Valve Lighthouse: laserové snímání i pro virtuální realitu

Valve spolu s HTC představilo vlastní formu virtuální reality – Vive VR. Základem je precizní laserový systém snímání polohy. Jak vlastně funguje?

Oculus Rift patří mezi nejočekávanější technologie pro virtuální realitu, která se do oficiálního prodeje dostane začátkem roku 2016. Oculus VR nyní patří Facebooku, ale do této oblasti se připojil i další velký hráč – Valve.

Valve zkoumá virtuální realitu a technologie s ní spojené už několik let, první systém pro snímání už dle tvrzení vyvinuli před pěti lety. Valve má zkušený hardwarový tým a díky HTC má relativně dobře vyřešenou stranu výroby samotného hardwaru. O softwarové platformě Steam snad ani není nutné mluvit.

Kromě samotných displejů pro oči je důležitou částí systému pro virtuální realitu také přesný a rychlý systém pro snímání polohy brýlí a případně i dalších zařízení v prostoru. Zatímco OculusVR zatím prezentoval pouze systém pomocí kamery, Valve se s Vive VR pochlubilo laserovým řešení Lighthouse. A vzhledem k tomu, že ho podrobně ukázali na výstavě Maker Faire, dozvěděli jsme se spoustu detailů.

Levné, rychlé a přesné měření

Technologie Valve Lighthouse se skládá ze dvou hlavních komponent – vysílače a snímače.  Začneme vysílačem, což je v současné verzi poměrně malá krabička, která bude při využití s virtuální realitou umístěna před vám po levé a pravé straně. Alan Yates z Valve prozradil, že pro virtuální realitu v současné podobě s brýlemi bude stačit jeden, případně dva vysílače. Minimum pro dobré snímání je jeden vysílač a tři až pět fotodiod s řadiči. Druhý vysílač je tak spíše pro případy, kdy se od jednoho vysílače otočíte nebo ho zakryjete rukou a podobně.

Klepněte pro větší obrázek
Vysílač Valve Lighthouse

Uvnitř vysílače je několik prvků – systém několika infračervených diod a dvě rychle rotující zrcadla s infračervenými lasery s modulací v řádu MHz. Malé množství pevně umístěných infračervených diod osvítí scénu a odstartuje časovací (synchronizační) sekvenci pro měření.

Klepněte pro větší obrázek
Detail vysílače, vidět lze infračervené diody i rotující zrcadla pro horizontální i vertikální směr

Veškeré výpočty totiž probíhají dle měření zpoždění světelných paprsků. Po osvětlení pak rotující lasery projedou scénu horizontálně a vertikálně. To je vše, co vysílač dělá. Neobsahuje žádné složité čipy pro výpočty nebo zaměřování. Jde o velmi jednoduchý systém, jehož jediným negativem je asi zmíněná mechanická rotace. Výhoda je ale samostatnost, vysílače nejsou nikam zapojené ani nepotřebují žádnou komunikaci s dalším zařízením, stačí pouze napájení. Valve tak ukázalo i verze, které pracují na baterii s výdrží kolem jednoho dne.

Druhou hlavní částí je snímač. Ten obsahuje 19 pevně umístěných fotodiod (s vlastním upraveným a jednoduchým obvodem), které budou přímo na brýlích nebo se mohou vyskytovat na dalších zařízeních nebo příslušenství. Integrovaný řadič obsluhující tyto fotodiody začne velmi přesně odpočítávat čas od úvodního osvětlení pomocí infračervených diod a sleduje, kdy dorazí horizontální a vertikální laserový paprsek.

Klepněte pro větší obrázek
Snímač systému Lighthouse je připravený i pro nové ovladače

V rámci zpoždění dopadu laserů a času je možné velmi přesně spočítat, kde přesně v prostoru se daný objekt s fotodiodami nachází (Triangulace). Se zpožděním v rámci jednotlivých fotodiod lze pak spočítat i potřebné úhly a poskytnout tak mnohem rychlejší a přesnější data než akcelerometry a gyroskopy.

Klepněte pro větší obrázek
Dvojice ovladačů pro Vive VR, každý má na přední straně snímače (fotodiody)

Řešení ale zatím neřeší problém snímání třeba jednotlivých prstů, které se mohou zakrývat, v případě celých rukou (rukavic) to ale není problém – alespoň pokud je nedáte za sebe a za sebou máte další vysílač.

Lepší než kamerový systém

Oproti systému pomocí kamery, kterou ukázal třeba Oculus, je Lighthouse mnohem efektivnější z pohledu rychlosti, přesnosti i náročnosti výpočtu. K výpočtu času dopadu je zapotřebí minimální výpočetní výkon pomocí jednoduchých řadičů (základní matematika, triangulace). To samé platí i pro miniaturní fotodiody, jejichž cena je kolem 0,01 dolarů a lze je tak snadno umístit takřka na jakékoli příslušenství, které se do budoucna bude pro virtuální realitu používat.

S použitím systému diod a laserů je také snadné používat různé frekvence a tím pádem jednoduše odlišit jednotlivé snímače, které budou snímat pouze vybranou frekvenci světla z jednoho vysílače.

Klepněte pro větší obrázek
Animovaná ukázka fungování systému Lighthouse (Zdroj: Hizook.com)

K navození a udržení realistického pocitu uvnitř virtuální reality je rychlá a přesná odezva při pohybu v prostoru možná ještě klíčovější, než samotný obraz a zvuk. Můžete totiž použít kreslenou grafiku virtuálního světa, kde se samotný obraz nebude snažit napodobit skutečnou realitu. Ale ten pocit a přesvědčení mozku, že je ve zcela jiném světě, je velmi úzce spjato právě s přesnou změnou obrazu dle pohybu. Proto je také zvolená minimální frekvence displejů a překreslování na 90 Hz.

