Monday, 11 December 2017

バーチャルリアリティ:インタフェースデバイス



データグロブ、ワンド、ステイストッパー。 仮想環境で使用されるこれらおよび他のインタフェースデバイスは、仮想現実へのポータルとして役立ちます。 ヘッドマウントディスプレイ BOOM 、またはCAVEのいずれを使用していても、このようなインターフェイスデバイスは、表示された画像と対話するときに使用するコンピュータとの物理的な接続を形成します。

オブジェクトをピックアップしたり、シカゴのダウンタウンを通って飛行機をナビゲートしたり、2分子のタンパク質を結合することができます。 バーチャルリアリティの品種とアプリケーションは無限です。

現在使用中のデバイスのサンプルを示します。

データ集
航空宇宙局

データグローブは、コンピュータにコマンドをジェスチャーする簡単な手段を提供します。 ヘッドマウントディスプレイを装着している場合やBOOMを操作している場合は、キーボードのコマンドを打ち込むのではなく、データグローブを使って行うジェスチャーに応じてモードを変更するようにコンピューターをプログラムします。

上方を指すことはズームインを意味することがあります。 下を指し、縮小する。 あなたの握りこぶしは、コンピュータにプログラムの終了を知らせるかもしれません。 いくつかの人々は、シミュレーションで手の動きを模倣するようにコンピュータをプログラムする。 たとえば、仮想交響曲を演奏しながら手を見ることができます。

データグロブの1つのタイプは、その背面に沿って光ファイバケーブルのウェブを有する。 ケーブルによってコンピュータに伝送される光量の変化は、指の関節がどのように曲がっているかを伝えます。 データグローブがあなたの手に較正されると、ジェスチャーはあらかじめプログラムされたコマンドをトリガします。

他の手袋は関節上のひずみセンサを使用して動きを検出します。 さらに、手の動きを測定するために機械的センサーに依存するものもあります。

いくつかのコンピュータユーザは、顔面センサ、身体のスーツを作成することによって、データグローブの概念を詳述してきた。 多くの科学者がこれらの起き上がりに登場したことはあまりありませんが、アニメーターは持っています。 既に、コンピュータに接続された顔面運動センサは、アニメーションアニメーションの仕事を単純化しています。

ワンド
電子視覚化実験室

インターフェースデバイスの中で最も単純なWandsは、すべての形とバリエーションがあります。 大部分は、シミュレーションまたはデータ表示で変数を制御するオン/オフボタンを組み込んでいます。 他には、ノブ、ダイヤル、またはジョイスティックがあります。 彼らの設計と対応方法はアプリケーションに合わせて調整されています。 例えば、生物学者は時々仮想頭脳から組織サンプルをスライスするためにメスのような杖を使用する。

ほとんどのワンドは6自由度で動作します。 つまり、オブジェクトにワンドを指定することで、前方または後方、上下または左右の6方向のいずれかで、その位置と方向を変更できます。 この汎用性とシンプルさは、ワンドの人気の理由です。

その他の入力デバイス
陸軍研究所

ほぼすべてのものを、バーチャルリアリティのシミュレーション用の検出デバイスに変換することができます。 研究者はトランポリンを疑似サーフボードに変換しました。 CaterpillarInc.は、ステアリングホイールとペダルが装備されたモックトラクタキャブにセンサーを取り付け、この環境を使用して新しいバックホウローダーラインの試乗をシミュレートしました。

Stairsteppersは、インターフェイスデバイスの無限の現れの例です。 シミュレートされた戦場の一部である軍隊の研究室のエンジニアは、ヘッドマウントディスプレイに投射された戦闘シーンに対応して、兵士の動きの速度、方向、強度を検出するために、検知装置を備えたステイストッパーを装備しました。 stairstepperは、階段の昇降を容易にするか、または難しくすることによって、兵士にフィードバックを提供しました。

バーチャルリアリティ:テクノロジー





リアルタイムで3Dの世界を探検したいのですか? 適切なハードウェアとソフトウェアを使用すれば、それだけでも可能です。 さまざまなヘッドマウントディスプレイまたはブームマウントディスプレイの中から選択します。 または、バーチャルリアリティルームCAVEに足を踏み入れることで、デジタル画像で自分を囲みます。

