Виртуальная реальность — история становления искусственной действительности.

Сегодняшние технологии виртуальной реальности основываются на идеях, восходящих к 1800-м годам, почти к самому началу практической фотографии. В 1838 году был изобретен первый стереоскоп, в котором для проецирования одного изображения использовались двойные зеркала. В конечном итоге это превратилось в View-Master, запатентованный в 1939 году и производимый до сих пор.

Однако термин «виртуальная реальность» впервые был использован в середине 1980-х годов, когда Джарон Ланье, основатель VPL Research, начал разрабатывать оборудование, в том числе очки и перчатки, необходимые для того, чтобы испытать то, что он называл «виртуальной реальностью». ”

1837 год — первый стереоскоп

Прародителем всех стереоскопических очков, особенно Google Cardboard, можно считать устройство, разработанное Чарльзом Уинстоном в 1837 году. Принцип его работы до боли примитивен: во внутрь помещаются два одинаковых плоских изображения под разными углами, в результате чего мозг воспринимает это как объемную картинку.

1956 год — Sensorama

Машина, похожая со стороны на медицинский аппарат для исследования глазного дна, на самом деле является одним из самых первых в мире 3D-дисплеев. Он разработан профессором Мортоном Хейлигом и предназначен для просмотра видео. Так что фактически развитие виртуальной реальности началось с 50-х годов прошлого столетия.

В основном устройство использовалось парками развлечений, так как позволяло испытать опыт погружения в виртуальный мир, например ощутить себя на месте байкера, мчащегося по ночному Нью-Йорку, либо побыть «в шкуре» героя фильма. Такое кино, кстати, уже тогда производились компаниями эксклюзивно для «сенсорамы». Кроме возможности проекции стереоскопического видео, устройство имело стереозвук, автономный электрогенератор, генератор запахов и даже посадочное место, которое могло вибрировать в соответствии с происходящим на «экране».

1961 год — Headsight

Устройство, разработанное инженерами компании Philco, стало первым массовым продуктом в сфере VR. Шлем являлся первой стереоскопической гарнитурой, или как тогда было принято называть подобные гаджеты — первым «головным дисплеем» (HMD).

Разработка быстро привлекла интерес со стороны медиа-компаний и охранных предприятий. Благодаря установленной в нужном месте камере, находящийся в шлеме оператор мог наблюдать за происходящим вокруг неё. А благодаря наличию магнитной системы слежения, шлем передавал на камеру данные о движении головы, и она изменяла ракурс обзора в соответствии с поворотом головы. Таким образом, военные журналисты могли наблюдать за происходящим в горячих точках, что называется «вокруг себя», без малейшей угрозы для собственного здоровья.

Также хочу упомянуть, что создатель «Сенсорамы» Мортон Хейлиг, не ограничился одним лишь устройством и спустя 4 года, то есть в 1960 году занялся разработкой собственной VR-гарнитуры. К сожалению, из-за потери доверия и интереса со стороны инвесторов аппарат не успел попасть в продажу, но, к счастью, был запатентован. Из чертежей следует, что в гарнитуре было предусмотрено использование линз с углом обзора 140 градусов, стереонаушники и даже специальное сопло для имитации ветра и имитации запахов, по аналогии с Sensorama.

1968 год — «Sword of Damocles»

Система «Sword of Damocles» или по русски — «Дамоклов меч», была разработана сотрудниками Линкольновской лаборатории Массачусетского технологического университета. Гаджет имел отличительную черту: разработчики научили устройство, кроме возможности транслирования стереоскопического изображения и функции отслеживания перемещения в пространстве, еще и наложению компьютерной графики на вид реального мира. То есть фактически это первый шлем семейства дополненной реальности.

Для тех, кто возможно не знает отличий в этих технологиях, объясню: VR (виртуальная реальность) — это полное погружение человека в окружение, смоделированное компьютером, а AR (дополненная реальность) — это технология сочетания объектов виртуального мира с реальным. Также есть еще такой термин MR (Mixed Reality). Суть этой технологии состоит в привнесении виртуальных объектов в реальный мир, где виртуальный объект будет невозможно отличить от реального. Чуть позже об MR-устройствах мы поговорим в этой статье.

Вернемся к «Sword of Damocles». Подобная реализация проекции 3D-объектов на линзы осуществлялась с помощью специальной программы на компьютере. В ней хранились множество двумерных картинок 3D-объекта с разных ракурсов. Они демонстрировались зрителю в определенной последовательности исходя из положения головы.

