A haptikus visszajelzés technológiája a virtuális valóság (VR) fejlődésének kulcsfontosságú eleme. Az érzékszervi információk – mint a tapintás, a nyomás, a rezgés és a textúrák érzékelése – hozzáadása lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy még inkább elmerüljenek a virtuális környezetekben. A különböző haptikus rendszerek lehetővé teszik, hogy a felhasználók érzékeljék a fizikai világ törvényeit, még akkor is, ha a környezet digitálisan van modellezve. A legújabb kutatások és fejlesztések ezen a téren már lehetővé teszik a rendkívül bonyolult, többdimenziós, kézhez közeli interakciókat, amelyek erőteljesebbé teszik a virtuális térben való mozgást és manipulációt.
Az új típusú, többszálú haptikus rendszerek, mint a Wireality, lehetőséget adnak arra, hogy az interakciók ne csupán a képernyőn történjenek, hanem a felhasználó közvetlenül tapintható, fizikailag érzékelhető formában részesülhet az élményben. Ezáltal a felhasználók valóban úgy érzik, mintha a virtuális objektumokat fizikailag is manipulálnák. Az ilyen típusú technológia, amely képes komplex, változó geometriai formák érzékelésére, lehetőséget ad a haptikus érzékelés fokozottabb fejlesztésére, különösen a finomabb, részletesebb tapintási élmények esetében.
A különböző típusú haptikus visszajelzések alkalmazásának kulcsfontosságú területei közé tartozik a robotika, az orvosi szimulációk, a játékok és a szórakoztatóipar, de a fejlesztések számos más iparágra is kiterjednek. A virtuális és kiterjesztett valóság alkalmazásai például lehetővé teszik a virtuális műtét szimulációkat, amelyekben az orvosok a valódi beavatkozás előtt megtapasztalhatják a műtéti eszközök működését és a szövetek reakcióját a haptikus visszajelzések révén. Ezenkívül a haptikus eszközök segíthetnek a fogyatékossággal élők számára hozzáférhetőbbé tenni a digitális világot, lehetővé téve számukra, hogy a tapintás révén interakcióba lépjenek a számítógépes rendszerekkel és játékokkal.
Az egyik alapvető technológiai kihívás, amely a haptikus rendszerek tervezésekor felmerül, a pontos és valósághű érzetek szimulálása. Az interakciók során fellépő erőhatások pontos visszajelzése nemcsak az érzékelt tárgyak textúrájának és keménységének modellezését igényli, hanem az eszközök, például a kesztyűk és az eszközhöz csatlakoztatott érzékelők megfelelő kalibrálását is. Az ilyen rendszerek fejlesztésében az egyik legnagyobb kihívás az, hogy a haptikus visszajelzéseket ne csupán egyetemes, hanem egyéni igényekhez és érzékelési különbségekhez is alkalmazni lehessen, mivel minden felhasználó másképp érzékelheti a tapintási ingereket.
A fejlődés másik aspektusa a valós idejű fizikai szimulációk, amelyek az érintett objektumok deformatálását és a kézmozgásokat is figyelembe veszik. A valós idejű modellezés azt jelenti, hogy az eszközöknek képesnek kell lenniük a fizikai törvények gyors alkalmazására, különösen a deformálódó anyagok, mint például a rugalmas vagy lágy anyagok esetében, amelyeket a haptikus eszközöknek vissza kell tükrözniük az interakció során. A haptikus szimulációk fejlesztésében fontos szerepe van a fizikai alapú szimulációknak, amelyek pontosan képesek modellezni a különböző anyagok reakcióit az érintésekre és a mozgásokra.
A virtuális valóság világában az interaktivitás nemcsak vizuális és akusztikus, hanem haptikus is, és ez a dinamikus fejlődés új lehetőségeket teremt. A komplex, több szálon működő haptikus rendszerek egyre pontosabb módon képesek érzékeltetni a valós világ törvényeit, és a felhasználókat olyan módon bevonni a digitális élményekbe, hogy azok fizikai érzékelése révén élethűbbé váljanak.
