Виртуальная реальность давно перешла из разряда научной фантастики в повседневную жизнь, предлагая пользователям погружение в цифровые миры, как в фильме «Матрица» Вачовских. VR всю свою историю зависела от общего развития научно-технического прогресса и теперь наконец достигла необходимого совершенства, чтобы вызывать не просто вау-эффект, но и использоваться в практических или творческих сферах. В этой статье мы рассмотрим ключевые технологии, без которых не обойтись для создания этого «триумфа иллюзий»
Содержание
- 1 От стереоскопа до Apple Vision
- 2 VR технологии: от трекинга до аппаратного обеспечения
- 2.1 Трекинг и позиционирование
- 2.2 Бинокулярность
- 2.3 Как работает оптика в VR
- 2.4 Дисплеи и линзы
- 2.5 Аппаратное обеспечение
- 3 Проблема укачивания и как с этим бороться
От стереоскопа до Apple Vision
История виртуальной реальности уходит корнями в XIX век, когда появились первые устройства для создания иллюзии глубины. В 1838 году Чарльз Уитстон изобрел стереоскоп, который использовал два изображения, сделанные под разными углами для каждого глаза, создавая эффект объемности. Это изобретение стало основой для фотографии и кино.
В 1930-х годах ученые экспериментировали с механическими симуляторами, такими как Link Trainer для тренировки пилотов, которые имитировали полет без реального риска. С его помощью учились более 500 тысяч американских летчиков во время Второй мировой войны.
Переломный момент наступил в 1960-х. Иван Сазерленд, пионер компьютерной графики, создал в 1968 году первый head-mounted display (HMD) — «Дамоклов меч». Это громоздкое устройство, подвешенное к потолку, отображало простые сеткообразные поверхности.
В 1980-х NASA и военные разрабатывали VR для симуляций, а в конце 80-х, начале 90-х годов появились первые коммерческие попытки. Компания Virtuality выпустила аркадные автоматы с VR-шлемами, а Sega анонсировала Sega VR для консоли Genesis, хотя проект отменили из-за технических проблем
Технология дала вдохновение киноиндустрии. Так под ее влиянием в 1992 году появилась лента «Газонокосильщик» — экранизация романа Стивена Кинга. Но еще долгие десятилетия аппаратное обеспечение не давало возможности говорить о «полноценности» технологии.
Продукт от Nintendo Virtual Boy, выпущенный в 1995 году громко провалился во всех аспектах. Это были громоздкие очки со встроенными дисплеями и обычным консольным джойстиком. Они оказались настолько тяжелыми, что поставлялись в комплекте со специальной подставкой. При этом дисплеи внутри были монохромными, а графика очень примитивной даже для того времени. И все же Nintendo удалось выпустить 22 игры для консоли.
Расцвет VR произошел в 2010-х, ключевую роль здесь сыграл Палмер Лаки, который основал Oculus. В 2012 году Kickstarter-кампания Oculus Rift собрала миллионы, привлекая внимание Facebook (ныне Meta), которая купила компанию в 2014-м. Rift стал первым массовым VR-устройством с высоким разрешением. Его ранний прототип представил сам Джон Кармак.
Успех Oculus Rift также дал импульс для развития мобильного VR — на рынке стали появляться очки, которые можно было совместить со смартфоном и получить виртуальный опыт. Подробнее о них можете прочитать в моем предыдущем материале.
В 2016 году вышли HTC Vive с внешним трекингом и PlayStation VR для консолей, но автономные гарнитуры изменили правила игры. 2019 год подарил сразу две гарнитуры: Oculus Quest, который мог работать без ПК, используя мобильную платформу и Valve Index с уникальными контроллерами, которые отслеживают работу каждого пальца в 87 точках. Годом позже уже Meta Quest 2 стал хитом благодаря своей демократичной цене и большой библиотеке игр.
Ну и наконец в 2023-м вышел Meta Quest 3 с улучшенным аппаратным обеспечением и новым типом pancake-линз, о которых мы поговорим подробнее. Мировой рынок шлемов дополненной и виртуальной реальности в четвертом квартале 2023 года вырос более чем в 2,3 раза в год на фоне выпуска новых моделей. А год спустя Apple представила нишевый продукт — Vision Pro (2024), фокусируясь на смешанной реальности.