以下の文書には、3Dマウスのように、仮想世界を制御し操作することができる、最も一般的なバーチャルリアリティシステムとそれに関連するインタフェースデバイスが記載されています。 VRアーキテクチャのディスプレイも紹介します。 典型的なVRシステムのこの例では、ハードウェアとソフトウェアが一緒になって仮想世界を生成する方法を知ることができます。 実際には、VRシステムを訪問するのがよいでしょう。







それぞれの環境は、仮想世界について若干異なる視点を提供します。 それぞれは、あなたがコンピュータとやりとりしやすくするためのものです。 それぞれは、データ分析を感覚的ならびに認知的な経験に変換する。



次に最も一般的な仮想環境について説明します。 3つすべてを調べてください。



ヘッドマウントディスプレイ

カーネギーメロン大学



特大のオートバイのヘルメットのように見えるヘッドマウントディスプレイは、実際には他のフラットな画像に深みを与える携帯用の表示画面です。 ヘルメットの中を見ると、2つのレンズが見えます。 シミュレーションが始まると、コンピュータは画面上に2つのわずかに異なる画像を投影します.1つはオブジェクトを右目で、もう1つは左から見えるように表示します。 これらの2つのステレオ画像は、脳によって融合されて1つの3D画像になります。



あなたの動きを追跡するために、ヘルメットの上部にあるデバイスは、固定された追跡デバイスに相対的な頭の動きを通知します。 頭を前に、後ろに、または横に動かすか、または異なる方向を見ると、コンピュータは新しい視点を反映してシミュレーションを継続的に更新します。



ヘッドマウントディスプレイは周囲の環境をブロックするため、フライトシミュレータなどの仮想環境で着用者が気分を感じるようにするVRオペレータが好評を博しています。 予想通り、これらのディスプレイはエンターテインメント業界でも人気があります。 しかし、少しエスケープのコストは、痛い首になることができます。 ほとんどのヘッドマウントディスプレイは数ポンドの重さです。



データグロブとワンドは、ヘッドマウントディスプレイで使用される最も一般的なインターフェイスデバイスです。



ブーム

ブームの写真

スーパーコンピューティング・アプリケーションのための国立センター



Binocular Omni Orientation Monitor(BOOM)は、ヘルメットに騒がしいこと以外はヘッドマウントに似ています。 BOOMの表示ボックスは、2つの部分からなる回転アームから懸架されています。 ブームの2つの眼鏡に額を置き、あなたは仮想世界にいます。 画像上の視点を変更するには、表示ボックスの横にあるハンドルをつかんで、実際の場合と同じように画像の周りを移動します。 後ろから見て回る。 BOOMハンドルのコントロールボタンは通常、インターフェイスとして機能しますが、データグローブや他のインターフェイスデバイスを接続できます 。



洞窟

ケーブアニメーション

電子視覚化実験室

洞窟のアニメーション

QuickTimeムービー (3.9 MB); MPEGムービー (1.2 MB) サウンドファイル (1.7 MB)



CAVEのコンピュータ画像

電子視覚化実験室



「 CAVEでは、あなたは外を見ているのではなく、内を見ている」

Thomas DeFanti 、CAVEの共同開発者、シカゴのElectronic Visualization Laboratoryのイリノイ大学

JPEG画像 (38K)



洞窟でのデータ浸漬



最新で最も没入型の仮想環境の1つは、CAVE( CAVE自動仮想環境 )です。 この10 x 10 x 9フィートの暗くなったキュービクルに入るのは、BOOMの表示ボックスにジャンプするか、コンピュータの画面に登るようなものです。 ポータルやフラットスクリーンでデータを観察することはもうなくなりました。 むしろ、ディスプレイを使用すると、データの「内側」にある感覚を体験することができます。

JPEG画像 (42K)



Larry Smarr、NCSA /イリノイ大学、カメラ上

映画/サウンドバイト

QuickTimeムービー (4.7 MB) サウンドファイル (2.0 MB) テキスト



CAVEが他の仮想環境よりも優れているという2つの利点から、このデータが内部にあるか、浸漬されているという大きな感覚がもたらされます。 第1の利点は、妨げられない動きです。 ここには不器用なヘルムートや観覧箱は必要ありません。 唯一必要なギアは、ガラスとワンドのファンキーなペアです。