Fontos megérteni, hogy a virtuális valóság és haptikus technológiák nem csupán a szórakoztatóiparban vagy a szakmai szimulációkban találhatók alkalmazásra, hanem sokkal szélesebb körben is. A jövő technológiai fejlesztései során egyre inkább összefonódik a digitális és a fizikai világ, és a haptikus érzékelés révén a felhasználók egy új dimenzióban élhetik meg a virtuális élményeket.
Hogyan integrálható a haptikus visszajelzés a virtuális szimulációkba Vizard és OpenHaptics segítségével?
A haptikus visszajelzés (vagy tapintási visszajelzés) az egyik legfontosabb tényező a virtuális valóság szimulációkban, mivel segíti a felhasználókat a valósághűbb élmény elérésében. A haptikus technológia lehetővé teszi, hogy a felhasználók nemcsak látják, hanem érzékelik is a virtuális objektumok interakcióit. A Vizard szoftver és az OpenHaptics 3.0 rendszer integrálása lehetőséget ad arra, hogy a fejlesztők könnyen beépítsenek haptikus visszajelzést a szimulációikba, és így növeljék a felhasználói élményt. Az alábbiakban bemutatott módszer részletesen ismerteti, hogyan történhet meg a haptikus eszközök hozzáadása és azok konfigurálása egy virtuális környezetben.
A haptikus eszközök integrálása a szimulációba alapvetően két lépésben történik: először is hozzá kell adni az eszközt a szimulációhoz, majd definiálni kell annak térbeli működési határait és azokat az objektumokat, amelyeket a felhasználó tapinthat. A Vizard szoftverben a következő módon történhet a haptikus eszköz hozzáadása: az .addHapticDevice(name='') parancs segítségével, ahol a name a kívánt haptikus eszköz neve. Ezt követően létrehozhatunk egy haptikus eszköz objektumot, amelynek segítségével a további műveletek elvégezhetők.
A haptikus eszközzel kapcsolatosan fontos beállítani a munkaterületet is, ezt az .workspace metódussal érhetjük el. A következő lépés a tapintható objektumok meghatározása, amelyet az .addNode(node) parancs biztosít. Az egyes objektumokhoz haptikus tulajdonságokat rendelhetünk, például az .setStiffness(value) metódus segítségével, amellyel beállíthatjuk az adott objektum merevségét 0 és 1 között. Miután az objektumokat konfiguráltuk, a felhasználó által történő érintés egy eseményt generál, amelyet a .TOUCH_EVENT triggerekkel, valamint egy felhasználó által definiált callback funkcióval (pl. viz.callback()) kezelhetünk. A következő kód részlet például a haptikus visszajelzés beállítását mutatja be egy kocka és egy golyó interakciójánál:
Ezen kívül, ha a szimulációban több felhasználó is jelen van, fontos, hogy a rendszer képes legyen hálózati kommunikációra, hogy a felhasználók közösen interakcióba léphessenek a virtuális világban. A Vizard támogatja az UDP alapú hálózati kommunikációt, amely lehetővé teszi, hogy az egyes felhasználók gépei között adatokat küldjünk és fogadjunk. Ehhez be kell állítani a portot, amelyen keresztül a kommunikáció történik, és a .port() parancs segítségével meghatározhatjuk, hogy a Vizard milyen portot használjon. A hálózati eseményeket a viz.NetworkEvent objektum generálja, amely a megfelelő callback funkciókat kezeli.
A következő példában két felhasználó közötti kommunikációt valósítunk meg, ahol a pozícióadatokat küldjük egymásnak:
A Vizard és OpenHaptics kombinációja rendkívül erőteljes eszközkészletet ad a fejlesztők kezébe, amely lehetővé teszi számukra, hogy rendkívül valósághű tapintási visszajelzéseket biztosítsanak a felhasználóknak. A szimulációkban való haptikus eszközök használata nemcsak a felhasználói élmény növelését szolgálja, hanem a virtuális környezetek interaktivitásának új szintjét is elérhetjük általa.
