Полное погружение

В начале девяностых виртуальная реальность была модным увлечением. Те, кому удалось испытать легендарный шлем VFX-1, восторженно делились впечатлениями с друзьями, остальные же наслаждались «Газонокосильщиком», клипом «Amazing» от Aerosmith и прочей рекламой. VFX-1 в силу высокой цены, требовательности к железу и драйверам, а также плохой совместимости с распространенными играми остался модным устройством для салонов игровых автоматов. Большое количество зевак собиралось понаблюдать за игроком, пытающимся управлять игрой с помощью встроенного датчика движения, в его безумном танце на маленьком пятачке с контроллером в руках.

После недолгого затишья устройства виртуальной реальности вновь появились на прилавках. Все недостатки предыдущих опытов, за исключением разве что цены, были учтены: шлемы и контроллеры разнообразных фирм совместимы почти с любым софтом и железом, не требуют специфических драйверов. Разнообразие моделей постоянно растет.

Понятие виртуальной реальности подразумевает подробное описание виртуального мира пользователю с максимальным использованием возможностей его органов чувств (стереозрение, слух с позиционированием, осязание), а также воссоздание модели самого пользователя внутри виртуальной реальности с помощью точной передачи его движений (идеальный пример — технология motion capture, давно применяемая в кино). Устройства обоих направлений уже сейчас общедоступны.

Монитор на голове

3D-шлем — это основа основ виртуальной реальности. Именно он позволяет пользователю не наблюдать виртуальную ситуацию на мониторе, как на картине, а погрузиться в мир объемных образов.

Кратко напомним теорию. Человек воспринимает зрительную информацию двумя глазами. Когда оба глаза «нацеливаются» на объект, привлекший его внимание, говорят, что зрение сфокусировано на этом объекте. Глаза смотрят на объект с разных точек и, соответственно, получают слегка разное изображение. По разнице изображений или, если угодно, по углам поворота глаз человек на инстинктивном уровне составляет представление о расстоянии до предмета. Чем ближе друг к другу сведены глаза и чем больше различаются «картинки», тем ближе наблюдаемый предмет. Таким образом мы ориентируемся в трехмерном пространстве. Экран монитора показывает одну и ту же картинку для обоих глаз. О расстоянии до предметов в играх мы догадываемся по косвенным признакам, прежде всего по размеру объектов (масштабирование).

Стереошлем виртуальной реальности в настоящее время можно выбрать, приобрести и подключить к самому обыкновенному компьютеру так же просто, как и обычный монитор. Все, что для этого нужно — это видеокарта nVidea. Дело в том, что компания nVidea с давних пор пыталась реализовать трехмерное изображение на экране монитора. Идея заключалась в том, чтобы выводить на экран поочередно кадры для одного глаза, закрывая при этом другой с помощью специальных очков, традиционно входивших в комплект видеокарт Ultra. Очки, подключаемые к видеокарте, закрывают то один, то другой глаз синхронно со сменой кадров на экране. Преимущество такой схемы заключается в том, что можно использовать монитор любого размера. Недостаток — в необходимости использовать чрезвычайно высокую частоту обновления экрана. Если для каждого глаза нужно достичь заветных 75 Гц, монитору придется отрисовывать кадры с частотой 150 Гц — далеко не все устройства способны на такое. Другой вариант достижения стабильного изображения — чересстрочная развертка. Монитор можно оставить на стандартной частоте, если по четным строкам рисовать изображение для одного глаза, а по нечетным — для другого. За такую стабильность придется заплатить двукратным ухудшением разрешения.

Самый бюджетный вариант стереоизображения — очки со светофильтрами. Пользователь одевает обычные очки, например с красной линзой на одном глазу и синей на другом. Монитор выводит изображение для одного глаза в красных тонах, для другого — в синих. Разумеется, результатом является практически не цветное объемное изображение.

