Johdanto virtuaalitodellisuusteknologiaan ja -terminologiaan
•
0 likes•319 views
Tuukka Takala, Aalto yliopisto, FIVR. Helsingin Insinöörit HI ry:n teemaseminaari Virtuaalitodellisuus, 8.11.2017, Leppävaaran Metropolia Espoo
Johdanto virtuaalitodellisuusteknologiaan ja -terminologiaan
- 1. Johdanto virtuaalitodellisuus- teknologiaan ja -terminologiaan Tuukka Takala Aalto Yliopisto, FIVR
- 2. Oma taustani • Työskennellyt Otaniemissä virtuaalitodellisuuden (VR) parissa vuodesta 2007 lähtien • Opettanut VR-kurssia 5 vuotta Aalto Yliopistossa • Tohtorinväitös VR-ohjelmistokehityksestä • 11 vertaisarvioitua julkaisua • Hallituksen jäsen ja yksi perustajista FIVR:ssä
- 4. VR installaatioita, 2008 – 2009
- 6. Keholliset VR avatarit, 2012 –
- 7. Virtuaalitodellisuus? “a medium composed of interactive computer simulations that sense the participant’s position and actions and replace or augment the feedback to one or more senses, giving the feeling of being mentally immersed or present in the simulation (a virtual world)” Sherman ja Craig
- 8. Sovellusalueet • Harjoittelu (simulaattorit) • Design / digitaalinen prototyyppaus • Rakennusala / arkkitehtuuri • Tieteellinen visualisointi • Terveydenhoito • Viihde • ... Orama VR Wareable
- 11. Terminologiaa Korso Yhdistetty todellisuus Mixed Reality (MR) Lisätty todellisuus Augmented Reality (AR) Reaalimaailma Lisätty virtuaalisuus Augmented Virtuality (AV) Virtuaalitodellisuus Virtuality Reality (VR) Extended Reality (XR)
- 15. Näennäistodellisuus VR-teknologia tuottaa kokemuksen näennäisestä läsnäolosta Aistien huijaaminen: • Näkö • Kuulo • Tunto • Haju • Maku
- 16. Näköaistin ominaisuuksista • Näkökenttä: ~200° mono, ~120° stereo, ~135° pysty • Näöntarkkuus: ~1 arc min (576 megapikseliä 90° x 90° näkökentällä) • Temporaalinen resoluutio: 60-90 Hz (riippuu kontrastista & luminanssista) • Dynaaminen alue (6.5 f-stop, hidas mukautuminen aina 46.5 f-stop asti) • Värinäkö: CIE xy väriavaruus • Akkommodaatio (tarkentaminen): ~8 cm – ∞ • Syvyysnäkö: dispariteetti, vergenssi, akkommodaatio doc-ok.org Mbearnstein37
- 17. Poikkitieteellisyys VR:n soveltamisessa tarvitaan useiden alojen ymmärrystä: • Laiteteknologiat • Ohjelmistotekniikka • Fysiologia • Psykologia • Käytettävyys ja ergonomia • Sisällöntuotanto “Practitioners Must Be Carpenters, Electricians, Engineers, Artists, and Masters of Duct Tape and Velcro.” Wingrave ja LaViola (2010)
- 19. Sensorama (1962)
- 20. ”The Sword of Damocles” (1968)
- 22. 1980-luku: Pinnan alla Termi ”virtual reality” popularisoitiin vuonna 1987.
- 27. 8/2012 Oculus Rift Kickstarter 3/2014 Facebookin yrityshankinta
- 28. VR-näyttöteknologia - VR-lasit - CAVE-järjestelmät - (Volumetriset näytöt) VR-lasien ominaisuudet vaikuttavat pahoinvointiin: • Latenssi (alle 20 ms) • Ruudunpäivitysnopeus (90 tai yli) • Kuvan pysyvyys (persistence, alle 3 ms) Idaho National Laboratory Mora et al. (2009)
- 29. ifixit.com
- 30. Daniel Pohl
- 31. Reed (2015)
- 32. McGuire (2017)
- 33. VR-lasien tuleva kehitys Teknologiassa parannettavaa: • Akkommodaatio (Light field -näytöt) • Näkökentän laajuus • Resoluutio • ”Foveated rendering” • ”Timewarp” • HDR-näyttöpaneelit • Parempi ergonomia • Langattomuus
- 34. Silmien seuranta • ”Foveated rendering” • Etäläsnäolo (avatarin animointi) • Käyttäjän huomion seuranta Orlosky, Itoh, 2016 Pupil Labs
- 36. Liikkeenseuranta • Esim. VR-lasien ja -ohjaimien sijainnin ja asennon liikkeenseuranta • Vapausasteet: Degrees Of Freedom (DOF) • 6DOF: 3D-sijainti (x,y,z) ja 3D-kierto (α,β,γ) • 3DOF
- 37. Liikkeenseuranta inertia-antureilla Yhdessä MEMS-komponentissa: • Kiihtyvyysanturit (3-akselia): mittaavat kiihtyvyyden • Gyroskoopit (3-akselia): mittaavat kulmanopeuden Nopeat mittaukset, esim. 1000 per / sekunti Ongelma: mittausarvojen epätarkkuus. Mittausarvoista voi laskea 3D-kierron (asento), mutta ei sijaintia. Gyroskooppien 3D-kierto ”ajelehtii” gravitaatioakselin ympäri.
