Virtuální realita je to co by se dalo nazvat neskutečným skutečnem. Je to název, který je sám sobě protikladem. Je to tedy prostředek, který se snaží působit dojmem reality a vlastně realitou není. Má za úkol plnit různé funkce tak, že člověku předkládá takové vjemy, jaké by měl, kdyby se pohyboval ve skutečném prostředí. K tomu využívá zejména tvorbu modelů a scén, manipulaci s nimi, pohyb v trojrozměrném prostoru a zobrazování v reálném čase. Jde tedy hlavně o vjem zraku a sluchu, s jistými obtížemi třeba i hmatu a dalších. Toto inscenování skutečna má ohromnou výhodu v tom, že se můžeme přenést do oblastí, kam bychom se obyčejně neměli vůbec šanci podívat, nebo zacházet s předměty, které ve skutečnosti ještě ani nejsou zhotoveny. Dříve jsme mohli slýchat o virtuální realitě spíše ve vědecko fantastických románech. Posléze, s rostoucími možnostmi technických prostředků, se začala přesouvat i na obrazovky našich počítačů nebo alespoň na větší výpočetní a grafické systémy. Ten, kdo si představoval, že se pomocí virtuální reality přesune úplně do jiného světa, který ho strhne tak, že zapomene, kde vlastně je, a vyzkoušel si ji pak na vlastní kůži na jedné z mnoha výstav, musel být určitě značně rozčarován. Namísto virtuálního světa, který by svou grafickou kvalitou odpovídal tomu reálnému, často viděl pouze jednoduché prostorové obrazce, které měly ke skutečným domům a jiným běžným prvkům okolního světa hodně daleko. Virtuální realita se totiž doufejme, že pouze prozatím, odsunula spíše do výzkumných laboratoří a do center, kde je možné ji plně využít i za cenu zvýšených vynaložených prostředků. Vzhledem k rychlému rozvoji výpočetní techniky a jejímu neustálému cenovému zpřístupňování koncovému uživateli, bychom však mohli očekávat velmi kvalitní zážitky s virtuální realitou již za několik let.

O virtuální realitě (dále jen VR) by se toho dalo napsat velmi mnoho. Omezím se tedy jen na základní obrysy VR na Internetu, jak už jsem uvedl v nadpisu této kapitoly. VR v této podobě v sobě snoubí náročný popis virtuálních světů s nízkými přenosovými rychlostmi Internetových linek. V tomto směru se ustálil hlavně standard formátu VRML, dnes ve verzi VRML 2.0, pro nějž se vžilo označení VRML 97, kterým se budu podrobněji zabývat v následující kapitole.

Aplikací z oblasti VR nazveme takový program, u něhož převládají následující rysy :

• Je nutné, aby VR pracovala v reálném čase, aby mohla reagovat na to co uživatel dělá.
• Pro splnění cílů musí vytvářet co nejlepší iluzi. Umělý svět s objekty má graficky trojrozměrný charakter.
• Uživatel není omezen na prohlížení scény zvenčí, ale vstupuje do ní a prochází jí po rozličných drahách (chodí, létá, teleportuje se)
• Scéna není statická, ale uživatel může s jednotlivými objekty manipulovat.

VR lze rozdělit podle charakteru interakce s uživatelem na pět různých typů.

1. Pohlcující VR (Immpresive VR)
   Tento typ VR je vždy spojen se speciálními technickými zařízeními, jejichž cílem je maximální oproštění uživatele od reality. Toho je dosahováno pomocí speciálního příslušenství, např. helmy se stereoskopickými brýlemi a sluchátky, datového obleku (data suite) se snímači polohy uživatele a výjimkou není ani kabina simulující pohyb, otřesy a náklony , čímž vyvolává u uživatele pocit pádu či odstředivé síly.
   
2. Rozšiřující VR (Augmented VR)
   Tento typ VR kombinuje informace ze skutečné reality s informacemi z VR, a tak umožňuje pohodlně uživateli provádět rozličné činnosti s nemalou úsporou času.
   
3. Promítaná VR (Project VR)
   Jedná se o velmi jednoduchý případ, kdy se obrazy většinou z reálného prostředí promítají, a to v nejjednodušším případě na obrazovku monitoru, nebo v ideálním na všechny stěny místnosti, ve které se uživatel nachází. Pomocí jednoduché funkce zoom vzniká iluze pohybu, ale možnosti animace nebo interakce s uživatelem jsou značně omezené.
   
