Пять важных технологических достижений для улучшения виртуальной реальности

Технология виртуальной реальности еще только начинает свой путь становления и развития. Она не лишена некоторых проблем, которые предстоит решить в ближайшее время. Одна вещь, например, которая не дает покоя разработчикам технологии, — это графический процессор.

Технология виртуальной реальности сильно изменилась со времен выпуска фильма «Газонокосильщик» (Lawnmower Man), однако ей еще далеко до совершенства. Сама технология не такая уж реальная. Она неудобна тем, что для того, чтобы испытать опыт виртуальной реальности, необходимо надеть тяжелую пластиковую гарнитуру, которая как маска закрывает половину вашего лица.  Кроме того, вам все равно придется напрягать ваш мозг из-за низкого разрешения трехмерного мира, который отображается внутри гарнитуры.  Это еще не все. Вы будете «прикованы» проводами к компьютеру, потому что гарнитура виртуальной реальности абсолютно не автономна. Для работы ей необходимо наличие компьютера или смартфона. С таким шлейфом вряд ли удастся расслабиться, а вот запутаться в проводах можно очень даже запросто.

Конечно же если вы уже потратили большую кучу денег на покупку гарнитуры виртуальной реальности, а так же приобрели необходимые контроллеры и аксессуары, вероятно, вы будете защищать гарнитуру, считая ее достаточно иммерсивной. Вы ведь прирожденный геймер и это все ваше.

Однако нужно смотреть правде в глаза и признавать все как есть, не пытаясь приукрасить технологию виртуальной реальности. Давайте обращать внимание на проблемы виртуальной реальности. Пока что она находится на стадии неуклюжего подростка. Это уже не ребенок, но и еще не взрослый. Необходимо пройти этот этап взросления, когда появится много различного контента, а также разные программы на любой выбор.

Виртуальной реальности необходимо дать время на развитие. Уже сейчас мы видим потенциал технологии. Как и в подростковом возрасте, тут есть возможность как оправдать свои ожидания, превратившись в совершенную технологию, так и провалить все, заставив технологию исчезнуть с позором.

Технологии виртуальной реальности предстоит пройти процесс развития и избавления от различных проблем, которые она сейчас имеет. Это важные технологические шаги, которые могут быть важнейшими вехами развития  технологии.

Автономная беспроводная работа гарнитуры

Привязка к компьютеру или смартфону лишает нас мобильности. Обретение самостоятельного процессора и экрана – это очень важная (если не самая главная) вещь, которая должна произойти с виртуальной реальностью. Это поможет избавиться от проводов, которые буквально привязывают пользователя к компьютеру, мешая свободе перемещения. При этом проблема в том, чтобы сделать гарнитуру небольшого размера с сохранением такой же надежности, скорости и времени запаздывания картинки, какие в настоящее время имеют гарнитуры виртуальной реальности. Если будет еще лучше, это только приветствуется.

На этом фронте уже имеются некоторые положительные изменения. Так, в конце августа 2016 года компания Quark VR сделала заявление о том, что она начала работать с компанией Valve с целью создания беспроводной гарнитуры Vive, чей прототип будет тестироваться в этом году.

«Привязка к компьютеру с помощью Wi-Fi соединения приводила к неизбежной задержке передачи, что было огромной проблемой», — сказал представитель компании Quark VR для прессы. «Однако мы уже находимся близко к тому, чтобы показать такое устройство в действии».

Компания Quark VR пришла к своему решению — создание небольшого устройства, которое подключается к гарнитуре  без проводов, а так же подключается к компьютеру с помощью Wi-Fi соединения. Кроме того, компания TPCast также создала адаптер для гарнитуры Vive. При этом они уже начали продавать свои устройства.

TPCast продавала свои китайские устройства за 220 долларов США. Quark VR сообщила только о начале использования WiFi, в то время как компания TPCast заявила о хорошем качестве передачи с задержкой картинки не более 2 миллисекунд и частотой отображения 90 кадров в секунду на мощных играх. Здесь предполагается использование беспроводных технологий 60 ГГц. Они способны развивать скорость в семь раз больше по сравнению со стандартным роутером 802.11, однако есть вероятность разрыва связи в самый неподходящий момент.

