Virtuaalreaalsus

Virtuaalreaalsus (inglise keeles Virtual Reality, lühend VR), tuntud ka kui virtuaalne reaalsus, virtuaalne tegelikkus, libategelikkus, tehistegelikkus, tehistõelisus, on simuleeritud keskkond, mis on loodud riistvaralisi ja tarkvaralisi vahendeid kasutades.

Inimene saab simulatsiooni tajuda nägemis-, kompimis-, kuulmis- ja/või lõhnameelte abil ning inimene ja virtuaalne maailm saavad üksteist vastastiku mõjutada. Näiteks saab objekte lähemale liigutada või kaugemale lükata, inimene saab maailmas ringi liikuda ja võib isegi objekte puutuda, meisterdada ning lõhkuda. Virtuaalne reaalsus peab muutuma vastavalt kasutaja tegevusele ning paus inimese tegevuse ja muutuse vahel peaks olema võimalikult väike.

Samasse virtuaalreaalsusse võib sageli korraga siseneda mitu inimest, isegi mitu tuhat, mis on võimalik interneti kaudu. Lisaks inimeste juhitavatele tegelastele võib virtuaalreaalsus sisaldada arvuti tekitatud ja juhitavaid tegelasi. Seetõttu on vahel väga keeruline eristada, kas mingit tegelast juhib inimene või arvuti.

AR / VR turg on juba muutunud miljardi dollari turuks ja prognooside kohaselt kasvab see mõne aasta jooksul jätkuvalt suuremaks kui 120 miljardit dollarit.

Ajalugu

Enne 1950-ndaid 
Esimesena kirjutas tehistegelikust maailmast Stanley G. Weinbaum oma lühijutus "Pygmalion's Spectacles", mis ilmus 1935. Teos kirjeldas virtuaalreaalset süsteemi, millesse sai siseneda kaitseprillidega ning koos holograafilise salvestusega sai kogeda väljamõeldisi, tunda lõhnu ning puudutusi.

1950–1970 
1950 kirjeldas ühiskonda, kus virtuaalreaalsus on niisugusel tasemel, mis ületab tänapäeva oma, USA kirjanik Ray Bradbury jutus "Rohtla". USA kirjanik Henry Kuttner kujutas esimesena oma 1953 ilmunud jutus "Year Day" inimesi, kellest suur osa on langenud virtuaalreaalsuse kütkesse ja veedavad oma elu pigem virtuaalmaailmas.

Kaks nimetatud teost käsitlevad virtuaalreaalsust nii-öelda väljastpoolt, selles mitte elava inimese vaatekohalt.

1950-ndatel kirjutas Morton Heilig "kogemusteatrist" (Experience Theatre), mis võiks hõlmata tõhusalt kõiki meeli, tõmmates vaataja ekraanil toimuvasse. Ta ehitas 1963 enda nägemuse järgi prototüübi, mida hakati kutsuma Sensoramaks, koos viie lühifilmiga, mis seal sees kuvati ning millega kaasnes mitmesuguste meelte kasutamine (nägemine, kuulmine, lõhna tundmine, puudutamine). Eelnedes digitaalarvutitele, oli Sensorama mehaaniline seade, mis väidetavalt funktsioneerib tänapäevani. Umbes samal ajal kasutas Douglas Engelbart arvutiekraane nii sisend- kui väljundseadmetena.

1966 tutvustas Thomas A. Furness III virtuaalreaalsuse tehnoloogiat õhujõududele visuaalse lennusimulaatori vormis.

1968 lõi Ivan Sutherland koos oma õpilase Bob Sproull abiga seadme, mida peetakse esimeseks virtuaalreaalsuse ja liitreaalsuse pähekinnitatavaks ekraanisüsteemiks (head-mounted display (HMD) system). See oli algeline nii kasutajaliidese kui ka realismi poolest ning seadeldis oli nii raske, et see tuli lakke riputada. Hirmuäratava välimusega seade saigi nime oma väljanägemisest – Damoklese mõõk (The Sword of Damocles).

1970–1990 
1978 lõi MIT Aspeni Filmikaarti (Aspen Movie Map). Programm oli läbitöötamata virtuaalsimulatsioon USA Colorado osariigis asuvast Aspeni linnast, kus kasutajad said rännata tänavatel ühes kolmest režiimist: suvi, talv ja hulknurgad. Esimesed kaks režiimi põhinesid fotodel – uurijad pildistasid kõikvõimalikke kohti, kuhu oli võimalik linnas liikuda mõlemal aastaajal. Kolmas režiim oli elementaarne 3D-linnamudel.