Для формирования трехмерного изображения вовсе не обязательны специальные трехмерные игры. Во время любой игры видеокарта получает данные о расположении предметов в пространстве и об их внешнем виде (вроде чертежей), а также информацию о положении игрока (или его виртуальной копии). По этим данным плата сама рисует картинку на мониторе. Мощному графическому процессору ничего не стоит по простому алгоритму прибавить к одним числам другие и получить слегка отличные изображения для разных глаз. Все видеокарты nVidea при установке специального бесплатного патча могут выводить на монитор поочередно две картинки.

Этому способу формирования трехмерного видео было уделено столько внимания потому, что именно он используется... в работе полноценных 3D-шлемов. Для двух самостоятельных жидкокристаллических матриц для правого и левого глаза шлем получает картинку поочередно с обычного выхода для монитора. Стандартная частота для современных шлемов — всего 100 Гц, по 50 Гц для каждого глаза. Мигание в них незаметно, так как в промежутке между обновлениями матрица продолжает гореть. Однако очевидно, что изображение в шлеме не так динамично, как на традиционном мониторе. Зато ни драйверов, ни переходников, ни специальных видеокарт шлемы не требуют.

В настоящее время можно приобрести разные модели шлемов виртуальной реальности фирм CyberMind, Daeyang, I-O Display Systems. Стандартными разрешениями для них являются 640х480 и 800х600, попадаются модели с поддержкой 1024х768. Для небольших матриц этого вполне достаточно. Стандартная глубина цвета — 18 или 24 бит. Почему же при столь схожих характеристиках стоимость бытовых шлемов так сильно различается (от $800 до $5000)? Трехмерное изображение имеет свои подводные камни.

Прежде всего, для формирования точного объемного изображения необходимо, чтобы положение источников изображения относительно глаз было абсолютно постоянным. Стоит лучам слегка разойтись — изображение размывается. Это зависит в большей степени даже не от крепления шлема, а от применяемой в нем оптики. Качество оптических элементов существенно влияет на стоимость устройства.

Существование двух картинок вместо одной требует их полной идентичности по цветам. В простых шлемах цветовая палитра нарушается, возможны искажения, полосы, «завалы» в какой-либо цвет. Разумеется, к шлемам применимы и общие требования, предъявляемые к мониторам: яркость, контрастность, четкость изображения, качество отображения черного цвета и полутонов серого.

Вышеперечисленные качества не слишком важны в большинстве игр. Они выходят на первый план при работе с текстом, графикой. Это может показаться удивительным, но некоторые пользователи уже предпочли шлем виртуальной реальности обычному монитору за его компактность, конспирацию (никто не смотрит в экран), транспортабельность. Любопытно, что выпускаются даже 2D-шлемы, в которых на обе матрицы подается одно и то же изображение. Некоторые устройства имеют видеовход и могут работать с бытовой видеоаппаратурой, например DVD-плейерами. Шлемы виртуальной реальности применимы в работе дизайнера, с их помощью можно продемонстрировать клиенту внешний вид будущего дома или его интерьера. Разумеется, такие устройства являются хорошим средством для привлечения клиентов в компьютерные клубы.

Один из главных подводных камней 3D-шлема — небольшой угол обзора. Человека, впервые пробующего устройство в деле, ждет разочарование: вместо виртуальных просторов он увидит перед собой «обычный монитор», причем стоящий довольно далеко. Разве что эта маленькая картинка будет глубокой, словно это дверь в коридор. Средний угол обзора современных шлемов — 30 градусов, куда меньше, чем мог бы позволить себе человеческий глаз. Существуют и широкоформатные шлемы — в них угол обзора приближается к 60 градусам. В связи с этим возникает мысль: может, лучше использовать большой монитор с очками? При хороших настройках такой вариант может дать широкое высококачественное изображение.

