VR – czym jest i jak działa?

Dynamiczny rozwój nowoczesnych technologii sprawia, że możliwe jest projektowanie coraz bardziej spersonalizowanych i immersyjnych doświadczeń osób. Jedną z takich technologii jest natomiast m.in. wirtualna rzeczywistość (VR). Jak działa i co można dzięki niej zyskać?

Z tego artykułu dowiesz się m.in.:

• Czym jest VR?
• Jaka jest historia virtual reality?
• Jak działają rozwiązania VR?
• Jakie są rodzaje technologii VR?
• Jakie są przykłady VR?
• Jakie są wady wirtualnej rzeczywistości?
• Jakie są zalety rzeczywistości wirtualnej?
• Jaka jest przyszłość VR?

VR – definicja 

VR, czyli wirtualna rzeczywistość (ang. Virtual Reality), to zaawansowana technologia umożliwiająca tworzenie i eksplorację w pełni immersyjnych środowisk komputerowych, które symulują rzeczywiste lub fikcyjne światy. Opiera się ona na interakcji człowieka z trójwymiarowym, generowanym komputerowo otoczeniem, do czego wykorzystuje się zestaw narzędzi takich jak gogle VR, rękawice haptyczne, kontrolery ruchu czy zaawansowane sensory śledzenia, by umożliwić pełne zanurzenie użytkownika w cyfrowym świecie.

VR (wirtualna rzeczywistość) to zaawansowana technologia tworząca immersyjne, trójwymiarowe środowiska cyfrowe, które pozwalają osobom na realistyczne doświadczenie symulowanego świata.

Definicja VR

Virtual reality stosuje się nie tylko w rozrywce (np. w grach komputerowych), lecz również w specjalistycznych dziedzinach, takich jak szkolenia medyczne, symulacje lotnicze, projektowanie architektoniczne czy terapia psychologiczna. W kontekście badawczym technologia VR umożliwie prowadzenie eksperymentów w ściśle kontrolowanych wirtualnych warunkach, eliminując zmienne środowiskowe. W medycynie stosuje się ją do tworzenia realistycznych symulacji operacji chirurgicznych, umożliwiających doskonalenie umiejętności bez ryzyka dla pacjenta.

Virtual reality jest często kojarzone z AR – augmented reality, rzeczywistością rozszerzoną. AR i VR pozwalają modyfikować rzeczywistość i używają do tego celu podobnych rozwiązań, ale różnica polega na “stopniu zanurzenia” – w przypadku rzeczywistości wirtualnej osoba jest całkowicie odcięta od świata rzeczywistego i skupiona na wirtualnych doznaniach, zaś w przypadku augmented reality cały czas pozostaje w kontakcie ze światem realnym, na które np. za pomocą specjalnych okularów można nałożyć wirtualne elementy.

Historia virtual reality

Koncepcja wirtualnej rzeczywistości sięga lat 50. i 60. XX wieku. Jako jeden z prekursorów uważany jest Morton Heilig, wynalazca Sensoramy (1962) – urządzenia przypominające arkadę, które symulowało doświadczenie jazdy motocyklem przez Nowy Jork, dostarczając bodźców wizualnych, dźwiękowych, wibracyjnych i nawet zapachowych w bezpiecznych warunkach^[1].

Ivan Sutherland, często nazywany ojcem grafiki komputerowej, w 1968 roku zaprezentował „The Sword of Damocles”, pierwszy system wyświetlający stworzoną komputerowo grafikę trójwymiarową w czasie rzeczywistym. Choć prymitywny i niezwykle ograniczony, był to kamień milowy dla VR, demonstrujący możliwość interakcji z wirtualnymi miejscami^[2].

W latach 80. i 90. VR znacznie się rozwinęło, a także znalazło komercyjne zastosowanie w pierwszych zestawach słuchawkowych i rękawicach do śledzenia ruchu. Projekty, takie jak Virtuality, w latach 90. oferowały immersyjne gry arcade, a firma Sega zapowiedziała, choć ostatecznie nie wydała, własne specjalne gogle dla konsoli Sega Genesis^{[3] [4]}.

Rozwój technologii mobilnych i graficznych, a także postępy w śledzeniu ruchu i zmniejszenie kosztów produkcji, sprawiły, że technologia virtual reality stała się bardziej dostępna i przystępna dla szerokiej publiczności. Wypuszczenie Oculus Rift, HTC Vive, Sony PlayStation VR i innych zaawansowanych zestawów słuchawkowych. Zrewolucjonizowało to rynek, oferując wysokiej jakości immersyjne doświadczenia zarówno w rozrywce, jak i w edukacji, szkoleniach czy medycynie. Znaczenie miała też popularyzacja metawersów (inne określenie wirtualnych światów), takich jak Metaverse od Meta oraz gier MMO, np. “Second Life” czy “World of Warcraft”), obsługujących zestawy virtual i augmented reality.