На видео мы можем посмотреть демонстрацию работу очков на примере простого куба:

Как и большинство подобных устройств, первая версия очков являлась громоздкой и не давала возможности свободно передвигаться по комнате.

Вторая же версия стала намного компактнее и легче, так как в качестве сенсоров для отслеживания движений стали использоваться ультразвуковые датчики вместо магнитных.

1980 год — Eye Tap

Разработчиком этих очков, да и пожалуй прародителем всей носимой электроники можно считать канадского учёного и инженера в области компьютерных технологий Стива Мэнна. Еще будучи учеником школы, юному Стиву удалось собрать свой первый переносной компьютер для работы со съемочной техникой, работавший на базе процессора MOS Technology 6502. Всю эту систему удалось разместить лишь в одном рюкзаке на металлической раме.

Дисплей был собран из катодно-лучевого видоискателя от камеры и имел разрешение в 40 полос. Всё это питалось от свинцово-кислотных аккумуляторов.

С тех пор Стив начал заниматься совершенствованием носимой электроники, а настоящую известность получил благодаря проекту очков дополненной реальности, фактически его разработка функционально мало чем отличалась от вышеупомянутых «Sword of Damocles», но самое главное кроется в деталях. Манну удалось максимально удачно применить все возможности расщепителя луча на шлем-камере, что позволило показывать окружение как для обычного пользователя через видоискатель, так и для системы, работающей с камерой на шлеме, чтобы производить наложение виртуальных объектов на сцену в реальном времени.

И кроме этого, все вычисления производились носимым компьютером, помещенным в рюкзак, тем самым инженер смог доказать, что технологии виртуальной и дополненной реальности не обязательно должны быть неудобными и громоздкими.

Рекомендую посмотреть его выступление по этой теме на TED Talks:

1984 год — RB2, контроллеры First VR

Первое устройство, позволяющее взаимодействовать с виртуальным миром, было представлено в 1984 году. Благодаря наличию специальных перчаток, выступающих в роли контроллера, игроки вдвоем могли полностью погрузиться в искусственную реальность. Помимо наблюдения, они могли непосредственно напрямую взаимодействовать с компьютерными объектами — перемещать, крутить и переворачивать их, в общем делать практически все что угодно с происходящим на дисплее VR-гарнитуры EyePhone. К сожалению, девайс не обрел должной популярности из-за своей стоимости, цена полного комплекта со всеми контроллерами составляла $100 тыс. Также был и относительно бюджетный вариант за $50.

1985 год — «Virtual Environment Display System»

Спустя год при поддержке NASA был выпущен VR-шлем, который по характеристикам мало чем уступает даже современным устройствам, а тогда ему вообще не было равных. В первую очередь, разработанный девайс предназначался для научных целей, так как благодаря нему можно было визуально исследовать поверхности планет и прочих космических тел.

Дисплей устройства был жидкокристаллическим и имел диоптрии с широким углом обзора, благодаря чему находящийся в нем человек испытывал уникальный опыт присутствия в виртуальном мире.

1990 год — Virtuality

Одна из самых первых систем VR для игр была представлена миру на выставке Computer Graphics в 1990 году Джонатаном Валдерном. Первая вариация (их было две) представляла собой привычный шлем с двумя LCD-дисплеями с разрешением 276×372 на каждый глаз.

Второй вариант — это буквально целый настоящий аркадный автомат, в котором игрок с помощью руля мог взаимодействовать с виртуальным гоночным болидом, и это было впечатляюще. Несмотря на определенный успех и известность Virtuality, её продажи не были впечатляющими. За все время существования системы на рынке было продано чуть больше 50 тыс. экземпляров.

Касательно игр, самыми популярными тайтлами были шутер Dactyl Nightmare и аэро-симулятор VTOL.

1992 год — CAVE (первая комната виртуальной реальности)

В 1992 году студентами Иллионийского университета был представлен прототип комнаты, стены которой служили отражающими экранами для проецировавшихся на них стереоизображений. Для возможности ощутить эффект присутствия в виртуальной реальности было необходимо надеть специальные очки со стереоскопом. Как и было положено, система имела контроллер для взаимодействия с VR-объектами и технологию отслеживания рук и головы пользователя.

Системы CAVE используются некоторыми компаниями и по сей день. В основном, эти направления связаны с дизайном, обучением и тестами эргономики. В отличии от VR–очков, комнаты виртуальной реальности дают максимально качественное погружение в цифровой мир. В общем-то, они и являются более серьезными и профессиональными решениями в этой индустрии.

