T Verkkomedian perusteet 2004 Keinotodellisuus

Transkriptio

1 T Verkkomedian perusteet 2004 Keinotodellisuus 7DVVX7DNDOD / Tapio Lokki Teknillinen korkeakoulu Tietoliikenneohjelmistojen ja multimedian laboratorio Keinotodellisuus / 1

2 Sisältö: Johdatus keinotodellisuuteen Käsitteitä Teknisiä laitteita Sovellusesimerkkejä Lyhyt katsaus historiaan Tutkimusta TKK:lla Keinotodellisuus / 2

3 Keinotodellisuus Virtual Reality (VR) Webster: Virtual: EHLQJLQHVVHQFHRIHIIHFWEXWQRWLQIDFW Reality: VRPHWKLQJWKDWH[LVWVLQGHSHQGHQWO\RILGHDVFRQFHUQLQJLW Yksi mahdollinen määritelmä: Uppoutuminen/läsnäolo vaihtoehtoisessa (aisti)todellisuudessa Uusi väline välittää informaatiota Sisältää erittäin monta tutkimusalaa tietokonegrafiikka, akustiikka ja äänenkäsittely, käyttöliittymät, robotiikka, tietokoneavusteinen suunnittelu (CAD), opetus, lääketiede, psykologia, fysiologia... Neljä peruselementtiä keinotodellisuuskokemuksessa: Virtuaalimaailma (virtual world) Uppoutuminen (immersion) Aisteihin perustuva palaute (sensory feedback) Vuorovaikutteisuus (interactivity) Keinotodellisuus / 3

4 Virtuaalimaailma Kuvitteellinen tila Kuvaus objekteista tilassa sekä niiden välisistä säännöistä ja suhteista Keinotodellisuus / 4

5 Uppoutuminen Tunne, että on jossain toisessa maailmassa Uppotuminen toiseen maailmaan saavutetaan esim. seuraavilla välineillä: kirja radio, televisio, elokuva tietokone pelit simulaattorit Huom! ei välttämättä tarvita kuvaa uppoutumisen saavuttamiseksi Fyysinen uppoutuminen jokin fyysinen ärsyke, joka tuottaa aistimuksen Henkinen uppoutuminen läsnäolo (presence) Keinotodellisuus / 5

6 Aisteihin perustuva palaute Tärkeä keinotodellisuuden komponentti Keinotodellisuus järjestelmä pyrkii luomaan mahdollisimman aidontuntuisen palautteen eri aisteille näkö stereokuva (syvyys mukana) kuulo äänen tulosuunta, etäisyys ja tilan ominaisuudet tunto haptinen kosketus- ja paineaistiin liittyvä) palaute haju, maku toistaiseksi alkeellisia kokeiluja Palautteen antamiseksi täytyy ymmärtää miten ihmisen aistit toimivat Käyttäjän paikkaa on seurattava, jotta palaute voidaan antaa siten, että syntyy haluttu aistimus Keinotodellisuus / 6

7 Vuorovaikutteisuus Keinotodellisuussovellus on aina vuorovaikutteinen sovelluksen tulee vastata käyttäjän toimintaan Tietokonegrafiikkaa ei välttämättä tarvita Pelkkää tekstiä (Zork) ASCII-merkkejä (Nethack) Vuorovaikutteisuus mahdollistaa virtuaalimaailman muokkaamisen Objektien siirtely Kytkimien käyttö Liikkuminen virtuaalimaailmassa Sovellukset oltava reaaliaikaisia Keinotodellisuus / 7

8 Toinen määritelmä 9LUWXDO5HDOLW\ DPHGLXPFRPSRVHGRILQWHUDFWLYHFRPSXWHU VLPXODWLRQVWKDWVHQVHWKHparticipant's SRVLWLRQDQGUHSODFHRU DXJPHQWWKHIHHGEDFNWRRQHRUPRUHVHQVHV JLYLQJWKH IHHOLQJRIEHLQJLPPHUVHGRUEHLQJSUHVHQWLQWKHVLPXODWLRQD YLUWXDOZRUOG.HLQRWRGHOOLVXXV,OPDLVXYlOLQHMRNDNRRVWXX YXRURYDLNXWWHLVLVWDWLHWRNRQHVLPXODDWLRVWDMRWNDKXRPLRLYDW Nl\WWlMlQSDLNDQMDWXRWWDYDWSDODXWWHHQ\KGHOOHWDLXVHDPPDOOH DLVWLOOH± PXRGRVWDHQWXQWHHQHWWlNl\WWlMlRQXSSRXWXQXWWDL OlVQlVLPXODDWLRVVDYLUWXDDOLPDDLOPDVVD Keinotodellisuus / 8

