Laitteet
Virtuaalisen todellisuuden keskeinen käsite on uppoutuminen eli immersio, joka tarkoittaa tunnetta läsnäolosta muualla. On tärkeää, että ihminen ei koe katsovansa kuvaa vaan aistii ärsykkeet samoin kuin reaalimaailmassa. Näyttölaitteilla siis pyritään saamaan mahdollisimman todentuntuinen aistimus. Tähän virtuaalitodellisuuskin sanana viittaa.
Jotta ihminen voisi uppotua virtuaaliseen todellisuuteen mahdollisimman hyvin, näkökentän on oltava riittävän laaja ja tarkastelupiste pitää pystyä valitsemaan vapaasti sekä näkymän on vastattava reaaliaikaisesti pään ja silmien liikkeeseen.
VR-tekniikassa näyttölaitteet voidaan jakaa kolmeen pääryhmään: silmikkonäyttöihin, projektionäyttöihin ja tilanäyttöihin.
Silmikkonäytöt voivat olla joko liikkuvuudeltaan hyviä pääripusteisia ( head-mounted ) tai raskaampia puomin varaan rakentuvia ( boom-mounted ). (Virtual Reality - Tekniikat robotiikassa)
Pääripusteisissa laitteissa (Head mounted devices, HMDs) on pieni videonäyttö, joka asetetaan kummankin silmän läheisyyteen, tai joissain harvoissa tapauksissa kuva heijastetaan suoraan kummankin silmän verkkokalvolle. Jos näiden laitteiden tuottamat kuvat ovat korkealaatuisia, niiden tuottaminen on hankalaa ja kallista. Tämä johtuu siitä, että laitteiden tulisi nopeasti tunnistaa silmien ja pään liikkeiden nopeus ja suunta, joiden perusteella ne generoivat tarvittavat kuvat.(Virtual reality: what is the state of play in education?)
Projektionäytöt perustuvat kuvan heijastamiselle ympäröivälle pinnalle. Soveltuvat parhaiten simulaatiokäyttöön, koska ne vaativat paljon tilaa. Ne eivät kuitenkaan mukaudu hyvin monen käyttäjän liikkeisiin. Ne kuitenkin mukautuvat, jos käyttäjät ovat paikoillaan, kuten lentosimulaattoreissa.
Tilanäytöt ovat ulkoapäin tarkasteltavia kolmiulotteisia näyttöjä, joissa henkilö voi tarkastella kohdetta eri suunnista. Periaatteessa tilanäytöt eivät täytä virtuaalitodellisuuden kriteerejä, koska henkilö tuntee vain katselevansa kolmiulotteista kuvaa.
Jotta käyttäjälle voitaisiin välittää virtuaalitodellisuus todentuntuisesti, on tiedettävä tarkalleen, missä käyttäjä on ja mistä suunnasta hän kohdetta tarkastelee. Ensisijaisesti halutaan tietää käyttäjän pään sijainti ja liikkeet, mutta sovelluksesta riippuen myös muita kehonosia halutaan paikantaa. Paikantaminen tapahtuu kolmiulotteisessa avaruudessa. Paikannuslaitteisiin kuuluu mm. datahanskat ja eri puolille kehoa kiinnitettävät anturit.
Datahanskojen avulla käyttäjä voi virtuaalimaailmassa poimia näkemänsä esineen ja siirtää sen muualle. Käyttäjä ei siis oikeasti poimi mitään, mutta hän kokee sen samoin kuin oikeassa maailmassa. Hanskoja on kahdenlaisia: kovat hanskat paikantavat hyvin käden sijainnin ja liikkeet, pehmeät hanskat vuorostaan ovat miellyttäviä käytössä, mutta vaativat joka käyttökerralla kalibroinnin. Hanskojen avulla käyttäjä voi tuntea esineen fyysiset ominaisuudet, kuten pehmeyden tai painon, näennäisesti (Virtual reality: what is the state of play in education?).
Paikannustekniikat voidaan jakaa neljään ryhmään: sähkömekaaninen, sähkömagneettinen, akustinen ja optinen tekniikka.
Sähkömekaanista (electromechanical) paikannusta käytetään puomi-(boom) tyyppisissä näyttölaitteissa. Tällaisten näyttöjen perusideana on se, että näyttölaittetta kannattelevien varsien ja nivelien asennot mitataan yksi kerrallaan kulma-antureilla. Puominäytöt ovat nopeita ja tarkkoja, mutta toisaalta käyttäjän toimintaa rajoittavia.
Sähkömagneettiset (electromagnetic) paikannusmenetelmät perustuvat kahden käämin ympärille muodostettuun magneettikenttään. Huonona puolena on se, että laitteen läheisyydessä ei saa olla muita ferromagneettisia esineitä, jotka voisivat aiheuttaa toimintahäiriöitä sekä se, että lähetin(käämi)-vastaanotin(käämi) –etäisyyden on oltava riittävän lyhyt varmistaakseen magneettikentän riittävän voimakkuuden.
Akustiset (acoustic) paikannusmenetelmät perustuvat äänen kulkuaikaan tai matkan johdosta syntyviin vaihe-eroihin. Mikrofonit vastaanottavat ultraäänilähettimien signaaleja. Tämä tekniikka on halpa toteuttaa.
Optisissa (optical) paikannusjärjestelmissä käytetään apuna pistemäisiä valolähteitä tai kuvioita, hahmoa yms. tarkkailevia kameroita. Kamerat voidaan sijoittaa joko kohteeseen (inside out) tai kohteen ulkopuolelle (outside in). Näin selvitetään kameran avulla, missä kohde on. Huonona puolena optisissa paikannusmenetelmissä on se, että valopisteitä ei saa peittää. (Virtuaaliympäristöt - kuvan sisälle vievät tekniikat)
Internetissä olevat oppimisympäristöt eivät käytä edellä mainittuja laitteita vielä kovinkaan suuressa mittakaavassa. Internetissä olevat virtuaaliset oppimisympäristöt vaativat verkkoselaimeen erityisiä plugineja, kuten Quick Time ja Cosmo Player. Näiden avulla kohdetta voidaan esim. tarkastella eri suunnista tai liikkua ympäristössä. Toivottavasti tulevaisuudessa laitteita käytettäisiin yhä enemmän myös internetissä olevien virtuaalisten oppimisympäristöjen toteuttamisessa.