Mi is az a virtuális valóság, vagy ahogy angolul nevezik, a virtual reality (VR)? Az elnevezés két látszólag egymásnak ellentmondó szóból áll, de ha belegondolunk, akkor a két szó együttes jelentése nem kevés értelmet hordoz magában.

A virtuális szó, mint tudjuk, azt jelenti: nem létező, képzeletbeli; míg a valóság szót gondolom senkinek nem kell megmagyaráznom. Tehát a virtuális valóság tulajdonképpen egy olyan, számítógépes környezet által generált mesterséges, a valóságban nem létező világ, melybe az adott felhasználó megpróbál minél inkább belemélyedni, vagyis beleéli magát a virtuális térben történő dolgokba. A VR technológiák felhasználási köre lényegében végtelen, hiszen a közeljövőben egyre több számítógépes játék, az orvostudomány, az ipar és még számos terület veszi majd vélhetően óriási hasznát az ilyen tudományoknak. Ebben a cikkben szeretnék néhány VR eszközt, elsősorban virtuális kesztyűket bemutatni, a virtuális valóság létrehozásához szükséges egyéb hardver és szoftver környezetek bemutatása ugyanis külön cikket érdemelne. Először azonban némi VR elméleti alapot osztanék meg veletek!


A virtuális valóságtól elvárt tulajdonságok

Ahogy az a szakirodalomból kiderül, az egyik legfontosabb kritérium, hogy a felhasználónak "hinnie" kell abban, hogy ténylegesen létezik az adott virtuális világban. Ezt az érzést nagyban növeli az, hogy az illető saját nézőpontjából látja "saját" kezeit, testét, a virtuális világ tárgyai bármikor megfoghatók.
Egy másik fontos szempont, hogy a virtuális valóság tárgyainak, az egész környezetnek olyannak kell lennie, hogy a felhasználó természetes (addigi tapasztalatainak megfelelő) módon kerüljön velük kapcsolatba. Ez az elvárás természetesen nem zárja ki annak lehetőségét, hogy a virtuális valóságban soha nem látott és tapasztalt dolgokkal kerüljünk kapcsolatba, ezeknek a virtuális dolgoknak azonban kitapasztalható és konzekvens módon kell viselkedniük. Összességében a virtuális világnak, saját törvényszerűségei határain belül ugyanúgy kell működnie, mint a valóságnak. Ideális esetben, megfelelő tapasztalás után ez a világ ugyanolyan megszokott lehet, mint a valóság. Összehasonlításként: a háromdimenziós fizikai (valóságos) világ logikailag nagyon bonyolult rendszer, ennek ellenére a benne élő, egy egész élet tapasztalataival rendelkező ember számára egyszerűnek és egyértelműnek tűnik. A tárgyaknak eredendő jellegű a viselkedésük és megfelelő "ösztönzés" hatására meg is mutatják azt. Az elképzelt világ törvényszerűségeinek ugyanúgy megismerhetőknek kell lenniük, mint a valóságos világ jelenségeinek.

A virtuális valóság létrehozásához szükséges elektronikus berendezések

A virtuális valóság létrehozásában óriási szerepe van az úgynevezett nyomkövető rendszereknek, melyek a felhasználó testének, kezeinek, fejének helyzetmeghatározására szükségesek, valamint a tapintási rendszereknek, melyek az erő és nyomás visszacsatolására hivatottak. Az audiorendszerek szerepe sem elhanyagolható, hiszen ezek a rendszerek generálják a virtuális tér hangjait, valamint segítenek a felhasználónak a virtuális térben történő minél pontosabb helymeghatározásban. A képgeneráló rendszerek felelősek a vizuális jelenetek létrehozásáért, míg a képmegjelenítő rendszerek közé sorolhatók a vizuális display-ek és a virtuális sisakok. Már megvalósult VR eszközök, virtuális kesztyűk

A virtuális valóság kutatása manapság az egyik leglendületesebben fejlődő terület a számítógépes iparban. Ez nem egy új technológia, hiszen a fejlesztések már az '50-es években elkezdődtek, az első repülőgép szimulátorok például már a második világháború alatt kidolgozásra kerültek. Nagyon széles a felhasználási területek száma, az orvosi képmegjelenítéstől kezdve a jövő világainak felfedezéséig. A VR-rendszerek nagyon komplex, összetett egységek, hiszen a felhasználónak látnia, szagolnia, hallania és érintenie kell tudni a virtuális környezetet. Több eszközt fejlesztenek az ujjaknak, a kéznek és a karnak is, most pedig tekintsük át a napjainkban kapható ismertebb virtuális kesztyűket!


