Como funciona a realidade virtual? (explicação passo a passo)

resumo

• A importância da imersão
• Como funciona o ambiente virtual
• Interação a serviço do usuário
• Videogames: um professor perfeito
• Vamos falar sobre hardware
• Os desafios da RV

Para iniciar este artigo, nada melhor do que começar com uma definição do conceito por trás da tecnologia. O princípio é simples, um computador é usado para produzir uma simulação tridimensional de um mundo que o usuário pode navegar e manipular e o que vai dar a ele a sensação estar imerso neste mundo. Cientistas, engenheiros e teóricos criaram centenas de aplicativos e técnicas para fazer a realidade virtual funcionar hoje.

Se tivéssemos que citar alguns elementos fundamentais que definem uma experiência de realidade virtual, não deixaríamos de mencionar os dois seguintes:

• Imagens tridimensionais pensadas da perspectiva do usuário.
• A capacidade de seguir certos movimentos do usuário. Em particular a cabeça e os olhos, e fazendo o ambiente 3D se adaptar à sua perspectiva e movimentos.

A importância da imersão

Não existe realidade virtual sem essa sensação de imersão tão presente quando você equipa um fone de ouvido de realidade virtual. O engenheiro Jonathan Steuer evoca a presença de dois componentes que atendem a essa imersão: “E, respectivamente, a profundidade e a amplitude das informações. O primeiro, profundidade, refere-se a a quantidade e qualidade dos dados que o usuário recebe quando interage com seu ambiente virtual. Isso pode variar desde a resolução até a complexidade do ambiente gráfico e a sofisticação do sistema de áudio. A extensão das informações se refere a à quantidade de sentidos presentes no universo virtual e que atuam em conjunto. A maioria das experiências de RV usa sensores visuais e de áudio que funcionam em conjunto. Por exemplo, informações visuais como a presença de um personagem na tela que está correndo chama os sensores visuais, enquanto o ruído de corrida que é ouvido em paralelo chama o sensor de áudio. A operação dos dois dispositivos em conjunto é necessária para dar escala à cena.

Pesquisas atuais por engenheiros e cientistas tendem a mostrar que o próximo passo seria a incorporação do toque como um terceiro dispositivo sensorial. Dispositivo que transcreveria a pressão do usuário e a sensação geral do toque (mais informações sobre alguns dispositivos desse tipo aqui).

Outro critério importante para o funcionamento da imersão é o tempo de resposta. A estabilidade do sistema depende da ilusão de que o que é visto é real e qualquer mudança de ângulo por parte do usuário deve ser refletida imediatamente nas duas telas colocadas sobre os olhos. De acordo com o Dr. Frederick Brooks, um pioneiro em realidade virtual, o dispositivo deve ter um mínimo de 20 a 30 imagens por segundo para criar a ilusão necessária. Mas tome cuidado porque se este for o mínimo, estamos mais próximos dos padrões de videogame, que tendem a mostrar que se 30 FPS é a base para a jogabilidade correta, 60 FPS representa a fluidez "real" para alcançar. Para a realidade virtual isso parece ainda mais verdadeiro porque muitos são os que estimam que 90 a 120 FPS não é demais para obter uma taxa de resposta suficiente aos movimentos da cabeça do usuário.

Como funciona o ambiente virtual

O terceiro critério essencial para o funcionamento da imersão que acabamos de ver é também a porta de entrada desta parte dedicada à credibilidade do ambiente virtual. Acabamos de mencionar o número de sentidos presentes em um ambiente virtual (visão, audição, tato ...), mas não mencionamos o número de usos desses sentidos dentro da própria experiência. Em outras palavras, gerenciamento de microfone dos sentidos em tempo real. Por exemplo, se o ambiente tem um conjunto de elementos com feedback de som 3D, esses diferentes elementos devem reage de acordo com a posição e orientação do jogador. Os elementos mais distantes serão assim menos perceptíveis do que aqueles que estão a poucos centímetros do usuário e ressoarão mais no ouvido direito ou esquerdo dependendo da orientação deste último.