A haptikus technológia alkalmazása során fontos figyelembe venni a rendszer erőforrásait és a különböző szálak kezelését. Az OpenHaptics három fő szálat használ: az első a kliens szál, amely a grafikus frissítésekkel párhuzamosan működik, a második a kollízió detektáló szál, amely a virtuális objektumok érintkezését kezeli, és a harmadik a szervo szál, amely az eszköz aktorait vezérli. A szálak közötti kommunikáció aszinkron módon történik, hogy biztosítsák a haptikus visszajelzések magas frissítési sebességét, míg a grafikai szálak alacsonyabb sebességgel dolgoznak.
Endtext
Hogyan befolyásolja a virtuális valóság a rehabilitációs terápiákat a cerebrális parézisos gyermekeknél és fiatal felnőtteknél?
A virtuális valóság (VR) technológia fejlődése az utóbbi évtizedekben jelentős hatással volt a rehabilitációs terápiákra, különösen azok számára, akik mozgáskorlátozottsággal küzdenek, mint a cerebrális parézisos betegek. A VR-alapú kezelések az ilyen típusú pácienseknél számos előnyt kínálnak, amelyek közvetlenül hozzájárulnak a mozgásképesség javulásához, és lehetőséget biztosítanak az otthoni kezelésre is, miközben csökkenthetik a hagyományos rehabilitációs gyakorlatok terheit.
A cerebrális parézisben szenvedő gyermekek és fiatal felnőttek számára a VR-alapú fejlesztési programok lehetőséget adnak arra, hogy szórakoztató módon végezzenek rehabilitációs gyakorlatokat. A virtuális környezetben történő gyakorlás segít abban, hogy a betegek motiváltak maradjanak a fizioterápiás kezeléseken, hiszen a hagyományos gyakorlatok gyakran monotonok és unalmasak. Az ilyen típusú technológia alkalmazása nemcsak a fizikai mozgások finomhangolásában nyújt segítséget, hanem a kognitív készségek fejlesztésében is szerepet játszhat, hiszen a VR-környezetekben a páciensek figyelme könnyen leköthető, és a terápia sokszor játékos formában zajlik.
Az ilyen típusú rehabilitációs módszerek egyik nagy előnye, hogy az otthoni használatra is könnyen adaptálhatók, így a betegek nem kényszerülnek rendszeres kórházi látogatásokra, amelyeket sokan nehezen viselnek. Az otthon végzett VR-alapú terápiák különösen fontosak lehetnek a gyermekek számára, akik a hagyományos kezeléseken kívül szívesebben töltenek időt a számítógépes játékokkal vagy más, technológiai alapú szórakozási lehetőségekkel.
A virtuális valóság alkalmazásával kapcsolatos kutatások az utóbbi időben egyre szélesebb körben érintik a cerebrális parézissel kapcsolatos rehabilitációs lehetőségeket. A szakirodalom szerint a VR-alapú rehabilitációs programok hatékonyan javíthatják a mozgáskoordinációt és csökkenthetik a test izomfeszültségét, amely gyakran megjelenik a betegekben a betegség következményeként. Mindezek mellett az ilyen típusú terápiák segíthetnek a betegek önállóságának növelésében is, hiszen az otthoni környezetben való gyakorlás lehetővé teszi a napi rutinhoz való könnyebb alkalmazkodást.
A virtuális valóság fejlesztése nemcsak a rehabilitációra szorulók számára hozott új lehetőségeket, hanem az orvosi képzésben is új távlatokat nyitott. A sebészi és egyéb orvosi szimulációk alkalmazásával a VR hozzájárulhat a szakemberek magas szintű képzéséhez, hiszen lehetőséget ad a különböző orvosi helyzetek gyakorlására anélkül, hogy valós pácienseken kellene végezni a gyakorlatokat. Ezen kívül a katonai és repülési szimulációk területén is egyre inkább teret nyernek az ilyen típusú rendszerek, amelyek biztosítják a szimulált környezetben végzett gyakorlásokat, növelve a katonák és pilóták készségeit és helyzetfelismerését anélkül, hogy veszélybe kerülne a valós élet.
A virtuális valóság tehát nemcsak a fizikai rehabilitációban, hanem az oktatásban és a szórakoztatóiparban is jelentős hatással van. Az új fejlesztések és kutatások folyamatosan bővítik a VR alkalmazási lehetőségeit, és várhatóan a jövőben még szélesebb körben lesz alkalmazható a különböző rehabilitációs, oktatási és szórakoztató célú rendszerekben.
