Virtualna i proširena stvarnost

Iako mnogi smatraju da su virtualna i proširena stvarnost tehnologije koje su vrlo slične, prevarili bi se. Virtualna i proširena stvarnost konceptualno su različite tehnologije koje imaju potencijal za ispunjavanje potpuno različitih ciljeva. Virtualna stvarnost potpuna je virtualizacija svijeta oko nas i temelji se na isključivanju iz realnosti koju poznajemo. Proširena stvarnost ili, kako se često naziva, poboljšana stvarnost je spoj realnog i digitalnog svijeta postavljanjem holograma u fizički prostor. Obje tehnologije ostvaruju se korištenjem različitih hardverskih komponenti. Krenimo od jednostavnije, virtualne stvarnosti. 

Virtualna stvarnost

Što je to virtualna stvarnost?

Ideja virtualne stvarnosti je uključiti korisnika u simulaciju virtualnog svijeta isključivanjem iz stvarnog. Kroz godine evolucije i razvoja, ljudi su razvijali svoja osjetila s ciljem preživljavanja. Pod navedenim osjetilima često se spominje 5 osnovnih: vid, sluh, dodir, njuh i okus, iako se u novije vrijeme spominje i puno više njih [1]. Virtualna stvarnost nastoji “prevariti” nekoliko ključnih osjetila ljudi – vid, sluh, dodir. Varanje osjetila vida izvodi se na način da se virtualni svijet korisniku prezentira kroz naočale prilagođene za prikaz određene aplikacije virtualne stvarnosti. Navedene naočale na sebi imaju niz senzora koji pažljivo prilagođavaju prikaz virtualnog svijeta kako bi on naveo korisnika da zaboravi na onaj stvarni.  Paralelno prikazu svijeta, korisniku se pušta digitalni audio sadržaj koji simultano prati događaje u virtualnom svijetu. S obzirom na to da je fizički nemoguće primiti nešto što postoji i vidljivo je isključivo virtualno, uz naočale se često isporučuju različiti kontroleri, rukavice ili cijela odjela. Navedena oprema koristi se kako bi dala povratnu informaciju korisniku kada želi ostvariti fizičku interakciju s objektima u virtualnom svijetu. Varanjem osjetila vida, sluha i dodira korisnik dobiva osjećaj uključenosti u simulaciju što je glavni cilj virtualne stvarnosti. Koliko dobro virtualna stvarnost “prevari” korisnika da je ušao u novu stvarnost, toliko dobrim iskustvom se smatra simulacija virtualne stvarnosti. U idealnoj verziji bilo bi moguće staviti naočale i potpuno se odvojili od fizičke stvarnosti poput popularnog filma iz Hollywood-a pod nazivom Igrač broj 1 [2]. Ako bi se korisnik našao u verziji koja savršeno vara ljudska osjetila, tada korisnik vjerojatno ne bi znao da se nalazi u virtualnoj stvarnosti, dalje u tekstu VR.

Korisnik u virtualnoj stvarnosti, nosi naočale i drži kontrolere.

Kako postići virtualnu stvarnost?

VR simulacija postiže se specijaliziranom opremom. Postoji niz različitih proizvođača opreme, među kojima su najpopularniji Oculus, Sony, HTC i drugi. Tipično kod VR simulacije sve počinje od naočala koje na sebi imaju zaslon. Ovisno o izvedbi i tipu naočala, zaslon je prilagođen za svako oko pojedinačno pa na zaslonu svako oko vidi vlastitu scenu. Važnost prilagodbe scene pojedinačnom oku proizlazi još iz davne 1838. godine kada je engleski znanstvenik i izumitelj Charles Wheatstone otkrio da ljudi stvaraju trodimenzionalnu sliku svijeta na temelju sinteze slike lijevog i desnog oka. Na temelju svoga otkrića napravio je stereoskop koji za svako oko prikazuje prilagođenu sliku i stvara iluziju trodimenzionalnog prostora korištenjem dvodimenzionalnih oblika. [3] Na istom konceptu i danas se temelje virtualne naočale, samo što su umjesto ručno crtanih papira, ispred korisnika zasloni visoke rezolucije optički prilagođeni za prikaz digitalnog sadržaja. Prilagodbom slike pojedinačnom oku korisnik ima osjećaj da se nalazi u 3D virtualnom prostoru te da su objekti oko njega stvarni.

