Holodeck nie był tylko fajnym zestawem w Star Trek. To był rysunek. Widzowie obserwowali, jak załoga Enterprise wchodzi do pomieszczenia, w którym hologramy wydają się solidne, namacalne i prawdziwe. Dziś inżynierowie w końcu budują infrastrukturę, dzięki której ta fantazja stanie się rzeczywistością. Zmierzamy w stronę sieci komunikacyjnej, która umożliwi Tobie i Twoim znajomym interakcję we wspólnej symulowanej przestrzeni, niezależnie od tego, czy znajdujecie się w sąsiednim pokoju, czy też jesteście od siebie oddaleni o tysiące kilometrów.
Główne komponenty tej technologii teleimmersji już działają. Jest to akademicka i przemysłowa odpowiedź na koncepcję Holodeck. Wideokonferencje udowodniły już, że możemy wymieniać bogate dane w czasie rzeczywistym, nie będąc fizycznie obecnymi. Teleimmersja wykorzystuje ten pomysł i przełamuje ograniczenia płaskich ekranów. Tworzy centralne symulowane środowisko, w którym wszyscy gromadzą się wirtualnie. Nikt nie opuszcza swojego miejsca pracy.
Wyobraź sobie, że pracownicy z Los Angeles, Nowego Jorku, Tokio i Paryża spotykają się w tej nowej przestrzeni. Uścisną dłoń kolegom, którzy istnieją jedynie jako bardzo szczegółowe projekcje.
Poza płaskim ekranem: dlaczego tradycyjne wideokonferencje zawodzą
W biurze przyszłości nie będziesz dzwonić. Będziesz wydawać polecenia systemowi. „Komputer, zadzwoń do Joe z Londynu”. Nagle ściana Twojego biura zaczyna migać. Joe siedzi naprzeciwko ciebie. Z jego strony to doświadczenie znajduje odzwierciedlenie. Oto obietnica teleimmersji: umieszczenie odległych ludzi w jednym, wspólnym kontekście przestrzennym. Podróże służbowe stają się nieistotne.
Obecne rozwiązania do wideokonferencji są zepsute. Wszyscy doświadczyliśmy opóźnień. Film jest drętwy. Dźwięk traci synchronizację. Co ważniejsze, obraz jest statyczny. Jeśli wstaniesz i wyjdziesz z wąskiego pola widzenia kamery, znikniesz z rozmowy. Stajesz się pikselowaną głową na patyku.
Teleimmersja rozwiązuje ten problem. Nie możesz wyjść poza pole widzenia kamery, ponieważ kamera rejestruje całe pomieszczenie. Możesz rozejrzeć się po biurze kolegi, zmieniając perspektywę na wyświetlaczu. Działa jak okno na ich fizyczną rzeczywistość, a nie płaski portret.
Silnik za hologramem
Tworzenie takich środowisk wymaga mocy obliczeniowej wielokrotnie większej niż przeciętny domowy komputer PC. Proces ten składa się z trzech etapów i trwa w milisekundach:
- Rozpoznawanie: System wykrywa obecność osób i przedmiotów w fizycznym pomieszczeniu.
- Śledzenie: odwzorowuje ich ruchy w przestrzeni 3D.
- Projekcja: Dane są wysyłane na powierzchnię stereo immersyjną dla zdalnego użytkownika.
To nie jest tylko teoria. W maju 2000 roku badacze z Uniwersytetu Północnej Karoliny (UNC), Uniwersytetu Pensylwanii oraz Advanced Networks and Services osiągnęli kamień milowy w ramach Krajowej Inicjatywy Teleimmersion (NTII). Użytkownik UNC Chapel Hill zobaczył realistyczne obrazy 3D kolegów z Filadelfii i Nowego Jorku. Opóźnienie było tak małe, że interakcja wydawała się natychmiastowa.
Teleimersja a wirtualna rzeczywistość: jaka jest różnica?
Ludzie często mylą te technologie. Nie są takie same. Wirtualna rzeczywistość (VR) przenosi Cię do całkowicie wygenerowanego komputerowo świata 3D. Można spacerować po cyfrowych lasach. Możesz podnosić wirtualne miecze. Teleimersja na tym etapie jest inna. Tworzy trójwymiarowy widok prawdziwego świata. Widzisz swojego prawdziwego kolegę renderowanego w 3D, ale nie możesz jeszcze wchodzić w interakcję z fizyką pomieszczenia ani zmieniać sceny.
Kolejnym krokiem będzie połączenie tych obszarów. Wyobraź sobie środowisko VR, w którym możesz manipulować obiektami nałożonymi na prawdziwych uczestników teleimmersji.
Prawdziwe zastosowania
Przydatność wykracza daleko poza salę konferencyjną. Weźmy pod uwagę gry. Wyobraź sobie świat bez joysticków. Jesteś w grze. Walczysz z potworami. Zdobywasz przyłożenia. Ruchy Twojego ciała bezpośrednio kontrolują akcję.
