バーチャルリアリティヘッドセット

仮想現実ヘッドセットは、装着者に仮想現実を提供するヘッドマウントデバイスです。バーチャルリアリティ（VR）ヘッドセットはビデオゲームで広く使用されていますが、シミュレーターやトレーナーなどの他のアプリケーションでも使用されています。それらは、立体視ヘッドマウントディスプレイ（各眼に別々の画像を提供）、ステレオサウンド、およびヘッドモーショントラッキングセンサー（ジャイロスコープ、加速度計、磁力計、構造化照明システムなどを含む）で構成されます。一部のVRヘッドセットには、視線追跡センサーとゲームコントローラーもあります。

歴史

1991年に発表され、1993年初めにWinter CESで見られたSega VRはリリースされませんでした。初期のVRヘッドセットであるForte VFX1が1994年にCESで発表されました。VFX-1には立体ディスプレイ、3軸ヘッドトラッキング、ステレオヘッドフォンがあります。別の先駆者であるソニーは、オプションの位置センサー。装着者が周囲を見ることができ、頭が動くと遠近感が動き、深い没入感を与えます。これらのVRヘッドセットは、 MechWarrior 2プレイヤーに、航空機のコックピット内から戦場を見るという新しい視覚的視点を与えました 。しかし、これらの初期のヘッドセットは技術が限られているために商業的に失敗し、John Carmackによって「トイレットペーパーのチューブを覗く」ように説明されました。

2012年、Oculus Riftとして知られるVRヘッドセットのクラウドファンディングキャンペーンが始まりました。このプロジェクトは、後に会社のCTOになったCarmackを含む複数の著名なビデオゲーム開発者によって主導されました。 2014年3月、プロジェクトの親会社であるOculus VRはFacebookに20億ドルで買収されました。 Oculus Riftの最終的な消費者向けリリースは、2016年3月28日に出荷を開始しました。

2014年3月、ソニーはPlayStation 4用のプロトタイプヘッドセットをデモしました。 2014年、Valve Corporationはヘッドセットのプロトタイプをいくつかデモンストレーションしました。これにより、HTCとパートナーシップを結び、ユーザーが自然にナビゲートしてやり取りできる「ルームスケール」VR環境に焦点を当てたViveを作成しました。 Viveは2016年4月に、PlayStation VRは2016年10月にリリースされました。

バーチャルリアリティヘッドセットとビューアーもスマートフォン用に設計されています。ディスプレイが組み込まれたヘッドセットとは異なり、これらのユニットは基本的にスマートフォンを挿入できるエンクロージャーです。 VRコンテンツは、専用の内部ディスプレイを使用するのではなく、ステレオスコープとして機能するレンズを通して、デバイス自体の画面から表示されます。 Googleは、Google Cardboardと呼ばれるバーチャルリアリティビューアー向けの一連の仕様と関連するDIYキットをリリースしました。これらのビューアは、段ボールなどの低コストの素材を使用して構築することができます（そのため命名されています）。 Samsung ElectronicsはOculus VRと提携してSamsung Gear VR（最近のSamsung Galaxyデバイスとのみ互換性があります）を共同開発し、LG ElectronicsはLG 360 VRとして知られるLG G5スマートフォン専用ディスプレイ付きのヘッドセットを開発しました。 XionやKolkeなどのアジアのハードウェアメーカーは、安価な仮想現実ヘッドセットを開発しました。 2017年、中国の会社Tencentは、その年に仮想現実ヘッドセットを発売する準備をしていると発表しました。

超広視野のセットは、2019年に利用可能になります。

制約

レイテンシー要件

バーチャルリアリティヘッドセットは、通常のビデオゲームよりもレイテンシー（入力の変化から視覚効果を得るまでにかかる時間）の要件が非常に高くなっています。システムが遅すぎて頭の動きに反応できない場合、ユーザーは一種の乗り物酔いである仮想現実酔いを経験する可能性があります。バルブエンジニアによると、理想的なレイテンシは7〜15ミリ秒です。この遅延の主な要素はディスプレイのリフレッシュレートであり、これにより、90 Hz（Oculus RiftおよびHTC Vive）から120 Hz（PlayStation VR）のリフレッシュレートのディスプレイの採用が促進されました。

グラフィック処理ユニット（GPU）も、必要な量のフレームをレンダリングするのに十分強力である必要があります。 Oculusは、Xbox OneとPlayStation 4の限られた処理能力を、最初のデバイスでPCゲーム市場をターゲットにしている理由として挙げました。

