Virtuella miljöer 1. - Introduktion till Virtual reality

Relevanta dokument
Introduktion till Virtual Reality (VR)

Föreläsning 6: Polarisation

Polarisation Laboration 2 för 2010v

Föreläsning 6: Polarisation

Polarisation Stockholms Universitet 2011

Vågrörelselära och Optik VT14 Lab 3 - Polarisation

Institutionen för Fysik Polarisation

för gymnasiet Polarisation

Institutionen för Fysik Polarisation

Kapitel 33 The nature and propagation of light. Elektromagnetiska vågor Begreppen vågfront och stråle Reflektion och brytning (refraktion)

TBSK 03 Teknik för Advancerade Datorspel

TBSK 03 Teknik för Advancerade Datorspel

Visual thinking for Design

EXPERIMENTELLT PROBLEM 2 DUBBELBRYTNING HOS GLIMMER

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 högskolepoäng, FK4009 Tisdagen den 17 juni 2008 kl 9-15

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

Föreläsning 7: Antireflexbehandling

Lösningar till Tentamen i Fysik för M, del 2 Klassisk Fysik (TFYY50) Lördagen den 24 April 2004, kl

The nature and propagation of light

Tentamen i Fotonik , kl

Virtual Reality. A brief introduction

Virtual Reality i teori och praktik (MAM101)

Hur gör man. Kika försiktigt in genom hålen i luckorna. Vilken färg är det på insidan av lådan? Så fungerar det

Polarisation en introduktion (för gymnasiet)

Module 6: Integrals and applications

Vågfysik. Geometrisk optik. Knight Kap 23. Ljus. Newton (~1660): ljus är partiklar ( corpuscles ) ljus (skugga) vs. vattenvågor (diffraktion)

1. Betrakta en plan harmonisk elektromagnetisk våg i vakuum där det elektriska fältet E uttrycks på följande sätt (i SI-enheter):

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

I 1 I 2 I 3. Tentamen i Fotonik , kl Här kommer först några inledande frågor.

Bortom skärmen mobil interaktion, haptik och ljud. Kirsten Rassmus-Gröhn, Avd. för Rehabiliteringsteknik, Inst. för Designvetenskaper

Kognitiv psykologi. Kognition / Perception. Perceptionsprocessen I. Kognitiv psykologi. Perceptionspsykologi. Från intryck till mening

Visualisering med Rhino/Vray/Photoshop av modell som skapats i Revit. AADA15 Revit Workshop 2017 LTH Ludvig Hofsten

Ljusets polarisation

Upplägg. Perception. Olika slags perception. Sensorik och perception. Generella aspekter. Generella aspekter

Hjälpmedel: Typgodkänd räknare, Physics Handbook, Mathematics Handbook.

Optisk bänk En Virtuell Applet Laboration

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter Se efter om ni har fått tillbaka dem och om de är godkända!

Övning 9 Tenta från Del A. Vägg på avståndet r = 2.0 m och med reflektansen R = 0.9. Lambertspridare.

STORSEMINARIET 3. Amplitud. frekvens. frekvens uppgift 9.4 (cylindriskt rör)

Optik. Läran om ljuset

4. Allmänt Elektromagnetiska vågor

MLBINO MLBINO BIFO. Binokulär läsning på kort avstånd. Bifocal ML Bino. Vår instegsmodell

Sensation Receptor Information

Optik, F2 FFY091 TENTAKIT

Percep&onens betydelse för lärandet Matema&ksvårigheter en pedagogisk utmaning Stockholm 9 september Annika Flenninger

Polarisation laboration Vågor och optik

OPTIK läran om ljuset

Fysik. Laboration 3. Ljusets vågnatur

Datorseende. Niels Chr Overgaard Januari 2010

Vågrörelselära & Kvantfysik, FK december 2011

Tentamen i Vågor och Optik 5hp F, Q, kandfys, gylärfys-programm, den 11. juni 2010

Tentamen i Optik för F2 (FFY091)

Innehåll. Kamerabaserad interaktion Del 3 3D och AR. Världen genom datorn. Vad är AR? AR vs. VR. Potential

Detta kommer vi att läsa om nu:

b) Calculate the dispersion in the vicinity of the Fraunhofer D line for each glass, using the Cauchy relation.

