Hogyan formálja a virtuális valóság a jövő kommunikációját és társadalmi interakcióit?

A virtuális valóság (VR) piacának növekedése az elmúlt évtizedekben robbanásszerű volt, és a várakozások szerint 2028-ra a VR játékipara meghaladja az 53 milliárd dolláros értéket. A Facebook, amely 2021-ben megvásárolta az Oculus céget, most Meta néven ismert, és célja, hogy az internetes kommunikáció új evolúcióját képviselje: egy olyan virtuális világot, amelyben a VR a társadalmi interakciók egyik alapvető eszközévé válik. A „metaverzum” fogalma, bár még csak hipotetikus, azt sugallja, hogy a virtuális valóság egy hatalmas, folyamatosan létező, interaktív környezetet hoz létre, amelyben az emberek az interneten keresztül valós időben élhetnek, dolgozhatnak és szórakozhatnak.

A jövő technológiai fejlődése már most új lehetőségeket nyit meg. 2024-ben a Neuralink, egy texasi székhelyű vállalat, bemutatta az első emberi felhasználón elvégzett beültetett neurális interfész chipet, amely alapjaiban változtathatja meg a VR és a felhasználói interakciók természetét. Bár etikai kérdéseket vet fel, a beültetett chipek lehetőséget adhatnak arra, hogy a felhasználók közvetlenül, a fizikai interfészek nélkül lépjenek kapcsolatba a virtuális világokkal.

A VR rendszerek alapvető alkotóelemei, amelyek elengedhetetlenek ahhoz, hogy a felhasználók valóban elmerülhessenek egy virtuális világban, a klasszikus és a modern rendszerekben is hasonlóan működnek. A klasszikus VR rendszerek hat kulcsfontosságú alkotóelemből állnak: bemeneti/kimeneti eszközök (I/O), a VR motor, objektumadatbázisok, szoftverfejlesztő eszközkészletek, a felhasználó és a végrehajtandó feladat. A modern VR rendszerek esetében a miniaturizálás és a fokozott teljesítmény lehetővé tette a bemeneti/kimeneti komponensek integrálását a VR motorral egyetlen „mindent egyben” rendszerben. Ilyen platformok közé tartoznak a mobiltelefonok vagy az összes funkciót egyesítő HMD (head-mounted display) eszközök. A magas sebességű internetkapcsolatok lehetővé teszik, hogy a felhasználók bárhol, bármikor interakcióba léphessenek egy közös, hatalmas virtuális világban, a Metaverzumban.

A VR rendszerek egyik legfontosabb eleme az interakciós eszközök és technológiai háttér, melyek lehetővé teszik, hogy a felhasználó valódi érzékeléseken keresztül lépjen kapcsolatba a virtuális térrel. A VR rendszerek fejlesztése során különös figyelmet kell fordítani az érzékszervi visszajelzéseken alapuló eszközökre, mint például a haptikus visszajelzést adó rendszerek, amelyek lehetővé teszik, hogy a felhasználó fizikailag is érzékelje a virtuális világban történő eseményeket. Ilyen például a VR kesztyűk, amelyek a tapintás érzékelésére építenek, vagy a különböző erő-visszajelzést biztosító eszközök, amelyek a fizikai kölcsönhatások szimulálására szolgálnak. A fejlesztések arra irányulnak, hogy ezeket az érzékelési élményeket minél inkább valósághűvé tegyék.

A VR rendszerek működésében fontos szerepet játszanak a speciális számítástechnikai architektúrák, amelyek képesek valós időben számítani a multimodális interakciókat. A fejlesztések az adatátvitel sebességének növelésére, a távoli szerverekre történő adatáthelyezésre és a felhő alapú számítástechnika alkalmazására összpontosítanak, hogy minél több felhasználó egyidejű interakcióját támogassák. A felhő alapú renderelés különösen fontos a nagy teljesítményű grafikai számítások elvégzésére, amelyek elengedhetetlenek a folyamatosan változó virtuális világok fenntartásához.

Az intelligens objektumok modellezése az egyik legizgalmasabb fejlesztési irány a VR világában. Az intelligens objektumok saját viselkedésükkel rendelkeznek, így nem csupán a felhasználó valós idejű inputjára reagálnak, hanem előre meghatározott viselkedési mintákat követnek, lehetővé téve a mélyebb interakciókat. Az ilyen típusú objektumok szerepe nem csupán a szórakoztatásban, hanem a tudományos és orvosi alkalmazásokban is kiemelkedő lehet, mivel képesek komplex rendszereket szimulálni, amelyek segíthetnek a kutatásban és a betegségek kezelésében.

