Virtuální realita na Internetu

Co to je Virtuální realita
Virtuální realita je takové neskutečné skutečno. Je to název, který je sám sobě protikladem. Je to prostředek, který se snaží působit dojmem reality a přitom to vlastně realita není. Má za úkol plnit různé funkce tak, že člověku předkládá takové vjemy, jaké by měl, kdyby se pohyboval ve skutečném prostředí. Jde tedy hlavně o vjem zraku a sluchu a s jistými obtížemi i třeba hmat a další. Toto inscenování skutečna má ohromnou výhodu v tom, že se můžeme přenést do oblastí, kam by jsme se neměli vůbec šanci podívat nebo zacházet s předměty, které ve skutečnosti ještě nejsou zhotoveny.
Nejprve jsme mohli slýchat o virtuální realitě spíše ve vědecko fantastických románech. Posléze s rostoucími možnostmi technických prostředků, se začínala přesouvat i na obrazovky našich počítačů nebo alespoň na větší výpočetní a grafické systémy. Ten, kdo si představoval, že se pomocí virtuální reality přesune úplně do jiného světa, který ho úplně strhne tak, že zapomene, kde vlastně je a vyzkoušel si to třeba na výstavách, musel být určitě značně rozčarován. Místo virtuálního světa, který by svou grafickou kvalitou odpovídal tomu reálnému, často viděl pouze jednoduché prostorové obrazce, které měly třeba ke skutečným domům hodně daleko. Virtuální realita se tak odsunula spíše do výzkumných laboratoří a do center, kde se nechala plně využít i za cenu zvýšených vynaložených prostředků. Doufám, že se nárůst výkonu výpočetních strojů, které přicházejí na trh nebude snižovat a možná, že se opět ještě zvětší, jako tomu bylo před necelým rokem. Pak bychom mohli očekávat velmi kvalitní zážitky s virtuální realitou již za pár let.
O virtuální realitě (dále jen VR) by se toho nechalo napsat mnoho. Omezím se tedy jen na základní obrysy VR na Internetu, jak už jsem uvedl v nadpisu této práce. VR v této podobě v sobě snoubí náročný popis virtuálních světů s nízkými přenosovými rychlostmi Internetových linek. V tomto směru se ustálil hlavně standard formátu VRML.

Využití virtuální reality v praxi
Hlavní charakteristiky, které mají vliv na její využitelnost:
Je nutné, aby VR pracovala v reálném čase, aby mohla reagovat na to, co uživatel dělá.
Pro splnění cílů musí vytvářet co nejlepší iluzi. Umělý svět s objekty má graficky trojrozměrný charakter.
Uživatel neprohlíží umělý svět jen zvenčí, ale vstupuje do něj a interaguje s ním.
Svět není statický, ale uživatel může umělý svět přetvářet a pohybovat se v něm.

