Come funziona la realtà virtuale? (spiegazione passo passo)

sommario

• L'importanza dell'immersione
• Come funziona l'ambiente virtuale
• Interazione al servizio dell'utente
• Videogiochi: un insegnante perfetto
• Parliamo di hardware
• Le sfide della realtà virtuale

Per iniziare questo articolo, niente di meglio che iniziare con una definizione del concetto alla base della tecnologia. Il principio è semplice, un computer viene utilizzato per produrre una simulazione tridimensionale di un mondo che l'utente può sfoglia e manipola e che gli darà la sensazione per essere immerso in questo mondo. Scienziati, ingegneri e teorici hanno creato centinaia di applicazioni e tecniche per far funzionare la realtà virtuale oggi.

Se dovessimo citare alcuni elementi fondamentali che definiscono un'esperienza di realtà virtuale, non mancheremmo di menzionare i seguenti due:

• Immagini tridimensionali pensate dal punto di vista dell'utente.
• La capacità di seguire determinati movimenti dell'utente. In particolare la sua testa e i suoi occhi, e adattando l'ambiente 3D alla sua prospettiva e ai suoi movimenti.

L'importanza dell'immersione

Non esiste realtà virtuale senza questa sensazione di immersione così presente quando si equipaggia un auricolare per realtà virtuale. L'ingegnere Jonathan Steuer evoca la presenza di due componenti che servono questa immersione: “E rispettivamente la profondità e l'ampiezza delle informazioni. Il primo, la profondità, si riferisce la quantità e la qualità dei dati che l'utente riceve quando interagisce con il suo ambiente virtuale. Questo può variare dalla risoluzione alla complessità dell'ambiente grafico alla raffinatezza del sistema audio. La portata delle informazioni si riferisce al numero di sensi presenti nell'universo virtuale e che agiscono congiuntamente. La maggior parte delle esperienze VR utilizza sensori visivi e audio che funzionano in tandem. Ad esempio, informazioni visive come la presenza di un personaggio sullo schermo che è in esecuzione chiama i sensori visivi, mentre il rumore di corsa che si sente in parallelo richiede il sensore audio. Il funzionamento dei due dispositivi insieme è necessario per dare scala alla scena.

La ricerca attuale di ingegneri e scienziati tende a dimostrare che il prossimo passo sarebbe l'incorporazione del tatto come terzo dispositivo sensoriale. Dispositivo che trascriverebbe la pressione dell'utente e la sensazione generale al tatto (maggiori informazioni su alcuni dispositivi di questo tipo qui).

Un altro criterio importante per il funzionamento dell'immersione è il tempo di risposta. La stabilità del sistema si basa sull'illusione che ciò che si vede sia reale ed ogni variazione di angolo da parte dell'utente deve essere immediatamente trascritta sui due schermi posti sopra gli occhi. Secondo il dottor Frederick Brooks, un pioniere della realtà virtuale, il dispositivo deve avere un minimo di 20-30 immagini al secondo per creare l'illusione necessaria. Ma attenzione perché se è davvero il minimo, siamo più vicini agli standard dei videogiochi che tendono a dimostrare che se 30 FPS sono la base per un gameplay corretto, 60 FPS rappresenta la “vera” fluidità da raggiungere. Per la realtà virtuale, questo sembra ancora più vero perché molte persone credono che da 90 a 120 FPS non siano troppi per ottenere un tasso di risposta sufficiente ai movimenti della testa dell'utente.

Come funziona l'ambiente virtuale

Il terzo criterio essenziale per il funzionamento dell'immersione che abbiamo appena visto è anche il punto di ingresso di questa parte dedicata alla credibilità dell'ambiente virtuale. Abbiamo appena accennato al numero di sensi presenti in un ambiente virtuale (vista, udito, tatto…), ma non abbiamo menzionato il numero di usi di questi sensi all'interno dell'esperienza stessa. In altre parole, gestione microfonica dei sensi in tempo reale. Ad esempio, se l'ambiente ha un insieme di elementi con feedback sonoro 3D, questi diversi elementi dovrebbero reagire in base alla posizione e all'orientamento del giocatore. Gli elementi più distanti saranno così meno percettibili di quelli che sono a pochi centimetri dall'utente e risuoneranno di più nell'orecchio destro o sinistro a seconda dell'orientamento di quest'ultimo.