Claro, a velocidade com que esses eventos aparecerão criará uma ilusão confiável. Então falamos de latência, o tempo de resposta entre o sistema e a ação do usuário. Para entender melhor como a latência funciona, vamos fazer um paralelo com os videogames. Ao criar um jogo, uma das coisas mais importantes são os sinais e feedbacks. Os signos representam tudo um monte de elementos visuais, sonoros ou táteis (ligadas ao toque, muitas vezes as vibrações de um controlador), que são utilizadas para indicar informações ao jogador, para orientá-lo em suma. Por exemplo, sua barra de vida fornece informações sobre o estado de seu personagem, a forma como um inimigo se move pode fornecer informações sobre como lutar contra ele, etc ... Os signos são legiões e essenciais para o funcionamento de um jogo. É a mesma coisa na vida real, quando você vê uma luz vermelha sabe que tem que parar, isso é um sinal.

Feedbacks correspondem a feedback após uma ação do usuário. Por exemplo, se o jogador decidir pular, ele irá apertar uma tecla, no momento em que realizar esta ação, um retorno deve ser feito: lançamento da animação do pulo, efeitos sonoros do personagem, diminuição da resistência da barra, etc ... Tanto feedback que permite ao usuário entender que sua ação funcionou bem. Cada ação, independentemente de sua importância, deve ser associada vários feedbacks de diferentes categorias. Quando toca no seu telemóvel, quando retira dinheiro do multibanco, muitos feedbacks estão presentes para o fazer perceber que acabou de premir uma tecla, que inseriu o seu cartão de crédito, etc ... uma operação simples e implícita que é necessário para o homem.

Em um ambiente virtual, é o mesmo. Os sinais devem estar permanentemente presentes, visuais, sonoros, etc ... É a concordância que fará o jogador entender o que está acontecendo na sua frente. Se ele anda, pula, se move, vira a cabeça, o feedback deve ser imediato. Daí a importância de ter uma latência muito baixa para que esse retorno seja imediato. Os humanos podem perceber uma latência superior a 50 milissegundos. Se esse tempo for ultrapassado, a imersão é interrompida e o ambiente artificial é destruído. O cérebro então não entende por que, depois de mover a cabeça, nada é produzido imediatamente.

Uma verdadeira experiência de realidade virtual faz o usuário esquecer que está em um mundo fictício.

Interação a serviço do usuário

Existem vários tipos de conteúdo de realidade virtual, alguns oferecem mais possibilidades ao usuário do que outros, entre jogar um videogame em RV e assistir a um filme em RV também, existe um abismo em termos de interatividade. No primeiro caso, o usuário é um jogador capaz de interagir com o ambiente e de ver as consequências desses atos sobre ele, no segundo caso, o usuário é apenas um espectador a quem 'damos a possibilidade de escolher qual parte de a cena a ser observada, embora os dois usos não sejam realmente comparáveis, é um fato certo: Os videogames oferecerão um maior grau de imersão, porque se no final o grau técnico será menos impressionante do que um filme capaz de criar em um ambiente foto-realista, a possibilidade de ser ativo e oferecer um elenco de ações viáveis terá mais sucesso em ancorar o jogador no mundo virtual que está atravessando.

Jonathan Steuer explica que existem três fatores que ajudam a explicar o grau de interação oferecido por um aplicativo. O primeiro é velocidade, define a velocidade com que as ações do jogador são incorporadas pelo software e transcritas na tela de uma forma que o usuário possa perceber (cf: feedbacks). O segundo é a porta, ele define o número de consequências que podem resultar de uma ação. O último é mapeamento, corresponde à capacidade do software de definir resultados naturais em resposta à ação do usuário.

Uma das interações mais comuns em aplicativos de realidade virtual e particularmente em jogos, resulta na capacidade de se mover. A operação de navegação é parte integrante das possibilidades de interação e muitas vezes é o intermediário para realizar outras ações. Também entendemos certos derivados na operação do movimento, como pular, escalar e correr, que também contribuem para esse grau de imersão, ao mesmo tempo que oferecem uma gama maior de movimentos. que dá ao usuário a sensação de ter maior controle sobre o ambiente. A imersão é apenas reforçada.

