Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Шұғылалы виртуалды шындық ортасы
Immersive virtual reality environment
Үңгір автоматты виртуалды ортасы (әдетте CAVE деп аталады) – бұл үштен алтыға дейін қабырғасы проекторлармен жабдықталған, бөлме өлшемдеріндегі куб тәрізді кеңістікте құрылатын шұғылалы виртуалды шындық ортасы. Атауы Платонның «Республика» атты еңбегіндегі Үңгір туралы аллегориясына сілтеме жасайды, онда философ сезіну, шындық және иллюзия туралы ойлармен шұғылданады. CAVE 1992 жылы Иллинойс университетінің Чикаго электрондық визуализация зертханасында Каролина Круз Нейра, Дэниел Дж. Сандин және Томас А. ДеФанти тарапынан ойлап табылды. Қабырғалардағы кескіндер көлемін сезіну үшін стереоскопиялық түрінде көрсетілген.
A cave automatic virtual environment (better known by the recursive acronym CAVE) is an immersive virtual reality environment where projectors are directed to between three and six of the walls of a room sized cube. The name is also a reference to the allegory of the Cave in Plato's Republic in which a philosopher contemplates perception, reality, and illusion. The CAVE was invented by Carolina Cruz Neira, Daniel J. Sandin, and Thomas A. DeFanti at the University of Illinois, Chicago Electronic Visualization Laboratory in 1992. The images on the walls were in stereo to give a depth cue.
Жалпы сипаттамалары
CAVE – бұл әдетте үлкен бөлмеде орналасқан видеотеатр. CAVE қабырғалары көбінесе артқы проекциялық экрандардан құралады, бірақ қазір үлкен масштабты LED дисплейлері де жиі қолданылады. Едені төменге проекцияланатын экран, төменнен проекцияланатын экран немесе жалпақ панельді дисплей болуы мүмкін. Проекция жүйелері өте жоғары ажыратымдылыққа ие, себебі жақыннан қарау үшін өте кішкентай пиксельдер қажет, осылай шындық иллюзиясы сақталады. Пайдаланушы CAVE ішінде 3D көзілдірігін киіп, CAVE арқылы жасалған 3D графиканы көреді. CAVE-ді пайдаланушылар ауада қалқып тұрғандай көрінетін нысандарды көріп, олардың айналасында жүріп, олардың нақты өмірде қалай көрінетінін анық көре алады. Бұл бастапқыда электромагниттік сенсорлардың арқасында мүмкін болды, бірақ қазір инфрақызыл камералар қолданылады. Алғашқы CAVE-дің каркасы электромагниттік сенсорларға кедергі келтірмеу үшін ағаш сияқты магниттік емес материалдардан жасалуы керек еді; инфрақызыл бақылауға көшу бұл шектеуді жойды. CAVE пайдаланушысының қозғалысы әдетте 3D көзілдірігіне бекітілген сенсорлар арқылы қадағаланады және бейне үздірімді түрде көрерменнің перспективасын сақтау үшін реттеледі. Компьютерлер CAVE-тің бұл және аудио аспектілерін басқарады. CAVE ішінде әдетте 3D дыбысты қамтамасыз ету үшін әртүрлі бұрыштарда орналасқан бірнеше динамиктер болады, ол 3D видеомен үйлеседі.
A CAVE is typically a video theater situated within a larger room. The walls of a CAVE are typically made up of rear projection screens, however large scale LED displays are becoming more common. The floor can be a downward projection screen, a bottom projected screen or a flat panel display. The projection systems are very high resolution due to the near distance viewing which requires very small pixel sizes to retain the illusion of reality. The user wears 3D glasses inside the CAVE to see 3D graphics generated by the CAVE. People using the CAVE can see objects apparently floating in the air, and can walk around them, getting a proper view of what they would look like in reality. This was initially made possible by electromagnetic sensors, but has converted to infrared cameras. The frame of early CAVEs had to be built from non magnetic materials such as wood to minimize interference with the electromagnetic sensors; the change to infrared tracking has removed that limitation. A CAVE user's movements are tracked by the sensors typically attached to the 3D glasses and the video continually adjusts to retain the viewers perspective. Computers control both this aspect of the CAVE and the audio aspect. There are typically multiple speakers placed at multiple angles in the CAVE, providing 3D sound to complement the 3D video.
Технология
CAVE сыртында орналасқан проекторлар арқылы өте нақты бейне құрылады және CAVE ішіндегі пайдаланушының физикалық қимылдарымен басқарылады. Қозғалысты тіркеу жүйесі пайдаланушының нақты уақыт позициясын жазады. Стереоскопиялық LCD жалюзилі көздік 3D-бейне береді. Компьютерлер қозғалысты тіркеу деректеріне сүйене отырып, пайдаланушының әр көзі үшін бір-бірден екі суретті жылдам түрде жасайды. Көздік проекторлармен синхронды жұмыс істейді, соның арқасында әр көз тек қана дұрыс суретті көреді. Проекторлар текшеден тыс орналасқандықтан, проекторлардан экранға дейінгі қашықтықты қысқарту үшін көбінесе айналар қолданылады. Бір немесе бірнеше компьютер проекторларды басқарады. CAVE жүйесін іске қосу үшін үстелдік компьютерлердің кластерлері жиі қолданылады, себебі олар төмен бағалы және жылдам жұмыс істейді. CAVE қолданбалары үшін арнайы жасалған бағдарламалық жасақтамалар мен кітапханалар бар. Бейнені көрсетудің бірнеше әдісі бар. Бүгінде 3 танымал сахналық граф қолданылады: OpenSG, OpenSceneGraph және OpenGL Performer. OpenSG және OpenSceneGraph ашық кодты; ал OpenGL Performer тегін, бірақ оның бастапқы коды қоса берілмейді.