1980. aastateks oli mõiste "virtuaalreaalsus" populaarseks muudetud Jaron Lanieri poolt, kes oli üks selle valdkonna pioneere. Lainer oli asutanud firma VPL Research juba 1985. aastal. See firma on välja töötanud mitu VR-seadet, näiteks Data Glove'i (otsetõlkes andmekinnas), Eye Phone'i (otsetõlkes silmatelefon), Audio Sphere'i (otsetõlkes audiosfäär). VPL Research andis Data Glove'i volitused üle New Yorgi videomängude firmale Mattel. Mattel kasutas seda tehnoloogiat ning tegi sellest aksessuaari nimega Power Glove (otsetõlkes jõukinnas). See ei osutunud populaareks, kuna seda oli raske kasutada. Kinda hinnaks oli 75 USA dollarit, mis võis eeldatavasti olla varaseim taskukohane VR-seadeldis.

USA kirjaniku William Gibsoni "Neuromant" (1984) on oluline, kuna kirjeldab virtuaalreaalsust ning selle võimalusi seal elava inimese vaatepunktist.

1990. aastal esitles Jonathan Waldern Virtualityt näitusel "Computer Graphics 90" Londonis Alexandra palees. See uus süsteem oli mänguautomaat, mis kasutas VR-peakomplekti, et mängijaid rohkem mängu sisse kaasata.

1990–2000 
Sega avaldas 1990 Sega VR-peakomplekti mänguautomaadi mängude jaoks ja Mega Drive'i konsooli.

Samal aastal Virtuality käivitati ning see sai esimeseks masstoodanguna toodetud, võrgustatud, mitme mängijaga VR-meelelahutussüsteemiks.

1991. aastal lõid Carolina Cruz-Neira, Daniel J. Sandin ja Thomas A. DeFanti Electronic Visualizationi laborist kuubikujulise ruumi, mis tekitas virtuaalreaalse efekti, asendades kaitseprillid mitmeprojektorilise keskkonnaga, kus inimesed said näha oma keha ja teisi inimesi enda ümber.

Neal Stephensoni "Lumevaring" (1992) on sarnaselt teosega "Neuromant" tähtis, kuna räägib virtuaalsest reaalsusest ja selle võimalustest.

Sega avaldas 1994 Sega VR-1 liikumissimulatsiooniga mänguautomaadi atraktsiooni SegaWorldi mängusaalides.

Samal aastal väljastas Apple QuickTime VR-i. See on laialdaselt saadav toode suhtlemiseks teiste VR-mudelitega.

Nintendo avaldas "Virtual Boy" 21. juulil 1995 Jaapanis ja 15. augustil 1995 Põhja-Ameerikas.

Forte avaldas 1995 personaalarvuti toitega VR-peakomplekti VFX1, mis toetas selliseid mänge nagu "Descent", "Star Wars: Dark Forces", "System Shock" ja "Quake".

Aastal 1999 moodustas ettevõtja Philip Rosedale Linden Labi, keskendudes algul riistvara arengule, mis võimaldaks arvutikasutajatel olla täielikult kaasa haaratud 360-kraadisesse virtuaalreaalsesse kogemusse.

2000 – tänapäev 
2007 tutvustas Google'i Street View' teenust, mis näitab panoraamvaadet üha rohkematest maailma paikadest nagu teed, hooned ja maapiirkonnad. Samuti võeti 2010. aastal kasutusele stereoskoopiline 3D-režiim.

Viimasel ajal on tavakasutajatele arendatavatest projektidest suurimat tähelepanu pälvinud riist- ja tarkvara platvorm Oculus Rift. 2014. aastal ostis Facebook seda arendava ettevõtte 2 miljardi USA dollari eest. Ettevõtte juht Mark Zuckerberg põhjendas seda ostu muuhulgas väitega, et ta usub, et tehistõelisusest saab järgmine suur asi pärast praegust mobiilseadmete võidukäiku.

Tänapäeval piirdub virtuaalreaalsus peamiselt nägemismeele abil tajutavaga ning tihti kasutatakse ka heli. On olemas ka tehnoloogia, mille abil edastada taktiilset teavet. Juba aastakümneid on prognoositud, et peatselt leiutatakse lõhna edastamise tehnoloogia, kuid see on katsetamisjärgus.

