Pred dvema letoma so v New Yorku mimoidoči z zanimanjem gledali rešetkasto kovinsko votlo kroglo na sistemu malih koles, v kateri se je na mestu sprehajal vojak, medtem ko se je krogla počasi vrtela. Vojak je zagotovo marsikoga spominjal na hrčka v svojem pregovornem kolesu oz. ploskem valju, ki teka na mestu in tako vrti valj. S to razliko, da krogle ni vrtel vojak s svojo hojo, temveč motorji v kolesih, ki so na podlagi sistema senzorjev za gibanje reagirali na vojakove korake. Vojak je na glavi nosil prepoznavno »čelado« z vdelanimi zaslončki za obe očesi. Kroglo je očitno upravljal računalnik v njeni bližini, s katerim je bila povezana s prek kablov. »Predstavitveno vajo« za občinstvo v New Yorku je očitno organizirala vojska, saj je predstavitev nadziralo nekaj častnikov.
40 LET ZA VIRTUSFERO
Radovedno občinstvo je lahko izvedelo, da gre za predstavitev krogle, imenovane VirtuSphere, namenjene za navidezno resničnost z gibanjem uporabnika. Navidezna okolja na veliko uporabljajo v planetarijih, vojaških simulatorjih letenja in podobnih virtualnih rešitvah, kjer se slike projicirajo na sferno površino ali na stene in tla sobe po sistemu CAVE. (CAVE je »avtomatsko navidezno okolje«, poimenovano po laboratoriju, v kateri so ga razvili − Chicago's Electronic Visualization Laboratory). Vsa dosedanja navidezna okolja imajo podobno omejitev: ne omogočajo gibanja osebe na naraven način. Obstoječi sistemi za navidezno resničnost namreč tipično omogočajo sprehod osebe skozi virtualno okolje s pomočjo igralne palice ali druge računalniške periferne enote. Ta način ne daje občutka stvarnosti in lahko celo povzroči zbeganost, saj se vizualne stimulacije ne ujemajo s fizičnim občutkom gibanja.
Konstruktorja virtusfere sta Rusa Rej in Nurula Latipov, ki sta si že dolgo želela razviti sredstvo za gibanje v navideznem svetu, v katerem uporabniki ne bi več sedeli, ampak bi se sprehajali. Zamisel o tekočem traku se jima ni zdela dobra, saj bi morali biti uporabniki pripeti, da ne bi padli, sistem pa bi bil velik in zapleten. Da sta prišla do današnje »navidezne krogle« VirtuSphere, sta brata porabila skupaj 40 let in izdelala sedem različnih modelov. Ko sta ustanovila svoje malo podjetje v mestu Sammamish na jugu ZDA, sta za direktorja izbrala izkušenega Alexisa Palladina, ki je bil prej zaposlen v Microsoftu in Intelu. Imel je izkušnje s sodelovanjem obeh podjetij v 12 državah. Med drugim je bil zaslužen za visoko rast Intelovega dobička na ruskem trgu, ki se je v manj kot treh letih povečal s 13 na 350 milijonov dolarjev. Podjetje je začelo s petimi zaposlenih. Prva virtusfera, ki so je izdelali, je imela premer 2,6 metra.
NAVIDEZNI BOJ V KROGLAH
Rešitev VirtuSphere vsebuje poleg votle krogle še sistem koles, brezžični naglavni zaslon, sistem 3D-tipal, sledilnike vrtenja, računalnik, gonilnike in 3D-programske aplikacije. Sfera ima šest stopenj gibanja – za sprehod v vseh štirih smereh ter gor (skok) in dol (počep). Platforma lahko naredi celoten krog, 360°. Virtusfera stane od 50 do 100 tisoč dolarjev, kar vključuje tudi programsko opremo za navidezno resničnost. Večino programskih aplikacij je podjetje razvilo v sodelovanju z laboratorijem Human Interface Technology pri Tehnološkem centru Washington.