Fontos figyelembe venni, hogy bár a virtuális valóság széleskörű előnyöket kínál, nem minden esetben alkalmazható minden beteg számára. A VR technológia megfelelő használata szoros együttműködést igényel a terapeuták és az orvosok között, akik biztosítják, hogy a programok ne legyenek túl megterhelőek, és hogy a betegek biztonságban végezhessék el a gyakorlatokat. A virtuális valóság tehát nem helyettesítheti a hagyományos terápiákat, hanem inkább kiegészíti őket, új lehetőségeket biztosítva a rehabilitáció számára.
Hogyan mérjük a grafikus kártyák teljesítményét? A SPECviewperf teszt fontossága és további szempontok
A grafikus kártyák teljesítményének mérésére szolgáló szabványosított módszerek elengedhetetlenek a hardverek összehasonlításához, mivel a gyártói specifikációk vagy a játékon belüli teljesítmény nem mindig tükrözi a valós alkalmazásokban mutatott képességeket. A teljesítmény objektív megítélése érdekében szükséges egy olyan elfogadott mérési eljárás, amely lehetővé teszi az egyes grafikus kártyák összehasonlítását, figyelembe véve azokat a programokat, amelyek valós munkaterheléseket szimulálnak. Az egyik legismertebb és legelterjedtebb mérőeszköz a SPECviewperf, melyet a Standard Performance Evaluation Corporation (SPEC) fejlesztett ki, és amely az 3D renderelési teljesítményt méri különböző alkalmazásokban.
A SPECviewperf 2020 egy C program, amely az OpenGL alapú rendszerek 3D renderelési teljesítményét méri. A teszt eredményei az FPS (képkocka per másodperc) mutató alapján vannak megadva, a megjelenítés skálázásával 100%-ra, és a képernyő felbontása lehet 1920×1080 vagy 3840×2160 pixel. A SPECviewperf 2020 nyolc virtuális világot, úgynevezett "viewset"-et használ, amelyeket különböző alkalmazások jelenítenek meg. Minden viewsethez specifikus tesztek tartoznak, amelyek különböző renderelési műveletek végrehajtását mérik.
A legfontosabb viewsetek közé tartozik az Autodesk 3ds Max (3dsmax-07), a Dassault Systèmes CATIA (catia-06), a PTC Creo (creo-03), az OpenTest által használt Energy (energy-03), az Autodesk Maya (maya-06), a Siemens NX (snx-04), és a SolidWorks (sw-05). Ezek az alkalmazások különböző iparági szektorok igényeit szolgálják ki, mint például az autóipar, a repülőgépgyártás, az orvosi vizualizáció vagy a mérnöki tervezés.
Az egyes tesztelt kártyák teljesítményét a SPECviewperf eredményei alapján úgy értékelhetjük, hogy figyelembe vesszük a különböző alkalmazásokban elért FPS mutatókat, és összehasonlítjuk őket. Fontos, hogy ugyanazon a számítógépen végezzük el a tesztelést, azonos hardver- és szoftver környezetben, mivel a különböző rendszerek és beállítások eltérő eredményekhez vezethetnek.
A SPECviewperf 2020 teszt azonban nemcsak a grafikus kártya maximális teljesítményét méri, hanem a különböző alkalmazások specifikus tesztjeinek súlyozott átlaga is szerepel az eredményekben. Ez lehetővé teszi, hogy a felhasználók a leginkább releváns alkalmazások számára válasszanak megfelelő kártyát. Például a Maya-06 viewsetben az RTX 4090 kártya kiemelkedő teljesítményt nyújtott, míg a Siemens NX-04 tesztben az AMD RX 6900 XT kártya jobb eredményt ért el. Ez az információ rendkívül fontos a felhasználók számára, mivel a különböző programok eltérő igényeket támasztanak a hardverrel szemben.
A kártyák közötti választás során nemcsak a tesztek eredményeit kell figyelembe venni, hanem a költségeket is. A SPECviewperf tesztek csak akkor adnak teljes képet a grafikus kártyák valós teljesítményéről, ha azokat a felhasználó valóban a saját munkafolyamataiban alkalmazza. Mindenképpen fontos, hogy az egyes kártyák teljesítményét a felhasználó szempontjából releváns programokhoz igazítsuk.
