Hogyan növelhetjük a felhasználói élményt a virtuális valóságban? A kézmozgás és a kesztyűk szerepe

A virtuális valóság (VR) interakciók során az egyik legfontosabb tényező a felhasználó mozgásának és reakcióinak természetessége. A hagyományos okostelefonok, bár mobilak, erősen korlátozzák a kézmozdulatok szabadságát, mivel azokat egy kézzel kell tartani, míg a másik kéz a bevitelre szolgál. Amikor mindkét kéz használatban van, a felhasználó karja nem tud független mozgásokat végezni. Ennek következményeként az okostelefonokkal való interakció a virtuális világgal sokkal kevésbé intuitív. Ezzel szemben a repülőgép karok és a játékkonzolok lehetővé teszik a kar teljes mozgásának alkalmazását egy szobaméretű követési tartományban, ami jelentősen növeli az interakció természetességét és az immersziót. A VR fejlesztők, mint például a VIVE csapata, ezt 8 szintű immerszióskálán ábrázolják, amely az interakció módjától függően változik. A legalacsonyabb szintet a sima okostelefonos nézés, míg a legmagasabb szintet a HMD-k, VIVE kontrollerek, VIVE követők és testszkennelők kombinációja jelenti. Tehát minél több a felhasználó 3D-s mozgásának nyomon követése, annál nagyobb az immerszió.

Még inkább természetes interakciót biztosítanak a neurális interfészek, más néven agy-számítógép interfészek, amelyek jelenleg intenzív kutatás tárgyát képezik. A VR fejlesztése mellett a legfontosabb kutatások közé tartozik az a lehetőség, hogy miként lehet a felhasználó agyi aktivitását az interakciós élménybe integrálni. A jövőbeli fejlesztések az agy által irányított, teljesen intuitív VR élményeket céloznak, ahol a felhasználó egyszerű gondolatokkal irányíthatja a virtuális világot.

Az érzékelő kesztyűk rendkívül fontos szerepet játszanak a virtuális valóságban, mivel lehetővé teszik a többpontos, finom mozgások érzékelését, amelyek a napi életben is gyakran előfordulnak, mint például a tárgyak manipulálása vagy a két kéz együttes használata. A kesztyűk használata a bimanális tevékenységek szimulálásában különösen előnyös, és a felhasználó élményét jelentősen javíthatja. Az érzékelő kesztyűk nemcsak a virtuális világban való navigálást teszik lehetővé, hanem képesek akár jelnyelv felismerésére is, ezáltal elősegítve a beszéd alapú kommunikációt.

A modern érzékelő kesztyűk vezeték nélküli kialakítással rendelkeznek, hogy ne korlátozzák a felhasználó mozgásait a szobában. Az érzékelő kesztyűk beépített szenzorokkal mérik minden egyes ujj helyzetét a tenyérhez képest, és egyes modellek a tenyér és az alkar közötti mozgást is érzékelhetik. A kesztyűk alkalmazása során a legnagyobb kihívást a csukló mozgásának és pozíciójának pontos követése jelenti, amelyet külön csuklókövetőkkel lehet biztosítani. Az érzékelő kesztyűk különböző típusú szenzorokat használhatnak, mint például optikai szálak, mikromágneses érzékelők, vagy akár IMU-k (inercia mérőegységek), hogy nyomon kövessék az ujjak pozícióját és mozgását.

Az egyik legismertebb érzékelő kesztyű, a 5DT Data Glove Ultra 14, egy olyan eszköz, amely mindkét kéz ujjaiban mérhető helyzetet, beleértve a hajlítást és az ujjak közötti elmozdulásokat is. Ez a kesztyű különleges optikai szálakat használ, amelyek érzékelik a fényintenzitás változását, amikor az ujjak meghajlanak. Az így nyert adatokat digitálissá alakítják, majd vezeték nélküli kapcsolaton keresztül továbbítják a számítógép felé, hogy a felhasználó valós időben követhesse a virtuális környezetet.