Существует также обещание создания  терабитных передатчиков, которые разрабатываются исследователями из университета Хиросимы, компании Panasonic и Национального института информаций и коммуникационных технологий Японии.

«Сегодня мы обычно говорим о скорости передачи в мегабитах или гигабитах в секунду. Но я предвижу, скоро мы заговорим о терабитах в секунду. Это именно то, что предлагает беспроводная терабитная технология», —  сказал профессор Минору Фуджишима, который работает на кафедре полупроводниковой электроники и интеграции науки в университете Хиросимы. «Такие экстремальные скорости в настоящее время ограничены  оптическими волокнами. Я хочу перевести волоконно-оптические скорости в воздух. Мы уже сделали важный шаг на пути к достижению этой цели».

Используя диапазон частот 275-305ГГц, они могут передавать по 10Гбит на канал, при этом таких каналов может быть множество в пределах этого диапазона. Если бы они могли получить некоторый диапазон и надежность, они могли бы стать победителем. Однако это еще под вопросом, так как исследователи еще не опубликовали расстояния, с которыми они работают.

Мы увидим первые плоды беспроводной виртуальной реальности в следующем году, при этом новые прототипы Vive и гарнитуры Intel Project Alloy потенциально выйдут на рынок в 2017 году. Однако вряд ли стоит ожидать надежную высокоскоростную установку для виртуальной реальности в ближайшие несколько лет.

Поговорим про аккумуляторы

Рука в перчатке виртуальной реальности с использованием беспроводной технологии  должна стать большим прогрессом в работе аккумуляторов. Для качественной работы беспроводной технологии, а также всех необходимых экранов и датчиков, необходимо иметь очень вместительные аккумуляторы.

Компания TPCast, которая обещала представить беспроводную гарнитуру Vive, планирует предложить мощные аккумуляторы к устройствам, которые смогут добавить от двух до пяти часов автономной игры в виртуальной реальности. Этого вполне достаточно для продолжительной работы. В настоящий момент непрерывная пятичасовая игра способна сильно отвлечь пользователя от реального мира, после чего может понадобиться время на восстановление психики.

Однако остается еще один вопрос: как много времени будет занимать полная зарядка аккумулятора? Если у вас нет в наличии запасного аккумулятора, вам необходимо не забыть поставить его на зарядку после игры и отключить по прошествии необходимого времени.

Сейчас на горизонте появились новые технологии относительно аккумуляторов, которые обещают предстать перед пользователями уже в новом году. Компания SolidEnergy Systems надеется начать выпуск  аккумуляторов из металлического лития, которые планируются использоваться на носимых устройствах и смартфонах уже в первой половине 2017 года. Использование металлического лития позволит использовать легкую металлическую фольгу, которая имеет хорошую емкость при небольшом размере. Это позволить как минимум в два раза уменьшить размер аккумуляторов. Это уже большая победа.

Далее ученые думают над такими аккумуляторами, как литиево-воздушные и твердотельные ионно-литиевые аккумуляторы. Ионно-литиевые «дышащие» аккумуляторы используют кислород в качестве оксиданта вместо физического оксиданта. Исследователи из университета Далласа считают, что такие батареи будут стоить в пять раз дешевле традиционных ионно-литиевых аккумуляторов, а так же в пять раз легче с работой в пять раз дольше. Такое пятикратное улучшение указывает на настоящий прорыв в данной сфере.

Технология твердотельных ионно-литиевых аккумуляторов использует сульфидные сверхионные проводники (что кажется на грани фантастики), которые позволяют перевести аккумуляторы на новый уровень по емкости, а так же быстроте заряда, так как полная зарядка будет занимать менее десяти минут. Такие аккумуляторы должны стать более безопасными и стабильно работающими. Здесь можно бросить камень в огород компании Samsung, которая так и не смогла устранить проблемы с аккумуляторами Samsung Galaxy Note 7.