A tesztelt kártyák teljesítményének elemzése mellett fontos a renderelési sebesség és a képkocka-idő (frame time) közötti összefüggések figyelembe vétele is. A grafikus kártyák sebességét általában FPS-ben mérik, de a frame time nem mindig azonos minden egyes képkockánál. A VR-szcenáriókban, amikor a felhasználó interakcióval befolyásolja a jelenetet, a képkocka-idő is változhat, ami közvetlen hatással van a vizuális élményre. A frame time ingadozása a VR-ban például zavaró hatást gyakorolhat, mivel az alacsony frame time stabilitás garantálja az immerszív élményt.
A NVIDIA által kifejlesztett Frame Capture Analysis Tool (FCAT-VR) segít a felhasználóknak abban, hogy részletesen nyomon követhessék a frame time változásokat, és az eszközt a tesztelés során alkalmazva megerősíthetik, hogy a grafikus kártya teljesítménye stabil-e a különböző szcenáriók alatt. Az FCAT-VR eszközzel a fejlesztők és a felhasználók képesek megérteni a grafikus kártyák viselkedését és optimalizálni azokat a lehető legjobb teljesítmény elérése érdekében.
Fontos, hogy a grafikus kártyák teljesítményét mindig az alkalmazás típusához igazítsuk, és hogy ne csupán a maximális FPS értéket nézzük, hanem a kártya stabilitását és a valós idejű renderelés minőségét is. A mérési módszerek és tesztek, mint a SPECviewperf 2020 és az FCAT-VR, fontos eszközöket kínálnak ahhoz, hogy megértsük a grafikus kártyák valós teljesítményét, és hogy optimális választásokat hozzunk a számítógép-használatunkhoz.
Hogyan szinkronizáljuk a haptikus és grafikai pipeline-kat a virtuális valóságban?
A virtuális valóság rendszerek hatékony működéséhez elengedhetetlen a haptikus visszajelzések és grafikai visszajelzések pontos szinkronizálása. A felhasználók számára optimális élmény eléréséhez a két különböző visszajelzési csatornát – a grafikát és a haptikus érzeteket – időben össze kell hangolni. A megfelelő szinkronizálás lehetővé teszi, hogy a képernyőn látható ütközések pontosan egybeesnek azzal, amit a felhasználó fizikailag érez. Az alábbiakban két alapvető szinkronizálási megoldást vizsgálunk, amelyeket alkalmaznak a grafikai és haptikus rendszerek közötti időszervezés biztosítására.
A haptikus és grafikai pipeline-k szinkronizálása
A grafikai és haptikus pipeline-k közötti szinkronizálás kulcsfontosságú ahhoz, hogy a képernyőn látható objektumok ütközései és a felhasználó által érzékelt erők egy időben jelenjenek meg. A szinkronizálás az alkalmazás szintjén történik, ahol a CPU felelős mind a grafikai, mind a haptikus adatkezelésért. A grafikai pipeline a képek megjelenítéséért, míg a haptikus pipeline a felhasználó által érzékelt erők meghatározásáért felel. Két fő megoldás létezik a szinkronizálásra:
-
Az erőszámítást a host végzi (általában a modern többmagos CPU-k kijelölt magjaival).
-
Az erőszámítást a haptikus interfész vezérlőjébe beépített processzor végzi el.
Amikor a host PC végzi el az ütközési erők számítását, az ütközési vektordatok továbbítódnak a haptikus interfész vezérlőjéhez. A második megoldás esetén az ütközési információkat közvetlenül a haptikus interfész vezérlője kapja. Az erőrenderelési fázis és a mechanikai textúrázás mindig hardveres gyorsítással történik, amelyet a dedikált haptikus interfész vezérlő végez el. Mivel a grafikai és haptikus pipeline-ok eltérő sebességgel dolgoznak, szükséges egy laza összekapcsolás a két rendszer között. Például egy Touch X vezérlő 1000 Hz-en rendereli az erőket, míg a grafikai pipeline 60-120 képkockát másodpercenként jelenít meg.