V případě Gear VR a dalších řešení využívající klasické mobilních telefony a jejich 60Hz displeje to tak není „realistická virtuální realita“, kterou předvedou právě 90Hz systémy. Pro zajímavé prohlížení fotografií, videa, filmů je to ale dostačující. Jde ale spíše o pokročilejší trojrozměrné zobrazení.

Klepněte pro větší obrázek
John Carmack se nyní soustředí na mobilní virtuální realitu (Zdroj: Oculusvr.com)

John Carmack si ale vzal mobilní virtuální realitu na starost, takže lze očekávat, že se i mobilní VR posune k oblasti skutečné virtuální reality a dočkáme se u podporovaných mobilních telefonů nové generace displejů s frekvencí 90 Hz a snímači s rychlejší odezvou (1 000 Hz a více). Taková frekvence znamená vyšší spotřebu a náročnost na výpočetní výkon, takže půjde třeba jen o mód, na který se displej i snímače přepnout při provozu virtuální reality.

Pokoje i haly pro virtuální realitu

Lighthouse určený pro Vive VR bude optimalizovaný pro oblast o rozměrech 4,5 x 4,5 metrů (dva vysílače), přičemž při úvodním nastavení bude možné upravit konkrétní a menší kraje, se kterými bude systém počítat a upozorní vás, když se k nim budete blížit. Nikdo si přece nechce zničit předměty v pokoj nebo zakopnout o židli.

Předností řešení je ale také jeho škálovatelnost, protože zapojit lze takřka neomezené množství vysílačů a upravit dosah tak, aby bylo možné pokrýt mnohem větší oblast – třeba i velkou tělocvičnu a halu. Současné lasery jsou použitelné i pro 20metrovou vzdálenost.

Klepněte pro větší obrázek
HTC Vive VR a brýle se snímači

Možná se tak dočkáme nové formy lokálních „Holodecků“, kde bude více lidí v jednom reálném prostoru, ale zároveň ve virtuální realitě. Takový pokročilejší systém Laser game, ale bez nutnost reálných překážek. A co třeba virtuální Battlefield na upravené louce?

Důležitý systém i pro robotiku

Lighthouse od Valve je levná a velmi přesná technologie, která jistě najde uplatnění mnohem širší, než je pouhá virtuální realita. Valve se snaží pracovat s komunitou a propagovat systém jako standard i pro tvůrce různých robotických systémů, kde může poskytnout velmi přesné a rychlé měření pozice v prostoru.

Důležité to může být i pro drony, které mohou v rámci velkých vzdáleností a nepřesné pozice používat GPS a podobně, zatímco pro přesné zaměření pak Lighthouse. Případný dron by tak mohl detekovat vzdálenost od vysílače/snímače na zahradě a přistát přesně, aniž by potřeboval specializované kamery pro rozpoznávání obrazu. Každý zákazník může klidně využívat jinou frekvenci, takže ani rozlišení by neměl být problém. Jak se ale nakonec tato technologie rozvine v dalších oblastech, na to si budeme muset ještě počkat.

Video

Témata článku: Hardware, Technologie, Virtuální realita, Matematika, Battlefield 3, Battlefield 4, Virtuální realita HTC vive, Battlefield 2, VR brýle pro virtuální realitu, Realita, Měření času, Příslušenství pro mobilní telefony, Laserové snímání, Zrcadlo, Vertikální video, Přesné měření, Velká vzdálenost, Jednoduchý systém, První ohlasy, Mobilní telefony htc, Lighthouse, Holodeck, Virtuální realita brýle, Beyond, Battlefield

Určitě si přečtěte

Velká podzimní aktualizace Windows 10 je tady: Co přináší Fall Creators Update

Velká podzimní aktualizace Windows 10 je tady: Co přináší Fall Creators Update

** Po půl roce je tu další aktualizace Windows ** A opět přináší hlavně hromadu drobných kosmetických vylepšení ** Podívali jsme se na ty nejzajímavější

17.  10.  2017 | Jakub Čížek | 184

Budoucností Windows 10 je Fluent Design. Takto bude jednou vypadat celý systém

Budoucností Windows 10 je Fluent Design. Takto bude jednou vypadat celý systém

** Fluent Design je vzhled, do kterého postupně Microsoft převleče celý systém ** Staví na průhlednosti a velkých plochách ** Do Windows 10 se z části dostane už zítra při vydání podzimní aktualizace

16.  10.  2017 | Stanislav Janů | 155

Nejlepší optické iluze: Z toho vám půjde hlava kolem

Nejlepší optické iluze: Z toho vám půjde hlava kolem

** Mozek se nechá snadno ošálit, a to mnoha způsoby ** Podívejte se na několik nejlepších optických iluzí ** Iluze dokazují, že vnímání reality může být značně zkreslené

16.  10.  2017 | Vojtěch Malý

Jak funguje největší akumulátor v Česku: podívejte se do elektrárny Dlouhé Stráně

Jak funguje největší akumulátor v Česku: podívejte se do elektrárny Dlouhé Stráně

** Přečerpávací vodní elektrárna Dlouhé stráně je obdivuhodné technické dílo ** Stejná turbína vyrábí elektřinu i tlačí vodu zpět do horního jezera ** Strojovna elektrárny je zabudována v podzemí

Včera | David Polesný | 14


Aktuální číslo časopisu Computer

Nový seriál o programování elektroniky

Otestovali jsme 17 bezdrátových sluchátek

Jak na nákup vánočních dárků ze zahraničí

4 tankové tiskárny v přímém souboji