Prikaz posebne slike za lijevo i desno oko kroz VR naočale.

Na naočalama se obično uz zaslon nalazi i niz senzora koji služe za praćenje pozicije glave korisnika u stvarnom 3D prostoru. Ovisno o izvedbi, detekcija pomaka glave može se odvijati pomoću naočala ili pomoću računala na koje su naočale spojene koristeći se vanjskim senzorima. Ukoliko korisnik u fizičkom svijetu pomakne glavu, isti pomak treba se dogoditi i u virtualnom svijetu. Sinkroniziranost pomaka glave i ruku mora biti što veća kako bi uključenost korisnika u simulaciju bila bolja. Iako ovaj korak zvuči jednostavan, u praksi je on izrazito kompleksan. Na prvim modernim verzijama VR naočala vanjski senzori i kamere su pratile kretanje naočala koje su na sebi imale niz infracrvenih LED dioda. U posljednje vrijeme, sve više proizvođača oslanja se na računalni vid i strojno učenje kao metode za interpolaciju kretanja u stvarnom svijetu. Naočale su opremljene nizom kamera koje gledaju vanjski svijet i prate poziciju korisnika u vanjskom prostoru što im daje informaciju o ukupnom gibanju. Ukoliko sinkronizacija pokreta u virtualnom i stvarnom svijetu ne radi na zadovoljavajući način, kod korisnika će se stvoriti osjećaj zatočenosti.

VR naočale i kontroleri tvrtke Oculus, Oculus Rift. Na naočalama i kontrolerima vidljive infracrvene led diode prilagođene za detekciju senzora

Iako se ljudi pretežito oslanjaju na vid kao glavno osjetilo pa se više pažnje posvećuje vizualnoj komponenti, audio komponenta se ne smije izostaviti. Obično su naočale opremljene audio opremom koja aproksimira prostorne zvukove simulacije [4]. Aproksimacija obuhvaća prilagodbu zvuka za pojedinačno uho kako bi se postigao efekt stvaranja zvuka ispred, iza, lijevo ili desno od samoga korisnika uz sinkronizaciju s vizualnim događajima na sceni. 

Kako bi korisnik mogao utjecati na predmete i događaje oko sebe, interakcija je omogućena kroz kontroler. Uobičajeno korisnik ima dva kontrolera koji su prilagođeni svakoj ruci nizom različitih komponenti poput žiroskopa, infracrvene diode i kapacitivnih senzora. Infracrvene diode i žiroskop služe za praćenje kretanja ruku i, kao u slučaju naočala, potrebno je sinkronizirati pokrete ruku u stvarnosti i virtualno. Kapacitivni senzori na kontroleru služe za detekciju prisutnosti prstiju koji se isto tako prenose u simulaciju. Korištenjem senzora za pokret i prste, kontroler korisniku omogućava da izvršava manipulacije nad objektima, što obuhvaća akcije poput otvaranja vrata, bacanja kamenja i slično. 

Prednosti virtualne stvarnosti?

Postizanje virtualne stvarnosti nije jednostavan zadatak, međutim, VR iskustvo dolazi s nizom prednosti koje se mogu iskoristiti u različitim aplikacijama. Često se VR tehnologija spominje u kontekstu igranja računalnih igara. Zabavna industrija samo je jedna od grana gospodarstva u kojoj se VR tehnologija primjenjuje. Trenutno je ova tehnologija popularnija u obrazovanju [5], a primjenjuje se u raznim granama gospodarstva poput: obrazovanja, arhitekture, zdravstva, turizma i mnogim drugima. 