VR v lékařství
V oborech, kde plní VR důležitou úlohu musíme na její systémy pohlížet jinak na stolní systémy. Zde lze využívat prostorové modely orgánů nebo celého těla. Modely se získávají pomocí počítačové tomografie. Lékaři se tak mohou sejít (fyzické setkání není podmínkou!) u jednoho operačního stolu a naplánovat si závažnou operaci nejprve nanečisto. Tato naplánovaná operace pak může sloužit i jako vodítko při samotné operaci a díky tomu mohou sledovat na svých monitorech průběh operace i kolegové různých oborů.
VR ve sportu
Ve sportu záleží na tom, kdo je nejlepší nejrychlejší a nejpřesnější. Sportovci trénují často jen pár pohybů, které musí mít naprosto přesně nacvičeny. Pomocí techniky Motion capture se snímá pohyb na nejdůležitější částech těla, tak, aby se přesně zachytil a mohl být reprodukován na virtuální postavě v počítači. Tam se pak odehraje „optimalizace“ pohybu a sportovec se tak může učit od počítače.
VR v konstrukci
Výhoda VR se objevuje už při práci s CAD s prostorovými modely, kde se můžeme více přiblížit vytvářenému modelu, než s pohledy nárys, bokorys, půdorys. VR umožňuje i práci s hotovými modely. Jak se bude pracovat s nově navrhnutou kuchyňskou linkou? Jak bude vlastně potom vypadat nová Škodovka ze vnitř? Je vůbec prakticky umístěna řadící páka?
VR na jednom konci své působnosti úzce souvisí se simulacemi. Simulace jako samostatný obor už je velmi dobře rozvinut. Můžeme si tedy nasimulovat, co udělá naše nová Škodovka, když čelně nabourá v 80km/h rychlosti. Nasimulované hodnoty se věrně shodují s výsledky testů provedené na skutečném crash testu. Úspora prostředků je zde jasně vidět.
VR v armádě
Není neznámé, že američtí piloti létají na leteckých simulátorech, aby tak trénovali své umění. I zde to představuje velké úspory, i když technika, která je k tomu zapotřebí je velmi nákladná. Naše armáda by měla po takovém simulátoru také zauvažovat, protože naši letci nemají nalétané potřebné hodiny.
Viděl jsem dokument o simulátoru tanku. Na bojišti se může pohybovat i více posádek. Inteligentní simulovací software se postará o scénu se vším všudy, s počasím, s nepřáteli, terénem. Vojáci prožívali simulaci jako skutečnost. Když vylezli ze svých pozic byli zpocení po celém těle a vypravovali o svých zážitcích. VR má zde i další výhody. Nikdo se nemůže zranit, velitelé mohou pozorovat situaci z více míst a inteligentní software může vojákům poskytovat výukové informace.
VR v archeologii
Když jsme byli v Anglii, chtěl jsem vidět Stonehenge, právě i kvůli tomu, že jsem jej už jednou navštívil ve VR na stránkách Intelu. Realita má hodně co do sebe, ale zase jsem se nemohl podívat, jak Stonehenge vypadal v jednotlivých historických obdobích a jak bude pravděpodobně vypadat v budoucnosti.
Pomocí VR se podařilo zrekonstruovat část historického Berlína zničeného ve válce, Pompeje před zavalením lávou. Takovýchto příkladů by se dalo jmenovat spousta. Mají jedno společné: vždy nám zprostředkují náhled do historie, jak vypadala památná místa, do nichž už se nikdy nebudeme moci podívat.
VR ve výuce
Při přípravě studentů je důležité jim demonstrovat co nejvěrněji to, co si mají osvojit. Úloha VR je zde naprosto zřejmá. Pomůcky jsou častou velmi drahé nebo vůbec nedostupné.
VR v komerci
Chtěli byste raději červené auto, vyšší zadek, 3 dveře a speciální interiér? Automobilky jdou tímto směrem. Mohou vám posloužit virtuálním modelem vámi požadovaného automobilu. Můžete se i projet. Kupte si obývací stěnu rozložitelnou na díly, ale než ji koupíte si ji raději sestavte ve svém obývacím pokoji. Lze konstruovat i celé trojrozměrné virtuální obchody, hlavně na Internetu. Z VR plynou zcela jasné výhody pro zákazníky, ale i konkurenční výhody pro výrobce a obchodníky.
VR poskytuje velké možnosti i při zobrazování ekonomických informací. To je zvláště výhodné přes spojení s metodou data miningu.
VR v zábavě
Herní průmysl v této době masově proniká do prostorové grafiky. Nevyužívá technických prostředků jako virtuální přilby nebo rukavic, ale zaměřuje se hlavně na prostorovou grafiku a zvuk. Hry vypadají dnes naprosto věrně. Nenechám své děti hrát násilné hry. Vypadají daleko lépe než VR na stejně výkonných systémech. Je to hlavně tím, že si firmy vyvíjejí neustále nové grafické enginy (část programu, která se stará o 3d zobrazení) a světy ve hrách jsou neustále optimalizovány na výkon i vzezření. Hodně používají náhražek a falešných prvků. To si pravá VR nemůže dovolit, protože by to bylo vidět. Svět VR není tak omezován, jako ten optimalizovaný ve hrách. To přináší i spoustu výhod. Snadnou portabilitu nebo úplnou nezávislost na platformě a velkou strukturovanost prvků.