Naturalmente, la velocità con cui questi eventi appariranno creerà un'illusione credibile. Si parla quindi di latenza, o il tempo di risposta tra il sistema e l'azione dell'utente. Per capire meglio come funziona la latenza, facciamo un parallelo con i videogiochi. Nella creazione di un gioco, una delle cose più importanti sono i segnali e i feedback. I segni rappresentano tutto un mucchio di elementi visivi, sonori o tattili (legate al tatto, spesso le vibrazioni di un controller), che servono per indicare informazioni al giocatore, per guidarlo insomma. Ad esempio la sua barra della vita gli fornisce informazioni sullo stato del suo carattere, il modo in cui si muove un nemico può dargli informazioni su come combatterlo, ecc ... I segni sono infiniti ed essenziali per il funzionamento di un gioco. È lo stesso nella vita reale, quando vedi una luce rossa sai che devi fermarti, è un segno.

I feedback corrispondono a feedback a seguito di un'azione dell'utente. Ad esempio, se il giocatore decide di saltare, premerà un tasto, nel momento stesso in cui esegue questa azione, deve essere fatto un ritorno: lancio dell'animazione del salto, effetti sonori del personaggio, diminuzione della resistenza della barra, ecc. ... Così tanti feedback che permettono all'utente di capire che la sua azione ha funzionato bene. Ogni azione, indipendentemente dalla sua importanza, deve essere associata diversi feedback da diverse categorie. Quando tocchi il tuo cellulare, quando preleva denaro dal bancomat, sono presenti tanti feedback per farti capire che hai appena premuto un tasto, che hai inserito la tua carta di credito, ecc ... un'operazione semplice ed implicita che è necessario per l'uomo.

In un ambiente virtuale, è lo stesso. I segni devono essere permanentemente presenti, visivi, sonori, ecc ... È la loro concordanza che farà capire al giocatore cosa sta succedendo davanti a lui. Se cammina, salta, si muove, gira la testa, il feedback deve essere immediato. Da qui l'importanza di avere una latenza molto bassa in modo che questo ritorno sia immediato. Gli esseri umani possono percepire una latenza superiore a 50 millisecondi. Se questo tempo viene superato, l'immersione viene interrotta e l'ambiente artificiale viene distrutto. Il cervello quindi non capisce perché dopo aver mosso la testa non si produce immediatamente nulla.

Una vera esperienza di realtà virtuale fa dimenticare all'utente di trovarsi in un mondo fittizio.

Interazione al servizio dell'utente

Esistono diversi tipi di contenuti di realtà virtuale, alcuni offrono più possibilità all'utente rispetto ad altri, tra la riproduzione di un videogioco in VR e la visione di un film anche in VR, c'è un abisso in termini di interattività. Nel primo caso l'utente è un giocatore capace di interagire con l'ambiente e di vedere le conseguenze di questi atti su di esso, nel secondo caso l'utente è solo uno spettatore a cui diamo la possibilità di scegliere quale parte di la scena da guardare, sebbene i due utilizzi non siano proprio paragonabili è un dato di fatto: I videogiochi offriranno un grado di immersione maggiore, perché se alla fine il grado tecnico sarà meno impressionante di un film capace di creare in un ambiente fotorealistico, la possibilità di essere attivi e di offrire un elenco di azioni fattibili avrà più successo nell'ancorare il giocatore nel mondo virtuale che sta attraversando.

Jonathan Steuer spiega che ci sono tre fattori che aiutano a spiegare il grado di interazione offerto da un'applicazione. Il primo è velocità, definisce la velocità con cui le azioni del giocatore sono incorporate dal software e trascritte sullo schermo in modo che l'utente possa percepire (cfr: feedback). Il secondo è la porta, definisce il numero di conseguenze che possono derivare da un'azione. L'ultimo è Mappatura, corrisponde alla capacità del software di definire risultati naturali in risposta all'azione dell'utente.

Una delle interazioni più comuni nelle applicazioni di realtà virtuale e in particolare nei giochi, si traduce nella capacità di muoversi. Il funzionamento della navigazione è parte integrante delle possibilità di interazione e lo è spesso l'intermediario per eseguire altre azioni. Comprendiamo anche alcuni derivati ​​nel funzionamento del movimento come saltare, arrampicarsi e correre che contribuiscono anche a questo grado di immersione offrendo una gamma più ampia di movimenti. che dà all'utente la sensazione di avere un maggiore controllo sull'ambiente. L'immersione è solo rinforzata.

