Virtuální realita

Rozbalit box

Obsah boxu

Virtuální realita (běžně zkracováno na VR, z anglického Virtual Reality) je technologie, která pomocí počítače vytváří simulované, trojrozměrné prostředí, jež uživatele zcela obklopí a umožní mu s ním interagovat. Cílem VR je vytvořit co nejpřesvědčivější iluzi skutečné přítomnosti v umělém světě, a to stimulací smyslů, především zraku a sluchu. Uživatel se do tohoto prostředí ponoří pomocí speciálního zařízení, nejčastěji náhlavní soupravy (headsetu), která mu zprostředkovává digitální svět a zároveň ho izoluje od toho reálného. Virtuální realita se z původně specializované technologie pro vědecký výzkum a armádní trénink stala v 21. století dostupnou platformou pro zábavu, vzdělávání, medicínu i sociální interakci.

Virtuální realita (VR)
Uživatel s moderní VR náhlavní soupravou a ovladači.
Princip	Vytvoření imerzivního 3D prostředí
Typ	Počítačová simulace

🔑 Klíčové pojmy

Pro pochopení virtuální reality je nutné znát několik základních konceptů, které definují kvalitu a hloubku zážitku:

• Imerze (pohlcení): Označuje míru, do jaké technologie dokáže uživatele smyslově "pohltit" a izolovat ho od reálného světa. Vysoká imerze je dosažena pomocí širokého zorného pole v headsetu, stereoskopického 3D zobrazení a prostorového zvuku.
• Prezence (pocit přítomnosti): Je to psychologický stav, kdy se uživatel cítí skutečně "přítomen" ve virtuálním prostředí. Je to konečný cíl VR – mozek uživatele začne vnímat simulovaný svět jako skutečný. Pocit přítomnosti závisí nejen na imerzi, ale i na plynulosti a přesnosti interakce.
• Interaktivita: Schopnost uživatele aktivně jednat a manipulovat s virtuálním prostředím a jeho objekty v reálném čase. Interaktivita je zajištěna pomocí ručních ovladačů, sledování pohybu rukou a dalších vstupních zařízení.

⏳ Historie

Rané vize a první prototypy (1950–1970)

Ačkoli se VR zdá být moderní technologií, její kořeny sahají hluboko do 20. století.

• Sensorama (1962): Často považována za první imerzivní stroj. Kameraman a vynálezce Morton Heilig zkonstruoval mechanické zařízení připomínající arkádový automat, které mělo diváka vtáhnout do krátkého filmu. Sensorama stimulovala několik smyslů najednou: nabízela stereoskopický 3D obraz, stereo zvuk, vibrace sedadla a dokonce i vůně. Ačkoli nebyla komerčně úspěšná, položila základ myšlence multisenzorického pohlcení.
• "Damoklův meč" (1968): První skutečnou VR náhlavní soupravu (head-mounted display, HMD) vytvořil na MIT harvardský profesor Ivan Sutherland, považovaný za "otce počítačové grafiky". Zařízení bylo tak obrovské a těžké, že muselo být zavěšeno na mechanickém rameni ze stropu, což mu vyneslo přezdívku "Damoklův meč". Uživatel viděl jednoduchou, drátovou grafiku, která se měnila v reálném čase podle pohybu jeho hlavy. Sutherland tím definoval základní principy VR, jak je známe dnes.

První boom a "VR zima" (1980–2000)

V 80. letech se výzkum VR přesunul do komerční sféry a laboratoří NASA.

• Zrod termínu "Virtuální realita": Termín "virtual reality" zpopularizoval v roce 1987 Jaron Lanier, hudebník, počítačový vědec a zakladatel firmy VPL Research. Jeho společnost jako první prodávala komerční VR brýle (EyePhone) a rukavice (DataGlove), které umožňovaly interakci s virtuálním světem. Tyto systémy byly extrémně drahé (stály desítky tisíc dolarů) a používaly se především ve výzkumu, automobilovém designu a v NASA pro trénink astronautů.
• Hype a následný úpadek: Na začátku 90. let zažila VR obrovskou vlnu mediálního zájmu. Objevila se v populární kultuře (např. film Trávníkář) a herní průmysl se pokusil přinést VR masám. Tyto pokusy, jako například herní konzole Virtual Boy od Nintenda (1995), však selhaly. Technologie byla stále příliš nedokonalá – zařízení byla objemná, měla nízké rozlišení, vysokou latenci (zpoždění), způsobovala nevolnost a byla drahá. Nadšení opadlo a nastalo období označované jako "VR zima", kdy se zdálo, že technologie je slepou uličkou.

⚙️ Technologie stojící za VR

Moderní virtuální realita je výsledkem kombinace několika klíčových technologií, které společně vytvářejí iluzi přítomnosti ve virtuálním světě.