4. Distribuovaná, víceuživatelská VR (Multi-user distributed VR, MUDVR)
   S rychlým rozvojem výpočetní techniky a jejím zpřístupňováním koncovým uživatelům se postupně stává VR i prostředkem ke komunikaci mezi uživateli. Ve virtuálním světě je možné hrát hry, nebo pořádat významné obchodní schůzky osob, které se v daném okamžiku nachází na rozdílných koncích planety. Právě tento typ VR je velice vhodným nástrojem pro lékařství, kde je možné posuzovat například nádor pacienta pomocí prostorového modelu z dat získaných několika specialisty najednou.
   
5. Jednoduchá VR (VR, Low-end VR)
   Pod tímto názvem se skrývá celá škála rozličných aplikací od počítačových her po simulace pohybu ve vesmíru. Zprostředkovatelem informací se tu pro uživatele stává obrazovka. Pokud je systém doplněn reproduktory, je zde rovněž možnost prostorového zvuku. S rozvojem elektronického obchodování význam tohoto využití VR roste.

V této části bych se rád zmínil o tom, že jakkoliv je pojem VR vzdálen běžnému člověku, je její využití velmi široké. Již dnes nachází stále větší uplatnění v mnoha oborech lidské činnosti a je velmi pravděpodobné že její význam stále poroste.

V oborech, kde plní VR důležitou úlohu, musíme na její systémy pohlížet jinak. Jedná se o tzv. stolní systémy. Zde lze využívat prostorové modely orgánů nebo celého těla. Modely se získávají pomocí počítačové tomografie. Lékaři se tak mohou sejít (fyzické setkání není podmínkou!) u jednoho operačního stolu a naplánovat si závažnou operaci nejprve nanečisto. Naplánovaná operace pak může sloužit jako vodítko při reálné operaci. Je rovněž mnohem vhodnější, pokud se mladí medici učí nejprve na prostorových modelech jednotlivých orgánů, kde případná chyba způsobí maximálně drobnou mrzutost a ukončení programu, nikoli však vážné zdravotní komplikace nebo i smrt pacienta. Mám za to, že zejména pacienti tuto možnost velmi ocení.

Ve sportu záleží nejvíce na tom, kdo je nejlepší, nejrychlejší a nejpřesnější. Sportovci trénují často jen pár pohybů, které musí mít naprosto přesně nacvičeny. Pomocí techniky Motion capture se snímá pohyb na nejdůležitější částech těla tak, aby se přesně zachytil a mohl být reprodukován na virtuální postavě v počítači. Tam se pak odehraje „optimalizace“ pohybu a sportovec se tak může učit od počítače.

Výhoda VR se objevuje už při práci s CAD s prostorovými modely, kde se můžeme více přiblížit vytvářenému modelu, než s běžnými pohledy nárys, bokorys, půdorys. VR umožňuje i práci s hotovými modely. Jak se bude pracovat s nově navrhnutou kuchyňskou linkou? Jak bude vlastně vypadat nová Škodovka uvnitř? Je vůbec prakticky umístěna řadící páka?

VR na jednom konci své působnosti úzce souvisí se simulacemi. Simulace jako samostatný obor je již velmi dobře rozvinuta. Můžeme si nasimulovat, co udělá naše nová Škodovka, pokud čelně nabourá v 80km/h rychlosti. Nasimulované hodnoty se věrně shodují s výsledky testů provedených při skutečném crash testu. Úspora prostředků díky VR je zde jasně vidět.

Američtí piloti, jako jedni z mála, létají na leteckých simulátorech vybavených grafickými systémy pro VR, aby tak trénovali své umění. I zde toto využití představuje velké úspory, i když technika, která je k tomu zapotřebí, je velmi nákladná. Naše armáda by měla podle mého názoru o takovém simulátoru také zauvažovat, vzhledem k nedostatečnému počtu nalétaných hodin našich letců. Následky pak můžeme bohužel pozorovat velmi často v médiích.

