Jaskinia automatyczne środowisko wirtualne
Automatyczne środowisko wirtualne jaskini ( lepiej znane pod rekurencyjnym akronimem CAVE ) to wciągające środowisko wirtualnej rzeczywistości , w którym projektory są kierowane na od trzech do sześciu ścian sześcianu wielkości pokoju. Nazwa jest także nawiązaniem do alegorii Jaskini w Państwie Platona , w której filozof kontempluje percepcję, rzeczywistość i iluzję.
Charakterystyka ogólna
JASKINIA została wynaleziona przez Carolinę Cruz-Neirę , Daniela J. Sandina i Thomasa A. DeFantiego z University of Illinois, Chicago Electronic Visualization Laboratory w 1992 roku. JASKINIA to zazwyczaj kino wideo umieszczone w większym pomieszczeniu. Ściany JASKINI składają się zazwyczaj z ekranów do tylnej projekcji , jednak coraz powszechniejsze stają się płaskie ekrany. Podłogą może być ekran projekcyjny skierowany w dół, ekran projekcyjny dolny lub płaski wyświetlacz. Systemy projekcyjne mają bardzo wysoką rozdzielczość ze względu na oglądanie z bliskiej odległości, co wymaga bardzo małych rozmiarów pikseli, aby zachować iluzję rzeczywistości. Użytkownik nosi okulary 3D wewnątrz JASKINI, aby zobaczyć grafikę 3D generowaną przez JASKINIĘ. Osoby korzystające z JASKINI mogą zobaczyć obiekty pozornie unoszące się w powietrzu i mogą je obejść, uzyskując właściwy pogląd na to, jak wyglądałyby w rzeczywistości. Było to początkowo możliwe dzięki czujnikom elektromagnetycznym, ale przekształciło się w kamery na podczerwień . Rama wczesnych CAVE musiała być zbudowana z materiałów niemagnetycznych, takich jak drewno, aby zminimalizować zakłócenia czujników elektromagnetycznych; zmiana na śledzenie w podczerwieni usunęła to ograniczenie. Ruchy użytkownika CAVE są śledzone przez czujniki zwykle przymocowane do okularów 3D, a wideo jest stale dostosowywane, aby zachować perspektywę widza. Komputery kontrolują zarówno ten aspekt CAVE, jak i aspekt audio. W CAVE zazwyczaj znajduje się wiele głośników umieszczonych pod różnymi kątami, zapewniających dźwięk 3D jako uzupełnienie wideo 3D . [ potrzebne źródło ]
Technologia
Realistyczny pokaz wizualny jest tworzony przez projektory umieszczone na zewnątrz JASKINI i kontrolowane fizycznymi ruchami użytkownika wewnątrz JASKINI. System przechwytywania ruchu rejestruje pozycję użytkownika w czasie rzeczywistym. Stereoskopowe okulary migawkowe LCD przekazują obraz 3D . Komputery szybko generują parę obrazów, po jednym dla każdego oka użytkownika, na podstawie danych przechwytywania ruchu. Okulary są zsynchronizowane z projektorami, dzięki czemu każde oko widzi tylko właściwy obraz. Ponieważ projektory są umieszczone na zewnątrz sześcianu, często stosuje się lustra, aby zmniejszyć wymaganą odległość od projektorów do ekranów. Projektorami steruje jeden lub więcej komputerów. Klastry komputerów stacjonarnych są popularne do uruchamiania CAVE, ponieważ kosztują mniej i działają szybciej.
Dostępne jest oprogramowanie i biblioteki zaprojektowane specjalnie dla aplikacji CAVE. Istnieje kilka technik renderowania sceny. są 3 popularne wykresy scen : OpenSG , OpenSceneGraph i OpenGL Performer . OpenSG i OpenSceneGraph są open source; podczas gdy OpenGL Performer jest bezpłatny, jego kod źródłowy nie jest dołączony.
Kalibrowanie
Aby móc stworzyć obraz, który nie będzie zniekształcony ani nie będzie nie na miejscu, wyświetlacze i czujniki muszą zostać skalibrowane. Proces kalibracji zależy od używanej technologii przechwytywania ruchu . Systemy optyczne lub inercyjno-akustyczne wymagają jedynie skonfigurowania punktu zerowego i osi wykorzystywanych przez system śledzenia. Kalibracja czujników elektromagnetycznych (takich jak te użyte w pierwszej jaskini) jest bardziej złożona. W takim przypadku osoba założy specjalne okulary potrzebne do oglądania obrazów w 3D. Następnie projektory wypełniają JASKINIĘ wieloma jednocalowymi pudełkami ustawionymi w odległości jednej stopy od siebie. Następnie osoba bierze instrument zwany „ultradźwiękowym urządzeniem pomiarowym”, który ma kursor pośrodku i ustawia urządzenie tak, aby kursor był wizualnie zgodny z wyświetlanym polem. Proces ten może trwać do momentu zmierzenia prawie 400 różnych bloków. Za każdym razem, gdy kursor jest umieszczany w bloku, program komputerowy rejestruje położenie tego bloku i wysyła lokalizację do innego komputera. Jeśli punkty są dokładnie skalibrowane, obrazy wyświetlane w JASKINI nie powinny być zniekształcone. Pozwala to również CAVE prawidłowo zidentyfikować, gdzie znajduje się użytkownik i może precyzyjnie śledzić jego ruchy, umożliwiając projektorom wyświetlanie obrazów na podstawie tego, gdzie osoba znajduje się w CAVE.
Aplikacje
Koncepcja oryginalnej CAVE została ponownie zastosowana i jest obecnie wykorzystywana w różnych dziedzinach. Wiele uniwersytetów posiada systemy CAVE. CAVE mają wiele zastosowań. Wiele firm inżynierskich korzysta z CAVE w celu usprawnienia rozwoju produktu. Można tworzyć i testować prototypy części, opracowywać interfejsy i symulować układy fabryczne, a wszystko to przed wydaniem jakichkolwiek pieniędzy na fizyczne części. Daje to inżynierom lepsze wyobrażenie o tym, jak część będzie się zachowywać w całym produkcie. CAVE są również coraz częściej wykorzystywane we wspólnym planowaniu w sektorze budowlanym. Naukowcy mogą wykorzystać system CAVE do prowadzenia swojego tematu badawczego w bardziej przystępny i efektywny sposób. Na przykład CAVE zastosowano w badaniu uczestników szkolenia podczas lądowania samolotu F-16.
Zespół EVL z UIC wypuścił CAVE2 w październiku 2012 r. Podobnie jak oryginalna CAVE, jest to wciągające środowisko 3D, ale oparte na panelach LCD, a nie na projekcji.
Zobacz też
Linki zewnętrzne
- Karolina Cruz-Neira, Daniel J. Sandin i Thomas A. DeFanti. „Rzeczywistość wirtualna oparta na projekcji przestrzennej: projektowanie i wdrażanie CAVE”, SIGGRAPH '93: Proceedings of the 20th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques , s. 135–142, DOI: 10.1145/166117.166134