1. Náhlavní souprava (Headset)

Headset je nejdůležitější součástí VR systému. Jeho úkolem je zprostředkovat obraz a zvuk a izolovat uživatele od okolí. Skládá se z několika komponent:

• Displeje: Moderní headsety používají dva displeje s vysokým rozlišením (obvykle OLED nebo LCD), jeden pro každé oko. Tím, že se každému oku předkládá mírně odlišný obraz, vzniká stereoskopický 3D efekt, který vytváří vjem hloubky.
• Čočky: Mezi očima a displeji jsou umístěny čočky, které zaostřují a tvarují obraz tak, aby vyplnil co největší část zorného pole uživatele. Široké zorné pole (Field of View, FOV) je klíčové pro pocit imerze.
• Zvuk: Většina headsetů má integrovaná sluchátka, která poskytují prostorový (3D) zvuk. Díky tomu uživatel slyší zvuky přicházet z konkrétních směrů ve virtuálním prostoru, což dále posiluje pocit přítomnosti.

2. Sledování pohybu (Tracking)

Aby se uživatel mohl ve virtuálním světě přirozeně pohybovat a rozhlížet, musí systém přesně a s minimálním zpožděním (latencí) sledovat polohu a orientaci jeho hlavy a těla. Nízká latence je klíčová pro zamezení kinetózy (motion sickness). Rozlišujeme dva hlavní typy sledování:

• Sledování zevnitř ven (Inside-Out Tracking): Headset má na sobě zabudované kamery, které snímají okolní prostředí a na základě těchto dat vypočítávají svou polohu v prostoru. Tento systém je jednodušší na nastavení, protože nevyžaduje žádné externí senzory. Používají ho headsety jako Meta Quest nebo Apple Vision Pro.
• Sledování zvenku dovnitř (Outside-In Tracking): V místnosti jsou rozmístěny externí senzory (základnové stanice nebo kamery), které sledují senzory na headsetu a ovladačích. Tento systém je obecně přesnější a spolehlivější, ale vyžaduje složitější instalaci. Příkladem jsou systémy Valve Index nebo starší verze HTC Vive.

Kromě polohy se sleduje i orientace hlavy (naklánění, otáčení), což se označuje jako šest stupňů volnosti (6DoF – Six Degrees of Freedom). To umožňuje uživateli nejen se rozhlížet, ale i chodit, krčit se nebo naklánět ve virtuálním prostoru.

3. Vstupní zařízení

Pro interakci s virtuálním světem slouží různá vstupní zařízení:

• Ruční ovladače: Nejběžnější zařízení. Každá ruka drží jeden ovladač, který je vybaven tlačítky, joysticky a spouštěmi. Systém sleduje polohu těchto ovladačů v prostoru, což umožňuje uživateli virtuálníma rukama uchopovat předměty, střílet, malovat nebo ukazovat.
• Sledování rukou (Hand Tracking): Některé moderní headsety (např. Meta Quest) dokáží pomocí kamer sledovat pohyb prstů a rukou uživatele bez potřeby ovladačů. To umožňuje přirozenější a intuitivnější interakci.
• Haptická odezva: Pro zvýšení imerze poskytují ovladače a někdy i speciální obleky nebo rukavice haptickou (vibrační) odezvu, která simuluje dotek nebo náraz.

🚀 Využití virtuální reality

Virtuální realita již dávno není jen doménou herního průmyslu. Její schopnost vytvářet realistické a bezpečné simulace nachází uplatnění v široké škále oborů.

• Hry a zábava: Nejviditelnější a komerčně nejúspěšnější oblast. VR nabízí bezkonkurenční úroveň pohlcení v žánrech jako střílečky z pohledu první osoby (Half-Life: Alyx), rytmické hry (Beat Saber) nebo simulátory.
• Vzdělávání a trénink: VR umožňuje vytvářet realistické a bezpečné tréninkové scénáře, které by v reálném světě byly příliš drahé nebo nebezpečné.

   *   Medicína: Studenti medicíny se mohou učit anatomii na 3D modelech a chirurgové si mohou nacvičovat složité operace.
   *   Průmysl a armáda: Piloti, vojáci nebo technici v jaderných elektrárnách trénují v realistických simulátorech. Zaměstnanci se učí obsluhovat složité stroje bez rizika úrazu.
   *   Vzdělávání: Studenti mohou virtuálně navštívit starověký Řím, prozkoumat lidské tělo zevnitř nebo provádět chemické pokusy bez nebezpečných chemikálií.

• Zdravotní péče a terapie: VR se úspěšně používá při léčbě fobií (např. strachu z výšek nebo pavouků) formou expoziční terapie v kontrolovaném prostředí. Pomáhá také při rehabilitaci pacientů po mrtvici nebo při zvládání chronické bolesti.
• Design a architektura: Architekti a designéři mohou procházet budovami a produkty ještě předtím, než jsou postaveny nebo vyrobeny. To umožňuje odhalit chyby v návrhu a lépe prezentovat vizi klientům.
• Sociální interakce a spolupráce: Platformy jako VRChat nebo Meta Horizon Worlds umožňují lidem z celého světa setkávat se ve virtuálním prostoru v podobě avatarů, komunikovat spolu a účastnit se společných aktivit. Firmy využívají VR pro virtuální schůzky a spolupráci na dálku.