A kéz szabadsági fokai
- Sensor Glove I és II

Az SG II egy kesztyű típusú eszköz, húsz szabadságfokkal rendelkezik, amely megegyezik az emberi kéz szabadságfokainak számával. Az SG II-vel az ember megérintheti a virtuális térben elhelyezkedő objektumokat. A kesztyű úgy lett megtervezve, hogy alkalmazkodjon az ember öt ujjához. Minden ujjnak négy szabadságfoka van, így az öt ujj összesen húsz szabadságfokot eredményez. Az egység pántokkal erősíthető fel az emberi kézre. A kesztyű összes mozgásának fix bázisa egy fémlapra lett tervezve, amely az ember tenyerének hátoldalán került rögzítésre.


Sensor Glove II
Öt mozgató hajtóművet rögzítettek bele ebbe a fémlapba és három hajlító egységet helyeztek el a mozgató hajtóműveken. Az az ideális, ha a motorok közvetlenül az ízületeket mozgatják, azonban nem találtak elég kicsi és könnyű motorokat, amelyeket elhelyezhettek volna a kézen, ezért csigákat csatlakoztattak a motorokhoz, így az erőt csőben vezetett huzalok viszik át. Forgó kódolók mérik a motorokon az ízületek szögelfordulását. Az erők mérése az ízületekre erősített deformációt mérő műszerekkel lett megoldva.

- 5th Glove

A General Reality Company által kifejlesztett 5th Glove eszköz sajátossága a fejlett szál-optikás hajlító szenzor, amely létrehozza az ujjhajlítási adatokat. Ez a kesztyű nem rendelkezik tapintási visszajelzéssel, csak a kéz helyzetének felismerésére alkalmas. Nem képes az ujjak minden egyes részének pozícióját közvetlenül detektálni, de ujjanként 8 bites felbontóképessége elég arra, hogy megadja, hogy mely értékekhez mely pozíciók tartoznak. Így az ujj egyes részei 4 bites felbontással rendelkeznek, amely elég lehet egy ilyen eszköz esetében. A kesztyű 200 Hz-es mintavételezési frekvenciája jóval több mint elégséges. Standard RS-232 soros interfészen keresztül kommunikál a számítógéppel.

- CyberGlove

A Virtual Technologies által kifejlesztett CyberGlove képes mindegyik ujj és a csukló pozíciójának és mozgásának mérésére. Két modell létezik, egy 18 és egy 22 szenzoros változat. Még a 18 érzékelős kesztyű is képes minden ujj két szögének mérésére, négy erőmérő szenzora van, valamint plusz szenzorokkal rendelkezik a tenyérív, csuklóhajlítás és csuklóerő mérésére. A Virtual Technologies által levédett, ellenálló és hajlítás érzékeny technológiát használja, ami lineáris karakterisztikájú és robosztus. A szenzorok nagyon vékonyak és az emberi kéz által nem is tapinthatóak ki a kesztyűben, valamint 0.5 fokos felbontóképességgel rendelkeznek. Ha az összes érzékelő engedélyeztetve van, mindegyikkel 150 Hz-en tud mintavételezni, és egy standard RS-232 soros porton keresztül kommunikál. Analóg kimenettel is rendelkezik.


Balra a CyberGlove, jobbra a CyberGrasp
- CyberGrasp

Ez egy kiegészítő eszköz, az előbb említett CyberGlove-hoz. Hozzátéve ezt a CyberGlove-hoz egy nagyon jó, tapintásvisszajelzéssel rendelkező eszközt kapunk, melyet úgy terveztek, hogy illeszkedjen az alapeszközhöz. Ellenálló erő-visszacsatolást biztosít minden ujjnak. Ínekből épül fel, amely meglehetősen jó megoldás lehet. Az íneket DC szervomotorok hajtják meg, melyek a kéz közelében egy padon találhatók meg. Az egyedüli probléma csak az, hogy nem lehet az ujjait görbíteni, hanem csak nyújtani. Erre akkor lehet szükség, ha a nano-világ felkutatásához szükséges eszközök lehetőségeit akarjuk kiterjeszteni. Fontos, hogy jó minőségű, kis súrlódású, és nagyon erős íneket használjunk, mert csak így érhetők el jó eredmények. Minden ujj maximum 12N-os, 12 bites felbontással. RS-232 soros porton keresztül kommunikál, de etherneten is felhasználható. - CyberTouch

Ez egy újabb eszköz arra, hogy fokozzuk a CyberGlove eszköz képességeit, ugyanattól a gyártótól, a Virtual Technologies-től. A CyberTouch kis méretű vibrotaktilis stimulátorokat alkalmaz mindegyik ujjon és a CyberGlove tenyerén. Mindegyik stimulátor egyenként programozható, hogy változtatható legyen az érintés érzetének erőssége. A stimulátorok elrendezése miatt olyan érzeteket tud kelteni, mint például a pulzus, vagy egyes hosszan tartó rezgések.