A kesztyűk különböző modellekben és árfekvésekben elérhetők, és az ár gyakran a kesztyűk által mért ujjmozgások számától függ. A fejlettebb modellek nemcsak az ujjak helyzetét mérik, hanem egyéb változókat is, például az ujjhegyek nyomását vagy a felhasználó pulzusát. Az érzékelő kesztyűk és az azokhoz tartozó eszközök folyamatos fejlesztése lehetővé teszi a virtuális valóság szimulációs élményeinek fokozatos tökéletesítését.

Az érzékelő kesztyűk és az azokhoz kapcsolódó technológiák folyamatosan fejlődnek, és a jövőbeli innovációk új lehetőségeket kínálhatnak a virtuális valóságban való interakcióra, miközben a felhasználói élmény természetességét és hatékonyságát is tovább növelhetik.

Hogyan alakítják a 3D hangtechnológia és a GPU-k az audioélményt a modern VR eszközökben?

A VR headsetek, mint például a Quest 2, kifejezetten a háromdimenziós hangzást célozzák meg. A Quest 2 például a Snapdragon XR2 chipben található dedikált „Hexagon” DSP processzort használ a 3D hang számításokhoz. Ez a processzor a mobil alkalmazásokra optimalizált, alacsony fogyasztású működést biztosít, miközben megőrzi az alacsony késleltetést. A Hexagon DSP a „nagyon hosszú utasítás szó” (VLIW) architektúrát alkalmazza, amely lehetővé teszi több utasítás egyidejű végrehajtását, párhuzamos szálakon. Az alacsony órajelek mellett így fenntartható a szükséges real-time teljesítmény, amely a VR élmény kulcseleme.

A háromdimenziós hangforrások helyének meghatározása a felhasználó fejmozgásain alapul. A Quest 2 esetében, miután a digitális hang kiszámítása megtörtént, a hangot a beépített hangszórókhoz továbbítják. A hangszórók a fejpántba vannak beépítve, a halántékok közelében, ami elősegíti a gyártást és csökkenti a rendszer összetettségét. Azonban a hang pontos lokalizálása ezen a helyen nem optimális, és a nem lokalizált hang visszajelzését is befolyásolja. Az eszközhöz kifejlesztettek egy szilikon fülvédőt, amely a Quest 2 headsethez csatlakoztatható, hogy javítsa a hangminőséget és szűrje a nem VR környezetből származó zajokat. Az ilyen kiegészítők lehetőséget adnak a felhasználóknak arra, hogy egyéni igényeiknek megfelelően alakítsák ki az audioélményt.

A headsetek nélküli hangrendszerek esetében, mint például a különböző PC-s hangkártyák, az audio irányának meghatározása és a térbeli hangképzés egyszerűbbnek tűnhet, de a fejmozgásokat nem veszik figyelembe. Az ilyen rendszerek a felhasználó fejének és helyzetének feltételezett pozíciójára építenek, így a hangforrások pozíciójának megítélése a helyes irányban történhet, amíg a felhasználó a megfelelő helyzetben van. Az ilyen rendszerek előnye, hogy olcsóbbak és könnyebben elérhetők, de hátrányuk, hogy nem kínálnak olyan pontos lokalizációt, mint a fejkövetést alkalmazó megoldások.

A hordozható hangrendszerek, mint a „neckband” típusú eszközök, mint például a „SoundSlayer”, egy új irányt képviselnek. Ezek az eszközök a felhasználó nyakán helyezkednek el, így függetlenül a fej helyzetétől, a hangszórók folyamatosan ugyanabban a térbeli pozícióban maradnak. A „SoundSlayer” például négy hangszórót tartalmaz, és olyan funkciókkal is rendelkezik, mint a zajcsökkentő mikrofonok, amelyek lehetővé teszik a hangalapú kommunikációt a játékosok között. A fő probléma ezeknél az eszközöknél, hogy a vezetékes tápellátás miatt nem teljesen mobilisak, és a hangszórók által keltett rezgéseket néhány felhasználó zavarónak találhatja. Ugyanakkor a hordozható hangrendszerek előnye, hogy a felhasználók számára nagyobb szabadságot biztosítanak a mozgásban, miközben biztosítják a térbeli hangélményt.