VR технологии: от трекинга до аппаратного обеспечения
Современные VR гарнитуры базируются на сложных технологиях, которые дарят своим ценителям максимальную иммерсию. 
Для VR очень важны так называемые «степени свободы» (DoF) Они соотносятся с количеством осей физического движения, которые может отслеживать гарнитура виртуальной реальности. Движения в реальном мире необходимо распознать, прежде чем их можно будет преобразовать в соответствующие движения в виртуальной реальности. Например, VR-гарнитура с 6 степенями свободы (6DoF) может отслеживать все шесть осей движения.
Трекинг и позиционирование
С помощью трекинга отслеживаются движения головы, рук и происходит позиционирование в пространстве. Существуют два основных способа: outside-in (внешний) и inside-out (внутренний). Outside-in использует внешние сенсоры, вроде базовых станций в HTC Vive, для точного позиционирования.
Примером внешнего позиционирования является Lighthouse, система отслеживания SteamVR. В ней присутствуют небольшие прямоугольные устройства, называемые базовыми станциями. Они излучают на игровой зоне точно синхронизированные инфракрасные лазерные лучи, которые распознаются гарнитурой виртуальной реальности (HMD), и используются для определения их местонахождения и ориентации.
Инфракрасные лазеры базовых станций несколько раз в секунду чередуют горизонтальные и вертикальные лучи. Тем временем каждый отслеживаемый объект (HMD) имеет свой массив датчиков-фотодиодов. Они анализируют эти импульсы, а внутренний чип непрерывно вычисляет положение объекта, используя физическое расположение его фотодиодов.
Такой способ несмотря на преимущество в точности имеет и большой минус — необходимость отдельного помещения и привязка к нему. Именно поэтому прогресс пошел в сторону внутреннего позиционирования, которое лишено этого недостатка.
Inside-out стал очень популярен в автономных гарнитурах. Он полагается на встроенные камеры и датчики (IMU — инерционные измерительные единицы), анализирующие окружение с помощью SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Последняя является наиболее распространенной технологией, ведь не требует никакого дополнительного оборудования. Она позволяет устройству создавать карту своего окружения, одновременно определяя свое собственное местонахождение на этой карте.
Чтобы создать ее и позиционироваться в пространстве, устройство MR использует алгоритмы для обработки данных с камер и инерционных модулей (IMU). Обычно это включает сравнение данных с базой данных известных объектов и ориентиров, а также использование методов сопоставления объектов и оценка позиции, для определения положения и ориентации устройства.
Очень интересной технологией является трекинг глаз, когда камеры отслеживают взгляд пользователя, позволяя оптимизировать так называемый «foveated rendering» — рендеринг высокого качества только в центре зрения, что значительно оптимизирует производительность. Это полезно в играх, уменьшая нагрузку на GPU, ведь зачем детально визуализировать то, что не находится в фокусе вашего внимания.
Таким образом гарнитуры виртуальной реальности уже не нуждаются во внешнем оборудовании. Типичным примером такого HMD является Meta Quest 3, в которой за трекинг и позиционирование отвечают целых четыре камеры и инфракрасные светодиоды на контроллерах.
Однако у такого решения есть и свои минусы, ведь появляются «слепые зоны», в которых затруднено распознавание положения рук.
Бинокулярность
Первое, чем начать разговор о визуализации изображения нужно разобраться, что же так кардинально отличает картинку в VR от плоского изображения, которое вы привыкли видеть на своих мониторах.
Бинокулярное зрение — это без преувеличения уникальное свойство, благодаря которому человек ориентируется в окружающем пространстве, и способен оценить расстояние до объектов. Сначала ребенок рождается без такой возможности. И лишь к шести месяцам способность трехмерного восприятия начинает формироваться. Для развития бинокулярного зрения должны сложиться определенные условия:
- Развитые мышцы глаз;
- Идентичная двусторонняя острота зрения;
- Одинаковый показатель рефракции глаз;
- Расположение глазных яблок на одной оси.
