Zanurzeniowa rzeczywistość wirtualna

Technika zanurzeniowa VR charakteryzuje się niemal całkowitym odizolowaniem zmysłów człowieka od wrażeń pochodzących z rzeczywistego świata. W zamian za to prezentowany jest mu obraz oraz dźwięk przygotowany przez komputer, będący odzwierciedleniem symulowanego środowiska. Dzięki swoim cechom, technika zanurzeniowa VR umożliwia najwyższy spośród dostępnych rozwiązań stopień realności symulowanego świata (fot. 1. - w prawym dolnym rogu przedstawiony jest obraz wyświetlany w info-hełmie, widoczne są na nim awatary dłoni, które odzwierciedlają położenie, orientację w przestrzeni oraz stopień zgięcia palców osoby biorącej udział w szkoleniu).

Do prezentacji obrazu służy umieszczone na głowie osoby szkolonej urządzenie zwane info-hełmem (HMD - Head Mounted Display). Składa się ono z dwóch wyświetlaczy znajdujących się przed oczami obserwatora oraz słuchawek. Zapewnia to możliwość przestrzennego widzenia generowanego przez komputer trójwymiarowego obrazu i odbioru umieszczonych w wirtualnej przestrzeni dźwięków. Wrażenie „zanurzenia" w wirtualnym świecie uzyskiwane jest dzięki temu, że ekrany info-hełmu znajdują się zawsze przed oczami osoby badanej, niezależnie od ruchów jej głowy. Wyświetlany przez info-hełm obraz musi uwzględniać te ruchy, są więc one rejestrowane przez komputer przy pomocy urządzenia zwanego „systemem śledzenia".

Z kolei interakcję człowieka z wirtualnym środowiskiem zapewniają info-rękawice. Są to urządzenia służące do rejestrowania ruchów palców i położenia dłoni w przestrzeni, dzięki czemu możliwe jest odtworzenie w wirtualnym świecie ruchów takich jak chwytanie, a tym samym podnoszenie i przemieszczanie wirtualnych przedmiotów. Bardziej zaawansowane modele rękawic, oprócz rejestrowania ruchu, umożliwiają także wykorzystanie zmysłu dotyku. Sprzężenie zwrotne pomiędzy wirtualnym światem a człowiekiem jest realizowane za pomocą cięgien przymocowanych do palców. W momencie, gdy użytkownik dotyka wirtualnego przedmiotu, dalszy ruch cięgien jest zatrzymywany, co uniemożliwia zginanie palców i daje wrażenie dotykania rzeczywistego przedmiotu.

Do określenia położenia głowy i rąk osoby szkolonej wymagany jest odpowiedni system śledzenia. Najczęściej stosowane są systemy magnetyczne (na dłoniach i głowie umieszczone są specjalne sensory zbudowane z układu cewek, w których wzbudzany prąd zależny jest od położenia względem anteny) lub optyczne (znaczniki umieszczone na głowie i rękach są obserwowane przez układ szybkich kamer).

Symulatory pojazdów

Początki budowy symulatorów pojazdów są ściśle związane z symulatorami wojskowych samolotów i helikopterów. W miarę, jak technologie wykorzystywane do budowy symulatorów stawały się coraz tańsze i bardziej powszechne, ta metoda szkolenia przenikała do cywilnych zastosowań. Dzisiaj symulatory są na tyle popularne, że stosuje się je nie tylko do szkolenia zawodowych kierowców ciężarówek, autobusów lub specjalistycznych maszyn (wózki widłowe, koparko-ładowarki itp.), ale również szkoli się z ich wykorzystaniem w trakcie kursu na prawo jazdy kategorii B.

Fot. 1. Sposób wykorzystania aparatury umożliwiającej stworzenie stanowiska zanurzeniowej rzeczywistości wirtualnej

Obecnie w symulatorach stosuje się dwie metody wyświetlania obrazu, z wykorzystaniem HMD oraz ekranów, na których wyświetlany jest obraz. W tym drugim przypadku obraz zwykle wyświetlany jest za pomocą jednego bądź kilku projektorów na ekranach umieszczonych przed kokpitem symulatora (rys. 1.). W przeciwieństwie do systemów wykorzystujących HMD obraz symulacji ograniczony jest tylko do przedniej części symulatora.

Rys. 1. Schemat symulatora wykorzystującego trzy ekrany

Do zalet stosowania HMD należy zaliczyć wysokiej jakości obraz stereoskopowy, możliwość rozglądania się dookoła, obraz w (wirtualnych) lusterkach uwzględniający położenie głowy, możliwość zastosowania dużo prostszego (a więc tańszego i zajmującego mniej miejsca) kokpitu symulatora. Najważniejsze wady to ograniczone pole widzenia, brak możliwości uwzględnienia ruchu gałek ocznych oraz konieczność zastosowania systemu śledzenia.

Najczęściej stosowane obecnie rozwiązanie opiera się na wykorzystaniu projektorów. Rozwiązanie takie nie wymaga noszenia przez osobę biorącą udział w symulacji dodatkowego sprzętu (np. HMD, elementy systemu śledzenia) i jest stosunkowo niedrogie - cena najprostszych symulatorów wykorzystujących sprzęt produkowany dla graczy komputerowych (np. kierownice) to kilkanaście tysięcy złotych (należy przy tym pamiętać, że wówczas jakość i realizm symulacji jest bardzo niski - koszt w pełni profesjonalnych symulatorów liczony jest w setkach tysięcy złotych). Podstawowe wady to stosunkowo duży rozmiar i ciężar, obraz symulowanego środowiska ograniczony do rozmiaru ekranu, poważne trudności w uzyskaniu obrazu stereoskopowego, brak możliwości uwzględnienia ruchu głowy w obrazie wyświetlanym w lusterkach. Ponadto przygotowanie pełnego kokpitu (zawierającego wszystkie elementy, np. prędkościomierz, obrotomierz i komputer pokładowy) jest dużo bardziej kosztowne niż w przypadku HMD.

Rozważając korzystanie z symulatora należy uwzględnić doświadczaną przez niektórych ludzi (zwłaszcza tych mających skłonność do choroby lokomocyjnej) tzw. chorobę symulatorową. Jej źródłem jest przede wszystkim to, że obserwujemy ruchomy obraz nie ruszając się z miejsca. Gwałtowna zmiana widzianego obrazu (np. przechylenie, gdy najedziemy jednym kołem na krawężnik) sprzeczna z sygnałami z błędnika może wywołać mdłości nawet u osób, które na co dzień prowadzą samochód i nie mają tego typu dolegliwości. Pewnym rozwiązaniem tego problemu jest umieszczenie kokpitu na ruchomej platformie, która pozwala na symulowanie sił działających na kierowcę podczas jazdy (np. sił bezwładności działających podczas ruszania, hamowania bądź pokonywania zakrętów). Dodatkową korzyścią wynikającą z zastosowania ruchomej platformy jest znaczące zwiększenie realizmu symulacji - niestety rozwiązania takie są bardzo kosztowne i rzadko stosowane.

Warto dodać, że zdecydowana większość osób szybko adaptuje się do wirtualnego środowiska i po kilku sesjach w symulatorze objawy choroby symulatorowej pojawiają się z mniejszym natężeniem.