Sfortunatamente lo spostamento non è sufficiente a creare un'interazione sufficiente perché è lì solo per consentire all'utente di visitare l'ambiente virtuale, non ha alcun impatto reale sul suo mondo. La scienziata Mary Whitton spiega che dopo pochi minuti trascorsi in un ambiente che non offre più interattività di quella, l'utente sarà troppo annoiato per avere successo nell'investire e l'ambiente apparirà immediatamente come fittizio, rompere il coinvolgimento degli utenti.

Quindi come fai a far sentire l'utente investito? Deve essere in grado di modificare l'ambiente virtuale. L'uso di obiettivi e oggetti interattivi può servire all'utente e rendere il suo viaggio accattivante.

Videogiochi: un insegnante perfetto

Se c'è un mezzo da prendere come modello, sono i videogiochi. Dal momento che esiste non ha mai smesso di spingere i limiti dell'interattività, tentare, fallire, intraprendere, apprendere e trarre insegnamenti sul funzionamento dell'interazione tra il giocatore e la macchina. È un medium giovane ma che si evolve molto velocemente, oggi ci sono molti specialisti e tutte queste persone oggi sanno molte cose su cosa fare e cosa non fare in un videogioco. Le basi insomma, come il cinema, la letteratura o la musica hanno le loro. Codici, regole imperituri. Ma cosa rende i videogiochi così speciali, è che è l'unico mezzo al mondo che non rende passivo l'utente. Siamo attivi quando giochiamo, in misura diversa, ed è tutto ciò che rende la realtà virtuale necessaria per prendere un modello da questo mezzo per riuscire a creare le proprie regole in futuro. Con i videogiochi che fanno parte del panorama della realtà virtuale, ciò non significa che altre app non stiano cercando di creare quell'interattività, sfruttare le possibilità della realtà virtuale e assicurarsi che qualunque sia il tipo di applicazione, l'utente è non più passivo.

Parliamo di hardware

Ora che abbiamo finito con le tecniche di immersione, diamo un'occhiata all'hardware dietro le applicazioni. Oggi la maggior parte degli auricolari per realtà virtuale viene eseguita su personal computer. La potenza dei PC odierni semplifica la creazione e l'esecuzione delle applicazioni. Stai attento però, questo richiede ancora componenti avanzati per consentire un uso efficiente e in buone condizioni per le applicazioni più impegnative. Cuffie come Oculus Rift o HTC Vive richiedono PC desktop con componenti di alta qualità. Passeremo quindi a componenti di gioco con schede grafiche di ultima generazione come la serie GTX 900 e con l'ultima, la GTX 1080. Un budget piuttosto consistente, quindi, riservato agli amanti delle esperienze di alta qualità.

La maggior parte dei caschi utilizza un sistema HMD basato su due schermi, uno per ogni occhio, al fine di riflettere la profondità di campo dell'utente. I primi sistemi HMD utilizzavano monitor "Cathode Ray Tube" (CRT). Oggi sono i monitor (LCD) “Liquid Crystal Display” a dominare il mercato e che offrono una risoluzione e un pannello a colori più interessante.

Accanto a ciò, arriva il sistema di tracciamento del movimento che consente agli utenti di eseguire movimenti con la testa che vengono trascritti sullo schermo. Il sistema rileva l'orientamento dell'utente e invia l'immagine corrispondente agli schermi. 

Infine arrivano gli accessori che possono essere associati all'uso dei caschi. Esistono controller, spesso dotati di rilevamento del movimento, guanti, riconoscimento vocale e sensori ambientali che identificano gli elementi nella stanza (come l'HTC Vive) e molti altri.

Le sfide della realtà virtuale

Ci stiamo avvicinando alla fine di questo dossier dedicato al funzionamento della realtà virtuale, ma c'è ancora un ultimo punto da affrontare, le sfide future della VR:

• Riuscire a creare sistemi che sono più impliciti per l'utente, più afordanti e che quindi richiedono meno apprendimento per aprirlo di più al grande pubblico.
• Lavorare sull'ergonomia degli accessori per offrire un pratico utilizzo in abbinamento al casco.
• Crea ambienti virtuali che abbiano senso solo nella realtà virtuale e che possano quindi essere utilizzati per promuovere la tecnologia
• Lavora sull'ottimizzazione e sulla tecnologia per renderlo più accessibile in modo che non sia riservato solo a un'élite.

Il file finisce qui, se tuttavia non sei ancora soddisfatto delle conoscenze puoi andare oltre con questo altro articolo che spiega la realizzazione di applicazioni dedicate alla realtà virtuale.