9 Keskeiset elementit keinotodellisuudessa Uppoutunut käyttäjä Input-laitteet paikannuslaitteet muut sensorit Virtuaalimaailman kuvaus ja rendaus visuaalinen auraalinen haptinen Näyttölaitteet (displays) visuaalinen auraalinen haptinen Keinotodellisuus / 9

10 Järjestelmän komponentit Input-laitteet paikannuslaitteet muut sensorit Näyttölaitteet (displays) visuaalinen auraalinen haptinen Keinotodellisuus / 10

11 Erilaisia näyttöjä +HDGPRXQWHGGLVSOD\+0' +HDGEDVHGGLVSOD\+%' Keinotodellisuus / 11

12 Input-laitteita Keinotodellisuus / 12

13 Mekaanisia luurangot Akustiset ultraääni Optiset kamera(t) Magneettiset Inertia Paikannusmenetelmiä Keinotodellisuus / 13

14 Tuntoaisti ja voimapalaute (=haptiikka) Iho: paine, kosketus, lämpötila, värähtely Nivelet: asento Lihakset: voima Sisäkorva: tasapaino, liike Keinotodellisuus / 14

15 Multimodaalisuus Monen aistin hyödyntämistä Aistien yhteisvaikutus, esim. McGurk-efekti ja vatsastapuhuminen Yleensä parantaa suorituskykyä Aistien välinen ristiriita aiheuttaa pahoinvointia Visuaali vs. tasapainoaisti Vasemman ja oikean silmän vaihtaminen Keinotodellisuus / 15

16 Keinotodellisuuteen liittyviä termejä 9LUWXDDOL\PSlULVW 9LUWXDO(QYLURQPHQW YLUWXDDOLPDDLOPDYLUWXDDOLPDDLOPDQLQVWDQVVLMRNDHVLWHWllQ YXRURYDLNXWWHLVHOODYlOLQHHOOlHVLP.HLQRWRGHOOLVXXV $YDWDU 2EMHNWLMRNDHVLWWllNl\WWlMllYLUWXDDOLPDDLOPDVVD<OHHQVl YLVXDDOLVHVWLHVLWHWW\.l\WWlMlQUXXPLLOOLVWXPDWXOHH+LQGLQ NLHOHVWlMXPDODQPDDQSllOOLQHQLOPHVW\Pl /LVlWW\WRGHOOLVXXV$XJPHQWHG5HDOLW\.HLQRWRGHOOLVXXGHQPXRWRMRVVD\OLPllUlLVWlWLHWRDNXYDllQL WPVRQKDYDLQQROOLVWHWWXWRGHOOLVHQPDDLOPDQSllOOH Keinotodellisuus / 16

17 Keinotodellisuuteen liittyviä termejä (WlOlVQlROR7HOHSUHVHQFH (WlNl\WW 7HOHRSHUDWLRQ.\N\YDLNXWWDDVXRUDDQI\\VLVHHQ\PSlULVW QMRNDRQMRVVDLQ PXXDOODMRNRRPDQWDLWRLVHQQlN NXOPDVWD.\EHUDYDUXXV&\EHUVSDFH SDLNNDMRNDRQYDLQNl\WWlMLHQPLHOLNXYLWXNVHVVDVDDYXWHWDDQ XVHLQWHNQRORJLDQMRNDPDKGROOLVWDDNDXNDQDWRLVLVWDDQROHYLHQ LKPLVWHQYXRURYDLNXWWHLVHQNRPPXQLNDDWLRQDYXOOD Keinotodellisuus / 17

