Virtuálna realita - Technical University of Košice · Notebook + mobil 3D model Rozšírená...

VIRTUÁLNA REALITA

doc. Ing. Branislav Sobota, PhD.

Katedra počítačov a informatiky

FEI TU Košice

© 2016

Systémy Virtuálnej Reality

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 2

Virtuálna realita

Virtuálno-realitný systém predstavuje interaktívny

počítačový systém, vytvárajúci ilúziu v danom

čase neexistujúceho len syntetizovaného

priestoru alebo ešte presnejšie môžeme hovoriť o

tzv. dokonalej simulácii v prostredí tesného

spojenia človek-výpočtový systém

má interdisciplinárny charakter

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 3

Historické náväznosti

Telespheremask

(Morton L. Heilig

1960)

Sensorama (Morton L. Heilig)

motocyklovanie Brooklynom

statická HMD

(I. Shutherland

1963)

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 4

Historické náväznosti

Morton L. Heilig, Ivan Sutherland, Ronald T.Azuma, Jaron Lanier

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 5

Historické náväznosti

Pracovisko VR 1. generácie (KPI FEI TU Košice)

Pracovisko VR 2. generácie

s virtuálnou jaskyňou (KPI FEI

TU Košice)

1.-generačná datová

rukavica (KPI FEI TU

Košice)

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 6

Používané pojmy

• Virtual reality

• Fuzzy reality

• Mixed reality (augmented, extended)

• cyberspace

• Pozorovateľ, cybernaut

• Avatar (zástupca pozorovateľa vo virtuálnom prostredí)

• HCI – Human Computer Interaction

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 6

Interakcia človeka s počítačom sa zaoberá návrhom, vyhodnotením a realizovaním interaktívnych výpočtových systémov pre použitie človekom a štúdiom hlavných javov,

ktoré ich obklopujú.

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 7

Avatar

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 7

inkarnácia naj/vyššej bytosti

(boha) na Zemi

z Avatára (sanskrit)

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 8

Avatar

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 8

Štruktúra reprezentujúca používateľa vo

virtuálnom svete

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 9

Niektoré technológie spadajúce do oblasti VR

• telerobotika

• teleprezencia

• teleriadenie (t.j. účasť na vzdialenom deji, forma virtuálnej výuky alebo forma virtuálnej konštrukčnej kancelárie)

• zmiešaná realita (mixed reality)

• rozšírená realita

• rozšírená virtualita

• obohatená realita

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 10

Kategorizácia VR systémov

Podľa úrovne V/V prvkov

• Entry VR

• Basic VR

• Medium VR

• Immersive VR

Podľa dynamiky prostredia a pozorovateľa

• SESO – Static Environment Static Observer

• DESO – Dynamic Environment Static Observer

• SEDO – Static Environment Dynamic Observer

• DEDO – Dynamic Environment Dynamic Observer

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 11

Kategorizácia VR systémov

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 12

Podsystémy VR systému

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 12

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 13

Štruktúra objektu VR systému

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 13

Deformácie objektu

VR objekt

Ostatné rámceVizuálny rámec Akustický rámec Kinematický rámec

VR svet

... iné VR objekty ...

Vlastné zvuky objektu

Interakčné zvuky

Odrazené zvuky objektu

Interné informácie

Interné informácie

Farba objektu

Optické vlastnosti

Interné informácie

Hmatové vnemy

Interné informácie

Poloha objektu

Materiál objektu

Rozmery a tvar objektu

Časový charakter objektu

Globálne informácie

Generovanie zvuku

Rozpoznávanie zvuku

Dotykové vnemy

Chuť objektu

Vôňa objektu

Citlivosť na bolesť

Citlivosť na

feromóny

Elektrické vlastn.

. . . . . . . .Transformácie objektu

Umelá inteligencia

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 14

Systém interakcie VR systému (DEDSHO)

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 14

spätná väzba/riadenie

Jadro systému

Výstupný podsystém

Vstupný podsystém

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 15

Systém interakcie VR systému (DEDMNO)

spätná väzba/riadenie

Jadro systému

Výstupný podsystém

Vstupný podsystém

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 16

Používané objekty

Krajina

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 17

Používané objekty

Krajina

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 18

Používané objekty

Rastliny

po 4. iterácii po 4. iteráciipo 5. iterácii papraď

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 19

Používané objekty

Kosti

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 20

Používané objekty

Ukážka vizualizácie modelu ruky

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 21

Používané objekty

Plazma (amorfné tvary, obloha, oheň)