CAVEの第2の利点は、その大きな視野です。 CAVEでは、データは立体画像でCAVEの壁と床に投影され、キューブを満たす。 シミュレートされた水族館では、魚はあなたの前またはあなたの左右で泳ぐだけでなく、あなたの後ろにも泳ぐことができます。



Larry Smarr、カメラ上

映画/サウンドバイト

QuickTimeムービー (3.7 MB)。 サウンドファイル (1.5 MB); テキスト



3D効果を得るために、コンピュータは、スクリーン上でフラッシュされる画像と同期して、視聴眼鏡内のレンズを制御しながら、迅速かつ交互に連続して立体画像を投影する。 検出不能に速いシャッターリングはステレオビジョンを生み出します。



眼鏡に取り付けられた追跡装置は、視聴者の位置をコンピュータに中継し、その後、視聴者の新しい遠近感を毎秒10フレームの割合で反映するように画像を再計算する。 Wandsは最も一般的に使用されるインタフェースデバイスです。



3D画像はCrystalEyesシャッターメガネを着用している誰でも見ることができるため、CAVEは共同作業に最適です。 1人または複数の人が、追跡装置を身につけている人の観点からであっても、シミュレーションを同時に観察および分析することができます。 今のところ誰もが同じCAVEにいなければなりませんが、 CAVEからCAVへのEセッションは電話会議と同じくらい一般的です。



一部の画像には、画像を駆動する同じデータにマッピングされたサウンドが付いています。 ビーチへの仮想旅行は、海岸に衝突する波の音とカモメの叫び声が聞こえると、はるかに魅力的です。 しかし、雰囲気を提供することを超えて、サウンドは、スピードや周波数など、イメージに簡単に取り込まれないデータの細かい機能を明らかにすることができます。 ジェットの表面を流れる空気の微妙な渦と渦が聞こえるのはいかがですか? 2つの分子が結合したときに、強烈なことが分かります。 ビーコンとして放射されたビープ音は、バイオギャラクシーの探査からあなたを地球に帰還させることができます。



Larry Smarr、カメラ上

映画/サウンドバイト

QuickTimeムービー (2.1 MB); サウンドファイル (1.0 MB); テキスト



Larry Smarr、カメラ上

映画/サウンドバイト

QuickTimeムービー (2.9 MB) サウンドファイル (1.3 MB); テキスト



しかし、ギアの抵抗や斜面の傾斜など、あなたが探索している仮想世界を感じるのはどうですか? スタイリストや他の触覚デバイスなど、現在オンラインになっている新しい入力デバイスでは、これを行うことができます。 一言で言えば、皆さんは、あなたが冒険しようとするデジタル世界を見て、聞いて、感じるように、そしてすべてをリアルタイムで行うように設定されています。



スモールはゴールデンです

答えが何であっても、VR技術は明らかに、より小型で安価で柔軟性の高い、より高い解像度のシステムに向かって進化しています。 たとえば、ImmersaDesksはCAVEの合理化されたバージョンとして機能し、3Dの没入型テクノロジをオフィスのコストのほんのわずかにすることができます。 ドラフトテーブルのサイズについては、イマーサジクスはポータブルですが、その前に座っている人の視野を埋めるのに十分な大きさです(したがって、浸漬の錯覚を与えます)。 画像は、CAVEで使用されているのと同じ軽量の立体視眼鏡で見られます。 科学者はオフィス内のImmersadesksでCAVE用のアプリケーションを設計することができます。 建築家は3Dで建物を設計し、次にモードを切り替え、モデルの仮想ウォークスルーで顧客を護衛する。

バーチャルリアリティ:歴史



始まり
バーチャルリアリティは過去数年間で見出しに入ったかもしれませんが、その根は40年前になります。 それは1950年代後半で、国がマッカーシー主義の古い痕跡を振り払い、エルヴィスの音に揺れていたように、人々がコンピュータとやりとりする方法を変えてVRを可能にするアイデアが生まれた。

当時、コンピュータは空調室に閉じ込められたゴリアテを骨抜きにしており、難解なプログラミング言語に精通した人だけが使用していました。 栄光に満ちたマシンを追加する以上にそれらを考慮した人はほとんどいません。

しかし、若い電気技術者と以前の海軍のレーダー技術者Douglas Engelbartは、それらを異なって見た。 Engelbartは、コンピュータを数値処理に限定するのではなく、デジタル表示のツールとしてそれらを構想しました。 彼はレーダーを使って、あらゆるデジタル情報を画面上で見ることができると知っていました。 なぜ、彼はその後、コンピュータをスクリーンに接続し、両方を使用して問題を解決するのかを推論しましたか?

