Student World

Při nedávném slavnostním otevření nové posluchárny Fakulty strojní ČVUT v Praze vybavené stereoskopickou projekční stěnou byl v reálném čase realizován přenos mezi zařízením pro virtuální realitu – CAVE (umístěného v laboratoři Institutu intermédií na Fakultě elektrotechnické) a otevíranou posluchárnou. Přenos tohoto druhu umožňuje zprostředkovat zážitek z pobytu ve virtuálním světě i vzdálenému uživateli.

Úspěšný přenos z „3D jeskyně“ ve stereoskopickém režimu mezi takovými zařízeními byl vůbec prvním svého druhu v České republice. K akci došlo v rámci projektu C2C (cave to cave), který společně realizují již zmíněný Institut intermédií při Fakultě elektrotechnické ČVUT a sdružení Cesnet.

Vlastní technologie CAVE je jednou z mnoha nástrojů používaných v oblasti virtuální reality. Uživatel používá speciální brýle, podobné těm, které dnes dostávají návštěvníci v 3D kině, jež mu umožňují vnímat stereoskopický 3D obraz.

CAVE není 3D kino

Od zážitku ve 3D kině se ale pobyt ve virtuálním světě zprostředkovaném v zařízení CAVE liší především intenzitou vjemu. CAVE (CAVE Automatic Virtual Environment – zkratka je rekurentní slovní hříčka) vypadá jako kostka o straně asi 2,5 metru uprostřed laboratoře. Na její stěny i podlahu se z vnějšku promítá obraz virtuálního světa vytvářeného v reálném čase velmi výkonným počítačem. Uživatel, který se nachází v kostce se stereoskopickými brýlemi na očích, je téměř ze všech stran obklopen stereoskopickým pohledem do virtuálního světa, a má tak pocit, jakoby se v tomto světě sám nacházel. V ojedinělých případech je u některých uživatelů tento vjem tak silný, že u nich může docházet až ke ztrátě rovnováhy nebo dokonce k pocitu nevolnosti.

CAVE umožňuje, aby do něho vstoupilo více uživatelů, a sdílelo tak imersivní (immerse = vnořit se, ponořit se, tj. jedná se o míru, s níž je uživatel vtažen do scény) vjem přítomnosti ve virtuální scéně. Víceuživatelský režim, kdy do kostky může vstoupit více osob, představuje významný rozdíl oproti systémům, které by pro zobrazování virtuálního světa využívaly např. pouze promítání do brýlí nebo tzv. datovou přilbu. Systém CAVE může fungovat opravdu sofistikovaně, například s použitím speciálního zařízení pro sledování pohybu hlavy uživatele zohledňovat i polohu uživatele v kostce a na jejím základě dopočítávat perspektivu či stíny; vjem je pak svou intenzitou skutečně řádově odlišný třeba od hraní běžné internetové 3D hry.

První zařízení CAVE bylo vyvinuto a postaveno v laboratoři EVL na univerzitě Illinois v Chicagu v roce.1992. „Od té doby byla těchto zařízení po světě postavena celá řada a v různých variacích,“ uvádí Roman Berka z Institutu intermédií na Fakultě elektrotechnické ČVUT Praha. „V ČR se první takové zařízení objevilo nikoliv v akademické sféře, ale Škoda Auto Mladá Boleslav začala CAVE používat pro vizualizaci interiéru automobilů. Ve virtuální realitě můžete poznat, jak se navržený prototyp osvědčí při skutečném provozu, zjistit, zda je třeba vhodně umístěné zrcátko, zda vám něco v interiéru automobilu překáží ve výhledu. Na akademické půdě byla první právě naše „jeskyně“ – vznikla na půdě Institutu intermédií na Elektrofakultě v Dejvicích roku 2007.“

CAVE je dnes využíván v cele řadě aplikací v architektuře, archeologii, chemii či medicíně, všude tam, kde je třeba vidět nebo projít si neexistující nebo špatně dostupné prostory nebo zobrazit jinak neviditelné jevy (třeba elektromagnetické pole). Architekt může svému klientovi nebo kolegovi v „kostce“ předvést, jak bude vypadat jeho návrh v praxi; protože systém je interaktivní, lze ho přímo ve scéně také měnit a ihned posoudit výsledek. Archeologové mohou tímto způsobem přiblížit zájemci třeba nitro pyramidy, astronomové zajistit virtuální procházku po cizích planetách.

