Віртуальна реальність давно перейшла з розряду наукової фантастики в повсякденне життя, пропонуючи користувачам занурення в цифрові світи, наче у фільмі “Матриця” Вачовських. VR всю свою історію залежала від загального розвитку науково-технічного прогресу і тепер нарешті досягла необхідної досконалості, щоб викликати не просто вау-ефект, а ще й використовуватись у практичних чи творчих сферах. У цій статті ми розглянемо ключові технології, без яких не обійтися для створення цього “тріумфу ілюзій”.
Зміст
Історія віртуальної реальності сягає корінням у XIX століття, коли з’явилися перші пристрої для створення ілюзії глибини. У 1838 році Чарльз Вітстон винайшов стереоскоп, що використовував два зображення зроблені під різними кутами для кожного ока, створюючи ефект об’ємності. Цей винахід став основою для фотографії та кіно.
У 1930-х роках науковці експериментували з механічними симуляторами, як-от Link Trainer для тренування пілотів, що імітували політ без реального ризику. З його допомогою навчалися понад 500 тисяч американських льотчиків під час Другої світової війни.
Переломний момент настав у 1960-х. Іван Сазерленд, піонер комп’ютерної графіки, створив у 1968 році перший head-mounted display (HMD) — “Меч Дамокла”. Цей громіздкий пристрій, підвішений до стелі, відображав прості сіткоподібні поверхні.
У 1980-х NASA та військові розробляли VR для симуляцій, а в кінці 80-х, початку 90-х років з’явилися перші комерційні спроби. Компанія Virtuality випустила аркадні автомати з VR-шоломами, а Sega анонсувала Sega VR для консолі Genesis, хоча проєкт скасували через технічні проблеми.
Технологія дала натхнення кіноіндустрії. Так під її впливом у 1992 році з’явилась стрічка “Газонокосар” — екранізація роману Стівена Кінга. Але ще довгі десятиліття апаратне забезпечення не давало можливості говорити про “повноцінність” технології.
Продукт від Nintendo Virtual Boy, випущений у 1995 році гучно провалився у всіх аспектах. Це були громіздкі окуляри із вбудованими дисплеями та звичайним консольним джойстиком. Вони виявилися настільки важкими, що постачалися в комплекті зі спеціальною підставкою. При цьому дисплеї всередині були монохромними, а графіка дуже примітивною навіть для того часу. І все ж таки Nintendo вдалося випустити 22 гри для консолі.
Розквіт VR відбувся у 2010-х, ключову роль тут зіграв Палмер Лакі, який заснував Oculus. У 2012 році Kickstarter-кампанія Oculus Rift зібрала мільйони, привернувши увагу Facebook (нині Meta), яка купила компанію у 2014-му. Rift став першим масовим VR-пристроєм з високою роздільною здатністю. Його ранній прототип представив сам Джон Кармак.
Успіх Oculus Rift також надав імпульсу для розвитку мобільного VR – на ринку стали з’являтися окуляри, які можна було поєднати зі смартфоном та отримати віртуальний досвід. Детальніше про них можете прочитати в моєму попередньому матеріалі.
У 2016 році вийшли HTC Vive з зовнішнім трекінгом та PlayStation VR для консолей, але автономні гарнітури змінили правила гри. 2019 рік подарував одразу дві гарнітури: Oculus Quest, який міг працювати без ПК, використовуючи мобільну платформу та Valve Index з унікальними контролерами, які відстежувати роботу кожного пальця у 87 точках. Роком пізніше вже Meta Quest 2 став хітом завдяки своїй демократичній ціні та великій бібліотеці ігор.
Ну і нарешті у 2023-му вийшов Meta Quest 3 з покращеним апаратним забезпеченням та новим типом pancake-лінз, про які ми поговоримо детальніше. Світовий ринок шоломів доповненої та віртуальної реальності у четвертому кварталі 2023 року зріс більш ніж у 2,3 рази на рік на тлі випуску нових моделей. А ще через рік Apple представила нішевий продукт — Vision Pro (2024), фокусуючись на змішаній реальності.
