Virtuaalitodellisuus: Meidän on tutkittava tarkemmin virtuaalitodellisuuden pitkäaikaisvaikutuksia

Virtuaalitodellisuus: Käsitteelliset perustat, tekninen arkkitektuuri ja kilpailuvaikutukset

Teoreettinen viitekehys immersiivisille ympäristöille

Virtuaalitodellisuus (VR) muodostaa tekoisen kolmiulotteisen ympäristön, jota käyttäjät voivat tutkia aistipalautteen välityksellä päälaitteiden (HMD) avulla. Sen ytimessä VR on pikemmin kuin yksittäinen teknologia kuin konvergenssilmiö, joka kattaa tietokonegrafiikan, ihmisen ja tietokoneen välisen vuorovaikutuksen (HCI), neurotieteen ja optisen insinööritieteen. Alueen käsitteellinen sanasto keskittyy kahteen erilliseen mutta yhteydessä toisiinsa olevaan käsitteeseen: ja .

Immersio tarkoittaa kykyä toimittaa aistillista rikkautta—astetta, jolla laite voi korvata tai laajuttaa luonnollista aistimista näytön tarkuuden, tilavan äänen ja seurannan tarkuuden kautta. Läsnäolo sen sijaan on , psykologinen ilmiö, jossa yksilö kokee virtuaaliympäristöt aivan kuin ne olisivat todella “siellä”, vaikka olisi tietoisesti tietoinen fyysisestä sijaintistaan muualla. Tämä ero formalisoitiin vaikuttavimmin , joka hahmotti läsnäolon ei laitteiston tai mielen ominaisuutena yksinään, vaan esiintyvänä tuloksena, joka syntyy ympäristön tarkuuden ja käyttäjän aistimuksen välisestä vuorovaikutuksesta (Slater & Wilbur, 1997).

Tämä käsitteellinen perinne juontuu , jonka Milgram ja Kishino (1994) esittivät. He sijoittivat virtuaalirealismin spektrin ääripäähän, joka ulottuu täysin reaalista ympäristöstä tehostetun realismin kautta täysin virtuaalisiin maailmoihin. Tämän jatkumon ymmärtäminen on edelleen olennaista, koska se selventää, että immersiiviset järjestelmät sijaittavat jatkumon eri kohdissa eikä ne ole binäärisiä kategorioita, mikä vaikuttaa sekä tutkimussuunnitteluun että kilpailukykyisiin sovelluksiin.

Taustalla olevat tekniset mekanismit

Näyttöjärjestelmät ja optinen arkkitektuuri

VR:n visuaalinen perusta perustuu , jossa kummallekin silmälle esitetään kaksi hieman toisistaan poikkeavaa kuvaa syvyyden havainnoinnin重建öimiseksi binokulaarisen eroavaisuuden kautta. Nykyiset HMD-laitteet käyttävät yleisesti kahta OLED- tai LCD-ruutua, ja resoluutio mitataan yksittäisen ruudun sijaan koko yhdistetyllä näkökentällä—määritelmä, joka tuottaa usein “ovikankaisen” -artefakteja, ellei pikselitiheys ylitä lähellä arvoa .

Optinen suunnittelu tuo mukanaan lisämonimutkaisuutta. Näytön ja silmän väliin sijoitetut linssit on tarkistettava korjaamaan näytön luontainen vääristymä ja samalla mahdollistettava tarkennussäätö; nykyaikaisissa ratkaisuissa otetaan yhä useammin käyttöön perustuvat rakenteet, jotka taittavat valopolun pienentäen headsetin painoa, mutta tuovat mukanaan heijastumiin liittyviä haasteita, jotka vaativat heijastumattomia pinnoitteita. Käyttäjät säätävät myös —pupillien välistä etäisyyttä—saadakseen optisten keskipisteiden vastaamaan heidän anatomiaansa ja poistaakseen visuaalista rasitusta pitkien istuntojen aikana.

Seurantasysteemit ja avaruuslaskenta

Avaruudellinen tarkkuus riippuu pään ja ohjaimen sijainnin tarkasta reaaliaikaisesta seurannasta, joka kvantifioidaan vapausasteiden ( kuuidimensiosaiselle asennolle: kolme siirtymisakselia plus kolme kiertoakselia). Markkinoilla dominoivat kaksi kilpailevaa arkkitehtuuria: , joka käyttää ulkoisia sensoreita käyttäjän sijainnin kolmiomistamiseen suurella tarkkuudella suuremmalla etäisyydellä; ja , joka luottaa headsetin omaan integroituihin kameroihin.