Kroglo izročijo kupcu pakirano po delih, ki lahko gredo v večji avtomobil. Montaža zahteva dve osebi in štiri ure dela. Zadnje čase prodajajo tudi plastično različico krogle, ki je še lažja in še zanimivejša za gledalce. Programska oprema omogoča povezovanje dveh krogel za skupne akcije dveh uporabnikov, recimo navidezni boj.
Tehnologija holodeka
V internetu najdemo različne in podrobne opise tehnologij holodeka, ki so jih znanstveniki prihodnosti razvili za potrebe posadk vesoljskih ladij in zvezdnih postaj v nadaljevanki Zvezdne steze. Po enemu opisu je temeljni mehanizem holoscene večsmerna holodioda (OHD), mikrominiaturna naprava za projiciranje barvne stereoskopske slike polja sile v treh razsežnostih. Stene holoscene so pokrite z milijoni večsmernih holodiod, ki jih upravlja močan, izjemno hiter računalnik. Diode OHD prekrojijo občutljiva polja sile in s tem omogočajo, da oseba »čuti« projicirane predmete ali osebnosti, ki jih tam pravzaprav ni. Drugi (neživi) objekti se lahko tudi fizično ustvarjajo z replikatorjem snovi. Preoblikovana polja sile in sistem za ustvarjanje slik v ozadju omogočajo obiskovalcu holodeka popolno optično izkušnjo bistveno večjega prostora in oddaljenosti, kot je to pravzaprav mogoče v fizično omejenih dimenzijah holodeka. Milijoni majcenih generatorjev polja sil ustvarjajo učinek »tekočega traku«, tako da se lahko uporabnik sprehaja na navidez bistveno večjih razdaljah od resničnih, pri čem se projicirana scena premika s potrebno hitrostjo. Isti mikrogeneratorji proizvajajo tudi druge potrebne učinke, recimo dotika, kar omogoča celo, da se poljub čuti kot resničen. Polja sil skrbijo tudi za položaj uporabnikov in na primer preprečujejo, da bi trčili v holodekov zid. Replikatorska tehnologija omogoča proizvajanje želenih vonjev in celo ustvarjanje hrane, ki je tako »resnična«, da jo lahko »jemo«.
Potencialni uporabniki so poleg vojnih, policijskih in varnostnih služb tudi izobraževalne ustanove, pa muzeji, arhitekturni biroji, nepremičninske agencije, turistična podjetja. Uporabniki so lahko tudi podjetja, ki izdelujejo ali prodajajo igre, ter organizacije za rekreacijo, šport in vadbo. Danes podjetje ima VirtuSphere po svetu več deset strank, predvsem iz vojaških in policijskih krogov. Podjetje je doslej prodalo krogle ameriški Upravi za pomorske raziskave, Intelu, mestu Moskva, moskovskemu olimpijskem komiteju za navidezne predstavitve olimpiade 2012. Muzeju komunikacij v Washingtonu, Univerzi v Washingtonu in drugim. VirtuSphere ima podružnice v Washingtonu, Moskvi, Redmondu, Seattlu, Sankt Peterburgu, Binghamtonu in Almetjevsku.
KIBERSFERA NA ZRAČNI BLAZINI
Raziskovalca Vinesh Raja iz skupine Warwick Manufacturing Group Univerze v Warwicku in Julian Eyre iz podjetja VR Systems sta razvila naprednejšo navidezno kroglo, ki so jo poimenovali Cybersphere (kibersfera). Gre za prozorno votlo kroglo premera 3,5 m, nameščeno na obroč ležajev, in dodatno blazino zraka pod nizkim pritiskom, ki omogočata vrtenje v vseh smereh. Gibanje (sprehajanje) osebe v središču krogle povzroča njeno vrtenje, to pa se prenaša na manjšo (sekundarno) kroglo, ki je z večjo, projekcijsko kroglo povezana prek sistema vzmeti. Vrtenje manjše krogle se meri s senzorji vrtenja, dobljeni signal pa se uporablja za posodabljanje slike, projicirane na notranjo površino večje krogle, kar omogoča osebi v krogli, da se sprehaja, teče ali se plazi v katerikoli smeri.