Преимуществами систем CAVE над очками (HMD) являются более высокое качество изображения, широкий угол обзора, низкая задержка при трекинге, возможность видеть свое тело и, как следствие, отсутствие возможной потери координации и укачивания.

Но при всех своих достоинствах подобные системы нельзя назвать домашними, так как они требуют крупного капиталовложения (стоимость подобных систем может достигать нескольких десятков тысяч евро) за специфическую VR-периферию для трекинга. Да и еще им нужна специально отведенная крупная площадь для размещения всего оборудования, почему для домашнего использования оптимальным вариантом для исследования цифровых пространств являются шлемы VR.

1993 год — SEGA VR

В 1993 году известная многим компания SEGA на выставке CES (Consumer Electronics Show) анонсировала свое видение VR-гарнитуры. Прототип устройства имел встроенные стереодинамики, два LCD экрана и обещанную стоимость в 200 долларов.

Несмотря на крупные капиталовложение в разработку со стороны Sega, девайс так и не дошел до прилавков магазинов. По официальным заявлениям, компании удалось достичь невероятного уровня реализма проецируемого изображения. Поэтому разработку и выпуск устройства пришлось свернуть, так как в компании были опасения, что это может сказаться негативным образом в мировосприятии пользователей.

1995 год — Nintendo Virtual Boy

Nintendo, ровно как и Sega, решила не оставаться в стороне и выпустили 32-битную консоль — Nintendo Virtual Boy. Изначально предполагалось, что гарнитура получит возможность трекинга движения головы, стереозвук, но к сожалению, до релиза все эти функции не дошли и на полках магазинов оказалась VR-консоль, имеющая монохромный экран, отображающий только градации красного. Из-за него пользователями нередко была отмечена быстрая утомляемость глаз и приступы рвоты.

Сам шлем был фактически настольным, так как его эргономика не позволяла свободно надеть его на голову и это явно не прибавляло удобства в эксплуатации.

Игр на консоль было катастрофически мало, и все они были выполнены только в красных и черных цветах. Вкупе с тем фактом, что стоимость приставки составляла 180 долларов, потребители быстро забыли о ней. К сожалению, Ганпей Йокой, ответственный за разработку небезызвестной консоли Game Boy, поторопился с решением о готовности к выпуску на рынок Virtual Boy.

1999 год — VirtuSphere

Название VirtuSphere говорит само за себя. Сфера диаметром три метра предназначалась для игры в очках виртуальной реальности. Закрывшись в ней, игрок мог свободно передвигаться, благодаря тому, что сама сфера находилась на специальной платформе с колесикам. Это позволяло ей крутиться во все стороны.

Такой уровень погружения в цифровой мир произвел впечатление на инвесторов, но, к сожалению, как и большинство подобных устройств, VirtuSphere не сыскал должной отдачи и не получил должного уровня финансирования. Создатели успели вовремя продать несколько последних экземпляров своей наработки музеям и военным базам, из-за чего все-таки смогли не уйти в минус.

Следом было представлено еще несколько проектов от разных компаний, но все как один являлись убыточными, а все внимание разработчиков и потребителей было переключено на набирающую популярность сеть Интернет. Почему в сфере технологий виртуальной и дополненной реальности наступил период затишья до 2012 года.

2012 год — Oculus VR

Если бы не бурное развитие краудфандинговых платформ в тот период времени, то возможно мы не то чтобы не узнали о таком энтузиасте, как Палмер Лаки с его видением современного VR, но и вовсе могли бы забыть о такой технологии.

К счастью, это не случилось. Ровно шесть лет назад Палмеру удалось создать самую успешную в истории программу по сбору средств. Его проект получил почти $2,5 млн от 10 тыс. пользователей платформы, что обеспечило возможность разработки фирменных шлемов на несколько лет вперед.

После релиза Oculus Rift DK1, компания, не мешкая, сразу приступила к разработке следующего поколения очков, оснастив их куда более качественным экраном и эргономичным дизайном. Успех второго поколения вызвал повышенный интерес к VR-гарнитурам со стороны разработчиков и инвесторов.

В 2015 году Facebook купила компанию Палмера Лаки за $2 млрд, что лишь обеспечило Oculus будущее и материальную свободу в развитии фирменного аппаратно-программного комплекса и подтвердило важность технологий VR в будущем.

Позже свои варианты VR-очков были представлены такими компаниями как Lenovo, HTC и Sony для фирменной консоли Playstation. Теперь давайте немного поговорим о гарнитурах дополненной и смешанной реальности.

2013 год — Google Glass

Незадолго до Microsoft, в феврале 2013 года, Google представила собственные очки дополненной реальности. По информации от инженеров, тестирование очков началось за год до релиза, а разработка выходит и того раньше.