A VR fejlesztései tehát nem csupán a technikai eszközök, hanem az alkalmazási területek széles spektrumát is magukban foglalják. A játékiparon túl a virtuális valóság ma már elterjedt a gyógyászatban, az oktatásban, a katonai alkalmazásokban és a szórakoztatóiparban. Az oktatásban például lehetőséget biztosít a gyakorlati ismeretek megszerzésére anélkül, hogy a fizikai világban szükséges lenne a közvetlen tapasztalatok megszerzésére. Az orvosi alkalmazások területén a VR segíthet a rehabilitációban, a betegségek diagnosztizálásában és kezelésében. A katonai és védelmi iparágban a virtuális környezetek alkalmasak a szimulációk végrehajtására, ezzel csökkentve a valós környezetben történő kockázatokat.

A virtuális valóság tehát nemcsak egy új eszközt jelent a szórakozásra, hanem komoly hatással van a mindennapi élet számos területére. Ahogy a technológia tovább fejlődik, a jövőben egyre inkább integrálódni fog a társadalom mindennapi működésébe, és hozzájárul a kommunikáció és interakció új formáinak kialakításához.

Hogyan használhatók a Vizard Node-ok és érzékelők a virtuális valóság szimulációkban?

A Vizard szimulációkban a GEODE node-ok azok a csomópontok, amelyek látható geometriával rendelkeznek, míg a Geometry node-ok rendelkeznek az ilyen geometria szimbólumával. A Geometry node-ok a GEODE node-ok gyermekei, és azok a háromszögek, amelyek az objektum keretét alkotják (láthatóak, ha az objektumot dróthálós nézetben tekintjük meg). Míg a 7.9-es ábrán a jelenet LOD-ja (szintű részletesség) nincs meghatározva, a LOD node-ok használhatóak az objektum verzióinak váltására, figyelembe véve a modell távolságát a kamera nézőpontjától. A Vizard jelenet gráfja további funkciókat kínál más node osztályokkal is, mint például a Texture node-ok, a Light node-ok, amelyek fényforrást képviselnek, és a Sequence node-ok, amelyek az animációkhoz szükségesek. Ezek a node-ok sok gyermeket tartalmaznak, mindegyik egy-egy képkockát képvisel, és az animációt az eredményezi, hogy a Sequence node gyermekei automatikusan váltakoznak.

Az Occluder node-ok, amelyek átvizsgálása során a gyermekek geometriáját elrejthetjük, szintén fontos szerepet játszanak a szimulációkban. A Switch node-ok olyan node-ok, amelyek lehetővé teszik a szkriptek számára a gyermekek láthatóságának vezérlését. Végül, az Avatar node-ok karaktereket jelentenek, és rendelnek hozzájuk egy Vizard karakterformátumot. Tekintsük most a 7.10a ábrán látható körhintát, és a hozzá tartozó jelenet gráf ábrát a 7.10b ábrán. Miután egy jelenet gráf elkészült, az az Inspector eszközkészletén keresztül megtekinthető és módosítható. A 7.11a ábra a Vizard Inspector bal oldali paneljét mutatja, amely egy jelenetet ábrázol, amely a Vizard logót ábrázolja, ahogyan azt a 7.11b ábrán is láthatjuk.

Az Inspector eszközkészlet nemcsak a node hierarchiát mutatja, hanem az egyes node-ok méretét is, valamint azt a százalékos arányt, amelyet az egyes node-ok poligonjai képviselnek a teljes gyökérnode poligonjaival szemben. A példában világosan látszik, hogy a poligonok többsége (2524, vagyis 72,4%) a test node-jához és annak gyermekeivel van társítva, míg a többi (960 poligon vagy 27,6%) a fej node-jához tartozik. Mivel a Jelenet gyökérnode-jának nincsenek más gyermekei, a poligonok száma a gyermekek poligonjainak összege, tehát 3484 (100%). A logó helye az Inspector panelben történő kiválasztás után módosítható, ha beírjuk az X, Y és Z koordinátákat a megfelelő mezőbe.

