nors iš šono žmogus su VR akiniais ant galvos atrodo gana juokingai, jo smegenys tuo metu išgyvena visai kitokią patirtį.
Ekranai prieš pat akis – kodėl tai veikia
Pats svarbiausias VR akinių komponentas yra ekranai. Bet ne bet kokie ekranai – čia reikia labai specifinių parametrų. Šiuolaikiniai VR akiniai naudoja OLED arba LCD ekranus, kurie yra nutolę vos kelis centimetrus nuo akių. Ir čia iškyla pirmasis iššūkis: jeigu paprastą telefoną prilaikytumėte taip arti akių, nematytumėte nieko, tik miglotą dėmę.
Štai čia į žaidimą įsijungia specialios lęšiai. Kiekvienas VR akinių ekranas turi prieš save fresnel tipo lęšį (kartais naudojamos ir kitos optikos sistemos), kuris leidžia akims sufokusuoti vaizdą, esantį vos kelių centimetrų atstumu. Šios lęšiai veikia kaip stiprios lupas, tik atvirkščiai – jos leidžia mūsų akims matyti aštų vaizdą iš labai arti.
Dažniausiai VR akiniai turi du atskirus ekranus – po vieną kiekvienai akiai. Kartais tai būna vienas ekranas, padalintas į dvi dalis, bet principas tas pats. Kiekvienai akiai rodomas šiek tiek skirtingas vaizdas, imituojantis tai, kaip mes matome realiame pasaulyje. Jūsų dešinė akis mato pasaulį šiek tiek iš kitos perspektyvos nei kairė, ir smegenys iš šių dviejų vaizdų sukuria erdvinį, trimačio pasaulio suvokimą. VR akiniai tiesiog atkartoja šį natūralų procesą.
Jutikliai, kurie seka kiekvieną judesį
Dabar įsivaizduokite: užsidėjote VR akiniukus ir matote virtualų pasaulį. Bet jeigu pasuksit galvą į šoną, o vaizdas ekrane nepasikeis – iliuzija akimirksniu subyrės. Jūsų smegenys iš karto supras, kad kažkas ne taip, ir greičiausiai pradėsite jausti nemalonų pykinimą. Todėl VR akiniams kritiškai svarbūs jutikliai, kurie seka kiekvieną jūsų galvos judesį.
Šiuolaikiniai VR akiniai turi įmontuotus giroskopu, akselerometrus ir magnetometrus – tuos pačius jutiklius, kuriuos turi jūsų išmanusis telefonas. Giroskopas stebi, kaip greitai ir į kurią pusę sukate galvą. Akselerometras fiksuoja pagreitį – ar judite į priekį, atgal, šoną. Magnetometras veikia kaip kompasas, padedantis nustatyti orientaciją erdvėje.
Bet tai dar ne viskas. Pažangesni VR akiniai naudoja išorinį sekimą (tracking). Tai gali būti išorinės kameros, kurios stebi specialius žymeklius ant akinių, arba – kaip naujesnėse sistemose – kameros, įmontuotos pačiuose akiniuose, kurios seka aplinką (vadinamasis „inside-out tracking”). Meta Quest, pavyzdžiui, turi keturias kameras ant korpuso, kurios nuskaito aplinką ir tiksliai nustato, kur erdvėje yra akiniai.
Visa ši informacija apdorojama dešimtis ar net šimtus kartų per sekundę. Kai pasukate galvą, vaizdas ekrane turi pasikeisti per kelias milisekundes – kitaip jaučiamas vėlavimas, ir smegenys pradeda protestuoti. Geri VR akiniai turi mažiau nei 20 milisekundžių vėlavimą tarp jūsų judesio ir vaizdo pasikeitimo.
Garsas, kuris užbaigia iliuziją
Daugelis žmonių neįvertina, kiek svarbus garsas virtualiai realybei. Galite turėti tobulus ekranus ir idealų sekimą, bet jeigu garsas neveiks kaip reikia, įsitraukimas bus tik pusiau. Mūsų ausys – neįtikėtinai subtilūs instrumentai, galintys nustatyti, iš kurios pusės sklinda garsas, kaip toli jis yra, ar esame uždaroje patalpoje ar lauke.