V notranjosti krogle je kombinacija močnih projektorjev, ki projicirajo dele slike in povzročijo vizualno doživetje polne »potopljenosti« v okolje in iluzijo proste hoje v računalniško ustvarjenemu okolju. Iznajditelji kibersfere so prejeli več ponudb za prodajo rešitve, ki bi bila lahko uporabna za različne namene – od računalniških iger do vojaških simulacij ter inženirskih in proizvodnih projektov. Prototip kibersfere je razstavljen v novozgrajenem kompleksu 3D Virtual Reality skupaj z največjim 3D-zaslonom, ki ga je namestilo podjetje Trimension, specializirano za navidezno resničnost. Strokovnjaki ocenjujejo, da je kiberkrogla pomemben korak v smeri ustvarjanja holodeka v slogu Zvezdnih stez.
Holozaslon za vse čase
Ko govorimo o ideji holodeka, se moramo spomniti Ivana Sutherlanda, računalniškega programerja in pionirja interneta. Sutherland je med drugim razvil inovativni program Sketchpad, ki je precej vplival na alternativne poglede na interakcijo z računalniki, bil pa je tudi predhodnik uporabniškega grafičnega vmesnika. Skupaj s svojim študentom Bobom Sproullom je Ivan Sutherland prvi obravnaval navidezno resničnost in razvil tudi prvi naglavni zaslon, ki je pomemben za njeno uporabo. Že davnega leta 1965 je Sutherland razložil svojo zamisel o »zaslonu vseh zaslonov« (ultimate display), ki naj bi bil soba, v kateri računalnik nadzira obstoj (navideznih) snovi. Takšen »zaslon« bi uporabljal kar več čutil – vid, sluh in tip, zaznaval bi položaj skoraj vseh naših mišic ter vzpostavil poglobljeno neposredno in naravno interakcijo uporabnika s svetom. Zaslon naj bi bil »zunanji, lokaliziran in zaščiten z varnostnimi protokoli«. Holodek, uporabljan v Zvezdnih stezah, je skoraj povsem povzel Sutherlandove ideje.
HOJA PO PREMIČNIH PLOŠČAH
Igre so pomemben dejavnik v iskanju novih rešitev za navidezno resničnost, ki bi vključila tudi gibanje.
V igre se namreč vlaga ogromno denarja (seveda ga še več prinašajo) in zanje uporabljajo najnovejše tehnologije. V igralnem središču Holo-Dek v Hamptonu so za igralce namestili tudi šestnajst 1,8-metrskih zaslonov, tri 2,5-metrske in enega 4-metrskega, ki omogočajo doživetje igre v bolj ali manj naravnih velikostih. Veliki zasloni (in slušalke) omogočajo igralcem boljše doživetje igralne »stvarnosti«. Glavna atrakcija centra pa je sfera s premerom 6 metrov, ki so jo namestili v posebni stavbi. V sferi so namestili skoraj 19 m dolgo projekcijsko platno, ki zapira celoten krog, polnih 360°. Slike igre se projicirajo s tremi projektorji. Igralec sedi na robotskem stolu, ki lahko posnema pospeševanje, tresenje pri vožnji, odvisno od izbranega terena, in podobno.
Možnost sprehajanja v navideznem svetu virtusfere je spodbudila tudi druge raziskovalce k iskanju novih rešitev. Hiroyuki Fukushima in njegova ekipa z Univerze v Cukubi so skupaj s kolegi iz raziskovalnega laboratorija pri ATR Media Information v Kjotu razvili sistem pametnih plošč, ki so ga poimenovali CirculaFloor. Sistem sestavljajo štiri kvadratne talne plošče, vsaka pa vsebuje nekaj motorjev, povezanih s koleščki, ki omogočajo premikanje v vseh smereh. Plošče se premikajo tako, da nevtralizirajo gibanje osebe, pri čemer njeno sprehajanje zaznavajo z magnetnimi tipali, nameščenimi na stopala. Če gre oseba naravnost in z ene plošče stopi na drugo, se prva plošča hitro premakne v sprednji položaj.
