Шлемы для пилотов истребителя, игр и полётов на квадриках - в чём разница?


Об истории развития видео-шлемов и где эти шлемы используются.

Есть одна интересная вещь, которая объединяет пилотов маленьких дронов и пилотов военных истребителей, а также просто любителей поиграть в игры.

Это видеошлем, устройство, которое изначально разрабатывалась для развлечения но впоследствии очень понравилось военным. 

Или все было не так?

Всем знакомы 4D и 5D кинотеатры, в которых показывают не только 3D-картинку, но еще имитирует движение,
встречный ветер, и другие условия. 

Так вот первый подобный мобильный кинотеатр, созданный в 1957 году Мортоном Хейлигомом и стал прототипом современных шлемов.

Устройство называлась «Сенсорама»  и было рассчитано на одного человека. 

Сенсорама - прародитель шлемов

С первого взгляда оно кажется огромным, но на это есть причины - короткометражные фильмы, которые
воспроизводила «Сенсорама», были записаны на пленку и хранились в отдельных модулях, которых в установке могло быть сразу несколько и по желанию зрителя фильм можно было выбирать на лету. 

На пленку записывалось два изображения, которые разделялись оптической системой и выводились отдельно для каждого глаза пользователя, при этом последняя пара линз, находящаяся перед глазами, была подвижной и с помощью ручек позволяла подстраивать межзрачковое и фокусное расстояние под каждого зрителя тдельно. 

Остальное место в установке отводилось для стерео аудио системы и механизмов подачи воздуха и запахов. 
О том, с какой силой необходимо подавать воздух на лицо пользователя и какой запах включать в данный момент, система узнавала из закодированной аудиодорожки.

Устройство Сенсорамы

Последним же дополнением было подвижное кресло, которое позволяло с помощью вибрации воздействовать на зрителя и больше погружать его в тот мир, который показывала «Сенсорама».
В патенте описана не только конструкция, но и цель создания устройства — обучение людей и помощь в приобретении нового опыта без риска для жизни, то есть «Сенсорама» это в первую очередь тренажер, а потом уже аттракцион. 

Еще на этапе чертежей Хелиг обращался за поддержкой в Голливуд, но изобретение встретили холодно и устройство было построено в единственном экземпляре, однако в том же году Хелиг  запатентовал еще один компактный аппарат, построенный на электронно-лучевых трубках. 

Он уже больше похож на современные шлемы и в нем очень интересно устроена оптическая система. 

Хейлиг предлагал использовать линзы, которые бы сильно искажали плоскую картинку с ЭЛ- трубок и тем самым задействовали бы периферическое зрение человека, а угол обзора в шлеме составлял бы 140 градусов и по вертикали и по горизонтали.

К сожалению этот аппарат так и не был построен, виртуальная реальность была слишком сложной и дорогой для гражданского применения, а вот военным подобная техника была по нраву.

Компания «Philco» в 1961 году сделала шлем, который отображал картинку с помощью компактной ЭЛ-трубки на один глаз и на нем же была установлено магнитная система, отслеживающая положение головы. 

Шлем от Philco

Он позиционировался как средство для удаленного присутствия в опасных зонах и фактически этот дисплей был прародителям устройств дополненной реальности. 

Но как и устройство Хейлига, он так и остался прототипом...

Зато в 1962 году американская компания Hughes Aircraft Company, которая выполняла оборонные заказы, показала свой прототип нашлемного дисплея, который выдавал видеосигнал на прозрачную пластинку визора.  

Поскольку Hughes Aircraft Company  делала самолеты и электронику для них, не сложно догадаться, что устройство предназначалось для пилотов и должно было заменить часть обычных приборов, которых в кабине самолета было немало.

Выводить информацию на шлем пилота оказалась удачной идеей и уже на следующий год в  Helicopter Company экспериментировали с камерами на подвесе, которык управлялись движением шлема, а дисплей давал пилоту  увеличенный обзор земли, снятой инфракрасной камерой под вертолетом.

Устройство предназначалось для пилотов и должно было заменить часть обычных приборов

Но даже с такими функциями до полноценной дополненной реальности эти шлемы еще не дотягивали, потому что объекты, которые они отображали, не были связаны с реальным миром. 

Но все изменилось с появлением систем прицеливания с помощью шлема.

В 1968 году Айвен Сазерленд  из Университета Юты разрабатывал устройство, которое прозвали «Дамоклов меч». 

В нем использовались две электронно-лучевые трубки и оптические элементы для отображения созданных компьютером изображений в глаза оператора. 

Дамоклов меч

С их помощью пользователь мог видеть трехмерное изображение, которое было наложено на реальные объекты, но габариты шлема были отнюдь не компактные, а картинка, которую генерировал компьютер, было просто каркасным кубом, который менял свое положение в зависимости от положения головы пользователя. 

В те дни ни один компьютер не был достаточно мощным, чтобы выполнять эту работу, поэтому команде Сазерленда пришлось самостоятельно создавать специальное оборудование и вплоть до начала восьмидесятых устройства с дополненной реальностью так и оставались экспериментальными. 

McDonnell Douglas AH-64 Apache

В 1985 году на свет появился McDonnell Douglas AH-64 Apache  с первым серийным монокулярным шлемом дополненной реальности. 