Enamik nüüdisaegseid virtuaalmaailmu kuvatakse arvutiekraanil või spetsiaalsetes peaseadmetes (Virtual Reality Headset). Samas mõne rakenduse kasutajaliides võimaldab programmidega paremat suhtlemist sihtotstarbelise riietuse abil (müts, kiiver, prillid, kindad, jalanõud, relvad ja juhtimisvahendid), mida saab arvutiga ühendada.

Tänapäevane tehnoloogia ei võimalda üldjuhul luua tehistegelikkust, mida inimene tõelisusega segi ajaks. Seda takistavad piirangud protsessori võimsuses, pildi resolutsioonis ja side ribalaiuses. Sellegipoolest on nendes valdkondades toimunud viimastel aastakümnetel tohutu progress ning kui protsessorid muutuksid võimsamaks ja andmesidetehnoloogia odavamaks, suudetaks tulevikus need probleemid kõrvaldada.

Immersioon 
Immersioon (inglise keeles immersion) tähistab kasutaja kohalolekutunnet virtuaalruumis. Kohalolekutunde kvaliteet oleneb VR-seadmete kvaliteedist, tehnoloogiast ja tehismaailma detailsusest. Kõige puhtama immersiooni puhul kaob kasutajal piiritunnetus, kus lõpeb pärismaailm ja algab virtuaalsus.

Virtuaalreaalsuse üheks olulisemaks aspektiks on arvuti loodud maailma keskkond. See peab olema hästi läbi mõeldud, et tagada kasutaja sügav immersioon ja saavutada rahuldav tulemus. Kui keskkonnas peaks esinema kasvõi üks pisike viga, ei suudaks kasutaja tunnetada täisväärtuslikku immersiooni.

Immersiooni tüübid 
Taktikaline immersioon – kasutaja peab tehismaailmas midagi tegema. Näiteks tuleb lennusimulaatorites lüliteid ja nuppe plõksutada, rooli näppida ja mõõdikuid jälgida, et edukalt virtuaalset lennukit lennutada.

Strateegiline immersioon – vaimne immersioon. Näiteks malet mängides "sisenevad" mängijad mõttes malelauale, et läbi mõelda kõik võimalikud head käigud.

Narratiivne immersioon – inimene kogeb virtuaalmaailmas olekut hoomates kujutletavas maailmas toimuvat. Näiteks raamatut lugedes või filmi vaadates.

Ruumiline immersioon – kujutis tekitab kasutajas tunde, et tema keha ja vaim asuvad tehismaailmas. Näiteks kasutades virtuaalset reaalsust simuleerivaid seadmeid.

Ruumilise immersiooni tekitamiseks peaks VR-seadmel olema järgmised parameetrid:
 suur vaatenurk (üle 80 kraadi)
 korralik lahutusvõime (1080 pikslit või rohkem)
 suur kaadrisagedus (~95 Hz)
 kõik pildivälja punktid on valgustatud üheaegselt
 läätsede olemasolu (kuni 2, kuid loodetakse, et tulevikus pole need enam vajalikud)
 optiline stabiliseerimine
 väga täpne kasutaja jälgimine (millimeetri, nurga minuti täpsusega)
 lühike latentsusaeg (~25 ms)

Virtuaalreaalsed keskkonnad 
SiVR ehk Semi-immersive Virtual Reality (otsetõlkes pooleldi kaasa haarav virtuaalreaalsus) – esineb kõikvõimalikes simulaatorites; kasutaja on teadlik välismaailma eksisteerimisest. Eelisteks on madal hind ja kasutushõlpsus, puudusteks aga see, et vahendid, millega saab virtuaalset maailma mõjutada, on kohmakad, ja mitut kasutajat korraga samasse keskkonda paigutada on keerukas ülesanne.

Näide: lennusimulaator, millel on üldjuhul suure lahutusvõimega ekraan või võimsad projektorid. Lisaks ekraanile on simulaatori lahutamatuks osaks reaalsed objektid (iste, juhtpaneel, rool, pedaalid jm simulaatori jaoks vajalik).

CAVE ehk Fully Immersive Virtual Reality (otsetõlkes kõikehõlmav virtuaalreaalsus) – ruum, mille seintele, põrandale ja lakke on projitseeritud virtuaalmaailma kujutis. Ruumi nurkades asuvad kõlarid ja liikumisandurid. Kasutaja paneb ette VR-prillid või peakomplekti, mis näitab kolmemõõtmelist pilti. Tehismaailma kujutisi tekitavad võimsad arvutid ning kujutis ruumiseintel muutub vastavalt inimese liikumisele. Muutuvat pilti näeb kasutaja tänu VR-seadmele kolmemõõtmelisena. Kõrglahutusega kujutis, täpne kasutaja liikumise jälgimine ja realistlik heli tekitavad kasutajas immersiooni kõrgeima taseme.