Działanie rozwiązań VR 

Technologia virtual reality pozwala generowanie i synchronizacja wirtualnych doznań wizualnych, słuchowych oraz czasami haptycznych w odpowiedzi na ruchy i reakcje użytkownika, co pozwala na wywołanie wrażenia obecności (ang. presence) w cyfrowym świecie.

Proces rozpoczyna się od renderowania wirtualnego obrazu w czasie rzeczywistym, do czego wykorzystuje się zaawansowane algorytmy grafiki komputerowej, takie jak ray tracing czy rasteryzacja. Obraz jest dostosowany do perspektywy stereoskopowej, co oznacza, że każdemu oku użytkownika prezentowany jest inny obraz, zgodny z naturalnym widzeniem dwuocznym.

Gogle wyposażone w wyświetlacze o wysokiej rozdzielczości i szerokim kącie widzenia, zapewniają realistyczne odwzorowanie przestrzeni wirtualnej. Warto zaznaczyć, że wyświetlacze muszą charakteryzować się wysoką częstotliwością odświeżania (zazwyczaj powyżej 90 Hz), aby zminimalizować opóźnienia i uniknąć efektów ubocznych, takich jak nudności czy zawroty głowy.

Integralną częścią działania rozwiązań virtual reality jest system śledzenia ruchu (ang. motion tracking), który monitoruje pozycję głowy, rąk i – w bardziej zaawansowanych systemach – całego ciała. Z tego względu do działania potrzebuje sensorów, takich jak kamery podczerwieni, magnetometry, akcelerometry i żyroskopy, które w czasie rzeczywistym przetwarzają dane o ruchu i pozycji. W przypadku gogli VR dane wykorzystuje się do dynamicznej aktualizacji perspektywy widzianej przez osobę, co pozwala na naturalne rozglądanie się w wirtualnym świecie.

Z obiektami wirtualnymi można prowadzić interakcje za pomocą kontrolerów ruchu lub urządzeń haptycznych, wykrywających gesty i dotyk. Zaawansowane systemy haptyczne mogą symulować wrażenia dotykowe, takie jak opór czy tekstura powierzchni. W bardziej rozbudowanych konfiguracjach stosuje się także śledzenie mimiki twarzy oraz technologii eyetracking, żeby precyzyjnie odwzorować spojrzenia i ekspresji osoby. Oprogramowanie zarządzające rzeczywistością wirtualną wykorzystuje zaawansowane modele fizyczne i mechanizmy kolizji, aby realistycznie symulować interakcje z wirtualnym miejscem.

Haptyka to jednak tylko jeden z aspektów wielowymiarowej interakcji. Ważnym komponentem jest także dźwięk przestrzenny. Systemy audio w VR bazują na technologii dźwięku binauralnego oraz algorytmach symulujących akustykę środowiska, co pozwala na precyzyjne lokalizowanie źródeł dźwięku w trójwymiarze.

Rodzaje technologii VR

Wirtualna rzeczywistość występuje w kilku odmianach:

VR immersyjny

Ten rodzaj reprezentuje najbardziej zaawansowaną formę wirtualnej rzeczywistości – oferuje pełne zanurzenie w świecie wirtualnym i całkowicie odcina go od świata realnego. Do działania wymaga gogli z szerokim polem widzenia, kontrolerów ruchu, rękawic haptycznych oraz systemów śledzenia pozycji ciała w czasie rzeczywistym. Pozwala to nie tylko obserwować wirtualnego świata, ale także prowadzić działania z jego elementami w sposób naturalny. VR immersyjny stosuje się różnych dziedzinach – w szkoleniach wojskowych, medycynie, projektowaniu przemysłowym czy rozrywce, gdzie ważne jest realistyczne odwzorowanie środowiska.

VR nieimmersyjny

Ten rodzaj znany jest też “desktop VR” – charakteryzuje się ograniczonym poziomem immersji, w czym jest odrobinę podobny do rozszerzone rzeczywistości. Użytkownik wchodzi w interakcję z wirtualnym miejscem za pośrednictwem ekranu komputera lub innego płaskiego wyświetlacza, a działanie odbywa się za pomocą tradycyjnych urządzeń wejściowych, takich jak klawiatura, mysz czy gamepad. Chociaż poziom zaangażowania użytkownika jest znacznie niższy niż w przypadku VR immersyjnego, rozwiązanie to jest szeroko stosowane w edukacji, architekturze oraz symulacjach biznesowych, gdzie pełne zanurzenie nie jest konieczne.