Сучасні VR гарнітури базуються на складних технологіях, які дарують своїм поціновувачам максимальну імерсію.
Для VR є дуже важливими так звані “ступені свободи” (DoF). Вони співвідносяться з кількістю осей фізичного руху, які може відстежувати гарнітура віртуальної реальності. Рухи в реальному світі необхідно розпізнати, перш ніж їх можна буде перетворити на відповідні рухи у віртуальній реальності. Наприклад, VR-гарнітура з 6 ступенями свободи (6DoF) може відстежувати всі шість осей руху.
За допомогою трекінгу відстежуються рухи голови, рук та відбувається позиціювання в просторі. Існують два основні способи: outside-in (зовнішній) та inside-out (внутрішній). Outside-in використовує зовнішні сенсори, на кшталт базових станцій в HTC Vive, для точного позиціювання.
Прикладом зовнішнього позиціювання є Lighthouse, система відстеження SteamVR. В ній присутні невеликі прямокутні пристрої, що називаються базовими станціями. Вони випромінюють на ігровій зоні точно синхронізовані інфрачервоні лазерні промені, які розпізнаються гарнітурою віртуальної реальності (HMD), і використовуються для визначення їхнього місцеперебування та орієнтації.
Інфрачервоні лазери базових станцій кілька разів на секунду чергують горизонтальні та вертикальні промені. Тим часом кожен об’єкт (HMD), що відстежується, має свій масив датчиків-фотодіодів. Вони аналізують ці імпульси, а внутрішній чіп безперервно обчислює положення об’єкта, використовуючи фізичне розташування його фотодіодів.
Такий спосіб попри перевагу у точності має і великий мінус — необхідність окремого приміщення і прив’язка до нього. Саме тому прогрес пішов в сторону внутрішнього позиціювання, яке позбавлено цього недоліку.
Inside-out став дуже популярний в автономних гарнітурах. Він покладається на вбудовані камери та датчики (IMU — інерційні вимірювальні одиниці), що аналізують оточення за допомогою SLAM (Simultaneous Localization and Mapping).
Остання є найбільш розповсюдженою технологією, адже не потребує ніякого додаткового обладнання. Вона дозволяє пристрою створювати карту свого оточення, одночасно визначаючи своє власне місцеперебування на цій карті.
Щоб створити її та позиціюватися, пристрій MR використовує алгоритми для обробки даних з камер та інерційних модулів (IMU). Зазвичай це включає порівняння даних з базою даних відомих об’єктів та орієнтирів, а також використання методів зіставлення об’єктів та оцінка позиції, для визначення положення та орієнтації пристрою.
Дуже цікавою технологією є трекінг очей, коли камери відстежують погляд користувача, дозволяючи оптимізувати так званий “foveated rendering” — рендеринг високої якості тільки в центрі зору, що значно оптимізує продуктивність. Це корисно в іграх, зменшуючи навантаження на GPU, адже навіщо детально візуалізувати те, що не знаходиться у фокусі вашої уваги.
Таким чином гарнітури віртуальної реальності вже не мають потреби в зовнішньому обладнанні. Типовим прикладом такого HMD є Meta Quest 3, в якій за трекінг і позиціювання відповідають цілих чотири камери та інфрачервоні світлодіоди на контролерах.
Однак у такого рішення є і свої мінуси, адже з’являються “сліпі зони”, в яких ускладнене розпізнавання положення рук.
Перше, ніж почати розмову про візуалізацію зображення потрібно розібратися, що ж так кардинально відрізняє картинку у VR від плоского зображення, яке ви звикли бачити на своїх моніторах.
Бінокулярний зір — це без перебільшення унікальна властивість, завдяки якій людина орієнтується в навколишньому просторі, та здатна оцінити відстань до об’єктів.