Управление устройством осуществлялось с помощью голосовых команд, либо с помощью сенсорной панели, размещенной на правой дужке очков. Первые версии девайса имели на борту двухъядерный процессор Cortex A9 с частотой 1,2 ГГц производства Texas Instruments, 2 ГБ оперативной памяти, Wi-Fi, Bluetooth и GPS-приемник, акселерометр, блок постоянной памяти 16 ГБ, камеру на 5 мегапикселей, а еще дисплей-проектор с разрешением 640×360 пикселей и даже аккумулятор, обеспечивающий целый день автономной работы в умеренном использовании.

В отличии от Hololens, дисплей Glass занимал лишь верхнюю правую часть, а функционально очки могли показывать только уведомления и карточки Google Now, получение которых можно было настроить в приложении-клиенте для очков на смартфоне, либо через веб-сервис. Устройство не имело датчика глубины, поэтому не могло сканировать пространство вокруг пользователя, и как следствие, не могло размещать цифровые объекты в реальном мире. В этом и есть отличие очков дополненной от смешанной реальности, так как Glass не могли использовать окружение в качестве рабочего пространства, в отличии от Hololens.

Позже была представлена обновленная модель очков, с удвоенным объемом оперативной памяти и фирменным магазином приложений.

В 2015 году компания объявила о заморозке производства очков, а также о выходе разработки проекта из стен лаборатории Google X.

2015 год — Microsoft Hololens

Одним из самых первых, успешных шлемов смешанной реальности можно считать Microsoft Hololens, представленный прессе в январе 2015 года.

Технологией, предшествующей созданию устройства, является Kinect, выпущенный для консоли Xbox 360. Поэтому среди всей команды разработчиков HoloLens огромное множество тех, кто раньше занимался Xbox и Kinect. Первая партия устройств поступила в продажу 16 марта 2016 года для разработчиков эксклюзивно для США и Канады с ценником в $3 тыс. В силу того, что продукт не являлся массовым, компания отказалась от услуг вендоров и занималась их производством самостоятельно, на личной фабрике в США. Позже появилась возможность покупки в Великобритании, Франции, Новой Зеландии, Австралии и Германии.

Внутри устройства удалось разместить системную плату, на которой есть 32-разрядный процессор Intel Atom x5, отдельный чип собственной разработки, отвечающий за обработку голограмм,— Microsoft: Holographic Processing Unit, блоки оперативной и флеш-памяти, графический процессор и модули Wi-Fi, Bluetooth. Также на корпусе нашлось место для камер, сканирующих пространство с углом обзора 120 градусов, и акустической системы.

Больше всего в устройстве поразила оптическая система проекции изображения на линзы. Линзы имеют на себе специальные микроячейки, которые в свою очередь преломляют фотоны, излучаемые специальным проектором «light engine». Грубо говоря, пучки света, исходящие от него, передвигаются между слоями линз с большой скоростью, что позволяет выдавать высокое качество отображения графики.

Следующим отличием Hololens, от всех HMD-дисплеев, является то, что они не требуют подключения к компьютеру, либо смартфону для работы в отличие от тех же Oculus Rift или HTC Vive, так как на борту очков имеется специальный блок для вычислений и аккумулятор объемом 16 500 мАч, обеспечивающий 2-3 часа непрерывной автономной работы.

VR в смартфонах

Стоит вспомнить сенсацию от Google. В 2014 году компания показала самый дешевый шлем VR для смартфонов с корпусом из картона. Девайс предназначался для тех, кто только хочет познакомиться с миром цифровой реальности. Его стоимость составляла порядка $10-20. Позже появились инструкции, где умельцы сами, либо уже при помощи 3D-принтеров, изготавливали подобные устройства для смартфонов.

В 2015 году компания Samsung представила эксклюзивный для линейки своих устройств Samsung Galaxy шлем — Gear VR, разработанный совместно с вышеупомянутыми мэтрами индустрии — Oculus. Его стоимость составляла порядка $100.

Отсюда у меня есть ощущение, что технологии виртуальной, дополненной и смешанной реальности с каждым годом будут все более плотно интегрироваться в нашу жизнь, благодаря стремительно развивающемуся железу в смартфонах.

---

Современное оборудование виртуальной реальности в долгу перед изобретателями-первопроходцами последних шести десятилетий, которые проложили путь к недорогим и легкодоступным высококачественным устройствам. Обязательно посетите симуляторы полета VR в Институте Франклина, чтобы испытать виртуальную среду самостоятельно!