Collaborative Virtual Environments (otsetõlkes koostöö-virtuaalkeskkonnad) – virtuaalne töökeskkond, kus on koos rohkesti inimesi, kes saavad üksteisega suhelda, ehkki pärismaailmas asuvad nad üksteisest kaugel. Seda sorti tehistegelikkusse eesmärgiks on tagada sujuv inimeste koostöö ning võimaldada efektiivselt jagada ideid ja kogemusi.

Virtuaalne koostöökeskkond tuleb kasuks:
 sõjaväelaste ja päästetöötajate treenimiseks
 e-õppes
 kunstiobjektide näitamiseks (virtuaalne galerii)
 kirurgiliste operatsioonide läbi viimisel
 foobiate ravis

Virtuaalreaalsuse kasutusalad

Kinnisvara 
Virtuaalreaalsus annab võimaluse koduotsijatele kuvada kinnisvaraarenduse lõpptulemust. Ajal, mil enamus uusarendusi müüakse kinnisvaraostjatele paberil, annab virtuaalreaalsus võimaluse koduotsijale visualiseerida, milline tema uus kodu tulevikus välja nägema hakkab, milliste planeeringutega kortereid parasjagu ehitatakse ja millised vaated avanevad nende uuest kodust. Eestis on esimesena virtuaalreaalsust kasutanud Uus Maa Kinnisvarabüroo Järve Tornide uusarenduse puhul.

Ehitus ja tootmine 
3D-(ehitus)mudeli loomine ja võimalus seda iga nurga alt vaadelda – aitab leida võimalikke vigu ning simuleerida pärismaailma ohuallikaid, näiteks ilmaolusid.

Näiteks raudtee ehitusega ja hooldusega tegelev ettevõte Balfour Beatty Rail kasutab oma toodete arenduses mõningal määral virtuaalreaalsust, et plaanida korrektseid raudteid, luua prototüüpe ja ehitusmakette.

Autotööstus kasutab virtuaalset maailma oma autode prototüüpide loomises ja disainiprotsessis. See võimaldab korraga luua soodsa hinnaga mitu prototüüpi ja neid testida. See teeb arendusprotsessi kiiremaks ning jätab rohkem raha reaalsete masinate loomiseks. Näiteks kasutatakse tehismaailma Land Roveri mudelite arendamisel.

Sõjavägi 
Ohtlike olukordade simuleerimine – aitab sõdureid ette valmistada igaks võimalikuks stsenaariumiks ohtlikes olukordades, nii saab õppel olev sõdur operatsioone "läbi elada" ohututes kohtades ning ohutult vigu teha, et neist õppida. VR-seade võimaldab ühte olukorda läbi mängida mitmeid kordi lühikese aja jooksul. Samuti on sellega võimalik panna sõdureid sellistesse tingimustesse, mille päriselus loomine oleks keerukas, kallis või võimatu.

Juhikoolitused 
Liikumisvahendi juhi koolitamine – säästab kütust ja aega ning võimaldab ohtlike olukordade modelleerimisega nendes käitumise õppimist. Näiteks autojuhid, meremehed, lendurid, kosmonaudid, vastava liikluse korraldajate ja juhtijate väljaõpe.

Virtuaalreaalsuse seadmed on laialdaselt kasutusel lennuvägedes pilootide treenimisel ning maavägedes tankistide ja muu raske transpordi juhtide ettevalmistamisel. Simulaatorid on tänapäeval üsna tõetruude juhtpaneelide, roolide, näidikute, vibratsioonide ja veateadetega, mis aitavad sõduritel valmistuda igaks olukorraks.

Samamoodi treenitakse ka näiteks tuletõrjeautode juhte, pannes ette ülesandeks jõuda simulaatorit kasutades võimalikult kiiresti ja väikese arvu vigastustega õnnetuskohale. Tulevikus võidakse hakata samal viisil ette valmistama kiirabiautojuhte.

Virtuaalsel õppel on eeliseks, et kui kogenematu õpilane liikumisvahendiga õnnetuse põhjustab, siis ei kahjusta ta sellega iseenese tervist ega materiaalset vara.

Tervishoid 
Erinevat sorti teraapiad – näiteks foobiate ravimine või insuldi üleelanud inimese taastusravi.

