Virtuālās realitātes brilles

[thumb|300px|Videospēļu konsolei [PlayStation 4 paredzētās PSVR brilles, kas izlaistas 2016. gadā]]
**Virtuālās realitātes brilles** jeb saīsināti **VR brilles** (sauktas arī par *virtuālās realitātes ķiveri*) ir uz galvas stiprināms displejs *(head-mounted display, HMD)*, kas nodrošina virtuālo realitāti. VR brilles plaši izmanto VR videospēlēs, bet arī biznesa vajadzībām, piemēram, virtuālās ekskursijās un jaunās apmācībās. VR brilles ir stereoskopisks uz galvas stiprināms displejs (katrai acij atsevišķs attēls), tām ir stereo skaņa un sensori, piemēram, žiroskopi un akselerometri, lai izsekotu galvas pozīciju un saskaņotu virtuālās kameras orientāciju ar lietotāja acu pozīciju reālajā pasaulē.

Papildus pašām brillēm lietotājs izmanto VR kontrolierus, lai pārvietotos pa vidi. Ierīce piedāvā interaktīvu pieredzi, un ar kontrolieri ir jānorāda uz objektiem, jāizvēlas, jāvelk un jāmet, jānovelk uz augšu vai uz leju, jāpārvietojas starp dažādām VR telpām, jānorobežo robežas un jāveic citas funkcijas. Lielākajā daļā tirgū pieejamo VR briļļu tiek izmantoti rokas kontrolieri, kas darbojas līdzīgi kursorsvirām. Lietotāja mijiedarbību ar objektiem VR vidē var nodrošināt vairākos veidos. Lielākajā daļā VR briļļu mūsdienās tiek izmantots koordinātu tīkls, ko lietotājs kontrolē ar galvu.

Dažās VR brillēs izmanto acu izsekošanas sensorus un muskuļu aktivitātes sensorus, lai padarītu izvēles uzdevumus virtuālajā telpā efektīvākus.

Izvēloties VR brilles, lietotāji ņem vērā vairākus faktorus, kas ietekmēs pieredzi un ierīces praktisko lietojamību: attēla kvalitāte, kustības brīvība, kustību atpazīšanas precizitāte, skaņas kvalitāte, saderība ar videokartēm utt. Labāka attēla kvalitāte parasti tiek nodrošināta ar vadu savienojumu, kas ļauj pieslēgt brilles pie datora, tomēr vajadzīgas pietiekami jaudīgas datora specifikācijas, lai pilnībā izmantotu VR. Bezvadu savienojums nodrošina lietotājiem lielāku kustības brīvību, stabilitāti un ērtību. Gan uz brillēm uzstādītas kameras, gan atsevišķi sensori (bāzes stacijas) var nodrošināt dažāda līmeņa precizitātes un stabilizācijas pakāpes. Dažādas VR brilles var piedāvāt dažādus skaņas risinājumus, sākot no iebūvētām austiņām līdz ārējo austiņu atbalstam. PC VR sistēmas bieži atkarīgas no videokartes veiktspējas, ir ieteicams izvēlēties videokarti, kura nodrošina labu saderību ar VR tehnoloģijām.

## Vēsture
VR tehnoloģijas attīstība sākās pagājušajā gadsimtā. 1968. gadā amerikāņu datorzinātnieks Ivans Sazerlends radīja "Damokla zobenu" () – pirmo uz galvas stiprināmo virtuālās realitātes ierīci. Tā bija apjomīga ierīce, kas karājās pie griestiem. Tai bija stereoskopisks displejs un galvas kustību izsekošanas iespējas.

### 1990-2000. gadi
1990. gadā parādījās *Virtuality* - revolucionāra VR spēļu automāta versija, ko Džonatans Valderns demonstrēja izstādē *Computer Graphics 90* Londonā. Tā bija pirmā masu ražošanā izlaistā VR izklaides sistēma. VR brilles nodrošināja reāllaika stereoskopiskus 3D attēlus. Dažas ierīces varēja savienot tīklā, lai atbalstītu daudzspēlētāju spēles. Dažām populārām arkādes spēlēm, piemēram, *Pac-Man*, izveidoja VR versijas.

1991. gadā Antonio Medina, NASA zinātnieks, izstrādāja VR sistēmu, lai no Zemes vadītu Marsa robotu, kaut arī bija signāla kavēšanās starp planētām. Šī sistēma saucās "Datorsimulētā teleoperācija" ().

1991. gadā SEGA paziņoja, ka strādā pie SEGA VR brillēm, kas būs pieejamas vispārējai publikai. Šīs brilles bija paredzētas arkādes spēlēm un Mega Drive konsolei. Vizierī tika ievietoti LCD ekrāni, stereo austiņas un sensori galvas kustību sekošanai. Tomēr tās nekad netika izlaistas, kaut gan tika izveidoti četri spēļu nosaukumi. Viens no izskaidrojumiem bija SEGA bažas, ka cilvēki ievainos sevi, jo VR efekts bija pārāk reālistisks. Tomēr šķiet, ka tas ir maz ticams sakarā ar ierobežoto apstrādes jaudu. 1994. gadā SEGA veica ievērojamus soļus VR tehnoloģiju jomā, izlaižot SEGA VR-1 - kustību simulatoru arkāžu automātu, kas paplašināja spēļu pieredzes robežas. Turklāt *VictorMaxx* prezentēja *CyberMaxx* - VR brilles, kas vēl vairāk dažādoja tirgu, piedāvājot lietotājiem vizuālo pieredzi ārpus tradicionālajām spēļu zālēm.