A lifelike visual display is created by projectors positioned outside the CAVE and controlled by physical movements from a user inside the CAVE. A motion capture system records the real time position of the user. Stereoscopic LCD shutter glasses convey a 3D image. The computers rapidly generate a pair of images, one for each of the user's eyes, based on the motion capture data. The glasses are synchronized with the projectors so that each eye only sees the correct image. Since the projectors are positioned outside the cube, mirrors are often used to reduce the distance required from the projectors to the screens. One or more computers drive the projectors. Clusters of desktop PCs are popular to run CAVEs, because they cost less and run faster. Software and libraries designed specifically for CAVE applications are available. There are several techniques for rendering the scene. There are 3 popular scene graphs in use today: OpenSG, OpenSceneGraph, and OpenGL Performer. OpenSG and OpenSceneGraph are open source; while OpenGL Performer is free, its source code is not included.
Калибрлеу
Бұрмаланбаған немесе орыннан шығып кетпеген кескінді жасау үшін дисплейлер мен сенсорларды калибрлеу қажет. Калибрлеу процесі қолданылатын қозғалысты бақылау технологиясына байланысты. Оптикалық немесе инерциялық акустикалық жүйелерге тек бақылау жүйесінде қолданылатын нөлдік нүктені және осьтерді конфигурациялау ғана қажет. Электромагниттік сенсорларды калибрлеу (бірінші үңгірде қолданылғандай) күрделірек. Бұл жағдайда адам 3D суреттерді көруге қажетті арнайы көзілдірік киеді. Содан кейін проекторлар CAVE-ті бір-бірінен бір фут қашықтықта орналасқан көптеген бір дюймдік блоктармен толтырады. Адам сосын ортасында курсор бар "ультрадыбыстық өлшеу құралы" деп аталатын құралды алып, курсорды проекцияланған блокпен түзу сызықта орналастырады. Бұл процесс шамамен 400 түрлі блок өлшенгенше жалғасуы мүмкін. Курсор әрбір блоктың ішіне орналастырылған сайын, компьютерлік бағдарлама сол блоктың орналасқан жерін жазады және басқа компьютерге жібереді. Егер нүктелер дұрыс калибрленсе, CAVE-те проекцияланатын суреттерде бұрмалау болмауы керек. Бұл CAVE-ке пайдаланушының қайда екенін дұрыс анықтауға және оның қозғалыстарын дәл бақылауға мүмкіндік береді, соның арқасында проекторлар CAVE ішіндегі адамның орналасқан жеріне сәйкес кескіндерді көрсетуге болады.
To be able to create an image that will not be distorted or out of place, the displays and sensors must be calibrated. The calibration process depends on the motion capture technology being used. Optical or Inertial acoustic systems only requires to configure the zero and the axes used by the tracking system. Calibration of electromagnetic sensors (like the ones used in the first cave) is more complex. In this case a person will put on the special glasses needed to see the images in 3D. The projectors then fill the CAVE with many one inch boxes set one foot apart. The person then takes an instrument called an "ultrasonic measurement device" which has a cursor in the middle of it, and positions the device so that the cursor is visually in line with the projected box. This process can go on until almost 400 different blocks are measured. Each time the cursor is placed inside a block, a computer program records the location of that block and sends the location to another computer. If the points are calibrated accurately, there should be no distortion in the images that are projected in the CAVE. This also allows the CAVE to correctly identify where the user is located and can precisely track their movements, allowing the projectors to display images based on where the person is inside the CAVE.
Қолданбалар
Бастапқы CAVE тұжырымдамасы қайта қолданылды және қазіргі уақытта әртүрлі салаларда қолданылуда. Көптеген университеттер CAVE жүйелеріне ие. CAVE-тің көптеген қолданыс орындары бар. Көптеген инженерлік компаниялар өнімді дамытуды жақсарту үшін CAVE-ді пайдаланады. Нақты бөлшектерге қаржы жұмсамастан бұрын, бөлшектердің прототиптерін жасауға, сынақтан өткізуге, интерфейстерді әзірлеуге және зауыттардың орналасуын модельдеуге болады. Бұл инженерлерге бөлшектің өнімнің құрамында қалай жұмыс істейтінін жақсырақ түсінуге көмектеседі. CAVE-тер құрылыс секторындағы бірлескен жоспарлауда да көбірек қолданылуда. Зерттеушілер өз зерттеу тақырыптарын оңай және тиімді әдіспен жүргізу үшін CAVE жүйесін пайдалана алады. Мысалы, CAVE F-16 ұшағына қонуды үйренушілерді зерттеу үшін қолданылған. UIC-дегі EVL тобы 2012 жылдың қазан айында CAVE2-ні ұсынды. Бастапқы CAVE-ге ұқсас, бұл 3D-ге толы орта, бірақ проекция емес, LCD панельдерге негізделген.
The concept of the original CAVE has been reapplied and is currently being used in a variety of fields. Many universities own CAVE systems. CAVEs have many uses. Many engineering companies use CAVEs to enhance product development. Prototypes of parts can be created and tested, interfaces can be developed, and factory layouts can be simulated, all before spending any money on physical parts. This gives engineers a better idea of how a part will behave in the product in its entirety. CAVEs are also used more and more in the collaborative planning in construction sector. Researchers can use CAVE system to conduct their research topic in a more accessible and effective method. For example, CAVEs was applied on the investigation of training subjects on landing an F 16 aircraft. The EVL team at UIC released the CAVE2 in October 2012. Similar to the original CAVE, it is a 3D immersive environment but is based on LCD panels rather than projection.