A Vizard érzékelők és viselkedések szoros kapcsolatban állnak a felhasználói műveletek és az avatarok viselkedésének szimulálásával. Tegyük fel, hogy a felhasználó egy érzékelő kesztyűt visel, amely az avatar kezét irányítja. Ha a kesztyű támogatott a Vizard által, mint például a 2. fejezetben említett 5DT kesztyű, akkor a Vizard azt külső érzékelőként kezeli. A számítógépnek tudnia kell, melyik portra van csatlakoztatva a kesztyű, hogy rendszeresen olvassa azt a portot az új kesztyűadatok beszerzése érdekében. A kéz objektum geometriája importálható a Vizard kéz könyvtárából, majd pozicionálható a jelenetben, hogy a felhasználó számára látható legyen. Az alábbi szkript ezt a folyamatot példázza:

python
Copy code
import viz
import hand
viz.go()
PORT_5DT_USB = 0  # Azonosítsuk a 5DT kesztyű csatlakozási portját
sensor = viz.add('5dt.dls')  # Add hozzá a 5DT kesztyűt, mint érzékelőt
glove = hand.add(sensor, hand.GLOVE_5DT)  # Hozd létre a kéz avatarját
glove.translate(0, 1, 5)  # Helyezd el a kéz avatarját a felhasználó előtt
glove.rotate(180, -90, 180)  # Forgasd el a kéz avatarját

A viselkedések az objektumok intelligens akcióit jelentik, amelyeket időeltolódás, érzékelő bemeneti jelek, más objektumokkal való közelség vagy ütközés vált ki a szimulációban. A Vizard az ütközések észlelésére a bounding box technológiát használja, amely segít meghatározni, mikor ütköznek két objektum. A callback funkciók használatával a szimuláció értesítést kap az ütközésről. Az ütközés után az ütközésre adott válasz magában foglalhat animációkat, az objektumok törlését a jelenetből (például a node eltávolításával), hangot, vagy akár erő-visszajelzést a felhasználó számára.

A következő szakaszban a Vizard fizikai motorját és a callback funkciók működését részletezzük, majd az OpenHaptics plug-in használatát is bemutatjuk, amely a haptikus interfészek kezelésére szolgál.

A Vizard fizikai motor alapvetően a 3D objektumok és azok kölcsönhatásait kezeli, figyelembe véve a valós fizikai törvényeket, mint például a gravitációt és az ütközéseket. A szimuláció során fontos, hogy a fejlesztő a bounding box segítségével beállítsa az objektumok ütközési dobozait, és értesítse a Vizardot az ütközésről az .enable(viz.COLLIDE_NOTIFY) parancs segítségével. Ezt követően a collision response kódolása történik, amely meghatározza, hogy mi történik az ütközés következtében (például hang lejátszása, erő-visszajelzés alkalmazása vagy animációk futtatása). Az alábbi példa a fizikai szimulációt mutatja be egy kocka és egy gömb ütközésénél:

python
Copy code
# Állítsuk be az ütközési dobozokat a két objektumra
cube.collideBox(node='Cube', bounce=1, friction=0.00000001)
sphere.collideBox(node='Sphere', bounce=1, friction=0.00000001)
cube.enable(viz.COLLIDE_NOTIFY)  # Kapcsoljunk be egy callback-ot a kocka node-jánál

# Az ütközés válasza hang lejátszása
def onCollide():
    viz.playSound('crashQuiet.wav')

A szimuláció realitása érdekében a Vizard fizikai motorja lehetővé teszi a gravitáció, az ütközési erők és azok nagyságának beállítását, hogy a szimulált objektumok viselkedése minél inkább megfeleljen a valóságnak. Ezenkívül a Vizard globálisan engedélyezi a fizikai törvények alkalmazását a viz.phys.enable() és viz.phys.setGravity() parancsokkal, valamint az ütközési erők kifejezését is biztosítja.

A Vizard OpenHaptics plug-in segítségével a fejlesztők haptikus visszajelzéseket adhatnak a felhasználóknak, például a Touch X interfész használatával. A plugin lehetővé teszi a 3D rendszerek számára, hogy erő-visszajelzést biztosítsanak a felhasználóknak a szimulált objektumokkal való interakciók során, fokozva ezzel a szimul

Milyen hatással van a navigációs módszer, a kézi mozgásvezérlés és a grafikák megjelenítése a felhasználói teljesítményre virtuális környezetekben?

A virtuális környezetek (VE) használatának komplexitása miatt a felhasználói teljesítmény vizsgálata sokféle tényezőtől függ. Ezek között szerepel a szimulált VE bonyolultsága, a felhasználó jellemzői (például életkor, előzetes számítógépes tudás, vagy feladatismeret), a rendszer sajátosságai (grafikai mód, késleltetés, bemeneti/kimeneti eszközök), valamint az alkalmazott feladatok és interakciós technikák. Mindezek a tényezők összhangban működnek, és befolyásolják a felhasználói élményt, valamint a teljesítményt a különböző VR alkalmazásokban.

Egy vizsgálat során, amely a Sea Dragon katonai irányítási és vezérlési szimulációt elemezte, különböző faktorrendszerek hatását figyelték meg a felhasználói teljesítményre. A kísérlet célja az volt, hogy megértsük, hogyan befolyásolják a navigációs metaforák, a gesztusvezérlés, a vizuális megjelenítés típusa és a grafikai módok a térbeli tájékozódást. A kísérletben különböző kombinációkat alkalmaztak, mint például egocentrikus és exocentrikus navigációs elrendezések, valamint sztereoszkópos és monoszkópos megjelenítési módok.