Kognitiv psykologi. Kognition / Perception. Perceptionsprocessen I. Kognitiv psykologi. Perceptionspsykologi. Från intryck till mening

Tentamen 1 Perception (T3)

Ovanstående figure beskriver ögonens konvergens vid två olika objektsavstånd (blått fall och grönt fall). Geometrin ger: 2 L

Tentamen i Optik för F2 (FFY091)

Displaysystem. Hans Brandtberg Saab Avitronics SAAB AVITRONICS

Vad skall vi gå igenom under denna period?

Perception och grav språkstörning Konferens Uppsala Annika Flenninger

OBS: Alla mätningar och beräknade värden ska anges i SI-enheter med korrekt antal värdesiffror. Felanalys behövs endast om det anges i texten.

Tentamen i Fotonik , kl

Hur funkar 3D bio? Laborationsrapporter. Räknestuga. Förra veckan kapitel 16 och 17 Böjning och interferens

Tentamen i Fotonik , kl

12.6 Heat equation, Wave equation

Människans förmåga kognition. Fö5. Kursinnehåll. Kognition och e-hälsa. ETIF20 E-hälsa. MEN kanske extra viktigt om man riktar sig till en

Övning 4 Polarisation

Perception och kunskap

Introduktion till Perceptionspsykologi

HYDRAULIK Rörströmning IV

Neurosensomotorik och kognition. Ögon- och hållningstränings påverkan på perception och koncentration

Copyright 2001 Ulf Rääf och DataRäven Elektroteknik, All rights reserved.

Geometrisk optik. Syfte och mål. Innehåll. Utrustning. Institutionen för Fysik

Förklara dessa begrepp: Ackommodera Avbildning, Brytning Brytningslagen Brytningsindex Brytningsvinkel Brännvidd Diffus och regelbunden reflektion

Fysik A A B C D. Sidan 1 av 9 henrik.gyllensten@tabyenskilda.se.

Människan och Tekniken. Fö 3 Människan och tekniken. Perception. Visuell perception

Att fastställa krav. Annakarin Nyberg

Isometries of the plane

Tentamen i Fotonik , kl

FYSIKUM STOCKHOLMS UNIVERSITET Tentamensskrivning i Vågrörelselära och optik, 10,5 hp, FK4009 Torsdagen den 21 augusti 2008 kl 9-15

Perception och kunskap

Ljuskällor. För att vi ska kunna se något måste det finnas en ljuskälla

Vågrörelselära och optik

Vågrörelselära och optik

Hörseln. Ytterörat. Örat har tre delar ytterörat, inneörat och mellanörat.

Innehåll. Styrdon (ej i boken) Fitts lag (sidan ) Natural user interfaces. Kap 6.2.9, , Kap

Vi är beroende av ljuset för att kunna leva. Allt liv på jorden skulle ta slut och jordytan skulle bli öde och tyst om vi inte hade haft ljus.

1 AKUSTIK Håkan Wennlöf, I = P A m 2 P effekt, A arean effekten är spridd över (ofta en sfär, ljud utbreds sfärsiskt).

MÅLSTYRNING OCH LÄRANDE: En problematisering av målstyrda graderade betyg

Tentamen i Matematik 2: M0030M.

Fysik (TFYA14) Fö 5 1. Fö 5

4. Deformerbara kroppar och fluider [Pix-SE, IR-11]

Tentamen i Fotonik , kl

Tentamen i Fotonik , kl

Studieanvisning i Optik, Fysik A enligt boken Quanta A

Det här med levels.?