Рискнем предположить, что такой вариант хорош для любителей трехмерного кино. В настоящее время полноценные трехмерные фильмы, специально снятые на парные камеры, доступны в формате DVD iMax. Это, как правило, образовательное видео о природе, архитектуре, которое позволяет совершить путешествия по лучшим уголкам нашей планеты, не вставая с любимого дивана. Большой экран, очки, хорошая система объемного звука — и Ниагарский водопад приедет к вам домой. К сожалению, постановочных шедевров вроде «Властелина колец» в стерео мы в ближайшее время не увидим: трехмерная съемка не только многократно усложняет (и удорожает) процесс кинопроизводства, но и требует принципиально новых идей и навыков от режиссеров и операторов, на которых итак за последние годы свалилось слишком много технических новинок. Постепенно совершенствуются программы эмуляции 3D для двумерных фильмов. Они могут «расшифровать» часть информации о расстояниях в кино, например, выделить далекий фон на основе скорости движения. Разумеется, результат работы эмуляторов может быть весьма далек от реального положения вещей.

Конечно, основная сфера применения 3D-изображения — это компьютерные игры. И в них необходим именно шлем, а не большой монитор с очками. Создание виртуального образа игрока в игровой среде предполагает использование новых контроллеров, в том числе треккеров, отслеживающих движения. Повернув голову, чтобы изменить угол зрения пилота в самолете, игрок должен по-прежнему иметь картинку перед глазами, а не коситься на оставшийся в стороне монитор. Игрок должен не только видеть виртуальное пространство, но и свободно двигаться в нем. Для этого необходимо «отвязать» его от экрана, используя шлем.

За нами следят

Устройства, отслеживающие изменения положения в пространстве (треккеры, track — след, следить), уже давно оценили любители авиасимуляторов. В летных играх, где чрезвычайно важен динамический обзор на все четыре стороны, управление видом с помощью поворота головы предоставляло счастливым обладателям треккеров солидное преимущество. Разумеется, с распространением шлемов виртуальной реальности треккеры стали их непременным атрибутом — ведь в отличие от монитора шлем зафиксирован относительно глаз игрока и позволяет поворачивать голову на любые углы.

В настоящее время можно приобрести треккеры двух видов. Простые контроллеры, например NaturalPoint TrackIR 2, стоят в районе $200. Треккер представляет собой инфракрасный приемник внушительных размеров, устанавливаемый перед игроком. Помимо приемника в комплект устройства входят светоотражающие наклейки, положение которых в пространстве отслеживает треккер. Их можно наклеить на шлем виртуальной реальности, на очки, даже на руку, превратив ее в виртуальную мышь. Продаются даже бейсболки со светоотражающей полосой, специально для TrackIR 2.

Главный недостаток инфракрасного треккера — небольшой «угол обзора». Если игрок отвернется от приемника, светоотражающая наклейка выйдет из поля действия и устройство прекратит работу. Кроме того, инфракрасные треккеры не отличаются высокой точностью позиционирования.

Для полноценной работы со шлемами виртуальной реальности существуют более сложные треккеры. Они представляют собой устройства, снабженные датчиками движения, и закрепляются непосредственно на голове (или другой части тела) игрока. Такой треккер не зависит от приемника или передатчика, он работает сам по себе, в любых положениях, при любых углах. Кроме того, точность его достаточно высока даже для прицеливания взглядом в 3D-шутерах. Гироскопные треккеры — удовольствие дорогое, например InterSense Inter-Tarx 2 стоит $995.

Большинство треккеров комплектуются универсальными драйверами. Они совместимы с любыми играми через режим эмуляции мыши или напрямую, в виде осей свободы джойстика. Подключается большинство устройств к порту USB.

Божественная длань

В отличие от виртуальных шлемов и треккеров, давно реализованных в том же VFX-1, перчатки виртуальной реальности для большинства людей до недавнего времени оставались лишь мечтой, воспеваемой во всех фантастических клипах и фильмах, в том числе в культовом «Газонокосильщике». Наконец и этот атрибут появился на прилавках. Перчатки, как и треккеры, различаются по типу устройств слежения и, соответственно, цене.