JAVA 3D ZA APLIKACIJE NAVIDEZNE RESNIČNOSTI
Po besedah Paula Milgrama z Univerze v Torontu, ki tudi eksperimentira s sistemom CirculaFloor, je ustvarjanje vtisa, da se oseba giblje, pomembno zaradi splošnega občutka pristnosti in tudi zaradi številnih možnih aplikacij, ki so odvisne od zagotavljanja realističnega vtisa gibanja. Obstajajo tudi druge tehnike za simuliranje iluzije gibanja, kot je tekoči trak, A CirculaFloor je »kompaktnejša in tudi prenosna«. Premične talne plošče so zadovoljiva in celo dobra rešitev pri počasnejšem gibanju. Poskusi razvoja podobnega sistema za hitrejše gibanje zaenkrat niso bili uspešni. Strokovnjak Alasdair Turner iz Univerzitetne šole v Londonu pojasnjuje, da se ljudje sprehajajo s hitrostjo okrog 1,5 metra v sekundi. Za še hitrejše gibanje je sicer mogoče dodati še več plošč, a sistem tako postane prezapleten.
V smeri, kot jo nakazuje holodek, gredo tudi kanadski znanstveniki z Univerze v Calgaryju, ki so pred štirimi leti zgradili nov laboratorij za navidezno resničnost, ki je stal 3,7 milijona dolarjev. Laboratorij, zgrajen s pomočjo podjetja Sun Mycrosystems, je nameščen v bolnišnici Foothills v Calgaryju. V laboratoriju v samodejnem navideznem okolju (sobi CAVE), velikosti 3 x 3 x 3 m prek naglavnega zaslona nastane navidezno okolje velikosti 270°. S programskim jezikom Java 3D lahko znanstveniki razvijajo različne aplikacije. Razvoj navideznega 3D-okolja je, za razliko od hitro se spreminjajočega holodeka v Zvezdnih stezah, zapleten in počasen. Raziskovalci razvijajo predvsem modele s področja biologije in genetike, farmakologije, meteorologije in celo petrokemije. Med drugim izdelujejo modele sladkorne bolezni, alzheimerjeve bolezni in podobno.
HOLODEKI V VESOLJU
Vse omenjene rešitve vsebujejo nekatere elemente ideje o holodeku, ki je postal priljubljen po zaslugi nadaljevanke Zvezdne steze. Holodek, kot ga vidijo avtorji nadaljevanke, je prostor poljubne velikosti, nameščen v vesoljskih plovilih in medzvezdnih postajah, v katerem se posnema resničnost. Po spletnem »tehničnem priročniku« Zvezdnih stez je holodek »zaprt prostor, v katerem so ljudje in predmeti simulirani z replikatorjem snovi, ki zmore ustvarjati in tudi uničevati kopije najrazličnejših predmetov in celo oseb«. Holodek vključuje tudi polja sil, na katera se projicirajo holografske slike. Za simulirani zvok skrbijo avdio sistem in zvočniki, za vonj pa razpršilci različnih dišečih snovi. Večina holodekove programske opreme deluje v »prvi osebi« oz. »objektivnem načinu«, ki uporabniku omogoča interakcijo s programom in njegovimi osebnostmi. Uporabnik se lahko odloči tudi za »tretjo osebo« oz. »objektivni način«, v katerem je ta zunaj aktualnega odvijanja programa in z njim ni v interakciji.