Спочатку дитина народжується без такої можливості. І лише до шести місяців здатність тривимірного сприйняття починає формуватися. Для розвитку бінокулярного зору мають скластися певні умови:
Якщо хоч один із факторів відсутній, зір перестає бути бінокулярним. Закрийте одне око і походіть так хоча б декілька хвилин, тоді вам все стане зрозуміло.
Бінокулярність зору іноді ще називають ознакою хижаків, яким потрібно точно оцінювати відстань для нападу.
VR гарнітури дають унікальний імерсивний досвід саме тому, що подають зображення у бінокулярному вигляді, як в реальному житті. Для цього потрібні спеціальні лінзи, які фокусують зображення для кожного ока.
Щоб віртуальна реальність працювала, у вашій гарнітурі має бути оптична система, яка проєктуватиме зображення.
У цій оптичній системі HMD є три компоненти: дисплей, приймачі (ваші очі) та лінзи.
В проєктуванні зображення дуже важливою є максимальна відповідність характеристикам зорової системи людини. Кут зору людського ока становить приблизно 120 градусів по вертикалі та майже 360 градусів по горизонталі, враховуючи обертання очей та рухи голови.
Бінокулярний кут зору, в межах якого об’єкт видно обома очима, становить близько 114 градусів.
Зараз найбільш розповсюджені декілька типів лінз:
Лінзи Френеля дешеві, але можуть викликати світлові артефакти — “god rays”. А ось Pancake лінзи в Quest 3 забезпечують ширше поле зору (FOV) до 110 градусів. Лінзи Френеля мають концентричні канавки, що забезпечують плоску конструкцію, зменшують вагу та хроматичну аберацію.
Конструкція Pancake лінз базується на кількох дзеркалах та поляризаційних фільтрах, які змінюють світловий шлях.
Асферичні лінзи не містять канавок та мають спеціально розраховану кривизну, що мінімізує оптичні артефакти, такі як спотворення або розмиття.
Дисплеї — ключ до візуальної якості у VR. LCD (рідкокристалічні) дешеві, хоча можуть похвалитися високою роздільною здатністю, але мають гірший контраст.
OLED (органічні світлодіоди) пропонують глибокий чорний колір і швидку реакцію, але значно дорожчі. Дисплеї Micro-OLED, як в Apple Vision Pro, досягають 4K на око, пропонуючи високу щільність пікселів, хоча у VR коректніше говорити про кількість пікселів на градус.
Золотою серединою за співвідношенням ціна/якість є LCD дисплеї у Meta Quest 3. Їх роздільна здатність становить 2064×2208 на око, а частота оновлення — до 120 Гц.
З того часу, як гарнітури зазвичай автономні та можуть обійтися без дротового під’єднання до комп’ютерів не менш важливою стала не тільки якість зображення, а ще й апаратна платформа, яка перетворює HMD на самодостатній пристрій, який може майже все: від браузингу, використання APK додатків зі смартфона, до створення персонального кінозалу та геймінгу.
Детальніше розглянемо платформу на прикладі віртуальної гарнітури Meta Quest 3. Чому саме її? По-перше, у дослідженні IDC за перший 2025 року продукція компанії Meta займає провідні позиції з часткою 50,8%.
| Компанія | Частка ринку за 1 квартал 2025 року | Частка ринку за 1 квартал 2024 року | Зростання одиниць за 1 квартал 2025/1 квартал 2024 року |
| Meta | 50.8% | 36.2% | 65.9% |
Друга причина полягає в тому, що ця VR-гарнітура є без перебільшення оптимальним вибором для знайомства з технологією, адже в неї дуже розвинута екосистема і мінімальний поріг входження. До того ж я вкрай не рекомендую починати знайомство з попередніх морально застарілих версій та нової MetaQuest 3S, адже вони базуються на Лінзах Френеля.