📈 Současný stav a renesance VR (od 2012)

Po letech stagnace odstartoval moderní boom virtuální reality v roce 2012, kdy mladý podnikatel Palmer Luckey představil na crowdfundingové platformě Kickstarter prototyp headsetu Oculus Rift. Projekt zaznamenal obrovský úspěch a vybral přes 2,4 milionu dolarů. Oculus Rift nabídl široké zorné pole a nízkou latenci za zlomek ceny dřívějších systémů, což znovu oživilo zájem vývojářů i veřejnosti.

Zásadní zlom přišel v roce 2014, kdy společnost Oculus VR koupil za 2 miliardy dolarů Facebook (dnes Meta). Tento krok legitimizoval VR jako technologii s masivním budoucím potenciálem a odstartoval novou vlnu investic. Na trh brzy vstoupili další velcí hráči:

• HTC ve spolupráci s herní společností Valve uvedlo systém HTC Vive (2016), který jako první nabídl sledování pohybu v místnosti (room-scale tracking).
• Sony představilo PlayStation VR (2016), headset určený pro populární herní konzoli PlayStation 4, čímž zpřístupnilo VR milionům hráčů.
• Společnost Meta způsobila revoluci na trhu uvedením samostatného (standalone) headsetu Meta Quest (původně Oculus Quest) v roce 2019. Toto zařízení nepotřebuje k provozu počítač ani externí senzory, což výrazně snížilo cenu a složitost a učinilo VR dostupnější než kdykoli předtím.

🔮 Budoucnost a výzvy

Virtuální realita má stále obrovský potenciál k růstu, ale čelí i řadě technologických a společenských výzev.

Technologické trendy

• Vyšší rozlišení a širší zorné pole: Budoucí headsety budou nabízet ještě detailnější obraz, který se bude blížit rozlišovací schopnosti lidského oka, a širší zorné pole pro dokonalejší imerzi.
• Sledování očí (Eye Tracking): Tato technologie umožní zařízením sledovat, kam se uživatel dívá. To nejenže umožní nové formy interakce, ale také tzv. foveated rendering – techniku, která vykresluje v plném rozlišení pouze tu část scény, na kterou se uživatel dívá, a šetří tak výpočetní výkon.
• Pokročilá haptika a další smysly: Vývoj se zaměřuje na dokonalejší haptické obleky a rukavice, které budou schopny simulovat nejen vibrace, ale i texturu, teplotu a odpor. V dlouhodobém horizontu se experimentuje i se simulací čichu a chuti.
• Realistické avatary a metaverzum: Společnosti jako Meta masivně investují do vývoje metaverza – sdíleného, persistentního virtuálního prostoru, kde by se lidé mohli setkávat, pracovat a bavit prostřednictvím fotorealistických avatarů.

Výzvy a etické otázky

• Kinetóza (Motion Sickness): Ačkoli se technologie výrazně zlepšila, u části uživatelů stále dochází k nevolnosti způsobené nesouladem mezi tím, co vidí oči, a tím, co vnímá vestibulární systém.
• Sociální izolace a závislost: Existují obavy, že přílišné ponoření do virtuálních světů by mohlo vést k sociální izolaci a závislosti.
• Soukromí a sběr dat: VR systémy, zejména ty se sledováním očí, mohou sbírat obrovské množství citlivých biometrických dat o chování a reakcích uživatelů, což vyvolává otázky ohledně jejich zneužití.
• Cena a dostupnost: Přestože ceny klesají, kvalitní VR je stále relativně drahou záležitostí.

🔗 Související pojmy

• Rozšířená realita (AR): Technologie, která nepřesouvá uživatele do zcela umělého světa, ale promítá digitální informace (grafiku, text) do reálného světa, typicky prostřednictvím chytrých brýlí nebo telefonu.
• Smíšená realita (MR): Kombinuje prvky VR a AR. Umožňuje digitálním objektům, aby nejen existovaly v reálném světě, ale aby s ním i reálně interagovaly (např. virtuální míček se odrazí od skutečného stolu).

👶 Pro laiky

Představte si, že si nasadíte speciální brýle a sluchátka a najednou nejste ve svém pokoji, ale stojíte na vrcholu Mount Everestu, potápíte se se žraloky nebo bojujete s draky. To je virtuální realita.

Je to jako super-pokročilá videohra, která oklame váš mozek tak, že si myslí, že je skutečně někde jinde. Brýle (headset) vám ukazují 3D svět a sledují pohyb vaší hlavy, takže když se otočíte, obraz se otočí s vámi. V rukou držíte ovladače, které se ve virtuálním světě promění ve vaše ruce, takže můžete brát věci do rukou, střílet z luku nebo házet míčem.

Dnes se VR nepoužívá jen na hraní. Chirurgové si na ní trénují operace, aniž by riskovali život pacienta. Architekti se mohou projít domem, který ještě nestojí. A studenti mohou navštívit starověký Řím. Je to technologie, která má obrovskou budoucnost, ale stále se potýká s výzvami, jako je například to, že se z ní některým lidem dělá špatně, nebo že je stále dost drahá.