Если хоть один из факторов отсутствует, зрение перестает быть бинокулярным. Закройте один глаз и походите так хотя бы несколько минут, тогда вам все станет понятно
Бинокулярность зрения иногда еще называют признаком хищников, которым нужно точно оценивать расстояние для нападения
VR гарнитуры дают уникальный иммерсионный опыт именно потому, что подают изображение в бинокулярном виде, как в реальной жизни. Для этого нужны специальные линзы, которые фокусируют изображение для каждого глаза
Как работает оптика в VR
Чтобы виртуальная реальность работала, в вашей гарнитуре должна быть оптическая система, которая будет проецировать изображение.
В этой оптической системе HMD есть три компонента (дисплей), приемники (ваши глаза) и линзы.
- Источниками света в HMD являются дисплеи, такие как органические светодиоды (OLED) или жидкокристаллические дисплеи (LCD). Бинокулярный HMD (например Meta Quest 3) обычно имеет два дисплея, которые обеспечивают отдельные изображения для каждого глаза формируя 3D-восприятие с помощью стереоскопии
- Линзы собирают свет от источника и создают визуализации виртуального трехмерного мира. Идеальный VR-шлем должен обеспечивать изображение высокого разрешения в пределах широкого поля зрения (FOV).
В проектировании изображения очень важно максимальное соответствие характеристикам зрительной системы человека. Угол зрения человеческого глаза составляет примерно 120 градусов по вертикали и почти 360 градусов по горизонтали, учитывая вращение глаз и движения головы
Бинокулярный угол зрения, в пределах которого объект виден обоими глазами, составляет около 114 градусов.
Дисплеи и линзы
Сейчас наиболее распространены несколько типов линз:
- Линзы Френеля (Fresnel) — дешевые, с концентрическими кольцами для уменьшения веса (Quest 2, Quest 3S);
- Блинные линзы — плоские, компактные, с лучшей четкостью (Quest 3);
- Асферические (Aspheric) для уменьшения дисторсии (Pimax Crystal).
Линзы Френеля дешевые, но могут вызывать световые артефакты — «god rays». А вот Pancake линзы в Quest 3 обеспечивают более широкое поле зрения (FOV) до 110 градусов. Линзы Френеля имеют концентрические канавки, обеспечивающие плоскую конструкцию, уменьшают вес и хроматическую аберрацию.
Конструкция Pancake линз базируется на нескольких зеркалах и поляризационных фильтрах, которые изменяют световой путь
Асферические линзы не содержат канавок и имеют специально рассчитанную кривизну, что минимизирует оптические артефакты, такие как искажения или размытие.
Дисплеи — ключ к визуальному качеству в VR. LCD (жидкокристаллические) дешевые, хотя могут похвастаться высоким разрешением, но имеют худший контраст.
OLED (органические светодиоды) предлагают глубокий черный цвет и быструю реакцию, но значительно дороже. Дисплеи Micro-OLED, как в Apple Vision Pro, достигают 4K на глаз, предлагая высокую плотность пикселей, хотя в VR корректнее говорить о количестве пикселей на градус
Золотой серединой по соотношению цена/качество являются LCD дисплеи у Meta Quest 3. Их разрешение составляет 2064×2208 на глаз, а частота обновления — до 120 Гц.
Аппаратное обеспечение
С тех пор как гарнитуры стали автономны и могут обойтись без проводного подключения к компьютерам, не менее важным кроме качества изображения, еще и аппаратная платформа. Она превращает HMD в самодостаточное устройство, которое может почти все: от браузинга, использования APK приложений со смартфона, до создания персонального кинозала и гейминга.
Подробнее рассмотрим платформу на примере виртуальной гарнитуры Meta Quest 3. Почему именно ее? Во-первых, в исследовании IDC по первому 2025 году продукция компании Meta занимает ведущие позиции с долей 50,8%
| компания | Доля рынка за 1 квартал 2025 года | Доля рынка за 1 квартал 2024 года | Рост единиц за 1 квартал 2025/1 квартал 2024 года |
| Meta | 50.8% | 36.2% | 65.9% |
Вторая причина заключается в том, что эта VR-гарнитура является без преувеличения оптимальным выбором для знакомства с технологией, ведь у нее очень развитая экосистема и минимальный порог вхождения. К тому же я крайне не рекомендую начинать знакомство с предыдущих морально устаревших версий и новой MetaQuest 3S, ведь они базируются на Линзах Френеля.