Сила десяти титанов

Одним из важных аспектов виртуальной реальности является ощущение иммерсивности (погружения в виртуальную среду) и физическое ощущение присутствия там. Для этого просто необходимо иметь мощное графическое оборудование.

Здесь не имеется в виду лишь способность представлять или отображение сверхреалистической картинки, виртуальная реальность должна еще быть  быстро реагирующей на изменения обстановки и последовательной. Именно на этих аспектах обычно человек понимает, что он находится  не в реальной среде. Когда на движения нет немедленного ответа или когда частота смены кадров не соответствует тому, что происходит в реальной жизни. Такие вещи отравляют пользователям опыт виртуальной реальности.

В данный момент разрешение таких мощных гарнитур как  HTC Vive and Oculus Rift минимально по сравнению с тем, что может отображаться на компьютере. Однако все равно гарнитуры должны иметь мощный графический процессор для отображения реалистической скорости передачи кадра, так как проблемы с частотой смены кадров вызывают тошноту и головокружение при каждом движении головы.

Именно этой проблемой сейчас активно занимаются такие технологические монстры, как Nvidia и AMD, которые в этом году должны выпустить новые  графические процессоры. Это будут архитектуры Volta и Vega соответственно. Это может стать первым поколением графических процессоров, которое полностью решит проблему с тошнотой и головокружением.

При этом процессор AMD Vega должен появиться немного раньше – в первой половине 2017 года, тогда как технология Nvidia Volta появится немного позже, но тоже в 2017 году. Мы получим архитектуру GTX 1080 Ti, основанную на графическом процессоре Titan X, что в конечном итоге приведет к снижению цены до более разумных сумм. Иначе просто придется продать одну почку для покупки такого оборудования.

Больше пикселей и более сочные цвета

В настоящий момент обе гарнитуры виртуальной реальности Oculus Rift и HTC Vive используют двойные экраны, каждый из которых имеет разрешение 1080 x 1200. По сравнению с версиями высокопроизводительных гарнитур, которые находятся  в разработке,  увеличенное разрешение позволит минимизировать видение пикселей (эффект москитной сетки — screen door effect), так как два экрана находятся прямо перед глазами пользователя.

Однако минимизация не означает устранение. Если вы хотите больше не видеть отдельные пиксели перед глазами, даже экрана с разрешением 4K будет недостаточно. Для этого необходимо не менее 8K для каждого глаза. Это более 66 миллионов пикселей, что будет тянуть мощность графического процессора, который еще даже не разработан. Над этим предстоит поработать компаниям Nvidia и AMD.

Но даже при разрешении 8К на один глаз вы все еще будете иметь увидеть эффекты пикселей на экране. Вы по-прежнему будете видеть эффект наложения, а также все равно будете видеть мурашки по краям.

Мистический стартап Magic Leap использует «фотонный чип» (который похож на линзы для плохого зрения), а «трехмерный компонент вафельного типа имеет очень маленькие конструкции, которые управляют потоком фотонов и способны в конечном счете создать цифровой световой сигнал поля», — объяснил Рони Абовиц, основатель компании Magic Leap.

Таким образом создается устройство смешанной реальности, которое использует световое поле для того, чтобы обмануть ваши глаза и мозг, полагая, что они видят на самом деле то, что является частью мира вокруг вас. При этом не стоит забывать о том, что устройства Magic Leap по-прежнему окутаны тайной. На данный момент имеется лишь сомнительная информация, подслащенная сомнительными кадрами с фейковыми демонстрации работы данного устройства.

Световые поля выглядят лучшим образом при создания изображений как в смешанной реальности, так и просто в виртуальной реальности. Они выглядят натурально и имеют высокое качество. Плоские двухмерные экраны используют методы, которые обманывают наши глаза на предмет восприятия глубины изображении, однако мозг это распознает, что в конечном итоге запутывает мозг, вызывая у пользователей головную боль и тошноту.