Podróżowanie też się zmienia. Nie lata się do rodziny na święta. Wzywasz ich do wspólnego holograficznego pokoju. Ostatecznie wrażenia dotykowe mogą zapewnić fizyczne wrażenie dotyku. Nawet zawody wymagające wysokich stawek mogą na tym zyskać. Lekarze mogą szkolić się w zakresie symulowanych operacji ze zdalnymi ekspertami. Żołnierze mogą ćwiczyć scenariusze bojowe w fotorealistycznych środowiskach bez opuszczania bazy.
Wyświetlacze holograficzne
Sprzęt wczesnych systemów teleimmersyjnych przypomina raczej eksperyment laboratoryjny niż elektronikę użytkową. Użytkownicy nie tylko siedzą przed ekranem. Noszą specjalne okulary i urządzenie do śledzenia głowy. System ten kontroluje kierunek spojrzenia, umożliwiając dostosowanie trójwymiarowego obrazu w czasie rzeczywistym.
Po drugiej stronie połączenia proces wymaga również dużej złożoności technicznej. Siedem standardowych kamer wideo śledzi osobę, której obraz jest wyświetlany. Dwie dodatkowe kamery rejestrują rzeczywiste wzorce oświetlenia w pomieszczeniu. Dane te pomagają obliczyć dokładne odległości, zapewniając, że głębia obrazu na ekranie odpowiada rzeczywistości. Czy przesuwasz głowę w prawo? Obraz przesuwa się w taki sam sposób, jakbyś stał w tym pokoju.
Spolaryzowana mechanika głębokości
Ekran oddziela i polaryzuje obraz. Lewe oko widzi jedną wersję, prawe drugie. Okulary łączą te sygnały. Mózg skleja je w jeden trójwymiarowy obraz. Działa na tej samej zasadzie, co w przypadku klasycznych okularów polaryzacyjnych do kina 3D, ale ma zastosowanie do zdalnej obecności na żywo.
Wczesne testy, takie jak te przeprowadzone na Uniwersytecie Północnej Karoliny (UNC) w maju, wykazały istotne niedociągnięcia. Proces ten jest daleki od doskonałości. Wyświetlane sceny są aktualizowane tylko trzy razy na sekundę. Ta niska liczba klatek na sekundę powoduje chwiejny obraz. To przełamuje iluzję. Gdyby częstotliwość osiągnęła 10 klatek na sekundę, wynik byłby inny. Patrzyłbyś na inną osobę przez okno, a nie na pokaz slajdów jej twarzy.
Wąskie gardła w infrastrukturze i przyszłe rozwiązania
Stworzenie prawdziwego środowiska holograficznego wymaga ogromnej mocy obliczeniowej. Naukowcy opracowują kilka technologii, które pozwolą rozwiązać te problemy.
- Internet2 ma zastąpić obecną infrastrukturę internetową. Zapewnia prędkość 1000 razy większą niż nowoczesne połączenia szerokopasmowe. Ten rodzaj pasma jest niezbędny do przesyłania ogromnych strumieni danych generowanych przez teleimmersję.
- Wciągające wyświetlacze stereo muszą ewoluować, aby zapewnić krystalicznie czysty obraz przekazywanych scen. Obecna technologia ma trudności z przejrzystością.
- Czujniki dotykowe zostały zaprojektowane tak, aby umożliwić użytkownikom „dotykanie” projekcji. Celem jest zapewnienie informacji zwrotnej dotykowej, która symuluje rzeczywiste obiekty.
- Superkomputery stacjonarne są wymagane do obsługi bilionów obliczeń wymaganych w środowiskach holograficznych. Alternatywą byłaby rozproszona sieć komputerów współdzielących to obciążenie obliczeniowe.
Z porannego ruchu na kuchenny stół
Teleimmersja grozi zatarciem granicy pomiędzy fizyczną obecnością a połączeniem cyfrowym. Zapowiada się, że będzie idealnym narzędziem do pracy zdalnej. Godziny szczytu i codzienne dojazdy do pracy mogą całkowicie zniknąć. Zamiast prowadzić samochód, wyświetlasz się w sali konferencyjnej.
Podróżowanie staje się opcjonalnym elementem codziennego życia. Musisz wziąć udział w spotkaniu? Teleimmersja zabierze Cię tam. Musisz być w domu na kolacji? Możesz przenieść się do rodzinnej kuchni. Technologia jest na wczesnym etapie rozwoju. Możliwości są nadal szerokie.
Teleimersja zaciera granice pomiędzy obrazami rzeczywistymi i wygenerowanymi komputerowo.
Dla osób śledzących ewolucję tych systemów dostępnych jest kilka zasobów oferujących głębsze zgłębienie tematu. Powiązane artykuły omawiają mechanikę pamięci holograficznej, rzeczywistości rozszerzonej i teleportacji. Specjalistyczne ośrodki badawcze, takie jak Centrum Badań nad Teleimmersją na Uniwersytecie Browna i Krajowa Inicjatywa na rzecz Teleimmersji, zapewniają specjalistyczną wiedzę techniczną. Narodowa Fundacja Nauki (NSF) również bada podstawy nauki za pośrednictwem Centrum Grafiki i Wizualizacji.