VR półimmersyjny

Ten rodzaj oferuje pośredni poziom immersji i jest często stosowany w systemach symulacyjnych. Wykorzystuje m.in. projekcję obrazu na panoramicznych ekranach lub w kopułach projekcyjnych, co tworzy poczucie otoczenia wirtualnym światem bez konieczności korzystania z gogli. Systemy tego rodzaju często wyposażone są w joysticki czy kierownice. Stosuje się je w szkoleniach lotniczych, symulacjach jazdy czy projektowaniu.

VR współdzielony

W tej formie wiele osób może jednocześnie uczestniczyć w tej samej wirtualnej przestrzeni. Dzięki zastosowaniu zaawansowanych systemów sieciowych oraz synchronizacji danych, mogą one podejmować różne działania między sobą i ze światem w czasie rzeczywistym, często reprezentowani przez cyfrowe awatary. Stosuje się go w edukacji, pracy zespołowej nad projektami inżynierskimi oraz w wirtualnych spotkaniach biznesowych.

VR rozszerzony

Model znany też jako Extended VR łączy elementy rzeczywistości wirtualnej z rozszerzoną rzeczywistością. Osoba może przechodzić płynnie między światem rzeczywistym a wirtualnym, korzystając z urządzeń takich jak gogle typu mixed reality (MR). Połączenie rzeczywistości rozszerzonej z wirtualną pozwala np. chwytać wirtualne obiekty, które są nakładane na rzeczywiste otoczenie, a to przydaje się w aplikacjach związanych z medycyną, konserwacją maszyn czy szkoleniami technicznymi.

VR mobilny

Rodzaj stosowany na urządzeniach przenośnych, takich jak smartfony lub gogle VR przystosowane do działania z urządzeniami mobilnymi. Chociaż ograniczenia techniczne – takie jak niższa rozdzielczość czy brak zaawansowanego śledzenia ruchu – sprawiają, że poziom immersji jest niższy, VR mobilny jest bardziej przystępny cenowo i szeroko dostępny. Powszechnie wykorzystuje się ją do grania, w rozrywce oraz prostych aplikacjach edukacyjnych.

Przykłady VR

Wirtualną rzeczywistość ma w praktyce mnóstwo zastosowań – od zwiedzania miejsc, przez szkolenia, po czystą rozrywkę. Oto przykłady zastosowań:

Szkolenia chirurgiczne

Osso VR to zaawansowana platforma szkoleniowa dla chirurgów, która wykorzystuje w całości wirtualną rzeczywistość do symulacji procedur medycznych. Umożliwia lekarzom praktykowanie operacji w realistycznym środowisku wirtualnym, dzięki czemu mogą doskonalić swoje umiejętności bez ryzyka dla pacjentów.

Symulacje lotnicze

Systemy symulacji lotniczej, takie jak VIRTSIM, szeroko stosuje się w szkoleniu pilotów zarówno w lotnictwie cywilnym, jak i wojskowym. Dzięki wirtualnym kokpitom oraz realistycznym symulacjom warunków atmosferycznych, piloci mogą ćwiczyć manewry, reagowanie na awarie czy lądowania w trudnych warunkach pogodowych.

Wirtualne zwiedzanie

Google Earth umożliwia zwiedzanie naszej planety pełni trójwymiarowej wirtualnej rzeczywistości – pozwala odwiedzać odległe miasta, znane zabytki czy trudno dostępne miejsca, takich jak Himalaje.

Gry wideo

Half-Life: Alyx jest uznawane za jedno z najbardziej zaawansowanych technologicznie doświadczeń VR w branży gier. pPozwala ona w pełni zanurzyć się w szczegółowo zaprojektowanym świecie, gdzie osoba może eksplorować otoczenie, rozwiązywać zagadki i uczestniczyć w dynamicznych starciach. Wykorzystuje technologię śledzenia ruchu i zaawansowaną fizykę, co pozwala graczom np. chwytać obiekty i manipulować nimi.

Marketing i handel

Aplikacja IKEA Place używa technologii virtual reality do aranżacji przestrzeni przy użyciu mebli dostępnych w ofercie firmy. Klienci mogą wizualizować, jak dany produkt będzie wyglądał w ich domu, co ułatwia podejmowanie decyzji zakupowych.

Wydarzenia na żywo

NextVR oferuje możliwość uczestniczenia w wydarzeniach na żywo, takich jak koncerty, mecze sportowe czy konferencje, z wykorzystaniem technologii VR. Osoby mają wrażenie, że znajdują się na miejscu wydarzenia, dzięki realistycznemu odwzorowaniu otoczenia i dźwięku przestrzennego. Ta forma rewolucjonizuje sposób, w jaki konsumowane są treści na żywo, eliminując bariery geograficzne.