VR akiniai naudoja erdvinį garsą (spatial audio), kuris imituoja tai, kaip garsai sklinda realiame pasaulyje. Tai pasiekiama naudojant specialius algoritmus, vadinamus HRTF (Head-Related Transfer Function). Šie algoritmai atsižvelgia į tai, kaip mūsų galvos forma, ausų forma ir kiti veiksniai keičia garso bangas, kol jos pasiekia būgnelius.
Kai virtualiam pasaulyje kažkas vyksta už jūsų nugaros ir sudaro garsą, jūs tikrai išgirsite jį iš tos pusės. Jei virtualus sraigtasparnis skrenda virš galvos, garsas atitinkamai judės erdvėje. Kai kurie VR akiniai turi įmontuotas ausines, kiti leidžia naudoti savo. Bet principas visada tas pats – garsas turi atitikti tai, ką matote, ir kur esate virtualiam pasaulyje.
Valdikliai – jūsų rankos virtualiam pasaulyje
Matote virtualų pasaulį, girdite jį, bet kaip su juo sąveikauti? Čia į žaidimą įsijungia valdikliai. Dauguma VR sistemų turi du rankoje laikomus valdiklius – po vieną kiekvienai rankai. Šie valdikliai taip pat turi visą krūvą jutiklių: giroskopu, akselerometrus, kartais net pirštų sekimo jutiklius.
Valdikliai sekimi panašiai kaip ir patys akiniai. Jie žino savo poziciją erdvėje, orientaciją, kaip greitai judite. Kai virtualiam pasaulyje pakeliate ranką, jūsų virtuali ranka pakyla tiksliai taip pat. Kai spaudžiate mygtuką, kad paimtumėte virtualų objektą, jaučiate valdiklyje įmontuoto vibracijos varikliuko atsiliepimą – tai vadinama haptine grįžtamąja reakcija.
Naujausi valdikliai gali sekti net atskirus pirštus. Meta Quest Pro valdikliai, pavyzdžiui, turi jutiklius, kurie stebi, ar jūsų pirštas liečia mygtuką, ar tiesiog yra virš jo. Kai kurios sistemos jau visai atsisako valdiklių ir naudoja rankų sekimą kameromis – matote savo tikras rankas virtualiam pasaulyje ir galite jas naudoti sąveikai.
Procesoriai ir grafika – kas vyksta po kaponiu
Visa ši magija reikalauja neįtikėtino skaičiavimo galios. VR akiniai turi rodyti du aukštos raiškos vaizdus (po vieną kiekvienai akiai), atnaujinti juos bent 90 kartų per sekundę (geriau 120), apdoroti visų jutiklių duomenis, skaičiuoti erdvinį garsą, sekti valdiklius – ir visa tai daryti su minimaliu vėlavimu.
Yra du pagrindiniai VR akinių tipai: prijungti prie kompiuterio (tethered) ir savarankiški (standalone). Prijungti akiniai, kaip HTC Vive ar Valve Index, naudoja jūsų kompiuterio galią – ten yra galingas procesorius ir vaizdo plokštė, kurie atlieka visus sunkius skaičiavimus. Akiniai šiuo atveju yra daugiau kaip labai protingi ekranai su jutikliais.
Savarankiški akiniai, kaip Meta Quest serija, turi visą kompiuterį įmontuotą pačiuose akiniuose. Ten yra mobilūs procesoriai (dažniausiai Qualcomm Snapdragon serijos), kurie turi būti pakankamai galingi, kad potraktų VR, bet kartu ir pakankamai energiškai efektyvūs, kad veiktų nuo baterijos bent porą valandų.
Grafika VR sistemose turi būti optimizuota iki kraštutinumų. Kadangi reikia rodyti du vaizdus aukšta raiška ir aukštu kadrų dažniu, naudojamos įvairios triukų. Pavyzdžiui, foveated rendering – tai technika, kai aukščiausia kokybė rodoma tik ten, kur žiūrite (centre), o periferinė rega rodoma žemesne kokybe. Jūsų akys to nepastebės, nes periferinė rega natūraliai mato prasčiau, bet procesorius sutaupo daug resursų.