Он отображал видеосигнал на правом глазу и обеспечивал поддержку изображений ночного видения, символов дневных и ночных навигационных приборов, информацию о вооружении. 
Но главное, что второй пилот вертолета — он же стрелок - мог управлять пулеметом с помощью поворотов головы. Система поиска целей также перемещалась вслед за шлемом второго пилота. 

Серийный монокулярный шлем дополненной реальности

Для того, чтобы это стало возможным, на шлемах закреплены инфракрасные передатчики а в кабине установлена оптическая система, которая отслеживает перемещение и повороты шлема.

А вот уже в таком виде шлем очень похож на конструкции, который используется для VR-игр. 

По крайней мере системы отслеживания положения шлема и контроллеров используют такие же принципы и те же самые базовые станции.

Даже сейчас, с появлением мемс-гироскопов и акселерометров, которые можно без проблем встроить в шлем, для точного измерения положения объекта в пространстве требуется использовать дополнительные корректирующие системы, например оптические с инфракрасными датчиками ИК-камерами или массив  обычных камер с невысоким разрешением, которые работают как сенсор обычной мышки: привязываются к изображению, которое видят и отслеживают изменения в кадре.

Забавно, что в игровой индустрии VR-устройства стали появляться ещё в 80-х, например компания Atari основала отдел VR еще в 1982 году, а компания Sega сделала очки 3D, которые использовались совместно с обычными ЭЛТ-телевизорами и имитировали 3D изображения еще в 1987 году.

3D очки от Sega

Но до полного погружения с качественным изображением в VR мы дошли только в настоящее время.

При этом шлем и становится все легче и сложнее.

В современном виде VR-шлем может не просто показывать картинку и следить за головой но и попутно отслеживать движение кистей рук и пальцев. 

По крайней мере такое можно провернуть, если на шлеме есть дополнительные камеры или с помощью контроллеров.


А вот шлем и очки для полетов от первого лица стоят как-то особняком, по умолчанию в них нет никаких систем, которые следят за положением головы. 

Почему шлем так выглядит? Из-за линзы!

Их, конечно, можно добавить и некоторые пилоты радиоуправляемых самолетов этим пользуются, но у этих очков есть другие проблемы.

Так сложилось, что на модели ставят только одну камеру и потому первые FPV-шлемы выглядели вот так:

Большая линза перед экраном

просто один большой экран с линзой перед глазами

Подобная конструкция требует приличного расстояния от дисплея до линзы для того, чтобы не пришлось сводить взгляд в одну точку возле своего носа. 

У этих шлемов большой угол обзора и они создают ощущение просмотра видео в кинотеатре, однако имеют большие габариты и массу, что может быть не очень удобно. 

У FPV-очков такой проблемы нет, для каждого глаза используется отдельный дисплей с линзой, которые можно регулировать и в большинстве случаев очки маленькие и компактные. 

Но в шлемах и в очках для полетов не стоит ждать качественной Full Hd картинки, самая главная проблема любых FPV-систем  - задержка при передаче сигнала.

Чем быстрее вы будете получать сигнал с камеры и видеть его в шлеме, тем на больших скоростях вы сможете  летать и тем меньше будет проблем с реакцией на препятствие, потому в мире FPV до сих пор царствует передача видео в аналоговом формате и с не самым высоким разрешением.

Качество плохое, зато задержек НЕТ

Камера выдает сигнал с матрицы в телевизионном формате PAL или NTSC, этот сигнал без какой-либо обработки попадает в передатчик. А на стороне шлема работает приемник, который также без обработки выдает видео на дисплей. 

В таком случае задержки получаются минимальными и такой сигнал даже при малой мощности передатчика можно передать на большие расстояния, естественно, с помехами. 
А вот для передачи качественного видео хотя бы в 720p требуется быстрый цифровой канал и сложная электроника, которая на фоне аналоговых систем стоит достаточно дорого, потому каким бы высоким разрешением не обладал шлем, качество картинки будет упираться в систему передачи видеосигнала.

За 60 лет принципы работы видео шлемов не особо изменились, улучшаются только качество как самого изображения, так и система отслеживающая движения, а вот что действительно может стать прорывом  - это появление доступной обратной связи. 

Подобные системы есть и сейчас но они очень примитивны и стоят как крыло самолета, а потому нам остается только ждать — когда техника достигнет нужного уровня.
 

Теги к статье

Интересное

Поделиться статьёй и ссылки

Комментарии

 

    Вы должны авторизоваться, чтобы оставлять комментарии.

    Для авторизации - кликните ЗДЕСЬ

    Винни-Пух поёт на разных языках

    Песенка Винни-Пуха на аварском, осетинском, даргинском, кумыкском, лакском, лезгинском, татарском, английском, немецком, русском языках.

    Когда-то он промахнётся?

    Даже если Вы не увлекаетесь стрельбой из лука - всё равно посмотрите ЧТО МОЖНО делать с луком и стрелами.

    Как есть хинкали?

    «Пей, пей этот сок, вот так вот...Хинкальный сок - самый лучший в мире!»

    Притяжения больше нет?

    Конечно же, оно никуда не делось! Но есть попытка объяснения всего другими законами, что ОЧЕНЬ СИЛЬНО смахивает на теорию плоскоземельщиков.

    Остров сокровищ

    Неожиданно получился настоящий шедевр, который сегодня называют феноменом, ведь современные дети смотрят его точно с таким же интересом, как и их мамы и папы тридцать лет назад.

    Похожие статьи