Loading...

Seznamte se: Virtuální realita

Americký fotbal, u nás pořád stále málo známý, nemá mnoho společného ani s fotbalem – to ví jistě každý – ani s rugby, kterému se snad může trochu podobat tvarem míče anebo tím, že se hraje rukama nohama. Pro nezasvěceného diváka je hlavním znakem amerického fotbalu – když pomineme nezvyklé chrániče – jednak tvrdost, jednak neustálé přerušování hry a taktické domluvy mezi hráči. Od jednoho přerušení k druhému se hra zpravidla posune do nové pozice, která dává jednomu z týmů trochu větší výhodu. Stručně řečeno, je to něco mezi šachy a hromadnou rvačkou. Odvaha a svaly jsou nezbytné, stejně tak je ale nezbytná blesková kalkulace variant a dokonalá souhra.

Robotika stejně jako umělá inteligence – s níž souvisí úzce, ale v lecčems se s ní nepřekrývá – kdysi vzbudila nereálná očekávání, na což doplatila její pověst. Odborníci i laici proto často přehlédnou, že roboti jsou už mezi námi, že jich rychle přibývá a že je potřeba brát je vážně.

Dnes mění situaci virtuální realita (VR). Pouštět a zastavovat video je jedna věc. Být virtuálně na hřišti a seznamovat se s novým úkolem v simulaci hry je věc dočista jiná, mnohem účinnější. Stále více týmů NFL začíná novou technologii využívat a vyplácí se jim to. Herní situaci pak hráči nejen vidí, ale doslova prožijí, včetně emocí. To může být ve skutečné hře rozhodující výhoda.

Šizení smyslů

Výuka na simulátorech není nic nového. Nejvýraznějším příkladem je letectví. První letecké simulátory vznikly, ač se to zdá být k nevíře, už ve třicátých letech dvacátého století. A byly na svou dobu velmi dokonalé. Tvořil je skutečný trup letadla, který se podle pilotových zásahů natáčel a nakláněl. V oboru, kde se za chybu platí životem – a zničením drahého stroje – šlo o inovaci k nezaplacení. Však na nich také jejich původní vynálezce, později nejdůležitější výrobce jménem Edwin Link, náležitě zbohatl.Smyslem simulátoru je poskytnout žákovi co nejvěrnější iluzi skutečného zážitku, aby se naučil reagovat se vším všudy. Aby si vycvičil instinkty a předem si prožil emoce, které ho mohou potkat. Aby měl pocit, že je tam a ne tady. Přesně to je cílem systémů virtuální reality. Říká se tomu presence, přítomnost nebo také immersion, vnoření. Okolí vnímáme svými smysly. Když je dokážete odpojit od skutečné reality a nahradit ji umělou, vytvoříte immersion.

Potíží je celá řada. Jak známo, máme pět tradičních smyslů: zrak, sluch, hmat, čich a chuť. Systémy VR se snaží ošidit především první dva. Čich a chuť nebývají podstatné, ošidit hmat by bylo mnohdy užitečné, ale je to těžké (z mechanických, nikoli výpočetních důvodů).

Ve skutečnosti ale člověk vnímá vnější svět i dalšími způsoby, zejména pokud jde o pohyb. Náš vestibulární aparát citlivě měří jednak polohu (hlavy), jednak její první a druhou derivaci vůči času, tedy rychlost a zrychlení. Mozek tyto signály zpracovává a kombinuje s dalšími smyslovými vjemy. Když se vestibulární a zrakový vstup dostanou do rozporu, necítíme se dobře, tak vzniká tak například mořská nemoc nebo běžná kinetóza, tedy nevolnost při jízdě autem.

Pokud má tedy VR iluze zahrnovat pohyb, což je zapotřebí téměř vždy, je potřeba jednak vhodným způsobem vyvolat příslušný pocit ve vestibulárním aparátu, jednak synchronizovat všechny vjemy. První jmenované je poměrně snadné, podložka se může naklánět či otřásat, chůze se dá zařídit pomocí běžného běžeckého trenažéru. Dokonalá synchronizace je daleko těžší.

Virtuální realita je na tom v jednom ohledu stejně jako umělá inteligence (AI). Stejně jako o AI, také o VR slyšíme již velmi dlouho, přinejmenším od devadesátých let. Její výsledky však byly nedokonalé a nepřesvědčivé, ztratila dobrou pověst – a dnes, když se věci naprosto změnily, se jí věnuje málo pozornosti.

Proč se změnily? Z jednoduchého důvodu (opět společného s AI): výkonnost počítačů vzrostla nad kritickou mez. VR vytvářející přesvědčivou iluzi virtuální přítomnosti byla po dlouhá léta nerealizovatelná. Kolem roku 2005 ji začala zvládat na míru postavená drahá zařízení. Dnes je komerčně dostupná, co to bude v důsledcích znamenat, to ještě nevíme.