- 38. Liikkeenseuranta optisesti Inside-out -liikkeenseuranta: • Hololens, Windows MR-lasit, (Vive) • Perustuu usein SLAM-algoritmeihin (ei apupisteitä, ”markerless”) Outside-in -liikkeenseuranta: • Oculus Rift, PSVR • Perustuu yleensä kolmiomittaukseen (esim. LED-apupisteet) Acer
- 39. Sensorifuusio Yhdistetään inertia-anturien ja optisen liikkeenseurannan parhaat puolet: • Nopeat päivitykset inertia-anturien mittauksista • Optiset mittaukset sijainnista ja asennosta korjaavat inertia-anturien mittausvirheiden vaikutukset Klaus Petersen
- 40. The Lighthouse Tracking System -presentation, Alan Yates (2016)
- 42. VR ohjelmistokehitys Kehitysympäristöt: • Unreal Engine, Unity (VRTK, NewtonVR) • WebVR (Firefox, Edge, Chrome for Android) • C++ APIt: Oculus SDK, OpenVR, …
- 43. Virtuaalitodellisuus tällä hetkellä Kuluttaja-VR: • Facebook, Google, HTC, Microsoft, Sony, Samsung, …
- 44. 1. Mobiili-VR • Gear VR, Daydream, ...
- 45. 2. ”High-end” kuluttaja-VR • Oculus Rift, HTC Vive, (PlayStation VR)
- 46. 3. Ammattimaiset VR-järjestelmät • VR huvilaitteet: The Void, Zero Latency, VRcade, jne. • Tutkimuksessa ja tuotekehityksessä käytettävä laitteisto
- 47. Teknologia asettaa rajat virtuaalitodellisuuden sovelluksille
- 48. VR sisällöt • Simuloitu todellisuus (reaaliaikaiset 3D-grafiikkamoottorit) • Vuorovaikutteisuus • Nauhoitettu todellisuus (360-, ”light field”-, ja volumetrinen-video) • Ei vuorovaikutteisuutta • Yhdistelmät edellä mainituista • Vuorovaikutteisuus riippuu sovelluksesta
- 50. 360° video
- 54. Virtuaalitodellisuuden aiheuttama pahoinvointi Kaksi tekijää: • Sisältö (virtuaalinen liike) • Laitteisto (latenssi, ruudunpäivitys, ...)
- 55. Sosiaalinen VR Metaverse, VR temmellyskentät, etäläsnäolo, … vTime Fuchs et al. 2014
- 56. Oculus Touch Toybox Demo, 2015
- 58. Haptinen teknologia • Palaute tuntoaistille • Aktuaattoreilla varustetut liikeohjaimet • Vibrotaktiilinen palaute (VR-hanskat, kohdistettu ultraääni) • Todenmukainen haptinen palaute on kaukaisessa tulevaisuudessa
- 59. Maku ja haju
- 60. Virtuaalitodellisuus: Uusi media Olemassa olevat mediat keksitään uudestaan VR:ssä: • VR pelit • VR elokuvataide • Immersiivinen journalismi • VR sosiaalinen media • VR opetus • VR kaupankäynti • ...
- 61. Jalanjäljen jättäminen 1. Kenestä tahansa voi tulla VR-alan pioneeri - Korkealaatuisia VR-kuluttajalaitteita saatavilla - Demokratisaatio 2. Yksilöt ja pienet tiimit voivat vielä vaikuttaa suuresti VR-alaan - Kuluttaja-VR:ssä riittää kartoittamatonta aluetta - Tappajasovellukset vielä löytämättä