Foobiaravis modelleeritakse ning kujutatakse patsiendi hirmu allikat virtuaalreaalsuses. Samuti kasutatakse virtuaalreaalsust veteranide posttraumaatiliste stressihäirete (PTSH) ravimiseks. Endised sõdurid paigutatakse virtuaalreaalsesse keskkonda, mis simuleerib sõjatsooni. Nii foobia kui ka PTSH ravil pannakse patsient tema hirmu allika ette ning pidev kordamine toob kaasa hirmu või stressi vähenemise.

Samuti kasutatakse tehiskeskkondi füsioteraapias traumast taastuva või püsiva puudega inimese raviks, sest see julgustab patsiente aktiivsemalt liikuma, orienteeruma ja suhtlema.

Asutused ja haridus 
Teadmiste kogumise köitvamaks ja lõbusamaks tegemine – näiteks muuseumid, näitused, galeriid, teatrid, teemapargid, avastus- ja teaduskeskused.

Virtuaalreaalsus võimaldaks külastajal vaadelda haruldast eksponaati iga nurga alt, sellega kergemal ja lõbusamal moel tutvuda ning tehnoloogia arenedes tulevikus isegi mõnda ookeani põhja, ürgmetsa või teise ajastu keskkonda sattuda.

Simulatsioonide, animatsioonide ja graafikute loomine – kasulik näiteks koolides ja erinevates tööasutustes, kuna teeks erinevate esitluste ettekandmise huvitavamaks ja info vaatlemise lihtsamaks.

Mood 
Virtuaalsed moepaviljonid, inimese 3D-mudelid, valmistoodangu eksponeerimine – teeb riideeseme disainimise lihtsamaks, kuna saab kokku hoida modellidelt, materjali kulu on väiksem, saab testida riideeseme funktsionaalsust ning valmistoodetel on potentsiaali jõuda suurema rahvamassini kui moeetendusel. Näiteks spordivarustuse ja -riietuse disainimisel, kus peab arvestama riide vastupidavuse, funktsionaalsuse, mugavusega.

Sport 
Treeningud – aitab mõõta ja jälgida sportlase parameetreid, analüüsida treeningumeetodit ning seda parandada. Näiteks golf, suusatamine, rattasport.

Mängud
Mängimine aitab mängijal mängu rohkem sisse elada ning tunda end nagu osa mängust. Tänapäeval on olemas igasuguseid seadmeid, nagu Oculus Rift, mis on võimeline simuleerima virtuaalset maailma, kuid mis ei tekita kasutajale peavalu ega aja iiveldama. Samuti on olemas jooksurajad, nagu Virtuix Omni, mis teeb kohalolekutunnetuse veelgi realistlikumaks, kuna enam pole vaja vajutada klahvidele, vaid mängumaailmas liikumiseks tuleb endal liikuda.

Virtuaalreaalsuse tervist kahjustav mõju 
Järgmistes näidetes esitatud nähud ei pruugi esineda kõigil ja korraga.

Esiteks võib virtuaalne maailm inimesele niivõrd meeldima hakata, et ta hakkab veetma üha rohkem aega virtuaalmaailmas ning ajapikku kaob inimesel arusaam kust jookseb piir päris- ja virtuaalmaailma vahel. See toob kaasa psüühika- ja tervisehäireid. Samuti võib üleliigne ajaveetmine virtuaalmaailmas pikemas perspektiivis tuua kaasa lihasevalu, rühihäireid ja muud sellised hädad, mis tekivad ebatervisliku elustiili harrastajatel.

Teiseks võib virtuaalmaailmas viibimine tekitada merehaigust. On esinenud juhtumeid, kus VR-seadmete kasutajad on kogenud merehaigusele omaseid sümptomeid, nagu iiveldus, peavalu, tasakaaluhäired. Tundemärgid võivad tekkida juba esimese paarikümne minuti jooksul. Probleem tekib, kui tehnoloogia ei suuda luua piisavalt tõetruud kohaloleku tunnet, et inimese mõistust petta.

Kolmandaks võib inimene muutuda tundetuks ja empaatiavõimetuks, kui viibib pikaajaliselt virtuaalses reaalsuses, kus valitseb vägivald. Sõltlased võivad pärismaailmas otsida sarnaseid vägivaldseid olukordi, et tunda võimu ja põnevust, mida nad saavad mängumaailmas viibides.

Vaata ka 
 Virtuaalreaalsuse peaseade
 Kübermaailm
 Küborg
 Virtuaalraamatukogu
 Liitreaalsus
 Tunnetus

Viited 

Kunst
Meedia