18 Keinotodellisuuden sovelluksia Air traffic control Helpottaa työoloja lennonjohdossa Akustinen suunnittelu Voidaan kuunnella tiloja suunnitteluvaiheessa Arkkitehtuurisuunnittelu Nähdään suunnitelmat 3D:ssä, lähes photorealistisina Suunnittelu (CAD) Voidaan visualisoida suunnitelmia 3D:ssä Koneiden suunnittelu Voidaan testata esim. kokoonpanoa virtuaaliprototyyppien avulla Koulutus / Simulaattorit Lento- ja työkoneiden ajamisen opettelu, vaarallisten tehtävien harjoittelu Viihde Pelit, taide... Lääketieteelliset sovellukset Etäkirurgia, fobioiden ja traumojen helpottaminen, opetus Etäkäyttö Robottien käyttö vaarallisissa paikossa, esim. ydinvoimalan korjaukset Virtuaalitehtaat Logistiikan simulointi, tuotelinjojen testaus ja visualisointi Tieteellinen visualisointi Lääkeaineiden suunnitelu, avaruuden hahmottaminen Keinotodellisuus / 18

19 Labroja ja projekteja maailmalla html Paljon linkkejä: Keinotodellisuus / 19

20 Keinotodellisuuden historiaa, muutamia poimintoja vuosien varrelta Ensimmäinen stereoskooppinen näyttö Keinotodellisuus / 20

21 Sensorama (1962) Ensimmäinen viihdekäyttöön tarkoitettu laite Moottoripyöräsimulaattori Kuva (3D elokuva), kaupunkimaisema Ääni, moottori + kaupungin ääniä Tärinä, moottori Haju, eri ruokia Tuuli? Ei ollut kaupallinen menestys... Keinotodellisuus / 21

22 Ensimmäinen HMD näyttö Ivan Sutherland (1968) miniatyyri CRT-näyttö, paljon optiikkaa mekaaninen ja ultraääni paikannus Keinotodellisuus / 22

23 1989 NASA Ames Research Center Tehnyt paljon töitä kypäränäyttöjen kanssa 1980 alusta lähtien 1992 BOOM Keinotodellisuus / 23

24 CAVE (1992) Keinotodellisuus / 24

25 DisneyQuest Disney: ALADDIN (1998) Motion ride, jossa lennetään lentävällä matolla Keinotodellisuus / 25

26 Täysin immersiivinen näyttö Cybersphere (2000) Keinotodellisuus / 26

27 Keinotodellisuuden tulevaisuus Ennustaminen on vaikeaa Kuitenkin on hyvä katsoa mihin suuntaan ollaan menossa Oppikirjassa esimerkkejä vain amerikkalaisista sovelluksista Cartner Groupin New Technology Hype Cycle ja keinotodellisuus Visibility Peak of inflated expectations Technology trigger Trough of disillusioment Slope of enlightenment Plateau of productivity Keinotodellisuus / 27 Time

28 Tulevaisuuden teknologia Näyttötekniikat autostereoskooppiset näytöt ei tarvita laseja tms. laitteita suoraan verkkokalvolle piirtävät virtual retinal display kevyet kypäränäytöt myös puoliläpäisevät volumetriset näytöt Dresden Autostereoscopic LCD monitor 4D-Vision Micro Optical CO-3 Keinotodellisuus / 28

29 Tutkimus TKK:lla Stereoskooppinen projektionäyttö ja magneettinen paikannuslaite käytössä vuodesta 1997 EVE valmistui nykyiseen muotoonsa vuonna 2001 Virtuaalitekniikan professuuri lähtien Keinotodellisuus / 29

30 EVE Experimental Virtual Environment Tutustumiskäynnit: Joka kuukauden ensimmäinen maanantai Varaukset: -> Visitor Info Keinotodellisuus / 30

31 EVE: tutkimuskohteita YLVXDOLVRLQWL 'llql XXGHWYXRURYDLNXWXVWDYDW HVLPHOHHWMDWXQWHHW Keinotodellisuus / 31

32 Virtuaaliorkesteri Ensimmäinen sovellus, valmistui vuonna 1997 Videoesimerkki Keinotodellisuus / 32

33 Visualisointi Tieteellinen visualisointi Arkkitehtuurinen visualisointi Keinotodellisuus / 33

34 Rakennustiedon visualisointi Keinotodellisuus / 34

35 Simulaattorit ja koulutus Keinotodellisuus / 35

36 Uudet käyttöliittymät Keinotodellisuus / 36

37 Kolmiulotteinen äänimaisema Keinotodellisuus / 37

38 Taidetta ilmaan piirtämällä Keinotodellisuus / 38