Hardware a software ve VR
Hardware na stolních systémech
VR lze relativně dobře provozovat už na nových počítačích PC řady Pentium II a více. Je k tomu nutné mí výkonný grafický 3d akcelerátor. Lepší je prohlížet VR na grafických stanicích, např. od firmy SGI. Mají úplně jinou architekturu než počítače PC a daleko větší propustnost dat a výkonnější grafiku.
Hardware pro náročné aplikace VR
Například pro již zmíněnou leteckou simulaci je zapotřebí minimálně třech velmi výkonných systémů, např. Onyx2 od SGI. Jeden stroj slouží pro VR, další pro simulaci a třetí je výkonná pracovní stanice pro zobrazování scény. Celý systém je propojen speciální sběrnicí.
Speciální hardware pro VR
Typické pro VR je používání tzv. brýlí, které jsou schopny do každého oka zobrazit obraz scény z trochu jiného úhlu. Tím se simuluje to, že člověk hledí dvěma očima a každé z jiného úhlu. Tím se v mozku zkonstruuje věrný 3D obraz. To, co má být vzadu, vidíme a chápeme skutečně vzadu. Toho lze docílit několika způsoby. První způsob používá tzv. Shutter glasses, které střídavě zatmívají levé a pravé oko v synchronizaci se zobrazením na monitoru. Každý např. lichý frame na obrazovce je synchronizován s levým okem a každý sudý s pravým. Při dostatečné opakovací frekvenci vzniká dojem prostorového vidění. Další způsob využívá filtrace barev. Speciální brýle mají levé sklo ze zeleného filtru a pravé z červeného. Na obrazovce se potom tvoří obraz, kde pohled určený pro levé oko je tvořen z odstínů zelené a z odstínů červené pro pravé oko. Body, které jsou společné oběma pohledům jsou mixovány z těchto barev, tudíž do žluta. Dalším způsobem jsou skutečné virtuální brýle, tzv. head mounted display. Spočívá v tom, že před každé oko je umístěn malý LCD display, který pomocí další optiky přináší různý obraz do obou očí. Všechny tři způsoby se společně snaží zobrazit prostorovou scénu pro každé oko ze správného úhlu.
Dalším prostředkem jsou rukavice, tzv. data glove, které mají simulovat hmatové vnímání na prstech ruky. Toto umožňuje např. návrhářům z firmy Lego vystavět celé město z jejich populární stavebnice.
Software pro prohlížení VR
Pro nám blízké stolní systémy je k dispozici software od firmy Platinum technologies, což je pobočka firmy SGI. Produkt se jmenuje Cosmoplayer. Tento produkt je asi ze všech nekvalitnější, protože správně dodržuje a zobrazuje standard VRML, je pohodlně navržen a spolupracuje s grafickými rozhraními OpenGL od firmy SGI i s rozhraním Direct3D od firmy Microsoft. Dalším produktem je Viscape od firmy Superscape. Tento produkt umožňuje prohlížet nejen soubory VRML, ale i jimi navržený formát SVR. Tento prohlížeč se v některých případech nechová korektně. Formát SVR nepovažuji z hlediska Internetu za příliš důležitý, protože je vyvíjen pouze firmou Superscape a byl původně navržen pro nesíťové prostředí. Uživatelské prostředí mi přijde o něco horší než u Cosmoplayeru. Další produkt pochází z dílny firmy Interworld. Zatím jsem viděl pouze jeho technickou specifikaci. Všechny tyto produkty jsou volně k dispozici jako plug-iny pro internetové prohlížeče Netscape a MS Internet Explorer. Microsoft dodává standardně ke svému prohlížeči Worldview.
Software pro vytváření
Nejdostupnějším produktem je Cosmoworlds od firmy Platinum technologies. Na Internetu je k dispozici zdarma jeho demoverze použitelná 30 dní. Ostrá verze se prodává za $999. Jeho nativním formátem je VRML, což představuje značné výhody při editování cizích VR světů. Nemohou vznikat žádné odchylky mezi formátem editoru a formátem VRML. Lze dělat jakékoliv regulérní úpravy do zdrojového textu a Cosmoworlds se s tím umějí vypořádat. Jako editor neposkytuje všechny výhody vyspělých CAD programů. V některých případech je proto lepší svět nebo jednotlivé objekty navrhnout např. ve 3D studiu Max nebo jiném takovém prostředku, který je schopen exportu do VRML. Přitom je třeba dávat pozor na to, aby program uměl využívat všech výhod VRML, tzn. neexportovat např. kouli jako IndexedFaceSet, ale jako primitivum koule. Při nesprávném exportu narůstá počet plošek potřebných k renderování a nesrozumitelnost prohlížečů VRML. Narůstá i objem zdrojových textů a čas potřebný k natažení souboru.