Ez a szinkronizálási módszer elegendő ahhoz, hogy figyelembe vegyük az emberi látórendszer lassabb reakcióidejét a grafikai visszajelzésekhez képest, szemben a haptikus rendszerek gyorsabb, akár több száz Hz-es feldolgozási sebességével.
Nagy felbontású megjelenítők szinkronizálása
Amikor egyetlen munkaterület több A6000 kártyát használ, akár 16 megjelenítő meghajtása is lehetséges. A megfelelő szinkronizálás hiánya zavaró vizuális hibákat okozhat, ami különösen fontos a virtuális valóság alkalmazásokban. A szinkronizálás célja, hogy minimalizálja a rendszeren belüli késleltetéseket, egyenletes képkocka sebességet biztosítson és csökkentse a cybersickness (számítógépes betegség) hatásait. A szinkronizálás különösen fontos a nagyobb, csoportosított megjelenítők esetében.
A grafikai pipeline-ok szinkronizálása két lépésben történik. Először is, amikor a két grafikai pipeline ugyanazon adatokat kapja, előfordulhat, hogy az egyik pipeline gyorsabban dolgozik, mivel kevesebb adatot kell feldolgoznia. Ez vizuális hibákat okozhat, ha az egyik megjelenítő hamarabb frissíti a képernyőt, mint a másik. A második lépés a buffer cseréje, ahol az első pipeline gyorsan kitölti a saját bufferét, majd megvárja, hogy a második pipeline is elkészüljön. Ezután a rendszer parancsot ad a két buffer cseréjére.
A harmadik lépés a videószinkronizálás, amely biztosítja, hogy a vezérlő kijelző (master display) és a munkavállaló kijelzők (slave displays) megfelelően szinkronizálódjanak egymással. A videószinkronizálás kulcsfontosságú ahhoz, hogy elkerüljük az olyan zavaró hatásokat, mint a képek közötti elcsúszás. A legjobb eredmény érdekében a videószinkronizálás különösen fontos, amikor a megjelenítőket váltakozó szemképekkel, aktív szemüvegekkel és stereó módokkal használjuk.
A Quadro Sync II kártya használata a pipeline szinkronizálásához
A modern rendszerek szinkronizálásának példájaként vizsgáljuk meg az NVIDIA Quadro Sync II kártyát, amely lehetővé teszi akár 16 kijelző szinkronizálását egyetlen munkaterületen. Az A6000 kártyák szinkronizálásához a Sync II kártya szükséges, amely a grafikus kártyák mellé csatlakozik a munkaterület alaplapjára. A Sync II kártya öt porttal rendelkezik, amelyek mindegyike csatlakoztatva van egy-egy grafikai kártyához. Ezek a portok biztosítják, hogy minden kijelző azonos időpontban frissüljön.
A Sync II kártya és a VESA stereo interfész lehetővé teszik a különböző kijelzők közötti pontos szinkronizálást, különösen, ha aktív szemüvegekkel dolgozunk, amelyek szinkronizálják az egyes szemképeket a kijelzők frissítési idejével.
Fontos szempontok
A szinkronizálás nemcsak a grafikai és haptikus pipeline-ok között, hanem a teljes virtuális valóság rendszerében is létfontosságú a megfelelő felhasználói élmény biztosítása érdekében. A különböző technológiai komponensek közötti időbeli összehangolás javítja a rendszerek teljesítményét és minimalizálja a zavaró hatásokat. Az alacsony késleltetés, a gyors és pontos visszajelzés és a szinkronizált megjelenítők mind hozzájárulnak a valósághűbb és élvezetesebb virtuális élményhez.
Hogyan készíthetünk tökéletes, ínycsiklandó édességeket lassú tűzhelyen?
Hogyan alakítanak a vdW heteroszerkezetek fejlettebb optoelektronikai eszközöket?
Hogyan formálták Ronald Reagan iskolai és oktatási politikái az etnikai és városi közösségek viszonyát?

Deutsch
Francais
Nederlands
Svenska
Norsk
Dansk
Suomi
Espanol
Italiano
Portugues
Magyar
Polski
Cestina
Русский