Kodėl kai kuriems svaigsta galva
Turbūt girdėjote apie VR ligą (motion sickness). Tai tikra problema, nors ne visiems. Kai kurie žmonės gali valandų valandas būti VR be jokių problemų, kiti pradeda jausti nemalonų pojūtį po kelių minučių. Kodėl taip nutinka?
Problema slypi smegenų ir pojūčių konflikte. Jūsų akys mato, kad judite – pavyzdžiui, virtualiam pasaulyje einate į priekį ar skrendate. Bet jūsų vidinė ausis (vestibulinė sistema), kuri atsakinga už pusiausvyrą ir judesio pojūtį, jaučia, kad stovite vietoje. Šis neatitikimas tarp to, ką mato akys, ir ką jaučia kūnas, sukelia panašų efektą kaip jūrų liga.
Gamintojai kovoja su šia problema keliais būdais. Pirma, didinamas kadrų dažnis ir mažinamas vėlavimas – kuo greičiau vaizdas reaguoja į jūsų judesius, tuo mažiau konfliktų. Antra, žaidimų kūrėjai vengia tam tikrų judesio tipų – pavyzdžiui, dirbtinio judėjimo, kai jūsų personažas juda, bet jūs stovite. Vietoj to naudojamas teleportavimas arba kiti sprendimai.
Dar vienas triukas – vadinamasis „comfort vignette”, kai judant sumažinamas periferiniu matymo laukas (pakraščiai patamsėja). Tai sumažina judesio pojūtį ir padeda smegenims geriau susidoroti su situacija. Ir paprasčiausias patarimas – jei pradėjote jausti nemalonų pojūtį, nusiimkite akiniukus ir padarykite pertrauką. Su laiku dauguma žmonių prisitaiko, ir VR liga tampa mažiau problema.
Kur visa tai veda ir ką galima daryti jau dabar
VR technologija šiandien yra tokiame taške, kur ji tikrai veikia ir yra naudinga ne tik žaidimams. Taip, žaidimai vis dar yra pagrindinė VR panaudojimo sritis – ir tai suprantama, nes įsitraukimas į žaidimą su VR yra visai kito lygio patirtis. Bet jau dabar VR naudojamas mokymams (chirurgai praktikuojasi operacijas, lakūnai – skrydžius), architektūrai (galite vaikščioti po dar nepastatytu pastatu), terapijai (fobijų gydymas kontroliuojamoje aplinkoje), net nuotoliniams susitikimams.
Jei svarstote įsigyti VR akiniukus, šiandien rinkoje yra nemažai variantų. Pradedantiesiems puikiai tinka Meta Quest 2 arba 3 – savarankiški akiniai, nereikalaujantys kompiuterio, santykinai prieinamos kainos, didelis žaidimų pasirinkimas. Jei turite galingą žaidimų kompiuterį ir norite geriausios kokybės, galite žiūrėti į Valve Index ar HTC Vive Pro. PlayStation VR2 puikus pasirinkimas, jei turite PS5.
Technologija toliau vystosi. Naujausi akiniai turi vis didesnę raišką (4K ar net 5K vienam akiui), platesnius matymo laukus, geresnį sekimą, lengvesnius korpusus. Ateityje tikimasi akių sekimo standartizacijos (jau dabar kai kurie modeliai turi), dar geresnės haptinės grįžtamosios reakcijos, galbūt net kvapo generatorių. Kai kurios kompanijos dirba prie „mixed reality” – kai virtualūs objektai maišosi su realia aplinka, matoma per akiniukus.
Bet net ir dabar, su šiandien prieinama technologija, VR patirtis yra įspūdinga. Pirmą kartą užsidėjus kokybišką VR sistemą ir išbandžius gerai padarytą žaidimą ar patirtį, sunku neįsivaizduoti, kad ateityje tai taps tokia pat įprasta kaip šiandien televizoriai ar išmanieji telefonai. Galbūt ne rytoj, bet technologija jau yra čia, ji veikia, ir su kiekviena karta tampa vis geresnė, prieinamesnė ir praktiškesnė.