Shlédl jsem dokument pojednávající o simulátoru tanku. Na bojišti tu byl možný pohyb i většího počtu posádek, inteligentní simulovací software se postaral o scénu se vším všudy - s počasím, nepřáteli, terénem. Vojáci prožívali simulaci jako skutečnost. Když opustili své simulátory, byli zpocení jako by právě zažili skutečnou bitvu a nadšeně vypravovali o svých zážitcích. VR má zde tedy i další výhody. Nikdo se nemůže zranit, velitelé mohou pozorovat situaci z více míst a inteligentní software může vojákům poskytovat výukové informace.

Realita má hodně co do sebe, ale představte si, že VR vám snadno a věrně ukáže například jak Stonehenge vypadal v jednotlivých historických obdobích a jak bude pravděpodobně vypadat v budoucnosti. Toto lze vidět na stránkách Intelu. Pomocí VR se podařilo zrekonstruovat část historického Berlína zničeného ve válce, Pompeje před zavalením lávou. Takovýchto příkladů by se dalo jmenovat mnoho. Mají jedno společné: vždy nám zprostředkují náhled do historie, jak vypadala památná místa, do nichž už se nikdy nebudeme moci podívat.

Při přípravě studentů je důležité jim demonstrovat co nejvěrněji to, co si mají osvojit. Úloha VR je zde naprosto zřejmá. Pomůcky jsou častou velmi drahé nebo vůbec nedostupné. Při použití VR se předměty jako chemie nebo fyzika mohou stát mnohem zábavnějšími a tím i pro studenty snazšími k učení.

Zde se zejména v poslední době děje velmi mnoho. Chtěli byste raději červené auto, litinová kola, 3 dveře a speciální interiér? Automobilky jdou tímto směrem. Mohou vám posloužit virtuálním modelem vámi požadovaného automobilu. Můžete se i projet. Kupte si obývací stěnu rozložitelnou na díly, ale než ji koupíte si ji raději sestavte ve svém obývacím pokoji. Lze konstruovat i celé trojrozměrné virtuální obchody, samozřejmě hlavně na Internetu. Z VR plynou zcela jasné výhody pro zákazníky, ale i konkurenční výhody pro výrobce a obchodníky. VR poskytuje velké možnosti i při zobrazování ekonomických informací.

Nemohu opomenout nejpopulárnější oblast využíváni VR. Herní průmysl v této době masově proniká do prostorové grafiky. Nevyužívá technických prostředků jako virtuální přilby nebo rukavic, ale zaměřuje se hlavně na prostorovou grafiku a zvuk. Hry vypadají dnes naprosto věrně. Vypadají daleko lépe než VR na stejně výkonných systémech. Je to hlavně tím, že si firmy vyvíjejí neustále nové grafické enginy (část programu, která se stará o 3D zobrazení) a světy ve hrách jsou neustále optimalizovány na výkon i vzezření. Hodně používají náhražek a falešných prvků. To si pravá VR nemůže dovolit, protože by to bylo vidět. Svět VR není tak omezován, jako ten optimalizovaný ve hrách. To přináší i spoustu výhod. Snadnou portabilitu nebo úplnou nezávislost na platformě a velkou strukturovanost prvků.

VR je díky svým specifickým nárokům na výpočty prostorových dat velmi závislá na použitém systému (hardware+software).

VR lze relativně dobře provozovat už na nových počítačích PC řady Pentium II a více. Je k tomu nutné mí výkonný grafický 3D akcelerátor. Lepší je prohlížet VR na grafických stanicích, například od firmy SGI. Mají úplně jinou architekturu než počítače PC a daleko větší propustnost dat a výkonnější grafiku.

Například pro již zmíněnou leteckou simulaci je zapotřebí minimálně třech velmi výkonných systémů, například Onyx2 od SGI. Jeden stroj slouží pro VR, další pro simulaci a třetí je výkonná pracovní stanice pro zobrazování scény. Celý systém je propojen speciální sběrnicí.

Typické pro VR je používání tzv. brýlí, které jsou schopny do každého oka zobrazit obraz scény z trochu jiného úhlu. Tím se simuluje to, že člověk hledí dvěma očima a každým z jiného úhlu. Tím se v mozku zkonstruuje věrný 3D obraz. To, co má být vzadu, vidíme a chápeme skutečně vzadu. Toho lze docílit několika způsoby. První způsob používá tzv. Shutter glasses, které střídavě zatmívají levé a pravé oko v synchronizaci se zobrazením na monitoru. Každý například lichý frame na obrazovce je synchronizován s levým okem a každý sudý s pravým. Při dostatečné opakovací frekvenci vzniká dojem prostorového vidění. Další způsob využívá filtrace barev. Speciální brýle mají levé sklo ze zeleného filtru a pravé z červeného. Na obrazovce se potom tvoří obraz, kde pohled určený pro levé oko je tvořen z odstínů zelené a z odstínů červené pro pravé oko. Body, které jsou společné oběma pohledům jsou mixovány z těchto barev, tudíž do žluta.