A kísérlet során 32 résztvevő volt, akiket 8 csoportra osztottak, és mindegyik csoport különböző körülmények között végezte el a navigációs feladatokat. A résztvevőknek 17 feladatot kellett végrehajtaniuk, amelyek mindegyike térképi helyekre való navigációt, a térkép manipulálását és a térképpel kapcsolatos kérdések megválaszolását igényelte. A vizsgálat során mért legfontosabb mutató a feladatok elvégzéséhez szükséges idő volt. Az eredmények alapján kiderült, hogy a legrosszabb teljesítményt a munkafelületen történő navigációval érték el, míg a legjobb teljesítmény a asztali monitoron való navigáció során jelentkezett. Ez a különbség a képpont sűrűségéből adódott, mivel az asztali monitorok magasabb pixeldensitással rendelkeznek, míg a projektoros megjelenítő rendszerek, mint a CAVE és a munkafelület, alacsonyabb pixeldensitással működnek. Ezért a részletes térképi információk megjelenítése kritikus fontosságú volt a feladatok sikeres végrehajtásában.

A grafikai módok hatása is jelentős volt. A sztereoszkópos grafikai mód akkor volt előnyös, ha a felhasználók a helyzetük pontos meghatározására koncentráltak, míg a monoszkópos grafikai mód akkor volt hatékonyabb, amikor a navigációs sebesség változtatásával történő mozgás (rate control) volt a cél. Ez összefüggésben van azzal, hogy a sztereoszkópos látás segíti a közeli távolságok és a mélység pontosabb észlelését, míg a monoszkópos megjelenítés inkább a sebesség és a térbeli mozgás kontrollálásában jeleskedik.

A tesztágyúzási módszerek alkalmazása segítette a felhasználói teljesítmény komplexitásának kezelését a VR környezetekben. A tesztágyúzók olyan általános feladatokat használnak, amelyek szinte minden virtuális környezetben megtalálhatók, például objektumok kiválasztása, manipulálása és az önálló mozgás a térben. A tesztágyúzók lehetővé teszik a felhasználói teljesítmény előrejelzését, de időigényesek lehetnek az alkalmazásuk, mivel minden egyes variációt és körülményt alaposan ki kell próbálni. Ilyen tesztek során számos vizuális és interakciós technikát vizsgáltak, például a szöveges információk megjelenítését virtuális környezetekben.

A kutatók két szövegmegjelenítési technikát alkalmaztak, amelyek alapvetően befolyásolják a felhasználói teljesítményt. Az első technika a „within-word display” (WWD), ahol két szövegtábla találkozik, és minden táblán különböző betűméretet alkalmaznak, attól függően, hogy az objektum távolsága milyen. Ez a módszer azonban problémás lehet, mivel a szövegek blokkolódhatnak, ha a navigáció során a kamera az objektumok közelébe kerül. Ezzel szemben a „heads-up display” (HUD) technika lehetővé teszi, hogy a szövegek mindig láthatóak maradjanak a felhasználó számára, és a szövegek kapcsolatát vonalakkal vizualizálják.

A navigációs módszerek is fontos szerepet játszanak a felhasználói teljesítményben. Két különböző navigációs technikát alkalmaztak a tesztek során: a „go-go” (GO) navigáció, amely során a felhasználó egy virtuális kéz avatárt használ, hogy elérjen egy objektumot, és a „hand-centered object manipulation extending ray-casting” (HOMER) módszer, amelynél a felhasználó a virtuális objektumokat egy iránytűvel jelöli ki, és az avatar a kijelölt objektumhoz megy. A vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy a navigációs és objektum manipulációs technikák kombinációja hatékonyabban javítja a felhasználói teljesítményt, mint egyetlen technika alkalmazása.

A virtuális környezetek használata során figyelembe kell venni, hogy a felhasználók interakciós technikái és a megjelenítés módjai szoros összefüggésben állnak egymással. A legjobb felhasználói élmény érdekében fontos, hogy a VR rendszerek tervezésekor a felhasználói preferenciákat, a rendelkezésre álló technológiai lehetőségeket és a feladat komplexitását is mérlegeljük. Az interakciós technikák, mint például a gesztusvezérlés vagy a sebességszabályozás, valamint a megfelelő grafikai mód kiválasztása alapvetően befolyásolják, hogyan reagálnak a felhasználók a virtuális környezetekben végzett feladatok során.