Paralelně s vývojem VR probíhá rozvoj ER a AR, tedy rozšířené (extended) a obohacené či smíšené (augmented) reality. (Pojmy ER a AR se často používají jako záměnné.) Některé prvky jsou podobné, zásadní rozdíl je v tom, že při použití ER/AR se pohybujete v reálném světě a pouze dostáváte dodatečné informace. Například jdete po ulici a v průhledném displeji vašich brýlí se ke každé budově přidává informace z webu: komu patří, jaké firmy tam sídlí, kolik hvězdiček má restaurace v recenzích. Podobně měly fungovat Google Glass, které se však tak docela nepovedly: málo aplikací, mírně trapný vzhled, obavy z narušení soukromí kvůli vestavěné kameře. ER/AR má dnes zejména průmyslové využití, do brýlí se dají promítat například manuály pro letecké mechaniky.

Změřit, přepočítat, zobrazit

Každý VR systém se skládá ze tří částí, sledování pohybu (tracking), přepočtu (rendering) a zobrazení (display).

Smyslem trackingu je sledovat pohyb těla uživatele. Přesný tracking je klíčovou a nejobtížnější složkou VR. U každé části těla, o kterou nám jde (přinejmenším hlava a ruce, většinou také nohy a vhodné body na trupu), musíme znát šest parametrů: tři prostorové souřadnice a tři úhly natočení. Nebylo by to tak těžké, kdybychom mohli na uživatele umístit senzory, například obléci jej do speciálního obleku vybaveného čidly. To se však pro běžné použití nehodí, nemluvě o ceně vybavení. Měření se proto musí většinou uskutečnit opticky nebo akusticky.

Rendering si bere data z trackingu a sestavuje pro uživatele novou podobu „reality“ podle toho, jak se pohybuje a co dělá. Když se uživatel pootočí, je potřeba, aby se náležitě změnil jeho pohled na scénu, například krajinu, kolem něj. Když změní polohu hlavy, musí se změnit jeho zorný úhel. To může zahrnovat velmi náročnévýpočty, které se musí provést extrémně rychle, jinak se pohyby těla rozsynchronizují s vnímáním uživatele. U starých VR systémů se to stávalo téměř vždy. Dojem byl v lepším případě nepřirozený, v horším se vám udělalo špatně od žaludku. Cyklus tracking – rendering – display musí být tak rychlý, aby byl lidskými smysly nepostřehnutelný. Technicky řečeno, musí mít téměř nulovou latenci, tj. zpoždění.

Uživateli samozřejmě posíláme posloupnost statických obrázků – snímků – takže jde také o to, aby obraz nebyl trhaný. Hráči počítačových her dobře znají parametr FPS, frames per second. To je druhý klíčový parametr – snímková frekvence. Dobré VR systémy dnes mívají 90 FPS (dovede tohle vaše grafická karta?) při rozlišení 1200 x 1080 pixelů (krát dva, pro každé oko jeden displej). Obraz pochopitelně musí pokrývat celé zrakové pole, uživatel tedy nevidí okraje displeje, ať se snaží, jak se snaží.

Frekvence a latence jsou veličiny na sobě nezávislé a v podstatě jdou proti sobě: požadavkem na vysokou frekvenci se stává těžším udržet nízkou latenci.

Tím jsme se dostali k zobrazení, které se však ve VR chápe šířeji. Nejde jen o obraz, ale také o zvuk a další vjemy – pohybové, hmatové, někdy už i čichové. Zásadní je opět synchronizace s pohybem a dalšími akcemi uživatele.

Téměř všechny VR systémy dnes jako uživatelské rozhraní používají „virtuální brýle“, techničtěji řečeno head mounted display, HMD. Nejpoužívanějším komerčním modelem je Oculus Rift, zařízení, které vedlo k průlomu ve VR, protože jako první přineslo kvalitu (na výše popsané úrovni) za přijatelnou cenu (v současné době od 13 do 20 tisíc Kč). K brýlím patří senzor, který sleduje jejich polohu a natáčení a také ruční ovladače podobné joystickům herních konzolí sloužící stejnému účelu. Většinu aplikací pro Oculus tvoří hry. Startup téhož jména, kde Oculus vyvinuli, dnes patří Facebooku. Koupil jej roku 2014 za 2,3 miliardy dolarů.

Hlavní konkurenční zařízení je HTC Vive, vyšší cenovou kategorii zastupují Microsoft HoloLens, nižší naopak Google Daydream a Samsung Gear VR. Virtuální brýle již nabízejí také vedoucí výrobci herních konzolí – vedle Microsoftu tedy Sony, Nintendo a Sega.