Dalším způsobem jsou skutečné virtuální brýle, tzv. head mounted display. Spočívá v tom, že před každé oko je umístěn malý LCD display, který pomocí další optiky přináší různý obraz do obou očí. Všechny tři způsoby se společně snaží zobrazit prostorovou scénu pro každé oko ze správného úhlu. Dalším prostředkem jsou rukavice, tzv. data glove, které mají simulovat hmatové vnímání na prstech ruky. Toto umožňuje například návrhářům z firmy Lego vystavět celé město z jejich populární stavebnice.

Pro nám blízké stolní systémy je k dispozici software od firmy Platinum technologies, což je pobočka firmy SGI. Produkt se jmenuje Cosmoplayer. Tento produkt je asi ze všech nekvalitnější, protože správně dodržuje a zobrazuje standard VRML, je pohodlně navržen a spolupracuje s grafickými rozhraními OpenGL od firmy SGI i s rozhraním Direct3D od firmy Microsoft. Dalším produktem je Viscape od firmy Superscape. Tento produkt umožňuje prohlížet nejen soubory VRML, ale i jimi navržený formát SVR. Tento prohlížeč se v některých případech nechová korektně. Formát SVR nepovažuji z hlediska Internetu za příliš důležitý, protože je vyvíjen pouze firmou Superscape a byl původně navržen pro nesíťové prostředí. Uživatelské prostředí mi přijde o něco horší než u Cosmoplayeru. Další produkt pochází z dílny firmy Interworld. Všechny tyto produkty jsou volně k dispozici jako plug-iny pro internetové prohlížeče Netscape a MS Internet Explorer. Microsoft dodává standardně ke svému prohlížeči Worldview.

Prý nejdostupnějším a nejvhodnějším produktem je, jak jsem se na mnoha stránkách zaměřených na VRML dozvěděl, Cosmoworlds od firmy Platinum technologies. Bohužel tento produkt se mi nepodařilo na Internetu získat, znám pouze jeho podrobnou specifikaci. Jeho nativním formátem je VRML, což představuje značné výhody při editování cizích VR světů. Nemohou vznikat žádné odchylky mezi formátem editoru a formátem VRML. Lze dělat jakékoliv regulérní úpravy do zdrojového textu a Cosmoworlds se s tím umějí vypořádat. Jako editor neposkytuje všechny výhody vyspělých CAD programů. Proto je v některých případech lepší svět nebo jednotlivé objekty navrhnout například ve 3D studiu Max, jak jsem to učinil i v mém případě, nebo v jiném takovém prostředku, který je schopen exportu do VRML. Jednou z možností je použití CAD systému a následný export do formátu dxf a jeho import například do 3D studia Max, či jiného obdobného programu (např. Bryce 4). Při navrhování jednoduchých objektů je možné použít i jednodušších systémů jako je program Canoma, nebo velmi jednoduchý program Dune, který umožňuje poměrně velmi přehledným způsobem editovat VRML 2.0, vyžaduje však jeho poměrně dobrou znalost, neboť všechny úpravy a nastavení se dějí pomocí jednotlivých uzlů jazyka VRML. Rovněž lze na Internetu nalézt mnohé další programy, které slibují korektní práci s VRML, ale mé zkušenosti s nimi nejsou příliš dobré a proto se o nich nebudu rozvádět. Přitom je třeba dávat pozor na to, aby program uměl využívat všech výhod VRML, tzn. neexportovat například kouli jako IndexedFaceSet, ale jako primitivum koule. Při nesprávném exportu narůstá počet plošek potřebných k renderování a nesrozumitelnost prohlížečů VRML. Narůstá i objem zdrojových textů a čas potřebný k natažení souboru. Samozřejmě nejjednodušší možností je psaní vlastního VRML v běžném textovém editoru. Tuto možnost jsem po několika pokusech zavrhl, protože pro můj účel se projevila jako zcela nevhodná, přestože vlastní formát je textový a velmi jednoduchý. Při větším množství souřadnic bodů na objektech je zápis velmi nepřehledný a tomu se u modelu terénu bohužel nelze nijak vyhnout.