Sisäänpäin-suunnatut järjestelmät nojaavat vahvasti -tekniikkaan (Simultaneous Localization and Mapping), joka on algoritminen lähestymistapa, joka rakentaan samanaikaisesti karttaa ympäröivästä tilasta ja arvioi laitteen sijaintia sen sisällä. Tämä mahdollistaa merkitöttömät, huonetason kokemukset ilman ulkoista laitteistoa—arkkitehtuurinen kompromissi, jossa etusijalla on saavutettavuus suhteessa täydelliseen tarkkuuteen dynaamisissa kilpailutilanteissa.

Renderointipipelinet ja viiverajoitukset

Renderointipipelinin on ylläpidettävä korkeita ruutunopeuksia estämään aistillista epäonnistumista. Kriittinen suorituskkyvyn mittari on , eli käyttäjän fyysisen liikkeen ja sen visuaalisen ilmestymisen näytöllä välinen kokonaisviive. Insinööritavoitteet vaativat tyypillisesti alle 20 millisekunnin kokonaisviiveen; tämän rajan ylittäminen aiheuttaa luotettavasti liikekipua aistiristiriidan kautta, jota kutsutaan yleisesti .

Näiden rajoitusten täyttämiseksi ilman mahdottomia GPU-laskentateho vaatiessaan valmistajat käyttävät useita optimointitekniikoita:
– , joka jälkikäsittelee renderöidyt ruudut korjatakseen pään liikettä, joka on tapahtunut renderöinnin aloittamisen jälkeen.
– , joka hyödyntää silmien seurantadataa renderöidäkseen vain näkymän keskeisen alueen täydessä resoluutiossa ja vähentäen yksityiskohtia reuna-alueilla, missä ihmisen näöntarkkuus luonnollisesti heikkenee.

Kilpailullinen vaikutus ja pelaamiseen

Virtuaalitodellisuuden kilpailun synty

Virtuaalitodellisuus on kiihdyttänyt uusien kilpailumuotojen syntymistä, jotka ylittävät perinteisen e-urheilun mallit tuomalla pelattavuuteen ruumiillisen ja fyysisen osallistumisen. Sellaiset pelit kuin ovat luoneet formalisoidun kilpailun esimerkiksi tapahtuman kautta, jossa pelaajat suorittavat koreografioituja kartoja, jotka vaativat refleksejä, rytmitarkkuutta ja kestävää urheilullista ponnistelua samanaikaisesti.

Tämä edustaa perustavanlaatuista poikkeamaa perinteisistä e-urheiluista, jotka korostavat hienomotorista hallintaa näppäimistön ja hiiren kaltaisten laitteiden avulla pääosin istuvissa oloissa. Virtuaalitodisuuden kilpailut asettavat erityisiä fysiologisia vaatimuksia—kuten sydän- ja verisuonijärjestelmää kuormittavaa rasitusta, reaktioaikaan liittyviä rajoituksia, jotka mitataan fyysisen vasteen millisekunneissa—sekä kestävyysvaatimuksia, jotka vaativat erikoiskoulutusmenetelmiä, jotka on ammuttu enemmän urheilusta kuin perinteisestä pelikoulutuksesta.

Tekniset rajoitteet kilpailukyvyyn

Vaikka luova potentiaali on olemassa, kilpailukykyisen VR-adoptio kohtaa rakenteellisia esteitä, jotka juurtuvat suoraan yllä kuvattuun tekniseen arkkitehtuuriin:
– edellyttää, että turnauskäyttöön soveltuvat järjestelmät ylläpitävät vakaata suoritustehokkuutta kestävän kuormituksen aikana ilman, että lämpötilasta johtuva tehonleikkauksentorjunta heikentää ruutunopeuksia ottelun aikana.
– muuttuu kriittiseksi; sisäinen, päässä seurattu seuranta saattaa menettää tarkkuutensa nopeiden liikkeiden aikana tai huonosti valaistuissa tiloissa, mikä tuottaa muuttuvia virhetiloja, jotka eivät sovellu reiluun kilpailuun.
– rajoittavat tilojen logistiikkaa ja katsojien katselujärjestelyjä, jotka puuttuvat istuvista e-urheilumuodoista.