Tillämpad vågrörelselära FAF260. Svängningar genererar vågor - Om en svängande partikel är kopplad till andra partiklar uppkommer vågor

Transkript:

Virtuella miljöer 1 - Introduktion till Virtual reality

Virtual Reality Virtual Reality (VR) saknar en allmänt erkänd definition. Många föredrar t.ex. att istället använda: Virtual Environments Simulated Environments Serious Gaming

Virtual Reality En artificiell, datorframställd verklighet, som användaren kan uppleva med flera sinnen, och interagera med på ett naturligt sätt.

Virtual Environments are synthetic sensory experiences that communicate physical and abstract components to a human operator or participant. The synthetic sensory experience is generated by a computer system. Kalawsky (1993), The Science of Virtual Reality and Virtual Environments, Addison Wesley.

Virtual Reality Det handlar om att framställa illusioner Hur bra kan vi göra dem?

Kort historik

Flyg-simulatorer började utvecklas redan i flygets barndom (foto från ca. 1910)

Ed Link s Aviation Trainer från tidigt 1930- tal. Konstruerad från orgelkomponenter.

Sensorama Av Morton Heilig i slutet på 1950-talet. En multimodal upplevelse, genom att ge stimuli för syn, hörsel, vibrationer, och lukt. Dock ingen interaktivitet (i princip en film som spelades upp).

I USAs rymdprogram ökade simulatorernas betydelse ännu mer. T.ex. för att träna navigering, dockning i rymden, månlandning, samverkan med markpersonal, etc. Men man förlitade sig till datorer i mycket liten utsträckning, och datorgrafik var fortfarande mycket litet utforskat. Gemini training pod

Ivan Sutherland s SketchPad, 1963. Första interaktiva datorgrafiken

Ivan Sutherland s Damokles svärd 1965. En föregångare till våra dagars Head Mounted Displays

NASAs multimodala koncept kallat VIEW (Virtual Interface Environment Workstation), som bestod bl.a. av HMD, hörlurar, röststyrning, och Dataglove

Vad kan man ha t till?

Inlärning & träning www.digitalcombustion.com

Planering & design

Marknadsföring & kundanpassning Interaktiv anpassning av produkten efter kundens önskemål Säljstöd för exemplevis bostäder - Virtuella visningslägeheter - Interaktiv inreding

Fjärr-manipulering Remote surgery NASA Robonaut

Upplevelser / turism / kulturarv

Spel Det är spelindustrin som driver tekniken framåt och ibland är det svårt att dra en skiljelinje mellan underhållning och utbildning. Nintendo Wii controls Microsoft Flight Simulator

2 x Gibson

2x Gibson Visionären Psykologen William Gibson James J. Gibson

Gibson, visionären Gibson uppfann termen cyberspace ett världsomspännande nätverk, där alla datorer är sammankopplade (precis så som Internet fungerar idag). Visioner inom science-fiction har till viss del påverkat utvecklingen av både internet och VR-teknik. Neuromancer, 1984

Den totala illusionen Drömvisionen om det ultimata VRsystemet är att ge användaren en total illusion av att befinna sig i en alternativ värld. The Matrix, 1999 Star Trek s Holodeck

kanske aldrig går att uppnå Dagens teknologi är mycket långt ifrån fulländad

Komplexiteten i mänsklig perception Det är extremt svårt att ersätta naturliga stimuli med artificiella.

Hur många sinnen har vi? Aristoteles sade 5: syn hörsel känsel lukt smak En neurobiolog idag skulle kunna säga drygt 20

Känsel -sinnet Taktila systemet. Olika typer av receptorer i huden för tryck, drag, vibrationer, värme, hår-rörelser. Kinestetiska systemet. Receptorer i muskler, leder, och senor som ger information om kroppsställning, och belastning. Vestibulära systemet. Organ i innerörat som ger information om huvudets orientering, samt acceleration.

Multimodalitet I de flesta situationer förlitar vi oss på multimodal perception, dvs flera sinnesintryck samtidigt. Test: 1. Stå på ett ben i 30 sekunder. 2. Gör samma sak, men med slutna ögon.