1995. gadā Nintendo uzsāka savu ieiešanu virtuālajā realitātē, izlaižot konsoli *Virtual Boy*, kas kļuva par pirmo pārnēsājamo konsoli ar 3D grafiku. Neraugoties uz inovatīvajām funkcijām, *Virtual Boy* saskārās ar komerciālām grūtībām tādu ierobežojumu dēļ kā divkrāsu grafika, programmatūras atbalsta trūkums un neērtības ilgstošas lietošanas gadījumā, kas galu galā noveda pie projekta pārtraukšanas.

1997. gadā Džordžijas Tehnoloģiju institūta un Emorija Universitātes pētnieki izmantoja VR tehnoloģiju, lai izstrādātu "Virtuālo Vjetnamu" () - novatorisku lietojumprogrammu, kuras mērķis bija nodrošināt iedarbības terapiju veterāniem, kas cieš no PTSS. Šis inovatīvais VR lietojums atklāja imersīvo tehnoloģiju potenciālu terapeitiskajās pieejās, paplašinot to pielietojumu ārpus izklaides nozares.

Līdz 2000. gadu sākumam, neraugoties uz tehnoloģijas pieejamību, intereses un investīciju samazināšanās rezultātā virtuālās realitātes attīstība palēninājās. Militārās un pētniecības iestādes izmanto VR apmācībai un simulācijai, bet datoru jaudas un displeju tehnoloģiju attīstība paver ceļu vēl aizraujošākai pieredzei. Tomēr pētniecība un tehnoloģiju izstrāde turpinājās, un nākamajos gados, īpaši 2010. gados, notika VR tehnoloģijas atdzimšana. Pieaugot VR briļļu pieejamībai, tostarp Oculus Rift, HTC Vive un PlayStation VR, virtuālā realitāte kļuva plaši pieejama patērētāju tirgū, kas sekmēja tās pielietojuma paplašināšanos ārpus spēļu nozares.

### 2010. gadi
2011. gadā Palmers Lukijs izstrādāja prototipu *Oculus Rift*, kas bija pirmais virtuālās realitātes ierīces prototips ar plašu redzes lauku un lielu izšķirtspēju. 2012. gadā Palmers Lukijs izveidoja Kickstarter kampaņu, lai piesaistītu finansējumu *Oculus Rift* tālākai attīstībai. Kampaņa guva milzīgu atsaucību un sasniedza pārsteidzošus finanšu rezultātus, piesaistot vairāk nekā 2,4 miljonus dolāru. Tas bija sākums komerciālās VR iekārtas attīstībai.

2014. gadā Facebook par 2 miljardiem ASV dolāru iegādājās *Oculus* VR, kas iezīmēja uzņēmuma būtisku ieguldījumu virtuālās realitātes tehnoloģiju attīstībā. Šis notikums būtiski ietekmēja VR industriju, piedāvājot jaunus resursus un iespējas turpmākai inovācijai un izaugsmei.

2016. gadā HTC un Valve Corporation izlaida HTC Vive, kas bija pirmais komerciāli pieejamais VR ierīces komplekts ar telpiskās izsekošanas tehnoloģiju. Tas ļāva lietotājiem brīvi pārvietoties telpā un pilnībā iegrimt virtuālajā vidē. Tas bija solis uz priekšu VR izklaides un izglītības jomā, padarot VR pieredzi vēl reālistiskāku.

2019. gadā Oculus izlaida *Oculus Quest*, pirmās pilnīgi autonomās VR brilles. Šīs ierīces darbojās neatkarīgi no datora vai citām ierīcēm, ļaujot lietotājiem iegūt VR pieredzi bez sarežģītiem iestatījumiem vai vadiem.

### 2020. gadi
Ārpus spēļu pasaulēm VR ir atradusi pielietojumu dažādās nozarēs, piemēram, veselības aprūpē, izglītībā, arhitektūrā un inženierzinātnēs. Ārsti izmanto VR ķirurģiskām simulācijām, skolēni pēta vēsturiskus notikumus, arhitekti veic virtuālas pastaigas pa ēkām pirms to būvniecības uzsākšanas. VR tehnoloģijas kļuvušas plašāk pieejamas patērētājiem, pateicoties brillēm ar uzlabotu ergonomiku un lietošanas ērtumu. Lielie tehnoloģiju uzņēmumi, tostarp Meta, Sony un Samsung, veic būtiskus ieguldījumus VR tehnoloģijās patērētājiem. Apple ienākšana tirgū liecina par uzņēmuma iesaisti VR ekosistēmas attīstībā un lietotāja pieredzes optimizācijā.