Infelizmente, o movimento não é suficiente para criar interação suficiente, porque ele existe apenas para permitir que o usuário visite o ambiente virtual, não tem impacto real em seu mundo. A cientista Mary Whitton explica que depois de apenas alguns minutos passados ​​em um ambiente que não oferece mais interatividade do que isso, o usuário ficará entediado demais para ter sucesso em investir e o ambiente aparecerá imediatamente como fictício, quebrar o engajamento do usuário.

Então, como você faz o usuário se sentir investido? Ele deve ser capaz de modificar o ambiente virtual. O uso de objetivos e objetos interativos pode servir ao usuário e faça sua viagem cativante.

Videogames: um professor perfeito

Se existe um meio a ser usado como modelo, são os videogames. Uma vez que existe ele nunca parou de forçar os limites da interatividade, tentar, falhar, empreender, aprender e tirar lições sobre o funcionamento da interação entre o jogador e a máquina. É um meio jovem mas que evolui muito rapidamente, hoje existem muitos especialistas e todas essas pessoas hoje sabem muitas coisas sobre o que fazer e o que não fazer em um videogame. Bases em suma, como cinema, literatura ou música têm as suas. Códigos, regras imperecíveis. Mas o que torna os videogames tão especiais, é que é o único meio no mundo que não torna o usuário passivo. Somos ativos quando jogamos, em graus variados, e é tudo isso que torna a realidade virtual necessária para tomar um modelo desse meio para ter sucesso em criar suas próprias regras no futuro. Como os videogames fazem parte do cenário de RV, isso não significa que outros aplicativos não estão tentando criar essa interatividade, tirar proveito das possibilidades da realidade virtual e garantir que seja qual for o tipo de aplicativo, o usuário está não mais passivo.

Vamos falar sobre hardware

Agora que concluímos as técnicas de imersão, vamos dar uma olhada no hardware por trás dos aplicativos. Hoje a maioria dos fones de ouvido de realidade virtual funciona em computadores pessoais. O poder dos PCs hoje torna mais fácil criar e executar aplicativos. Tenha cuidado, porém, este ainda requer componentes avançados para permitir o uso eficiente e em boas condições para as aplicações mais exigentes. Fones de ouvido como o Oculus Rift ou o HTC Vive requerem PCs desktop com componentes de alta qualidade. Em seguida, nos voltaremos para os componentes de jogos com placas gráficas de última geração, como a série GTX 900 e com a mais recente, a GTX 1080. Um orçamento bastante substancial, portanto, reservado para os amantes de experiências de alta qualidade.

A maioria dos capacetes usa um sistema HMD baseado em duas telas, uma para cada olho, a fim de refletir a profundidade de campo do usuário. Os primeiros sistemas HMD usavam monitores “Cathode Ray Tube” (CRT). Hoje são os monitores “Liquid Crystal Display” (LCD) que dominam o mercado e que oferecem uma resolução e um painel de cores mais interessante.

Além disso, vem o sistema de rastreamento de movimento que permite ao usuário realizar movimentos com a cabeça que são transcritos na tela. O sistema detecta a orientação do usuário e envia a imagem correspondente para as telas. 

Por fim, vêm os acessórios que podem ser associados ao uso de capacetes. Existem controladores, muitas vezes equipados com detecção de movimento, luvas, reconhecimento de voz e sensores ambientais que identificam elementos na sala (como o HTC Vive) e muitos outros.

Os desafios da RV

Estamos chegando ao fim deste dossiê dedicado ao funcionamento da realidade virtual, mas ainda falta um último ponto a ser abordado, os desafios futuros da RV:

• Conseguir criar sistemas que sejam mais implícitos para o usuário, mais acessíveis e que, portanto, requerem menos aprendizado para abri-los mais ao público em geral.
• Trabalhe na ergonomia dos acessórios para oferecer um uso prático em combinação com o capacete.
• Crie ambientes virtuais que só fazem sentido na realidade virtual e que podem, portanto, ser usados ​​para promover a tecnologia
• Trabalhe na otimização e na tecnologia para torná-lo mais acessível, para que não seja reservado apenas para uma elite.

O arquivo termina aqui, se mesmo assim você não estiver satisfeito com o conhecimento pode ir mais longe com este outro artigo explicando a criação de aplicativos dedicados à realidade virtual.