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 22

Vizualizačný podsystém

Model

sveta

Viditeľnosť

v 3D

Transfor-

mácie

Modul tieňovania

Viditeľnosť

v 2D Rasterizácia

Výstupné

zariadenie

Modul

osvetlenia

Spracovanie polygónov

Vykresľovanie

Pro

cesn

é ja

dro

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 23

Výstupné prostriedky

vizualizačného podsystému

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 24

Výstupné prostriedky

vizualizačného podsystému

Microsoft HoloLens Oculus Rift Crescend Bay

Oculus Rift

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 25

Výstupné prostriedky

vizualizačného podsystému

(Virtuálna jaskyňa, TU Zvolen, LIRKIS KPI FEI TU Košice)

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 26

Výstupné prostriedky

vizualizačného podsystému

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 27

Statokinetický a kinematický podsystém

Snímače a afektory

• mechanicko - gyroskopické

• bowdenové

• ultrazvukové

• infračervené a laserové

• indukčno – magnetické

• optické

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 28

Statokinetický a kinematický podsystém

Snímače a afektory

• tesneviazané

• voľneviazané

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 29

Dátová rukavica

Vhodné miesto na

umiestnenie snímača

Snímaný článok prsta

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 30

Dátová rukavica

Fotocitlivé el.

prvky a diódy

Pripojenie k

počítaču

Optické

vlákna

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 31

Dátová rukavica

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 32

Snímače polohy a pohybu

Intersense IS9000 SimTracker

MS Kinect 1,2

MYO Fin Leap Motion

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 33

Simulácie polohy a pohybu

CyberWalk

Virtusphere

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 34

Tlakový afektor

Motor

Minimum

deviation

Maximum

deviation

Step

engine Runner Screw-thread Carrier

frame

Reversible

spring

Movement direction

of runner

Pressure

area

Turning

hinge

Turning

hinge

Swing

arm

Sliding

area

Thorn

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 35

Tlakový afektor

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 36

Pulzný tlakový afektor tlaková vesta

a) pohľad z boku b) pohľad z predu

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 37

Pulzný tlakový afektor tlaková vesta

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 38

Pracovisko VR systému (1. generácia, 1995)

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 39

Pracovisko VR systému

+

Používateľ Dotykové ovládanie Dotyková obrazovka

+ Počítač + aplikácia Pár rukavíc VHand 2.0

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 40

Pracovisko VR systému

3D model Notebook + mobil Rozšírená realita

+

nVisor ST60

+

+ Microsoft Surface nVisor ST60

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 41

Pracovisko VR systému (4.generácia, 2011)

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 42

Proces VR systému

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 43

Proces tvorby virtuálnej scény

Príprava

a získavanie

vstupov

Modelovanie

a úprava Overovanie

Vizualizácia

a práca

s virtuálnym

svetom

3D tlač

a vytváranie

reálnych

objektov

1 2 3 4 5

Virtualizačný reťazec

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 44

Proces tvorby virtuálnej scény

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 45

Zmiešaná realita

• Rozšírená realita (augmented reality) – vkladanie

syntetizovaných objektov do reálneho sveta

• Rozšírená virtualita (augmented virtuality) – vkladanie

reálnych objektov do syntetizovaného sveta

Milgramov prechod medzi reálnym a virtuálnym prostredím

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 46

Zmiešaná realita

s polopriepustným displejom s HMD

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 47

Zmiešaná realita

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 48

Príklady aplikácií

Testovací fyzikálny model

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 49

Príklady aplikácií

Východoslovenské múzeum

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 50

Príklady aplikácií

Virtuálna katedrála

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 51

Príklady aplikácií

Košice –Hlavná ulica

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 52

Príklady aplikácií

Košice –Hlavná ulica

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 53

Príklady aplikácií

Areál TU v Košiciach

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 54

Príklady aplikácií

Spišský hrad

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 55

Príklady aplikácií

Fotorealistická vizualizácia priestorov KPI

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 56

Príklady aplikácií

Fotorealistická vizualizácia priestorov KPI

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 57

Príklady aplikácií

Fotorealistická vizualizácia priestorov KPI

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 58

Príklady aplikácií

Virtuálny riadiaci pult

KPI FEI TU Košice SVR - Virtuálna realita 59

Príklady aplikácií

Práca s VR systémom (LIRKIS – KPI)

OTÁZKY ?

© 2016 KPI FEI TU Košice