Исследователи из Стэнфорда создали экран со световым полем, который использует различные слои, позволяющие глазам фокусироваться лучшим образом, что делает изображение более естественным и комфортным. Предыдущие попытки создания дисплеев светового поля (PDF)  были какими-то неуклюжими с довольно низким качеством изображения. Так, в Стэнфорде  стереоскоп светового поля демонстрировался на мероприятии SIGGRAPH в прошлом году. В нем создавалось гораздо более высокое разрешение изображения с помощью пары полупрозрачных экранов, расположенных один перед другим.

Однако это не совсем то, что запланировала компания Magic Leap для своего устройства. Правда они пока что не представили даже более-менее рабочего прототипа для разработчиков, однако судя по описанию  и демонстрационному видео это будет более продвинутая технология экрана для дисплеев,  расположенных непосредственно перед глазами. По крайней мере данная технология сейчас находится в разработке.

Вполне возможно, что то, что делает компания Magic Leap, —  это создание формы виртуального ретинального дисплея (Virtual Retina Display) — технологии которая по существу работает, рисуя изображение непосредственно на сетчатку внутри глазного яблока. Возможно это звучит страшновато, однако такая технология позволила бы решить проблему с углом зрения, а так же разрешением экрана и видением пикселей. Будем надеяться, что Magic Leap доведет технологию до логического завершения.

Идем по кругу

Виртуальная реальность довольно быстро перешла от  начальных неподвижных демонстраций на гарнитуре Oculus Rift к активной игре. Разработчики создали головной треккинг уже на стадии версии для разработчиков (DK2), что позволило применять функции движения головой. Компания HTC совместно с Vive быстро вникла в тему и создала гарнитуру HTC Vive с контроллерами, позволяющими передвигаться по комнате. Теперь можно играть не только сидя за столом. Более того, в компании Microsoft работают над смешанной реальности в рамках проекта Project Evo.

Как уже упоминалось, беспроводная технология является неотъемлемой частью свободы передвижения, необходимой для перемещения по комнате или погружения в необычную виртуальную среду, однако здесь так же важно физическое перемещение в время прохождения игры, так как должно быть максимальное сходство с реальной жизнью.  Конечно же всегда будут иметь место ограничения в пространстве. Необходимо двигаться по кругу, так как вероятнее всего, что площадь игрового пространства меньше площади виртуального  мира, поэтому разработчикам необходимо использовать разнообразные творческие пути вокруг текущего стандарта телепортации.

На данный момент большинство игр виртуальной реальности работают на соединении физической активности вокруг небольшой площади и телепортации для перемещения по игровому миру. Существует технология, которая называется перенаправленная ходьба, которая может превратить замкнутое пространство в бесконечное. Оно было введено в пространство виртуальной реальности с системой Void, опытом виртуальный реальности, с помощью которого есть возможность передвигаться в пространстве игры, используя перенаправленную ходьбу.

С помощью перенаправленной ходьбы можно создавать бесконечное пространство, слегка регулируя виртуальный мир вокруг вас, что позволяет подсознательно изменить свое движение. Идея бесконечного коридора работает путем сдвига виртуального коридора по кругу, то есть человек начинает незаметно ходить по кругу, а не по прямой линии. Здесь по прежнему необходим иметь довольно большую площадь для того, чтобы создать иллюзию бесконечности. Однако для того, чтобы пользователь считал, что он идет по прямой,  круг должен иметь радиус не менее 22-23 метра.

Таким образом, все равно необходимо иметь больше пространство для игры для того, чтобы правдоподобно играть в игры виртуальной реальности  у себя дома.

 И несколько слов про игры.

Это всего лишь технологическая сторона. Как насчет программного обеспечения? Мы все еще ждем реального взлета игровой виртуальной реальности. На данный момент это пока что кратковременный опыт или просто традиционные игры, которые были перенесены в виртуальную реальность.

Таким образом, помимо того, что существуют определенные технологические проблемы, которые должны быть устранены до того, как виртуальная реальность станет очень популярной, также необходимо проделать большую работу по разработке игр, чтобы сделать эту платформу стоящей для игр, чтобы люди готовы были идти и покупать гарнитуру виртуальной реальности.

Без этого первоначальные инвестиции в программное обеспечение не будут ничего значить. Но это уже совсем другая история…