Formáty a standardy
Z hlediska využití VR na Internetu se jeví jako nejperspektivnější formát VRML. Každý rok se koná konference, na které jednotliví přispěvovatelé kritizují a navrhují vlastnosti tohoto standardu. Posledním schváleným standardem je VRML 97 a další v pořadí bude patrně VRML 99. VRML se nejprve zaměřovalo na statický pohled scény. Formát VRML 97 přináší mnoho nového. Lze definovat jednotlivé objekty, přiřazovat jim vlastnosti a akce, které mají vykonávat. Tyto akce jsou přiřazovány pomocí příkazu ROUTE k objektu, který akci vyvolává. Existují i speciální neviditelné objekty, např. čas, pomocí kterého lze snadno vytvořit třeba nástěnné hodiny. Podobným způsobem lze dosáhnout téměř všeho. VRML 97 umožňuje práci s prostorovým zvukem, definováním jeho středu, směru šíření, intenzity a zeslabování. VRML 97 obsahuje ještě spoustu dalších vylepšení pro popis a interakci se scénou. Asi nejnevyřešenějším je otázka světel s stínů. To je ale spíše záležitost klientské strany prohlížečů. Realtimeové zobrazování správně vystínované scény je výpočetně velmi náročné.

Trendy
V dnešní době lze pozorovat přechod od 2D zobrazení k 3D. Díky vzrůstajícímu výkonu výpočetních systémů, které jsou podmínkou náročných výpočtů 3D grafiky, lze očekávat, že tento trend bude pokračovat a nasazování 3D aplikací bude stále masovější. Jejich využití jsem se snažil demonstrovat výše. Předpokládám nasazování i na strojích nižší cenové kategorie, domácí počítače. Dokážu si představit např. trojrozměrný souborový manažer nebo prostorovou „plochu“ ve Windows. Domnívám se, že mnoho aplikací se využití u laických uživatelů vyhýbá kvůli obtížné manipulovatelnosti s prostorovými objekty a s prostorově vyjádřenými daty. Toto by mělo po zavedení virtuálních rukavic a prostorového vidění vymizet. Lidé se začnou běžně orientovat v prostředí na počítači ve 3D jako dnes jsou zvyklí ve 2D. Jde o to, aby rozhraní bylo intuitivnější, pohodlnější, jednodušší než dosavadní ploché rozhraní. V oblasti výkonných systémů předpokládám vyšší hustotu nasazení než doposavad a to hlavně díky nižším pořizovacím nákladům. Nasazení virtuální reality se dostalo do jakési pasti, kdy prostředky byly příliš nákladné na to,aby byly dostupné běžnému uživateli a tím, jak nedošlo k masovému nasazení nemohli výrobci dostatečně vydělat na to, aby se tento obor dále vyvíjel směrem k této kategorii uživatelů. Souběžně s virtuální realitou se vyvíjejí i další obory, jejichž poznatky se zde také uplatňují. Např. již výše zmíněný data mining a čím dále více se bude uplatňovat i umělá inteligence. Při sestavování obývací stěny vám pomůže zkušený asistent, při procházce po starodávných Pompejích budete potkávat svoje dávné spoluobčany hovořící latinsky. To by však nemuselo být podmínkou k rozhovoru s nimi. Každý přece může mluvit i anglicky. V herním průmyslu se už teď objevuje dobrá i když jednoduchá aplikace umělé inteligence na protihráče. V mnoha případech je těžké je rozeznat od postav ovládaných skutečnými živými kolegy.
Všechno, co jsem v celém textu popisovat uvádí dobré využití VR v praxi s tím, že jeho rozmach bude značně stoupat. Tato věc může mít ale i své stinné stránky. Již dnes jsou lidé, kteří tráví před počítači příliš mnoho času a zabývají se problémy, které jsou daleko od skutečného světa. Obávám se, že další automatizace záležitostí, které člověk dělá v interakci se skutečným světem a přenesením je tak pod vliv počítačů a jejich virtuálního světa povede ještě ke většímu zvirtuálnění života. Jisté je, že je lepší zajistit hromadný příkaz k úhradě přes síť ze svého křesla než stát hodinu frontu v bance, je lepší vybrat si zboží z domova i s možností si ho osahat než se trmácet po obchodech. Jsou lidé natolik silní, aby dokázali rozlišit, co je pro ně opravdu nejlepší? Dokážeme rozeznat, jestli si nepodřezáváme větev, na které sedíme? Nezačnou se převracet další lidské hodnoty? Domnívám se, že lidstvo si dělá, co se mu zlíbí. Postrádá nějakou vyšší kontrolní autoritu a tak ani nemůže vědět, jaké důsledky bude jeho počínání mít.

Maturita.cz - referát (verze pro snadný tisk)
http://www.maturita.cz/referaty/referat.asp?id=5619