Extrémní jednoduchosti dosáhl Google se svým vtipným „zařízením“ Cardboard, jehož název říká vše – je to skutečně skládací krabička z tvrdého papíru, do níž zastrčíte mobilní telefon, spustíte na něm VR aplikaci (je jich už hodně) a díky vestavěným čočkám a přepážce získáte stereoskopický obraz se širokým zorným polem. Jako čidlo se využije akcelerometr v telefonu, takže aplikace reaguje na pohyb hlavy. Zjednodušená VR pro každého – kartonová krabička se prodává za stovku. Moderní následovník starodávných stereokukátek dnes dává alespoň maličko nahlédnout do světa VR.

Dokonalá synchronizace je daleko těžší.

Pokud má tedy VR iluze zahrnovat pohyb, což je zapotřebí téměř vždy, je potřeba jednak vhodným způsobem vyvolat příslušný pocit ve vestibulárním aparátu, jednak synchronizovat všechny vjemy.

Cokoli na světě i mimo něj

Pozor, dostali jsme se k hrám. Je to tedy celé jen hračka?

Není – ale je to také hračka, pěkná a lákavá, což pomáhá financovat další vývoj. Oculus Rift již nabízí řadu neherních aplikací, například mediálních (záznamy ze sportovních událostí, reportáže) a výukových.

Je dobré připomenout si tu největší samozřejmost: jakmile jednou máte fungující VR, můžete pro něj naprogramovat cokoli – doslova cokoli. Můžete replikovat existující prostředí a vytvářet smyšlená. Můžete poslat uživatele na procházku po mořském dně, po povrchu Marsu, můžete vstoupit do abstraktních matematických prostorů a procházet se třeba Mandelbrotovou množinou, podívat se dovnitř pracujícího jaderného reaktoru, dovnitř vlastního těla. Můžete se stát žralokem, mimozemšťanem, chirurgem, který toho mimozemšťana pitvá (taková aplikace skutečně existuje!) nebo molekulou vody, můžete létat nad krajinou. A prožijete to všechno naplno, celou smyslovou zkušeností nesrovnatelnou s pouhým sledováním na obrazovce. Představte si, jaký zázrak to bude pro nemocné, upoutané na lůžko a handicapované.

Je dobře známo, že mnohé nové technologie napřed vznikly a až potom se přišlo na to, k čemu budou dobré. Alexander Graham Bell očekával, že k hlavním využitím telefonu bude patřit přenos hudby. Jobs s Wozniakem zcela záměrně nevybavili první Macintosh síťovou kartou, aby podtrhli, je to je domácí počítač, který dává uživateli svobodu naprostého odpojení. Život tyto představy postupně zkorigoval. VR je dnes technicky připravená, aplikačně nikoli.

Facebook bude chtít zcela určitě propojit s virtuální realitou svou základní funkcionalitu, tedy komunikaci mezi lidmi. Namísto textových diskusí se budeme moci scházet ve virtuálním prostoru osobně! To je lákavá i mrazivá možnost. (Technicky zatím špatně schůdná, interakce více uživatelů představuje nové problémy k řešení.)

Zatím se zdá, že největší prostor pro VR je ve výuce, v profesionální přípravě. Piloti, vojáci a chirurgové trénují na simulátorech a trenažérech již dávno. Nyní se otevírá stejná příležitost u profesí, kde to zatím technicky či ekonomicky nedávalo smysl. Walmart už ve virtuální realitě zacvičuje manažery svých prodejen, učí je hledat chyby a mimořádné situace: nekrade tamten zákazník? Je zboží správně srovnané? Výcvik je prý nejen levnější, ale hlavně uniformnější – všichni získají stejnou zkušenost, čehož si Walmart cení. V jiných profesích to samozřejmě výhodou být nemusí, ale tady mluvíme o velkovýrobě.

Pobyt ve VR je emocionálně totéž co skutečný zážitek. Experimenty prokazují, že lidé nečiní mezi oběma druhy zkušenosti podstatný rozdíl, přestože samozřejmě vědí, že jednou jde o skutečný svět a podruhé o iluzi. Když prožijete ve VR pád do hlubiny, bude s vámi ta vzpomínka dál. Mozek se dá takto ošidit – a co víc, nejspíš se nedá neošidit. Z toho plyne velká odpovědnost tvůrců VR a značné vedlejší důsledky.

Bude se muset řešit mnoho věcí. Co násilné hry? First person střílečka ve VR je prý docela jiný zážitek než na počítači. Tak silný, že zatím pro VR neexistují hry, v nichž by se střílelo po lidech. Ne, že by je někdo zakázal, ale herní vývojáři nevěří, že by po nich byla dostatečná poptávka. (K neuvěření!) Co pornografie a virtuální prostituce? Co odtržení lidí od skutečné reality? Možná časem uvidíme, že jde o smyšlené problémy, možná ne. Nejspíš přibudou jiné.