- Dexterous termékek

Ezek az eszközök a tapintás érzésének visszajelzésére szolgálnak. Kis méretű vibrátorokat használnak az ujjbegyeken, így jelzik, ha valamit megragadtunk a virtuális térben. Ez egy nagyon jó ötlet, hiszen az emberi kéz legérzékenyebb része az ujjbegy, amelyre nagy hangsúlyt kell helyeznünk. A legnagyobb problémát az jelenti, hogy a szükséges alkatrészek nem igazán léteznek könnyű, kis méretben, így ebben a projektben kis méretű hangszórókat használtak. Ezt a megoldást kombinálva az erő-visszacsatolással az ízületeknél, egyre jobb eredményekhez juthatunk.

A cég által kifejlesztett EXOS Utah/MIT Hand Master (DHM) a legpontosabb kézi-mester eszköz manapság a piacon. Bár a DHM eredetileg a robottechnikának lett kifejlesztve, sikeresen értékesítik a kéz funkcióinak és megbetegedéseinek klinikai analíziséhez. Nagyon pontos szenzorai kiváló eszközzé teszik nagyon finom felhasználásokhoz is. Kicsit nehézkes fel- és levenni, és némi szabályozást igényel a kézhez való megfelelő illesztéshez. Habár könnyű, mégis nehezebb egy kesztyűnél, és nem annyira stabil, amikor a kezet gyorsan rázzák, vagy mozgatják.

Alkalmazott virtuális technológia

A General Motors (GM) a formatervezéstől a gyártástechnológia kialakításáig széles körben használja a háromdimenziós technikát. A jármű formájának meghatározásában jelentősen megkönnyíti a virtuális technika alkalmazása, hiszen a lehetséges variációkat eképp úgy is megtekinthetik a döntnökök, hogy nem kell róluk költséges eljárással maketteket készíteni. A formaterv szempontjából hasznos az a lehetőség is, hogy az autóról visszaverődő fények is megtervezhetők, majd a program - megfordítva az eljárást - megalkotja a fényhatás eléréséhez szükséges karosszériaformát. Mindez az aerodinamikai részleg közreműködésével történik: itt végzik el a formatervezőktől kapott formák áramlástani elemzését, természetesen először nem valóságos, hanem virtuális szélcsatornában. A 3D-s formában tárolt autót a tervezőrészlegnek továbbítják.


Ez alapján a présszerszámok tervezői eldöntik, hogy az adott forma valóban megvalósítható-e acéllemezből, és elkészítik a présszerszám terveit. A gépészeti részlegnek ugyancsak nagy hasznára vannak ezek az információk, hiszen a motor, a váltó és a futóművek beépítése is ellenőrizhető a számítógépes terven. A gyártási folyamat elemzése ugyancsak egy virtuális szerelősoron kezdődik, aminek leginkább a dolgozók látják hasznát, hiszen a mozdulataikat úgy alakítják ki, hogy az a lehető legkisebb erőfeszítést igényelje. A belső elrendezés és formaterv kialakítására hasonló technológiát dolgoztak ki, viszont a jobb láthatóság érdekében egy 3D-s szobában (CAVE) az ember mozoghat is a virtuális térben. Jól ellenőrizhető így a kocsi ergonómiája is. A hatalmas beruházással létrehozott technológia fő feladata meggyorsítani és rugalmasabbá tenni a tervezés folyamatát, amelyben egyre kisebb szerep jut a valóságos prototípusokkal végzett próbáknak. A cél a költségek csökkentése és a hatalmas fejlesztői potenciál hatékonyabb kihasználása, végsősoron a termékek minőségének javítása.

Ezzel a cikkel rövid betekintést szerettem volna nyújtani a virtuális valóságba, valamint néhány érdekesebb virtuális kesztyűt ismertetni. A virtuális valóság és az ehhez a témakörhöz kapcsolódó számtalan új technológia napjainkban még csak gyerekcipőben jár, bár már a mai viszonylag kezdetleges VR rendszerek is elég meggyőző teljesítményre képesek. Akinek esetleg valami kérdése lenne a témával kapcsolatban, az nyugodtan küldjön egy e-mail-t, megpróbálok rá válaszolni, és elképzelhető, hogy a jövőben egy hasonló cikkben a VR egyéb területeire is elkalandozunk majd.