Pro vytváření virtuálních světů existuje množství různých aplikací. „My jsme například pro vývoj virtuální budovy ČVUT použili volně dostupný autorský nástroj Quake III Arena,“ uvádí Roman Berka. „Existují samozřejmě i další možnosti, jak získat 3D obraz. Již více než 10 let se na Internetu používá VRML (Virtual Reality Modeling Language) – jazyk pro popis virtuálních světů pomocí něhož lze tyto scény do CAVE naimportovat.“ Přijde postupně čas, kdy tato prostředí budou sloužit nejenom pro prezentaci, ale i jako vlastní vývojové prostředí? „To si po pravdě řečeno nemyslím,“ pochybuje R. Berka. „Návrháři budou i nadále modelovat spíše v systémech CAD jako doposud a zařízení jako CAVE pak použijí pro vizuální kontrolu. Ale jinak jsou možnosti těchto technologií téměř nepřeberné, záleží opravdu jen na tom, co napadne člověka pracujícího v určitém oboru. A to nejen technika. Naše laboratoř se snaží mj. o propojení techniků, my jsme profesí počítačoví grafici, třeba i s uměleckou sférou. Ve světě už dávno neplatí, že by se umělci vyhýbali novým technologiím nebo se jich báli, a situace se v tomto ohledu mění i u nás. Je jasné, že 3D technologie časem třeba zcela změní filmový průmysl.“

Přenosy virtuální reality

Díky projektu C2C zmíněného v úvodu tato forma virtuální reality již nevyžaduje přímo návštěvu „3D jeskyně“. 3D obraz lze síťově přenášet například na stereoskopickou stěnu. To může mít vliv i pro nasazení těchto technologií ve firemním sektoru – na jedné straně laboratoř pro virtuální realitu, na výstupu reprezentativní prezentační prostředí například nějakého konferenčního sálu. Technologii lze využít i tam, kde nelze (z licenčních důvodů) poskytnout vzdálené straně data, ale je potřeba je interaktivní formou prezentovat.

„Myšlenka propojit více takových zařízení již existuje dávno, ale většinou se předpokládalo, že na obou koncích bude stejné a stejně programově vybavené zařízení,“ vysvětluje R. Berka. „Naším cílem naopak bylo, abychom mohli vytvořit spojení mezi dvěma různými zařízeními, jako je například CAVE a stereoskopická stěna. Heterogenní systém propojený sítí značně rozšiřuje možnosti aplikace, neboť uživatelé již nemusejí navštívit přímo „jeskyni“.“ V principu lze výstup sledovat dokonce i na obyčejném notebooku, i když s omezeným datovým tokem a počtem informačních kanálů (tj. namísto stereoskopicky pouze jednokanálově apod.).

V této fázi se do projektu zapojilo sdružení Cesnet. „Hledali jsme aplikace pro naše síťové technologie,“ vysvětluje Jiří Navrátil ze sdružení Cesnet. „Síť, kterou má dnes naše akademická sféra k dispozici, je postavena na optických vláknech a DWDM technologii, takže dovoluje použít tato vlákna k vytváření n-násobného nezávislého spojení s vysokou rychlostí přenosu (tzv. lambda spoje). Každý z nich může pracovat až s 10 Gb/s. Vedle kanálu, který Cesnet poskytuje uživatelům pro běžný Internet, kde se 10Gb/s kanál sdílí mnoha uživateli, jsme schopni vytvářet speciální kanály, které běží jen pro jednu aplikaci nebo skupinu uživatelů. Cesnet takové privátní okruhy používá například pro speciální spojení fyziků, kteří jsou napojeni na datová centra spojená s projektem urychlovače LHC v Ženevě, pro spojení gridových center nebo speciálních lékařských přístrojů.“

…

Další informace o projektu CAVE lze získat na webu Institutu intermédií na adrese http://www2.iim.cz/?id=69.

Plná verze tohoto článku právě vychází v CIO-BusinessWorld 12/2009.

autor Pavel Houser