Saavutettavuus ja osallistuminen – Huomioitava

Virtuaalitodellisuuden fyysinen luonne tuo mukanaan osallistumiseen liittyviä haasteita, joita kilpailujärjestäjien on käsiteltävä systemaattisesti. Liikkeenhaittaan (liikehiprityyhin) altistuminen, vaikuttaen huomattavaan osaan käyttäjistä), erilaiset liikkumistaidot ja tilallinen turvallisuus luovat esteitä, jotka vaativat tietoisia suunnitteluratkaisuja vakaamman osallistumisen varmistamiseksi—nostattaen samalla tärkeitä eettisiä kysymyksiä siitä, kuinka “reilu peli” määritellään fyysisesti kuormittavissa immersiivisissä ympäristöissä.

Akadeemiset johtopäätökset

Virtuaalitodellisuus ei ole olemassa olevien näyttöteknologioiden asteittainen parannus eikä ohimenevä viihdekohu, vaan perustavanlaatuinen muutos ihmisen ja tietokoneen välisessä vuorovaikutuksessa, jolla on laajoja seurauksia pelaamiselle, urheilulle ja tutkimusmenetelmille. Käsitteellinen ero (objektiivinen järjestelmän kapasiteetti) ja (subjektiivinen psykologinen kokemus), kuten Slaterin ja Wilburin paradigma sen muotoili, jatkaa yhä ohjausta empiiristä tutkimusta siinä, kuinka ympäristön tarkkuus muuttuu kokemukselliseksi sitoutumiseksi.

Teknisesti kenttä on edelleen sidottu perustaviin jännitteisiin: korkealaatuisen läsnäolon saavuttaminen vaatii liikkeen ja valon välisen viiveen minimoimisen aistettavien rajojen alapuolelle samalla kun ylläpidetään riittävää resoluutiota vakuuttavaan stereoskopiaan – kaiken tämän käyttäjille asetettujen painorajojen puitesissa. Edistys , parannetut sisäisen seurannan algoritmit sekä optiikkainsinööritus määräävät todennäköisesti lähitulevaisuuden edistymisen enemmän kuin pelkkä laskentateho yksinään.

Kilpailuympäristöissä VR:n tuoma fyysisen osallistumisen kokemukseen perustuva läsnäolo luo aivan uusia pelimuotoja, samalla kun se tuo mukanaan fysiologisia ja teknisiä esteitä, jotka vaativat huolellista harkintaa reilun kilpailun varmistamiseksi. Tuleva tutkimus tulisi keskittyä pitkittäistutkimuksiin suostumisen optimoinnista immersiivisessä e-urheilussa, standardoituihin läsnäolon mittausprotokoliin eri peleissä sekä osallistavia suunnittelukehyksiä, jotka käsittelevät moninaisia väestöryhmiä, jotka voivat osallistua turvallisesti.

Viitteet

Milgram, P., & Kishino, F. (1994). Laajennettu todellisuus: luokka näyttöjä todellisuus-virtuaalitodellisuuden jatkumossa. , 2351, 282–292.

Slater, M., & Wilbur, S. (1997). Paradigma läsnäoloon virtuaaliympäristöissä, jossa korostetaan liikkuvuutta kävelemällä ja katsomalla ympäristöä ilman fyysistä liikkumista. , 6(3), 280–284.

Slater, M., & Sanchez-Vives, M. V. (2016). Teknologisten ratkaisujen kehittäminen virtuaalitodellisuuteen uppoutumisen tehostamiseksi. , 9(Erisarja I), 75–100.

Steinman, B. J., Steinman, S. A., & Lehmkuehler, R. (2018). Keskusmatkan vaikutus näkökykyyn kaikissa etäisyyksissä. , 18(4), 693–705.

Wiemer-Schneider, H., et al. (2017). Läsnäolo virtuaalitodellisuudessa: katsaus tutkijoille. Teoksessa R. Baus & L. D. Robertson (toim.), (ss. 486–539). Springer.

Lähdeviite: Tämä tutkimus on koostettu ja päivitetty akateemisen teknisen lääkärin arvioinnin muodossa arkistoitujen dokumenttien perusteella osoitteesta https://www.wareable.com/vr/vr-long-term-brain-eyes-effects-6674.