機会とタイミング
最初は、エンゲルバルトの考えは解雇されましたが、1960年代初頭には他の人々も同じように考えていました。 さらに、彼のコンピューティングビジョンの時代は正しかった。 通信技術はコンピューティングやグラフィックス技術と交差していました。 真空管ではなくトランジスタに基づく最初のコンピュータが利用可能になりました。 この相乗効果により、パーソナルコンピュータ、コンピュータグラフィックス、そして後にバーチャルリアリティの出現の基礎を築いた、よりユーザーフレンドリーなコンピュータが生まれました。

この10年間でいくつかの重要な出来事が記録されました。

    礼儀SIGGRAPHビデオレビュー
    核攻撃に対する恐怖は、大量の情報を処理し、人間が容易に理解できる形で即時に表示する新しいレーダーシステムを使用するように米軍に指示した。 その結果得られたレーダー防御システムは、データの最初の「リアルタイム」すなわち瞬間的なシミュレーションでした。

    先端研究プロジェクト機関
    航空機設計者は、コンピュータが空気流データをグラフィック表示またはモデリングする方法を実験し始めました。 コンピュータの専門家は、コンピュータを再構築して、これらのモデルを表示し、計算するようになりました。 設計者の作業は、複数のデータセットを画像やシミュレーションとして表現するコンピュータモデリングの先進的な形態である科学的視覚化の道を開いた。

    マサチューセッツ工科大学
    自己スタイルのコンピュータウィザードを導入することで、キーボードを画像や手のジェスチャーに依存したインタラクティブなデバイスに置き換えることで、コンピュータとの人間とのやりとりの障壁を減らすことができました。 1962年にIvan Sutherlandはコンピュータ上で画像を描くことができるライトペンを開発しました。 サザーランドのコンピュータ支援設計プログラム「スケッチパッド(Sketchpad)」は、コンピュータを使って自動車、都市、工業製品の設計図を作成する方法を開拓しました。 10年の終わりには、デザインはリアルタイムで動作していました。 サザーランドは1970年までに、頭部装着式ディスプレイを製造し、Engelbartは、コンピュータ画面上でテキストを動かすための粗いポインティングデバイス、最初の「マウス」を発表しました。

本物を得て戦争ゲームをする
バーチャルリアリティの最も影響力のある先駆けの1つは、 フライトシミュレータでした。 第二次世界大戦と1990年代に続いて、軍と産業団地は、飛行機をシミュレートするために何百万ドルもの技術を投入しました(そして、後にタンクと操船を運転します)。

エバンス&サザーランド
それから、今のように、飛行の危険にさらされる前に、パイロットを地上で訓練することは、より安く、より安全でした。 初期の飛行シミュレーターは、投げられて転がったモーションプラットフォーム上に構築されたモックコックピットで構成されていました。 しかし、限界には、視覚的なフィードバックが欠けていた。 これは、ビデオディスプレイがモデルコックピットと結合されたときに変化しました。

エバンス&サザーランド
1970年代までに、コンピュータで生成されたグラフィックがビデオとモデルを置き換えました。 これらの飛行シミュレーションはリアルタイムで動作していましたが、グラフィックスは基本的なものでした。 1979年、軍は頭部装着型ディスプレイを試しました。 これらのイノベーションは、1970年代に建設されたジェット機の訓練と飛行に伴う大きな危険から生まれました。 1980年代初めには、より優れたソフトウェア、ハードウェア、モーションコントロールプラットフォームにより、細かいバーチャルワールドを通じてパイロットがナビゲートすることが可能になりました。

もちろん、「軍工工業団地」はコンピュータグラフィックスに興味を持つ唯一の企業ではありませんでした。

バーチャルでゲームをする
コンピュータグラフィックスの自然な消費者は、軍事産業と同様に、仮想現実における多くの貴重なスピンオフの源泉となったエンターテインメント業界であった。