Я пользуюсь Meta Quest 3 уже почти два года и без преувеличения считаю ее самым удачным девайсом за последние десятилетия. Складывается впечатление, что Meta поставляла ее ниже себестоимости, если посчитать сумму всех компонентов.
| Характеристики: | Meta Quest 3 |
| Дисплей | LCD |
| Разрешающая способность | 2064×2208 на глаз 1218 PPI |
| Частота обновления | 90 Гц, 120 Гц |
| Угол обзора | 110° горизонтальный и 96° вертикальный |
| Оптика | Линзы Pancake |
| Регулировка линз | IPD варьируется от 58 мм до 71 мм |
| Процессор | Snapdragon XR2 Gen 2 |
| Смешанная реальность | 2 камеры RGB |
| Аудио | Стереодинамики с пространственным 3D-звуком |
| DRAM | 8 Гб |
| Накопитель | 128-512 Гб |
| Вес, грамм | 515 |
| Отслеживание рук | Гибридные датчики компьютерного зрения и машинного обучения (4 ИК-камеры и 2 камеры RGB) |
| Поддержка ПК | Meta Quest Link |
| Аккумулятор, мА/ч | 8000 |
| Время работы, час | Около двух часов в зависимости от нагрузки |
| Время зарядки | Примерно 2 часа с адаптером питания мощностью 18 Вт |
| WiFi | Wi-Fi 6E |
| Интерфейс зарядки | USB Type-C |
| Цена, грн. | ≈23000 |
Snapdragon XR2 Gen 2 поддерживает полное встроенное аппаратное ускорение для некоторых критически важных задач гарнитуры, разгружая процессор:
- Отслеживание позиции, что значительно уменьшает потребление энергии и задержку;
- Сквозная передача данных через камеру, что уменьшает задержку 50 миллисекунд до 12 миллисекунд;
- Экстраполяция движения.
8К видео для этой платформы вообще не проблема. Иногда даже не верится, что такой компактный девайс может быть настолько технологичным. Хотя в последнее время складывается впечатление, что 8 Гигабайтов оперативной памяти становится «впритык», особенно, если Meta Quest 3 к тому же работает в режиме разработчика.
Проблема укачивания и как с этим бороться
Укачивание (motion sickness) — довольно распространенная проблема в VR. Она возникает из-за конфликта между визуальными сигналами и вестибулярной системой, отвечающей за баланс. В реальности, когда вы двигаетесь, глаза, уши и мышцы синхронизируются. В VR визуально вы «летите» или «едете», но тело неподвижно, что вызывает тошноту, головокружение или головную боль.
Этому может способствовать низкая частота обновления (менее 90 Гц), задержка >20 мс, искусственное движение без реального перемещения и, конечно, особенности пользователя. Из личного опыта могу уверенно сказать, что за первые месяцы мой вестибулярный аппарат прокачался существенно. Да, это не быстрый процесс и не стоит расстраиваться при первом негативном опыте.
Вестибулярный аппарат также тренируется и адаптируется. Со временем я перестал пользоваться телепортацией в играх, а теперь вполне бодро могу сыграть в довольно подвижные игры как минимум час, вроде старого-доброго DOOM 3 (да, он работает автономно на гарнитуре), или легендарный FarCry с VR модом, о котором я писал в прошлый раз. На самом деле ВР гарнитура — настоящая находка, чтобы вдохнуть новую жизнь в старые игры. Но об этом мы поговорим в отдельной статье.
Исследования показывают, что женщины более чувствительны к укачиванию из-за гормональных факторов, а дети — из-за не до конца развившейся вестибулярной системы. В играх с быстрым движением проблема может усугубляться. Но вы никогда не узнаете потенциал своей вестибулярной системы, пока не попробуете ее «прокачать»Как это сделать?
- Начинайте с коротких сессий (10-15 мин), постепенно их увеличивая
- Используйте комфортные режимы: телепортацию вместо плавного движения, статические сцены и статические игры;
- Корректно настройте расстояние между зрачками для четкости;
- Играйте в хорошо вентилируемом помещении;
- Хардкорные ценители даже берут на вооружение таблетки от тошноты;
- Играйте с высоким FPS и низкой латентностью.
Исследования из 2020-х показывают, что тренировки помогают 70% пользователей адаптироваться за неделю. В конце концов, укачивание — не барьер, а вызов, решаемый правильным подходом.