Iako bi se prednosti VR tehnologije mogle generalizirati, one se najbolje vizualiziraju kroz konkretne primjere. Jedna od velikih prednosti je mogućnost prisutnosti na bilo kojem mjestu u svijetu. Već smo se prilagodili na mogućnost video poziva koji omogućuju povezanost i udaljeni rad sa kolegama na zajedničkim projektima i ciljevima. VR podiže rad na projektima na novu razinu jer prisutnost više nije rezervirana na 2D zaslon nego na prostor koji ima 3 dimenzije. Navedeno omogućava prikaz kompleksnih 3D modela poput automobila, nacrta i dijelova te pojednostavljuje rad na istima. Ne samo da imamo mogućnost biti prisutni bilo gdje na svijetu, mi možemo postati i “najmanja” osoba na svijetu te tako ući primjerice u krvne žile čovjeka, njegovo srce ili mozak. Naravno, sve to moguće je iz sigurnosti našega doma bez preuzimanja rizika. Upravo to omogućava nam da jedan dan vozimo putnički avion, automobil ili brod pritom ne stavljajući skupocjenu opremu ili druge ljude u opasnost. Zbog navedenih primjera, VR tehnologija često se koristi u svrhu obrazovanja studenta i zaposlenika kompanija. Jedna od najpoznatijih policijskih postaja na svijetu – New York Police department (NYPD), koristi VR tehnologiju kako bi pripremila svoje zaposlenike na neočekivane situacije na terenu [6].

NYPD koristi VR za edukaciju policajaca za neočekivane situacije na terenu

Nedostaci virtualne stvarnosti

Mogućnosti VR tehnologije su značajne, međutim, ona nije bez nedostataka. Prije svega, za postizanje VR iskustva potrebna je oprema koja nije jeftina. Set za VR koji se uobičajeno sastoji od naočala i kontrolera, vrijedi tri ili više tisuća kuna. Pritom se granica za niže iznose odnosi na to da naočale imaju ugrađeno računalo na kojem se izvršava simulacija. Gornja granica cijene nije definirana zato što VR set, uz opremu poput standardnih kamera, može obuhvaćati opremu poput specijaliziranih traka za hodanje i trčanje u više smjerova. Uz financijski trošak, VR zahtjeva i fizički prostor u kojem je moguće djelomično se kretati za vrijeme korištenja naočala. S obzirom na to da simulacije zahtijevaju interakcije korisnika u smislu pomaka lijevo, desno, naprijed i nazad te interakcije rukama po prostoru oko nas, potrebno je osigurati dovoljno prostora da se korisnik ne ozljedi jer ne vidi vanjski svijet. Prilikom korištenja VR-a, korisnik je često spojen na računalo pomoću relativno teške opremom. Iako je Oculus napravio značajne korake u rješavanju tog problema i dalje ima dosta prostora za napredak.

Budućnost virtualne stvarnosti

Bilo koja nova tehnologija koja dođe na tržište često postane tema medija i šire populacije. Stvara se velika količina uzbuđenja i ideja o mogućnostima nove tehnologije, odnosno hype. VR tehnologija prošla je kroz taj kroz period i sada pokazuje jasne naznake što se sve njome može napraviti i postići. Pritom proizvođači VR opreme inkrementalno poboljšavaju tehnologiju i uvode nove mogućnosti kako bi iskustvo korištenja bilo što kvalitetnije. Tako primjerice možemo vidjeti poboljšanje kontrolera, načina detekcija pokreta, boljih leća i zaslona. Međutim, neki pomaci poput primjene “prilagodljivog” iscrtavanja (engl. foveated rendering), 5G tehnologije i boljeg hardvera, nas tek očekuju.

Proširena stvarnost

Posljednjih nekoliko godina VR tehnologija definitivno je imala rezervirano mjesto u mainstream medijima. Iako VR tehnologija ima puno potencijala, tehnologija koja bi u potpunosti mogla promijeniti način na koji radimo i prezentiramo digitalne podatke je proširena, odnosno poboljšana stvarnost.