中心窩レンダリングは、レンダリングの作業負荷を軽減する新しい手法です。アイトラッキングハードウェアを使用して、ユーザーが見ているポイントを判断し、ユーザーの視線から遠く離れたレンダリング解像度を下げます。人間の周辺視力は中心窩よりもはるかに感度が低いため、これはユーザーには気付かない可能性があります。

解像度と表示品質

個々の人がどのように画質を見るか、そして仮想世界をどのように体験するかに影響を与えるさまざまな光学系と視覚特性があります。画像は、ディスプレイの解像度、光学品質、リフレッシュレート、および視野により明確に表示されます。

バーチャルリアリティヘッドセットは、広い視野（メーカーによっては一部のデバイスで最大110°）にわたって単一のディスプレイを拡大するため、拡大率により、ディスプレイテクノロジーの欠陥がより明確になります。 1つの問題は、いわゆるスクリーンドア効果です。この効果では、ピクセルの行と列の間のギャップが見えるようになります。これは、スクリーンドアを通して見るようなものです。これは、初期のプロトタイプと開発キットで特に顕著でした。これらのキットは、小売バージョンよりも解像度が低かったです。

レンズ

ヘッドセットのレンズは、クローズアップディスプレイを広い視野にマッピングすると同時に、より快適な遠くの焦点を提供します。これに関する1つの課題は、焦点の一貫性を提供することです。目はヘッドセット内で自由に向きを変えることができるため、目の疲れを防ぐために再焦点を合わせる必要はありません。

フレネルレンズは、コンパクトで軽量な構造であるため、バーチャルリアリティヘッドセットでよく使用されます。レンズは他のレンズのようにレンズに複数の素材を使用しませんが、レンズはセクションに分割され、個人がより広い範囲を見ることができます。レンズで見られる問題は、ヘッドセットが頭に正しく位置合わせされていないときにレンズの隆起が見えることです。

レンズは、通常、ソフトウェアで補正される歪みと色収差をもたらします。レンズは、ユーザーの眼鏡の処方箋に合わせて動的に調整することもできるため、ユーザーは矯正眼鏡なしでヘッドセットを使用できます。

コントローラー

バーチャルリアリティは任天堂のWiiゲームコンソールで使用され、プレイヤーがコントローラーを使用して自分の選んだゲーム（多くの場合スポーツゲーム）とやり取りするようにしました。任天堂のWiiのリリース後まもなく、MicrosoftのXboxはKinectと呼ばれる全身読書システムを受け取り、SonyのPlayStationはPlayStation Moveという名前の同様の仮想現実デバイスを入手しました。これらのゲームデバイスは、仮想現実を使用してゲーム内のアバターを制御し、プレーヤーの動きがアバターによってコピーされ、ゲームを完了します。これは、プレーヤーが仮想現実の世界に本当に関与していないことを意味します。

さまざまな分野での使用

医療研修

現在、バーチャルリアリティヘッドセットは、医学生を手術のために訓練する手段として使用されています。仮想の制御された環境で重要な手順を実行できます。学生は仮想の患者に対して手術を行うため、実際の患者に対して手術を行うために必要なスキルを習得できます。また、学生はリード外科医の観点から手術を再検討することができます。

従来、学生は手術に参加する必要があり、多くの場合、重要な部分を見逃していました。現在、VRヘッドセットを使用することで、学生は主要な外科医の視点から外科手術を見ることができます。学生は、手術を一時停止、巻き戻し、早送りすることもできます。また、リスクのない環境でのリアルタイムシミュレーションでテクニックを完成させることもできます。

軍事演習

バーチャルリアリティヘッドセットは、米国軍によって使用されています。これは、軍関係者を危険にさらすことなく訓練するための特に便利なツールです。

バーチャルリアリティヘッドセットにより、軍人はバーチャルリアリティの人々とやり取りして、リアルに感じることができます。彼らは互いに話し、さまざまなアクションを実行して、仮想現実の世界が実際にそのような状況にあるように感じさせることができます。また、軍人がヘッドセットを使用する場合の欠点と利点もあります。短所は、ヘッドセットが屋内環境向けに作られており、涼しい環境で、暑さから離れているため、軍関係者がヘッドセットを装着しているだけで軍事機器がない場合、基本的なトレーニングとは異なります。利点は、状況を複数回繰り返すことで構成されており、ヘッドセットを所有するコストは、軍事機器が不要なために少なくなります。