Gibson, psykologen J. J. Gibson stiftade termen ecological psychology för att kunna ge en mera evolutionär förklaringsmodell till hur vår perception fungerar. Gibson betonar hur vi (och andra djur) har utvecklats ur vår miljö. Nästan allt vi gör handlar om ett utforskande och interaktion med vår omgivning. The Ecological Approach to Visual Perception (1979)

Ecological Approach I tidigare teorier, beskrevs ofta perception som ett passivt mottagande av sinnesintryck. Enligt Gibson däremot, är perception naturligt kopplade till handlingar (som kan vara mer eller mindre medvetna). Enbart ett nervstimuli leder inte nödvändigtvis till perception.

Exempel 1: Varför rör ugglan på huvudet? http://www.youtube.com/watch?v=gt7tofy-9t4

Exempel 2 Vårt eget seende samverkar med många komplexa handlingsmönster (som ofta kan vara autonoma). Vad föreställer nästa bild?

Naturen har löst ett bandbredds-problem. Vi ser bara skarpt i fovea centralis. Ett område på ca. 0.1% av näthinnans area där de flesta av nerverna är koncentrerade. Därför: vi laddar inte en in en bild i sin helhet på en gång in i hjärnan. Vi snarare tolkar bilder baserat på kortvariga fixationer, och snabba saccadiska rörelser.

Spatiala tolkningar Viktigt för oss att kunna göra en korrekt bedömning av olika objekt i omgivningen, till exempel med avseende på dess avstånd, storlek och rörelse. Inte enbart synen som förser oss med stimuli för spatiala tolkningar. Men vanligtvis, det dominerande sinnet. Flera olika ledtrådar, bland annat s.k. depth-cues: Binocular depth cues Monocular depth cues Övrigt. T.ex. motion parallax

Binokulära cues De ledtrådar som vi får på grund av att vi har två ögon. Dessa är dock bara effektiva på objekt på nära håll: Vergens. Ju mer vi måste konvergera, desto närmare befinner sig ett objekt. Retinal disparity. Bilden som träffar högerrespektive vänsterögats näthinna är mer olika ju närmare objektet befinner sig (mest nytta i ett närområde, ca. 10 meter)

Monocular (pictorial) depth cues Interposition Relative size Relative height Texture gradient Linear perspective Shades & shadow Atmospheric Perspective

Interposition (Occlusion) When one object partially occludes another object, we assume that it is closer.

Relative size of familiar objects Comparison of the relative sizes of known objects on the retina give information about distance

Relative height Objects higher up is expected på be closer to the horizon, i.e. farther away.

Texture gradient A texture gradient arises whenever we view a surface from a slant, rather than directly from above. The texture becomes denser and less detailed as the surface recedes into the background.

Parallel lines, such as railroad tracks, appear to converge with distance, eventually reaching a vanishing point at the horizon. The more the lines converge, the farther away they appear. Linear perspective

Shades and shadows When we know the location of a light source and see objects casting shadows on other objects, we expect that the object shadowing the other is closer to the light source.

Atmospheric Perspective The mountains in the horizon look always slightly bluish or hazy, due to vapor and dust in the air. The farther the mountains, the hazier they look.

Parallaxförändring Kan kallas parallaxförändring eller rörelseparallax (motion parallax). När vi flyttar på huvudet, eller hela kroppen, får vi en ny projicering av omgivningen på våra näthinnor. Genom denna projektionsskillnad framträder de mest närliggande objekten som de som förflyttat sig mest på våra näthinnor. Ett exempel: Nintendos spelkonsoller på 80-talet var alldeles för primitiva för riktig 3D-grafik. Istället så utnyttjande man rörelseparallax för att ge en djupkänsla Youtube: Johnny Lee s headtracking med en Wii remote

Stereoskopi

Stereoskopi Det finns många olika tekniska lösningar för att framställa steroskopi: optisk separation anaglyfisk separation aktiv stereo polariserad separation (passiv stereo) auto-stereoskopi

Optisk separation Genom linser, prisman, speglar, etc., optiskt skiljer ut vad som når höger respekive vänster öga. Därmed kan man visa två separata bilder som motsvarar den retinala disparansen.