Što je proširena stvarnost?

Proširena stvarnost (AR) mješavina je fizičkog (stvarnog) svijeta i digitalnog svijeta u obliku holograma koji se na određeni način projicira u 3D prostoru. Trenutna rješenja temeljena su na iluziji projekcije 3D holograma objekata po prostoru kroz zaslon mobilnog uređaja, tableta ili naočala. Primjerice, korisnik ima AR naočale i gleda u objekt koji se nalazi ispred njega, a oko objekta stvaraju se hologrami koji dodaju dodatne informacije o stvarnom fizičkom objektu. Pritom hologram ne treba imati poveznicu sa stvarnim svijetom, korisnik može dodati hologram bilo gdje ispred sebe. U konačnom obliku, AR tehnologija je zamjena za tipično računalo, televizor i pametni telefon tako što “proširuje” ili “poboljšava” naš 3D prostor hologramima i digitalnim podacima. Naravno, naočale imaju dodatne značajke koje mogu poboljšati iskustvo korištenja, poput audio sadržaja koji prati digitalni. Interakcija korisnika odvija se glasovno, pozivanjem digitalnog asistenta ili korištenjem ruku koje prate kamere. Bitna razlika u odnosu na VR je da korisnik vidi svijet oko sebe kroz naočale, nije isključen iz stvarnosti i može se slobodno kretati prostorom jer nije povezan na računalo.

Korisnik nosi Microsoft HoloLens 2 AR naočale i radi manipulaciju nad hologramom, hologram vidljiv isključivo kroz naočale [7]

Kako postići proširenu stvarnost? 

Proširena stvarnost ostvaruje se korištenjem naočala, mobilnog telefona, tableta ili drugog uređaja koji ima kameru i kroz koji možemo vidjeti ostatak svijeta oko nas. Iako se pod proširenom stvarnošću smatra niz iskustava postignutih kroz mobitel ili tablet, ova tehnologija doći će do krajnjih korisnika u trenutku kada bude dostupna kroz AR naočale. Kao i kod VR tehnologije, radi se o naočalama koje su specijalizirane za AR iskustvo. Navedene naočale trebale bi u idealnom scenariju izgledati kao obične dioptrijske naočale. Korisnik nosi naočale s prozirnim zaslonima ili sa staklima na kojim se prikazuje 2D oblik koji je u skladu s fizičkim okruženjem. Navedeni 2D oblik iscrtava se na isti način kao i u virtualnoj stvarnosti kako bi dao osjećaj korisniku da se radi o 3D objektu. Da bi se postigao isti efekt, za svako oko iscrtava se zasebna slika. Kod AR-a, razvoj je još na prototipnim razinama pa nema jasnog rješenja koje se pokazalo najboljim u većini situacija. U procesu razvoja je velik broj naočala od strane startup kompanija i velikih korporacija. Jedne od trenutno najboljih naočala na tržištu razvio je Microsoft, a zovu se HoloLens 2 te se radi o naočalama druge generacije.

Microsoft HoloLens 2 naočale za AR

Navedene naočale na prozirna stakla ispred očiju korisnika iscrtavaju holograme koristeći se laserskim zrakama. RGB laserskim zrakama upravlja se pomoću MEMS aktuatora [8]. Radi se o izrazito malom zrcalu kojim se upravlja pomoću magnetskog polja. Upravljanje zrcalom može se odvijati nevjerojatnom brzinom. Tako, primjerice, MEMS aktuator unutar HoloLens naočala radi na frekvenciji oko 12000Hz [9]. Same naočale opremljene su i sustavom kameri, zvučnicima i bežičnim sustavima za spajanje na mrežu. Kamere se koriste kako bi se stvorio 3D model prostora, što pomaže točnijem pozicioniranju holograma u prostoru. Za interakciju s hologramima, kamere prate poziciju ruku i pojedinačne prste korisnika pa nema potrebe za korištenjem kontrolera, što značajno poboljšava iskustvo korištenja. Postoje i prilagođene kamere koje prate korisnikove oči. Navedena značajka može se koristiti u kombinaciji s virtualnim asistentom, gdje korisnik gleda u objekte i daje glasovne naredbe.