SIMGraphics
1970年代には、ハリウッドの最も驚異的な特殊効果の一部は、1976年にリリースされた大予算の大ヒットSF映画「 スターウォーズ 」の戦闘シーンなど、コンピュータで生成されました。その後、 Ter minatorJurassic Park 1980年代初頭、ビデオゲーム事業は急速に成長しました。

航空宇宙局
コンピュータグラフィックスへのエンターテイメントのベンチャーの直接的なスピンオフは、手の動きを検出するコンピュータインタフェースデバイスであるデータグローブでした。 手のジェスチャーを音楽シンセサイザーにリンクして音楽を作り出すことが発明されました。 NASAエイムズは、この新しいコンピュータ入力デバイスの仮想環境での実験の最初の顧客の1人でした。 しかし、「データグロブ」の最大の消費者は、人気の任天堂のゲームで子供たちが敵を征服した普及したミットであるPowerGloveにそれを適用したMattel社でした。

科学の目
Tom DeFantiEVL /イリノイ大学、カメラ内
映画/サウンドバイト
QuickTimeムービー 714K; サウンドファイル 353K; テキスト

ピンボールマシンがビデオゲームへの道を開くにつれ、 科学的視覚化の分野では、棒グラフや線画から動的画像への変態が起こっていました。

科学的視覚化は、コンピュータグラフィックスを使用してデータの列を画像に変換します。 このイメージは、科学者が科学的調査の一部で必要とされる膨大な量のデータを同化することを可能にします。 数列からDNA配列、分子モデル、脳マップ、流体の流れ、または宇宙の爆発を理解しようとしていると想像してください。

科学的視覚化の目標は、画像内のシステムまたはプロセスの動的品質を獲得することです。 1980年代、ハリウッドの特殊効果技術を借用して作成するだけでなく、科学的な視覚化もアニメーション化されました。 1990年に、NCSAのロサンゼルスに降りるスモッグの賞を受賞したアニメーションは、州の大気汚染法に影響を与えました。 このアニメーションは、この種のイメージの価値を説いています。

しかし、アニメーションには厳しい制限がありました。 まず、費用がかかりました。 精巧なコンピュータシミュレーションの数ヶ月後、スモッグアニメーション自体は結果データから生成するまでに6ヶ月かかりました。 個々のフレームには数分から1時間かかりました。 第二に、インタラクティブ性、つまり画像に即座に反応する実験を管理するデータや条件の変更が許可されていないことです。 完了後、アニメーションを変更することはできませんでした。

科学者はインタラクティブ性を望んでいた。 軍事、産業、ビジネス、エンターテインメントもそうでした。 インタラクティブ性の要求は、コンピュータの視覚化を限界に向けて、仮想現実に向けて押しやった。

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1980年代半ばの高性能コンピュータの開発でなければ、インタラクティブな考え方は残っていました。 これらのマシンは、プログラマや科学者が高度な視覚化ソフトウェアプログラムを開発するためのスピードとメモリを提供しました。 1980年代の終わりには、低コストで高解像度のグラフィックワークステーションを高速コンピュータにリンクさせ、視覚化技術をより使いやすくしました。

VRの基本要素はすべて1980年以来存在していましたが、強力な画像レンダリング機能を備えた高性能コンピュータが機能するようになりました。 ビジュアライゼーション環境の需要が高まっており、膨大な量のデータがコンピュータから毎日取り出されるように科学者が理解できるようになりました。 計算とVRの両方のためのドライバとして、高性能コンピュータはもはや単純なナンバークレンチャとしては機能しませんでしたが、探査と発見のためのエキサイティングな手段となりました。

知識の最前線でのVR
今日、バーチャルリアリティは、コンピュータと対話してコンピュータを制御する方法を変えようとしています。 50年以上前のコンピュータの導入のように、その影響は不明です。 すべての家、教室、オフィスにVRがありますか? コンピュータで作成された世界を私が映画に見ているように普段着することはありませんか?

VRについて確かなように思えるのは、それが成長し発展することだけです。 技術が成熟するにつれて、より良い、より安く、よりアクセスしやすくなります。 さらに、コンピュータをつなぐネットワークが広がり、VRが日常生活に織り込まれる可能性があります。

明らかに、VRの未来は想像力によってのみ制限されています。