Примером простых и недорогих перчаток является долгожданное устройство Essential Reality P5, которое стоит «всего» $200. Внешне перчатка напоминает не профессиональный инструмент, а игровой контроллер, правда сделанный классно. Игры — это и есть основное предназначение P5. Для отслеживания положения перчатки в пространстве служит инфракрасный приемник размером с колонку. Он фиксирует перемещения руки вверх-вниз, вправо-влево и вперед-назад. Сгибание каждого пальца (только у кисти) задействует отдельную ось свободы, всего таких осей пять. Софт, включенный в комплект устройства, позволяет подробно настраивать чувствительность и мертвые зоны всех осей, запускать контроллер в режиме эмуляции мыши, благодаря чему перчатка совместима со всеми играми.

У перчаток виртуальной реальности, без сомнения, есть будущее. Для них будут разрабатываться специальные игры и патчи, они применимы и в ныне существующих стратегиях или RPG. Особый кайф — играть в «симулятор бога» Black & White, не перемещая мышку и кликая на кнопки, а водя над миром своей божественной рукой и указуя перстами. Правда, это не так просто. Руку практически нельзя расслабить, положить на стол — ее положение постоянно отслеживается. Та же ситуация с пальцами — они постоянно должны быть выпрямлены. Из-за инфракрасной системы слежения у P5 случаются проблемы с точностью передачи движений, выходом из зоны действия. Так что быть богом непросто.

Существуют и более сложные, профессиональные модели перчаток. Их основное отличие — гироскопическая система слежения, основанная на независимых датчиках движения, встроенных в саму перчатку. У таких перчаток нет ограничения зоны действия, максимальных углов отклонения, они очень точны. Другой принцип отличи моделей — по количеству датчиков. Представьте себе способности человеческой руки: она может не только перемещаться, но и вращаться также по трем осям, пальцы могут сгибаться не только у кисти, но и в фалангах. Максимальное количество датчиков у перчаток, доступных в России, — шестнадцать.

Перчатки с гироскопическим слежением намного дороже инфракрасных. Их начальная цена колеблется в районе $1000. Почти все профессиональные модели перчаток выпускаются как в проводном, так и в беспроводном варианте.

Фантазии нет предела

Возможно, вскоре компания «Мультимедиа Клуб» займется поставками в Россию таких уникальных устройств, которые сложно подвергнуть какой-либо классификации. Одно из них — это гироскопический пистолет.

Световые пистолеты, популярные во времена телевизионных приставок, на ПК не прижились: и мониторы у большинства компьютеров слишком маленькие, и смысла в таком устройстве немного. Палить по уткам — это пройденный этап, а на управление 3D-шутером световой пистолет не тянет в силу узкого угла действия и опять же привязки к монитору. Гироскопический пистолет снабжен датчиками движения, которые отслеживают изменения его координат в пространстве в любом положении. Используя шлем виртуальной реальности, вы можете вращаться на 360 градусов, полностью заменяя традиционную мышь. Разве что ходить пока что придется по-прежнему с помощью кнопок.

Другое чудо-устройство — жилет с обратной отдачей. Устройство, напоминающее большой рюкзак, может одеваться на грудь или на спину игрока и создавать виброэффекты по всей площади. Источником информации для жилета является звук: он включается в разрыв между звуковой картой и колонками. Басы от музыки или выстрелов заставляют игрока содрогаться. «Звуковое подключение» — это слабое место устройства. Благодаря ему, например, игрок чувствует все выстрелы, даже те, которые в него не попадают. С другой стороны, подключить жилет по-другому на сегодняшний день не представляется возможным. Далеко не все игры в принципе поддерживают Force Feedback, и тем более ни одна из них не может принимать управляющие действия с одного устройства, а отдачу направлять на другое. В любом случае, игрушка обещает быть интересной.

Напоследок можно сказать пару слов о впечатлениях от игры с устройствами виртуальной реальности. Все они, особенно шлемы трехмерного изображения, вносят в игру не дополнительную точность, детализацию, реализм, а колоссальную масштабность, грандиозность зрелища. Перед глазами игрока возникают не просто плоские картинки, которые нужно домысливать, а колоссальные панорамы, толпы воинов, уходящие вдаль скоростные магистрали. Никакие мелкие недостатки изображения не могут помешать этим впечатлениям. Виртуальная реальность, в том числе объемное изображение — это принципиально новый уровень, на который обязательно стоит перейти.