2020. gada septembrī Oculus (tagad Meta) prezentēja *Oculus Quest 2*, kas piedāvāja uzlabotu izšķirtspēju, jaudīgāku procesoru un vieglāku dizainu salīdzinājumā ar iepriekšējo *Quest* modeli. *Quest 2* turpināja popularizēt autonomu VR pieredzi, piedāvājot lietotājiem iespēju izbaudīt VR saturu bez vajadzības pieslēgties pie datora vai citām ierīcēm.

2023. gadā divi no lielākajiem tehnoloģiju uzņēmumiem, Apple un Meta, paziņoja par jaunām VR ierīcēm. Apple prezentēja Apple Vision Pro, kas tika pasludināts par izcilu jaunievedumu VR un jauktās realitātes (AR) jomā. Šī ierīce solīja augstas izšķirtspējas attēlus un uzlabotu interaktivitāti. Meta paziņoja par *Meta Quest 3*, kas, salīdzinot ar *Quest 2*, tika piedāvāts ar uzlabotu jaudu, izšķirtspēju un komfortu.

## Mijiedarbība
Virtuālās vides mijiedarbībā ietilpst trīs uzdevumu kategorijas: skata punkta pārvietošana, atlase un manipulācijas:

### Skata punkta pārvietošana
Agrīnās VR pētniecības laikā tika analizētas tehnikas, kas ļauj virtuālā ceļojuma laikā mainīt skata punktu starp vairākiem izvietojumiem. Šajā uzdevumā definēta virziena/mērķa izvēle, ātruma/paātrinājuma izvēle un ievades nosacījumi.
Virziena un mērķa izvēlei tiek izmantotas dažādas tehnikas, tostarp skatiena vērsta stūrēšana un norādījumu vai viļņa stūrēšana. Izvēle starp šīm tehnikām var būtiski ietekmēt lietotāja pieredzi, atkarībā no uzdevuma konteksta. Piemēram, lai gan skatiena vērstā stūrēšana sinhronizē kustību ar lietotāja skatienu, norādījumi ļauj neatkarīgi skatīties un pārvietoties citā virzienā.
Ātruma un paātrinājuma izvēles tehnikām arī ir liela nozīme lietotāja komforta un telpiskās apziņas veidošanā. Eksperimenti ir parādījuši, ka dažādi kustības ātrumi un paātrinājumi var ietekmēt lietotāju vides uztveri, ar nepārtrauktām kustības tehnikām vispārīgi nodrošinot labāku telpisko apziņu salīdzinājumā ar "lēcienveida" tehnikām.

### Atlase
Atlase ietver norādīšanu VR sistēmai, ar kuru objektu vai lietotāja saskarnes (UI) elementu lietotājs vēlas mijiedarboties, atzīmējot to par turpmāko mijiedarbības fokusu. Atlase attiecas uz objekta norādīšanu vai izvēli kādam mērķim. Atlases paņēmienus var izmantot atsevišķi, lai veiktu tādus uzdevumus kā izvēlnes elementa izvēle vai objekta dzēšana. Atlasei ir pieejamas vairākas izplatītas metodes:
* **Kontroliera ievade** tiek realizēta, izmantojot lāzera rādītāju vai *ray-cast* tehnoloģiju. Virtuālais lāzera punkts tiek izstarots no kontroliera, un lietotājs, mainot tā orientāciju, var izvēlēties konkrētu objektu vai lietotāja saskarnes elementu. Šai metodei var rasties izaicinājumi, piemēram, nejauša atlase vai objekta aizsegums, kas prasa rūpīgu dizaina izvērtējumu.
* **Žesti**: Pateicoties VR tehnoloģiju attīstībai, žesti ir kļuvuši par intuitīvu mijiedarbības veidu. Sistēmas, kas spēj fiksēt un interpretēt roku kustības, ļauj lietotājiem veikt darbības, piemēram, virtuālajā telpā norādīt uz objektiem vai paņemt tos.
* **Skatījums**: Uz skatījumu balstītā atlase balstās uz lietotāja galvas pozīcijas vai acu skatiena izsekošanu. Vēršot skatienu uz objektu, lietotājs var iniciēt atlases procesu, kas tiek apstiprināts ar ārēju ievadi vai pēc noteikta laika perioda.

### Manipulācija
Manipulācija ir uzdevums noteikt pozīciju un orientāciju (iespējams, arī citus parametrus, piemēram, formu) izvēlētajam objektam. Lietotājs izvēlas objektu, "pieskaroties" tam ar savu virtuālo roku, un manipulē ar to tieši, kustinot roku. Tas ir intuitīvi un kognitīvi vienkārši, bet praktiski ir ierobežoti. Daudzi virtuālie objekti ir pārāk lieli, lai tos varētu viegli novietot, atrodoties pietiekami tuvu, lai objektam pieskartos. Turklāt nav piemēroti likt lietotājam pārvietoties rokas sasniedzamības attālumā no objekta, lai ar to manipulētu, īpaši, ja lietojumprogrammā ir nepieciešamas vairākas manipulācijas un efektīva veiktspēja.

## Atsauces