Prednosti proširene stvarnosti

Proširena stvarnost potencijalno bi mogla zamijeniti svaki zaslon koji posjedujemo, uz neke dodatke. Korisnik može odlučiti gledati film na svom novom holografskom televizoru koji zauzima onoliko prostora koliko korisnik odluči da je potrebno. Umjesto da vadimo mobilni uređaj iz džepa, ruksaka ili torbe, jednostavno dobijemo informacije koje želimo jednom glasovnom naredbom ili pokretom ruke.

Demonstracija AR korisničkog sučelja tvrtke Ultra leap

Uz navedenu fleksibilnost korištenja, kamere na naočalama mogu se iskoristiti za više namjena, ne samo za praćenje ruku korisnika. Primjerice, obradom video tijeka s kamera moguće je prepoznati određene objekte, poput namještaja. Korisnik može dobiti povratnu informaciju u kojoj je trgovini namještaj kupljen, od kojih materijala je napravljen, kolika mu je cijena, hologramski prikaz kako se sastavlja i slično. Fleksibilnost korištenja i mogućnosti ove tehnologije garantiraju prostor za inovacije i primjenu u društvu te se očekuje da će uskoro promijeniti niz zanimanja [10].

Nedostaci proširene stvarnosti

AR tehnologija trenutno je rezervirana za usko specijalizirane primjene u gospodarstvu, kada govorimo o iskustvu s naočalama. Nekoliko je razloga za to i uglavnom se vežu uz trenutne nedostatke ove tehnologije. Jedan od ključnih razloga zašto u svom kućanstvu ne posjedujemo AR naočale je cijena. Cijena najpopularnijih AR HoloLens 2 naočala je 3500 USD za osnovni paket pa ih i sam Microsoft pokušava plasirati isključivo u gospodarske svrhe. Međutim, trenutno najbolje naočale nisu niti približno idealnim. One su glomazne, teške, nemaju širok kut gledanja, nestabilno pokazuju holograme. Ipak, treba imati na umu da se radi o novim i relativno mladim tehnologijama. Da bi AR i VR tehnologije u potpunosti zaživjele, potrebno je još dosta vremena za razvoj hardvera i softvera.

[1] https://www.livescience.com/60752-human-senses.html
[2] https://www.youtube.com/watch?v=cSp1dM2Vj48
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Charles_Wheatstone
[4] https://www.oculus.com/blog/beyond-surround-sound-audio-advances
[5] https://www.theverge.com/2018/8/28/17792166/oculus-classroom
[6] https://vrscout.com/news/nypd-active-shooter-vr-training/
[7] https://www.microsoft.com/en-us/hololens
[8] https://en.wikipedia.org/wiki/MEMS_magnetic_actuator
[9] https://video.ethz.ch/speakers/global-lecture/2019/hololens
[10] https://www.cnet.com/news/microsofts-hololens-2-isnt-meant-for-you

2 Comments on "Virtualna i proširena stvarnost"


  1. Veoma zanimljiva tema. Mislim da je jedan od problema VR-a što ga “mase” povezuju isključivo s video igrama ne znajući njegove ogromne potencijale za napredak npr. u polju medicine i općenito edukacije.

    Reply

  2. Interesantna tema. Imajući u obzir razvoj današnjih tehnologija, mislim da će se ovo područje itekako proširiti kroz dugi niz godina, no potrebno je ispuniti nekoliko preduvjeta kako bih se taj proces mogao ubrzati:

    Spustiti cijenu VR uređaja, a time će se povećati broj korisnika i generalni interes za AR, što vjerujem da je potrebno za brz i kvalitetan napredak, ali nažalost još duže vrijeme nećemo vidjeti.

    Reply

Leave a Reply to Tony Mostovac Cancel reply

Your email address will not be published.