Z hlediska využití VR na Internetu se jeví jako nejperspektivnější formát VRML. Každý rok se koná konference, na které jednotliví přispěvovatelé kritizují a navrhují vlastnosti tohoto standardu. Posledním schváleným standardem je VRML 97. VRML se nejprve zaměřovalo na statický pohled scény. Formát VRML 97 přináší mnoho nového. Lze definovat jednotlivé objekty, přiřazovat jim vlastnosti a akce, které mají vykonávat. Tyto akce jsou přiřazovány pomocí příkazu ROUTE k objektu, který akci vyvolává. Existují i speciální neviditelné objekty, například čas, pomocí kterého lze snadno vytvořit třeba nástěnné hodiny. Podobným způsobem lze dosáhnout téměř všeho. VRML 97 umožňuje práci s prostorovým zvukem, definováním jeho středu, směru šíření, intenzity a zeslabování. VRML 97 obsahuje ještě spoustu dalších vylepšení pro popis a interakci se scénou, o kterých se ještě podrobně zmíním. Asi nejnevyřešenější je otázka světel s stínů. To je ale spíše záležitost klientské strany prohlížečů. Realtimeové zobrazování správně vystínované scény je výpočetně velmi náročné. VRML je tvořen pomocí meta jazyka XML. Dalším paralelním formátem je SVR od firmy Superscape.

V dnešní době lze pozorovat přechod od 2D zobrazení ke 3D. Díky vzrůstajícímu výkonu výpočetních systémů, které jsou podmínkou náročných výpočtů 3D grafiky, lze očekávat, že tento trend bude pokračovat a nasazování 3D aplikací bude stále masovější. Jejich využití jsem se snažil demonstrovat výše. Předpokládám nasazování i na strojích nižší cenové kategorie, domácí počítače. Domnívám se, že mnoho aplikací se využití u laických uživatelů vyhýbá kvůli obtížné manipulovatelnosti s prostorovými objekty a s prostorově vyjádřenými daty. Toto by mělo po zavedení virtuálních rukavic a prostorového vidění vymizet. Lidé se začnou běžně orientovat v prostředí na počítači ve 3D jako dnes jsou zvyklí ve 2D. Jde o to, aby rozhraní bylo intuitivnější, pohodlnější, jednodušší než dosavadní ploché rozhraní. V oblasti výkonných systémů předpokládám vyšší hustotu nasazení než doposavad a to hlavně díky nižším pořizovacím nákladům. Nasazení virtuální reality se dostalo do jakési pasti, kdy prostředky byly příliš nákladné na to, aby byly dostupné běžnému uživateli a tím, jak nedošlo k masovému nasazení nemohli výrobci dostatečně vydělat na to, aby se tento obor dále vyvíjel směrem k této kategorii uživatelů. Souběžně s virtuální realitou se vyvíjejí i další obory, jejichž poznatky se zde také uplatňují. Při sestavování obývací stěny vám pomůže zkušený asistent, při procházce po starodávných Pompejích budete potkávat svoje dávné spoluobčany hovořící latinsky. To by však nemuselo být podmínkou k rozhovoru s nimi. Každý přece může mluvit i anglicky. V herním průmyslu se už teď objevuje dobrá i když jednoduchá aplikace umělé inteligence na protihráče. V mnoha případech je těžké je rozeznat od postav ovládaných skutečnými živými kolegy.

Všechno, co jsem v celém předchozím textu popisoval uvádí dobré využití VR v praxi s tím, že jeho rozmach bude značně stoupat. Tato věc může mít ale i své stinné stránky. Již dnes jsou lidé, kteří tráví před počítači příliš mnoho času a zabývají se problémy, které jsou daleko od skutečného světa. Obávám se, že další automatizace záležitostí, které člověk dělá v interakci se skutečným světem a přenesením je tak pod vliv počítačů a jejich virtuálního světa povede ještě ke většímu zvirtuálnění života. Jisté je, že je lepší zajistit hromadný příkaz k úhradě přes síť ze svého křesla než stát hodinu frontu v bance, je lepší vybrat si zboží z domova i s možností si ho osahat než se trmácet po obchodech.