A 3D hangtechnológia további fejlesztése érdekében fontos, hogy a hangzás mellett a felhasználói élmény más aspektusait is figyelembe vegyük. A VR rendszerek és az ezekhez kapcsolódó hangképzés folyamatosan fejlődnek, és a jövőben új, fejlettebb technológiák segíthetnek a hang lokalizációs problémák megoldásában, miközben a rendszer fogyasztását is csökkenthetik. A pontosabb hanglokalizáció, az intuitívabb vezérlés és a még valósághűbb audioélmény érdekében a további kutatások és fejlesztések elengedhetetlenek.

Hogyan alakultak ki a virtuális valóság (VR) rendszerek a tudományos és katonai szektorokban?

A HMD-k (fejre helyezhető kijelzők) továbbfejlesztésében Ivan Sutherland játszott kulcsszerepet. A Harvard Egyetemen és a Utah Egyetemen végzett kutatásai során ő fejlesztette ki az első olyan rendszert, amely képes volt virtuális világokat generálni. Az 1960-as évek végén, Sutherland már egy olyan gépet tervezett, amely a felhasználó fejmozgásait követve képes volt folyamatosan újraalkotni a virtuális környezetet. Ehhez a rendszerhez Sutherland egy speciális jelenetgenerátort alkotott meg, amely egy számítógép volt, és gyakorlatilag előfutára volt a modern grafikus feldolgozóegységeknek (GPU). A rendszerek, amelyek mindössze néhány száz poligont tudtak megjeleníteni, az animációk szempontjából még nem voltak elég gyorsak, hogy az élmény zökkenőmentes legyen. Azonban az alapvető elképzelés, hogy a virtuális valóságot folyamatosan fejlődő látványvilággal hozzák létre, már ekkor felvetődött.

Sutherland nemcsak a látásra koncentrált, hanem előre látta, hogy a tapintás érzékelését is be kell építeni a VR rendszerekbe. Ezt a víziót a későbbiekben Frederick Brooks és munkatársai valósították meg az Egyesült Államokban, az Észak-Karolinai Egyetemen. A "GROPE II" projekt keretében kifejlesztett haptikus rendszerek lehetővé tették a felhasználók számára, hogy virtuális tárgyakat tapintásukkal is érzékeljenek. Az egyik legismertebb alkalmazás az volt, amikor a felhasználó egy nagy robotkar segítségével molekuláris erőtereket érzékelt, miközben kémiai reakciókat próbált végrehajtani.

A katonai szektor is rendkívül érdeklődött a virtuális valóság szimulációs rendszerei iránt. A repülőszimulátorok, amelyek korábban hatalmas összegeket emésztettek fel, most már szoftveres megoldás révén válhattak olcsóbbá. A szimulációk nemcsak pénzügyileg voltak vonzóak, hanem az is, hogy lehetőség nyílt a repülőgépek típusainak gyors cseréjére, mindössze a program módosításával. A virtuális környezetek tehát egy új korszakot nyitottak meg a katonai és polgári szimulátorok fejlesztésében.

A NASA szintén kulcsszerepet játszott a VR fejlődésében, amikor a 1980-as évek elején megalkották a "Virtual Visual Environment Display" (VIVED) prototípust. A VIVED alapját egy Sony "Watchman" TV-k képernyője adta, amelyet speciális optikával egészítettek ki. Az optikai rendszerek lehetővé tették a képek éles fókuszálását közvetlenül a szemen, így elkerülve a szemfáradtságot. A NASA ezt a rendszert később továbbfejlesztette, és integrálta egy számítógépes grafikát generáló egységgel és fejmozgás-érzékelővel. Az új rendszer már lehetővé tette a valósághű 3D-s képek megjelenítését, és alapot adott a későbbi fejlesztésekhez.

A virtuális valóság használata nemcsak a katonai és űrkutatási szektorban, hanem az orvostudományban is gyorsan elterjedt. Az 1990-es évek elejére már olyan orvosi konferenciák szerveződtek, amelyek a VR lehetőségeit vizsgálták a betegségek kezelésében és a műtéti tervezésben. A VR képes volt arra, hogy modellezze a különböző anatómiai struktúrákat és segítse a sebészeket a műtétek előtt. A szimulációk segíthettek a sebészeti technikák finomhangolásában és a bonyolult orvosi döntések meghozatalában is.