Методы и средства создания СВР

Являясь человеко-машинным интерфейсом качественно нового типа, моделирующим трехмерное реалистичное виртуальное окружение (внешнюю среду), СВР позволяют человеку войти в эту среду и взаимодействовать с ней. Действия человека в виртуальной реальности учитываются в процессе ее моделирования. Положение тела, направление взгляда, усилие мышц, а также результаты деятельности человека фиксируются разнообразными датчиками и вводятся в компьютер, замыкая обратную связь системы управления развитием воспроизводимого виртуального сценария.

Для создания реалистичного изображения трехмерной виртуальной среды используется трехмерная графика с различными приемами тонирования и нанесения текстуры. Трехмерное моделирование виртуальных объектов с реалистичным поведением является ключевым свойством СВР. Имитация поведения объектов виртуальной среды достигается путем реалистичного трехмерного показа внешней среды, сопровождаемого соответствующими звуковыми эффектами и даже, в ряде систем, специфическим движением частей объекта [17-20].

Для передачи естественного движения объектов в трехмерной сцене, необходимо воспроизводить объемное изображение с требуемым пространственно-временным разрешением, т.е. следует передавать последовательность изменения состояния среды с такой частотой кадров и таким числом строк, при которых человек воспринимает слитно (без мельканий и разрывов) отображаемую динамично изменяющуюся визуальную информацию.

В СВР для отображения трехмерной информации наибольшее распространение получили стереотелевизионные системы: как двух-, так и одноканальные. В стереосистемах первого типа два изображения - стереопары - отображаются одновременно на двух кинескопах (или двух плоских телевизионных панелях) и воспринимаются одновременно и левым, и правым глазом.

При этом у наблюдателя возникает иллюзия восприятия трехмерной сцены. Данный подход реализуется в так называемых с тереовьюерах (нашлемных стереодисплеях). В одноканальных стереосистемах обычно реализуется последовательный принцип воспроизведения двух изображений стереопары на одном дисплее с последующим их разделением и направлением в левый и правый глаз наблюдателя.

Для разделения изображений стереопары используют различные очки: цветные, поляризационные, светоклапанные. Такие очки снижают видимую яркость изображения. Кроме того, необходимость использования специальных очков вызывает у наблюдателя определенный дискомфорт при восприятии трехмерной информации. Поэтому большое внимание здесь обращают на разработку систем трехмерного отображения, обладающих свойством автостереоскопичности, т.е. не требующих специальных стереоочков. К автостереоскопическим системам относятся растровые и голографические системы, а также системы с подвижными экранами.

Отметим, что стереосистемы и растровые системы трехмерного отображения в приемлемой по сложности реализации являются одноракурсными, т.е. в таких системах наблюдатель при любых смещениях головы может наблюдать только один ракурс трехмерного изображения.

Многоракурсными являются цифровые электроголографические системы и системы с подвижными экранами. В таких системах, вследствие заложенных в них принципов действия, формируется трехмерное изображение, которое можно рассматривать в различных ракурсах, в любом направлении и в широком диапазоне углов.

Для создания многоракурсного отображения в нашлемной стереосистеме необходимо с помощью специальных датчиков определять изменения положения головы и взгляда наблюдателя и, в соответствии с полученными сигналами, вносить вычислительным путем нужные изменения в изображение стереопары, подаваемое в нашлемный стереодисплей. Однако такой подход довольно сложен и, как следствие, не дает высокой точности отображения динамично изменяющейся многоракурсной картины.

Поэтому в ряде СВР используются автостереоскопические многоракурсные системы трехмерного отображения визуальной информации, что одновременно приводит к усложнению общей схемы СВР.

Даже самые лучшие современные дисплеи являются по пространственному разрешению слишком "крупнозернистыми" для зрительной системы человека при их использовании в стереошлемах. Кроме того, при восприятии человеком изображения со стереодисплея имеет место суженный угол зрения, который не соответствует полю зрения человека при наблюдении им реальных трехмерных сцен.

Одним из путей частичного устранения названных недостатков можно считать создание специального лазерного микросканерного минидисплея с разрешающей способностью порядка 8000і6000 элементов в кадре. Использование двух таких минидисплеев в нашлемной стереосистеме может значительно повысить эффект визуального вхождения человека в виртуальную реальность.

Дата добавления: 2014-01-11