Раздел 4. Компьютерная графика и геометрическое моделирование
С помощью манипулятора можно осуществлять навигацию
в описанном виртуальном мире, динамически меняя позицию
наблюдателя, которая соответствующим образом визуализируй
ется на экране как:
- движение вперед-назад и повороты вправо-влево;
- движение вверх-вниз и вправо-влево;
- повороты вверх-вниз и вправо-влево;
- автоматическое движение до указанного объекта;
- переход на заранее определенную точку зрения.
Отдельно обрабатывается операция «прикосновения» к объекту.
Написанная на языке виртуальной реальности программа
при выполнении в любом Интернет-браузере интерпретируется
с помощью специального «проигрывателя». Например, в состав
операционной системы Windows входит программа «Microsoft
VRML viewer", которая реализуется как встраиваемая функ
ция («plug-in») для браузера Internet Explorer. При отображении
VRML viewer использует библиотеку DirectX и, следовательно,
получает аппаратную акселерацию на любом DirectX совмести
мом видеоадаптере.
4.10.2. Технические средства виртуальной реальности
Системы виртуальной реальности, появившиеся в результате
развития компьютерной графики и геометрического моделиро
вания, постоянно пополняются новыми техническими средства
ми, обеспечивающими воздействия практически на все органы
чувств человека: зрение, слух, осязание, равновесие. Уже извест
ны лабораторные установки, имитирующие по сигналу компью
тера запахи, дело осталось только за вкусом.
Средства объемной визуальной имитации. Технические средства
визуализации, используемые в системах BP, являются не только
самыми важными, но и многочисленными: компьютерные мони
торы различной конструкции и принципа действия, экраны, сте-
реоочки, стереошлемы, голографические установки и пр.
Стереоочки позволяют получать объемные изображения даже
на стандартных экранах и мониторах (рис. 4.10.1а).
Для каждого из двух глаз человека с помощью специальной
программы генерируется свое изображение, которое визуалй-
240
4.10. Виртуальная реальность и виртуальная инженерия
зируется в различном цвете (или с быстрым чередованием пар
кадров). Очки избирательно фильтруют (поочередно заштори
вают) и подают соответствующее изображение на каждый глаз
пользователя, что обеспечивают полную иллюзию стереоизо
бражения.
С помошью стереочков пользователи могут работать с реали
стичными изображениями, которые точно передают простран
ственные характеристики моделируемых изделий, их высоту,
ширину и глубину.
Головной дисплей (head-mounted display) оснащен двумя неболь
шими экранами, обычно жидкокристаллическими, подающи
ми различное изображение на каждый глаз пользователя (рис.
4.10.16). За счет оптической иллюзии, на некотором расстоянии
перед глазами пользователя формируется реалистическое сте
реоизображение.
а б
Рис. 4.10.1. Устройства объемной визуализации:
а - стервочки; б - головной дисплей
Шлем виртуальной реальности полностью закрывает голо
ву пользователя, обеспечивая изоляцию от окружающего мира,
и за счет этого создает эффект более полного «погружения»
в искусственную среду (рис. 4.10.2). Экраны, смонтированные
перед глазом пользователя, дают стереоскопическое изображе
ние. Прибор имеет встроенную многоканальную систему дина
миков, благодаря которой имитируются размещение и интен
сивность источников звука в пространстве.
Бинокулярный всенаправленный монитор (Binocular Omni-
°nentation Monitor - BOOM) (см. рис. 4.10.25) является механи
ческой версией шлема, в которой движение головы пользователя
отслеживается через систему механических звеньев.
241
4 10. Виртуальная реальность и виртуальная инженерия
ка слежения (трекбола). Мышка перемещается рукой по столу
и обеспечивает ввод двух координат. Ввод третьей координаты
обеспечивается вращением шарика трекбола.
для манипулирования объектами в трехмерном пространстве
может быть использована «технология виртуальной сферы». Объ
ект помешается в центр воображаемой сферы, для перемещения
которой используется мышь, находящаяся в одной руке пользо
вателя, а вращение сферы и другие манипуляции обеспечива
ются дополнительным устройством, управляемым второй рукой
Рис. 4.10.2. Устройства объемной визуализации:
а - шлем виртуальной реальности; б - головной монитор
Панорамный видеоэкран позволяет организовать коллективную
иллюзию виртуальной реальности без необходимости облачения
людей в специальные устройства. Экран полностью окружает
пользователя, причем на разных сегментах экрана демонстриру
ются различное изображение, соответствующее повороту головы
наблюдателя, создавая эффект присутствия внутри виртуальной
среды. Панорамный экран обеспечивает большое поле зрения
и свободу передвижения в виртуальной среде. Следует заметить,
что прототип данной технологии был разработан задолго до по
явления компьютерной техники и широко использовался как
аттракцион, реализованный средствами многокамерного кине
матографа.
Устройства управления. В системах виртуальной реальности,
в отличие от обычных графических компьютерных программ,
как правило, требуется вводить значительно больше исходной
информации для управления, чем это позволяют манипулятор-
мышь и клавиатура персонального компьютера. Поскольку
приходится одновременно управлять не только виртуальными
объектами, но и положением наблюдателя, координировать ча
сти его тела, направление взгляда, удаление/приближение и пр.
В компьютерных тренажерах в дополнение к привычным орга
нам управления компьютером (клавиатура и мышь) добавля
ют джойстики и педали, хорошо известные по компьютерным
играм. Кроме них в системах виртуальной реальности также ис
пользуются следующие оригинальные устройства.
Пространственная мышка, или Spac-bal (спейсбол), пред
ставляет собой конструктивное объединение мышки и шари-
242
(рис. 4.10.3).
Рис. 4.10.3. Графические манипуляторы
Наиболее совершенные средства визуализации позволяют
взаимодействовать с виртуальным миром, даже не прибегая к
помощи отдельных устройств ввода. Встроенные датчики (следя
щая система) автоматически регистрируют повороты головы на
блюдателя (head tracking) и даже положение его глаз (eye tracking)
и соответствующим образом изменяют состав изображения, вы
водимого на экран дисплея, согласуя его с положением точки
зрения наблюдателя, заданной в виртуальном пространстве.
Технология определения позиции и ориентации пользовате-
и его частей тела (голова, глаза, руки, и т.д.) в пространстве
лучила название «трекинга» (tracking). Эта технология долж-
243
4.10. Виртуальная реальность и виртуальная инженерия