3D-prikazni v hologramu
Raziskovalci so, kot poroča znana revija Popular Mechanics, pred časom našli ključ za izgradnjo holodeka v slogu Zvezdnih stez. Če gremo z roko skozi hologramsko sliko, se lahko mikroskopski delci prenesejo do njenih svetlejših področij. Na srečanju Ameriškega združenja za fiziko v Austinu v Teksasu je fizik David Grier z Univerze v Chicagu predstavil postopek, v katerem je moč s takšnim učinkom prenašanja delcev ustvariti holografske optične »pincete«, ki delce obdržijo v prostoru. Po pojasnilu fizika Grierja lahko zelo velike računalniško proizvedene trirazsežne holografske množice ustvarijo svetle pege oz. optične pasti, ki imajo dovolj moči, da držijo skupine mikroskopskih objektov v prostoru. »Torej gre za holodek iz Zvezdnih stez,« je komentiral. Prva morebitna uporaba novega postopka bo manj fantastična in bolj znanstvena: gradnja manjših in hitrejših kemičnih analizatorjev v obliki »laboratorija na čipu«.
Če uporabnik želi, si lahko vzame več časa za preučevanje programskih pasti ali pa se pogovarja z drugimi uporabniki, brez vpliva na program. Snovi, ustvarjene v holodeku, zahtevajo za svojo stabilnost holooddajnike in se hitro razgradijo, če se iz njega premaknejo, razen pri uporabi mobilnega holooddajnika. Holomaterijo je sicer mogoče razgraditi z inverznim fotonskim impulzom iz fazerja, ki holomaterijo uniči, medtem ko navadno materijo ohrani. Krmila holodeka so tipično nameščena ob vratih, zunaj in znotraj, uporabnik pa lahko z njimi začne, spremeni ali konča simulacijo. Holodek vsebuje tudi varnostne protokole, ki so namenjeni zaščiti uporabnika. Po teoretikih Zvednih stez protokoli ne morejo preprečiti manjših poškodb, kot so nategnitev mišic ali izpah sklepa, onemogočajo pa večje poškodbe ali smrtne nesreče. Protokoli so oblikovani tako, da brez večje nevarnosti omogočijo uporabnikom optimalno uporabo holodeka in najvišjo stopnjo realizma.
IZ FANTASTIKE V RESNIČNOST
Holodek tvori skupaj s »črvinskim« (warp) pogonom in teleportacijo (»prežarčevanjem«) oseb oz. predmetov tri glavne tehnološke stebre Zvezdnih stez. Povsem umetno, a tudi prepričljivo holografsko okolje pomaga posadki, da se sprosti in ostane v dobri formi. To okolje tudi pomaga pri reševanju najzapletenejših znanstvenih in tehničnih ugank. V nadaljevanki se je holodeku tu in tam »kolcalo«, kar je bilo skoraj pogubno za posamezne člane posadke. Koncept tridimenzionalnega holografskega okolja, zlasti s taktilnimi lastnostmi, ostaja kljub simpatičnosti in priljubljenosti Zvezdnih stez domena znanstvene fantastike. No, nihče ne more izključiti možnosti, da tehnologija holodeka, kot je tukaj opisana ali drugačna, kdaj vendarle pride iz sveta fantastike na potrošniški trg.
V znanem laboratoriju Media Lab pri MIT-u so pred kratkim razvili računalniško upravljan holografski sistem, ki lahko ustvarja v celoti animirane, barvne stereoskopske slike praktično enake hitrosti kot video. Slike so majhne, pri enem od projektorjev ne večje od kocke sladkorja, a se pojavljajo in lebdijo pred projektorjem s hitrostjo približno 20 v sekundi. Pri drugem projektorju so veliko večje, 15 x 15 x 7,5 cm, a je hitrost samo 2,5 sličice v sekundi. Pred kratkim je prof. Stephen Benton, vodja skupine Spatial Imaging Group pri MIT-u povedal, da sta dva njegova študenta povezala eno teh naprav s haptično (taktilno) napravo, ki je ustvarila realističen vtis interakcije s holografsko sliko. Benton verjame, da bo tako postopoma postalo mogoče dotikati se površine holograma, s pritiskom pa ga tudi oblikovati. Potemtakem ni razloga, pravi prof. Benton, da že v bližnji prihodnosti ne bi bilo mogoče z vdelovanjem močnejših holografskih generatorjev graditi prostore v slogu holodeka.
Esad Jakupović