Optisk separation Tidigare exempel på optisk separation (som alternativ till en HMD).

Anaglyfisk separation Detta är en mycket billig och enkel teknik

Anaglyfisk separation Creature from the Black Lagoon, 1954

Aktiv stereo Med begreppet aktiv stereo syftar man på att betraktaren bär på ett par glasögon med aktiv elektronik.

Aktiv stereo

Shutter-glasses Flytande kristaller som antingen släpper igenom, eller blockerar allt ljus. Växlar mellan vänster och höger öga, så att man bara kan se med ett öga i taget. Datorsystemet renderar varannan frame för vänster öga, och varannan för höger öga. Växlingen synkroniseras med IR-emitter Behövs ca. 90-120 Hz i bildväxlingsfrekvens för att det ska uppfattas som flimmerfritt.

Polariserad separation (passiv stereo) Man kan beskriva ljus som transversella elektromagnetiska vågor. Det som oscillerar är den elektriska fältvektorn E, och är vinkelrät mot utbredningsriktningen. Det håll utmed vilken E- vektorn oscillerar kallas för vågens polarisationsriktning. Ljus från solen eller en vanlig lampa består av en mängd ljusvågor, vars E-vektorer oscillerar åt olika håll, och man talar om opolariserat, eller naturligt ljus. Om däremot vågorna svänger alla åt samma håll talar man om polariserat ljus, vilket kan åstadkommas med laser som källa, alternativt med ett polarisationsfilter.

Linjär polarisation Lampan avger ljus med E-vektorer åt alla håll, men filtret släpper bara igenom E-vektorer med vertikal orientering. Glasögonen, där enbart det ena filtret matchar det framför källan, släpper därför bara igenom ljuset på ena ögat

Cirkulär polarisation

Cirkulär polarisation Cirkulär-polarisering är en elegant vidareutveckling av linjärpolarisationstekniken. Principen är att man får E-vektorn till att rotera ett fullt varv under det att den tillryggalägger en våglängd i sin utbredningsriktning. Man kan se det som en skruvrörelse. Först filtrerar man fram ett vanligt linjärpolariserat ljus. Sedan tar man ett speciellt filter, en kvartsvåglängdssplatta. Kvartsvåglängdsplattan är tillverkad med ett så kallat dubbelbrytande material. Detta betyder att den har olika brytningsindex i olika riktningar. Det finns en snabb axel, lågt brytningsindex, och en långsam axel, högt brytningsindex. Detta får till följd att en fasskillnad uppstår. Fasskillnaden beror på plattans tjocklek, den relativa skillnaden i brytningsindex och ljusets våglängd. Tillverkas plattan på rätt sätt kan man alltså introducera en godtycklig fasskillnad. I fallet med cirkulär polarisation vill man åstadkomma ett fasskift på -π/2 (medurs), respektive π/2 (moturs). Tjockleken är typiskt en kvarts våglängd av grönt ljus (140 nm).

Cirkulär polarisation I övre fallet (högerorienterad skruvrörelse) släpps ljuset igenom filtret. I det nedre fallet (vänsterorienterad skruvrörelse) spärras ljuset

Auto-stereoskopi

Autostereo-displayer Nintendo 3DS

Ny och kommande teknologi

Sony concept glasses Eyewears kommer kanske snart att vara lika vanligt tillbehör som hörlurar Sony concept glasses http://www.youtube.com/watch?v=nt_txwxezfy

Displayväggar med multi-touch Obscura HP Multi-Touch http://www.youtube.com/watch?v=uwoaxsvyczk

Microsoft Kinect http://www.youtube.com/watch?v=cpibgnbqcjy http://www.xbox.com/sv-se/kinect/

Nästa vecka: Virtuella världar 2 - Virtual humans & social presence