Wady wirtualnej rzeczywistości

Jednym z głównych problemów rozwiązań virtual reality jest zjawisko choroby symulatorowej (ang. motion sickness), spowodowane rozbieżnością między bodźcami wzrokowymi a równowagą ciała. Objawy, takie jak nudności czy zawroty głowy, mogą ograniczać czas użytkowania.

Wyzwaniem są też wysokie koszty sprzętu i tworzenia treści tego rodzaju, a to zmniejsza ich dostępność. Problematyczna jest również ergonomia – gogle mogą być ciężkie, powodując dyskomfort przy dłuższym użytkowaniu, a także zmęczenie oczu.

Systemy virtual reality nie zawsze są dostosowane do osób z niepełnosprawnościami, a brak uniwersalnych standardów projektowych może utrudniać korzystanie z niej mniej zaawansowanym użytkownikom (w ich wypadku lepszym rozwiązaniem może być rozszerzona rzeczywistość).

W sferze prywatności technologia ta budzi obawy związane z gromadzeniem wrażliwych danych, takich jak śledzenie wzroku czy ruchu ciała. Trzeba też podkreślić, że nadmierne korzystanie z niej może prowadzić do izolacji społecznej i problemów psychologicznych, a trudności z konfiguracją i wymogiem dużych przestrzeni ograniczają jej praktyczność.

Zalety rzeczywistości wirtualnej

Wirtualna rzeczywistość umożliwia realistyczne symulacje, co czyni ją niezastąpionym narzędziem w szkoleniach zawodowych, takich jak operacje chirurgiczne czy symulacje lotnicze, pozwalając na zdobywanie doświadczenia w bezpiecznych warunkach.

Dzięki redukcji kosztów fizycznych prototypów i przyspieszeniu procesów projektowych rozwiązania klasy virtual reality usprawniają inżynierię, architekturę i produkcję. W edukacji oferują angażujące środowiska, które personalizują doświadczenia edukacyjne.

Technologia virtual reality odmienia także rozrywkę i umożliwia współpracę w wirtualnych środowiskach, eliminując bariery geograficzne i promując nowe formy komunikacji. Ponadto przekracza ograniczenia fizyczne, a także dostarcza cennych danych dla badań naukowych i projektowania.

Przyszłość VR

W wyobrażalnej przyszłości urządzenia virtual reality (a także te do rozszerzonej rzeczywistości) staną dostępniejsze dla wielu odbiorców. Obniżenie kosztów produkcji oraz miniaturyzacja komponentów mogą sprawić, że gogle będą lżejsze, bardziej komfortowe i przystępne cenowo.

Integracja rozwiązań virtual reality z innymi zaawansowanymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja czy rozszerzona rzeczywistość, może prowadzić do powstania bardziej zaawansowanych i interaktywnych aplikacji. Może to umożliwić tworzenie inteligentnych wirtualnych środowisk, które dostosowują się do potrzeb i preferencji osób w czasie rzeczywistym, oferując spersonalizowane doświadczenia edukacyjne, rozrywkowe czy terapeutyczne.

W kontekście edukacji narzędzia virtual reality mogą zrewolucjonizować procesy nauczania poprzez tworzenie immersyjnych środowisk edukacyjnych, w których uczniowe będą mogli uczestniczyć w wirtualnych wycieczkach, eksperymentach laboratoryjnych czy symulacjach historycznych wydarzeń. Z kolei w medycynie możliwe mogą stać się symulacje chirurgiczne czy terapie z wykorzystaniem elementów wirtualnych do leczenia zaburzeń psychicznych, takich jak fobie, PTSD czy lęki.

Przemysł rozrywkowy również skorzysta na rozwoju virtual reality, coraz częściej oferując bardziej immersyjne gry na komputer i konsole, filmy czy wydarzenia na żywo. Możliwość uczestniczenia w koncertach, spektaklach teatralnych czy zawodach sportowych w wirtualnej rzeczywistości może stać się powszechną formą spędzania wolnego czasu.

Jednakże, aby te wizje przyszłości mogły się zrealizować, konieczne jest przezwyciężenie obecnych ograniczeń technologicznych, takich jak opóźnienia w transmisji danych, ograniczona rozdzielczość czy problemy z komfortem użytkowania. Ważne będzie zapewnienie odpowiednich standardów bezpieczeństwa i prywatności, aby chronić ludzi przed potencjalnymi zagrożeniami związanymi z gromadzeniem i przetwarzaniem danych biometrycznych.