Я користуюся MetaQuest 3 вже майже два роки та без перебільшення вважаю її найбільш вдалим девайсом за останні десятиліття. Складається враження, що Meta постачала її нижче собівартості, якщо порахувати суму всіх компонентів.
| Характеристики: | Meta Quest 3 |
| Дисплей | LCD |
| Роздільна здатність | 2064×2208 на око 1218 PPI |
| Частота оновлення | 90 Гц, 120 Гц |
| Кут огляду | 110° горизонтальний та 96° вертикальний |
| Оптика | Лінзи Pancake |
| Регулювання лінз | IPD варіюється від 58 мм до 71 мм |
| Процесор | Snapdragon XR2 Gen 2 |
| Змішана реальність | 2 камери RGB |
| Аудіо | Стереодинаміки з просторовим 3D-звуком |
| DRAM | 8 Гб |
| Накопичувач | 128-512 Гб |
| Вага, грам | 515 |
| Відстеження рук | Гібридні датчики комп’ютерного зору та машинного навчання (4 ІЧ-камери та 2 камери RGB) |
| Підтримка ПК | Meta Quest Link |
| Акумулятор, мА/год | 8000 |
| Час роботи, год | Близько двох годин залежно від навантаження |
| Час зарядки | Приблизно 2 години з адаптером живлення потужністю 18 Вт |
| WiFi | Wi-Fi 6E |
| Інтерфейс зарядки | USB Type-C |
| Ціна, грн. | ≈23000 |
Snapdragon XR2 Gen 2 підтримує повне вбудоване апаратне прискорення для деяких критично важливих завдань гарнітури, розвантажуючи процесор:
8К відео для цієї платформи взагалі не проблема. Іноді навіть не віриться, що такий компактний девайс може бути настільки технологічним. Хоча останнім часом складається враження, що 8 Гігабайтів оперативної пам’яті стає “в притул”, особливо, якщо Meta Quest 3 до того ж працює в режимі розробника.
Укачування (motion sickness) — доволі поширена проблема в VR. Вона виникає через конфлікт між візуальними сигналами та вестибулярною системою, що відповідає за баланс. У реальності, коли ви рухаєтеся, очі, вуха та м’язи синхронізуються. У VR візуально ви “летите” чи “їдете”, але тіло нерухоме, що викликає нудоту, запаморочення чи головний біль.
Цьому може сприяти низька частота оновлення (менш як 90 Гц), затримка >20 мс, штучний рух без реального переміщення і, звісно, особливості користувача. З особистого досвіду можу впевнено сказати, що за перші місяці мій вестибулярний апарат прокачався суттєво. Так, це не швидкий процес і не варто засмучуватися при першому негативному досвіді.
Вестибулярний апарат також тренується та адаптується. З часом я перестав користуватися телепортацією в іграх, а тепер цілком бадьоро можу зіграти в доволі рухливі ігри як мінімум годину, на кшталт старого-доброго DOOM 3 (так, він працює автономно на гарнітурі), чи легендарний FarCry з VR модом, про який я писав минулого разу. Насправді ВР гарнітура — справжня знахідка, щоб вдихнути нове життя у старі ігри. Але про це ми поговоримо в окремій статті.
Дослідження показують, що жінки чутливіші до укачування через гормональні фактори, а діти — через вестибулярну систему, що не до кінця розвинулась. У іграх зі швидким рухом проблема може посилюватися. Але ви ніколи не дізнаєтеся потенціал своєї вестибулярної системи, поки не спробуєте її “прокачати”. Як це зробити?
Дослідження з 2020-х показують, що тренування допомагають 70% користувачів адаптуватися за тиждень. Зрештою, укачування — не бар’єр, а виклик, що вирішується правильним підходом.
Тема віртуальної реальності дуже об’ємна і насправді — це окремий “світ Матриці” та цілий культурний пласт зі своїми секретами й забавами, про які ви не дізнаєтесь, якщо не спробуєте. І поки вам розповідають казки про те, що “технологія ще не готова”, чи вона “не для всіх”, інші вже давно насолоджуються її перевагами.
Контент сайту призначений для осіб віком від 21 року. Переглядаючи матеріали, ви підтверджуєте свою відповідність віковим обмеженням.
Cуб'єкт у сфері онлайн-медіа; ідентифікатор медіа - R40-06029.