Navzdory neuvěřitelnému pokroku v IT zobrazování a interakce s uživatelem stagnuje. Desetiletí se omezovala na klávesnici a myš, nedávno přibyly dotykové obrazovky. Virtuální a rozšířená realita, a především hologramy určitě nejen rozvlní, ale doslova rozbouří stojaté vody v oblasti uživatelských rozhraní aplikací. Budete moci připnout svůj digitální obsah, jako jsou aplikace, informace, a dokonce i trojrozměrná videa do fyzického prostoru a pracovat s nimi stejným způsobem jako s ostatními objekty reálného světa.

Uzavřené versus otevřené
Konstruktéři inteligentních 3D brýlí se zaměřili na tři základní typy, které se rozlišují podle toho, zda přes brýle vidíte i reálný svět a zda s ním brýle dokáží interagovat. Princip uzavřených brýlí, schopných zobrazit trojrozměrný prostor, je podobný jako u kdysi velmi populárního stereoskopu, který zobrazoval pro každé oko odpovídající obraz. Podle možností procesoru a zobrazovací jednotky zobrazují více nebo méně věrnou virtuální realitu, s cílem vtáhnout vás do centra děje, přímo mezi postavy a artefakty do hry nebo filmu. Při používání takových brýlí musíte být v bezpečném prostoru, například doma na gauči, neboť vás izolují od reálného světa, protože i takový jednoduchý úkon, jako třeba během hry vstát ze židle a jít si vzít z kávovaru kávu, vás potenciálně ohrožuje několika druhy úrazů. Nejlepšího komfortu při rozhlížení se po okolí dosáhnete, pokud si sednete na otočnou židli tak, abyste kolem sebe měli dostatek bezpečného prostoru.

Na analogii stereoskopu vysvětlíme rozdíl mezi 3D zobrazením a virtuální realitou. Pokud při pohledu přes stereoskop začnete otáčet hlavou nebo celým tělem, případně hlavu naklánět, stále vidíte stejnou scénu. Ve virtuální realitě máte dojem, že jste uprostřed scény, například uvnitř bazénu se žraloky, ve výběhu tygrů, uprostřed divadelního jeviště nebo přírodní scenérie, v historické budově a podobně, přesně jako v reálném prostředí. Výhodou virtuální reality je nejen bezpečí – v reálném výběhu tygrů byste je zřejmě dlouho pozorovat nemohli a dříve či později by se o vás začali zajímat, ale můžete se nacházet i na místech, kam byste se reálně nedostali, například dovnitř lidského těla, do jaderného reaktoru a podobně. Aplikace mohou v případě potřeby snímat okolí pomocí kamery, tato technologie se nazývá Pass-Through, takže můžete vnímat i okolní svět. Stále to však není rozšířená realita, kde jsou virtuální objekty umisťovány ve vztahu k objektům reálného světa, nebo alespoň tagem, tedy nálepkami s grafickými kódy, kterými musí být v některých aplikacích rozšířené reality být označeny reálné předměty, aby je aplikace dokázala rozpoznat.

Nejpopulárnějším představitelem brýlí s poloprůhledným displejem jsou Google Glass. Brýle vám v zorném poli promítají obraz, přičemž okolní svět mimo obraz vnímáte bez omezení a díky tomu, že i displej je průhledný, vidíte také objekty reálného světa i za promítaným displejem. S tímto typem brýlí můžete klidně chodit po ulici.

Do třetí skupiny patří brýle s rozšířenou realitou, které mapují virtuální objekty na předměty reálného světa. Některé brýle zobrazují hologramy. Hologram je objekt, který vnímáme stejně jako jakýkoli jiný předmět v reálném světě, jen s tím rozdílem, že se nejedná o hmotný objekt, ale objekt vygenerovaný výhradně pomocí světla. Na holografické objekty se dá dívat z různých úhlů a vzdáleností, stejně jako na předměty v reálném světě. Pro hologramy neplatí zákony mechaniky, při dotyku, nebo přesouvání nepociťujete žádnou fyzickou reakci. Hologramy mohou být dvourozměrné, jako například kus papíru nebo televizní obrazovka umístěná v reálném světě, nebo trojrozměrné, simulující fyzické objekty v reálném světě. Hologramy generované brýlemi, například Microsoft HoloLens, budou vypadat jako reálné objekty. Mohou se pohybovat, případně měnit tvar nebo jiné vlastnosti v závislosti na interakci s uživateli nebo fyzickým prostředím, ve kterém jsou viditelné.

V našem přehledu představíme nejzajímavější produkty, které jsou, případně byly dostupné ať už volně v prodeji, nebo pro vybraný okruh zájemců, nejčastěji vývojářů.

Google Glass
Pravděpodobně nejzajímavějším zařízením využívajícím platformu Android stále jsou brýle Google Glass, které byly vnímány jako projekt s velkým potenciálem. Nyní, po několika letech vývoje, se ale Google rozhodl změnit strategii a prodej zařízení zcela zastavit. Pravděpodobně proto, aby ustoupily nové generaci brýlí. Díky Google Glass, jejichž vývojářská verze se za 1500 dolarů prodávala ve více zemích, získávaly v Googlu cennou zpětnou vazbu, kterou mohou uplatnit při dalším vývoji. Problémem byla především slabá výdrž baterie a trochu nekonzistentní zážitek z používání.

Brýle Google Glass

Brýle Google Glass jsou vybaveny procesorem, fotoaparátem a různými čidly, se kterými se setkáváme i u dnešních chytrých telefonů. Disponují základním uživatelským rozhraním, které je jednoduché a dá se intuitivně ovládat pomocí hlasu nebo dotykové plochy na rámu brýlí. Zařízení je umístěno na brýlovém rámu nad zorným polem uživatele.

Princip fungování Google Glass

S brýlemi se dodává i speciální sluchátko s připojením na port micro USB. V běžném provozu sluchátko nepotřebujete, protože zvuk se dostává do ucha přes lebeční kost. Brýle mají nad pravým okem maličký displej a k dispozici je také připojení na internet přes Wi-Fi. První dojem je zajímavý, vizuálně se zdá, jako by displej byl ve větší vzdálenosti, než ve skutečnosti je. Baterie Google Glass při šikovném používání vydrží na velkou část dne. V předvoleném případě se vypnou, pokud si je dáte z hlavy dolů, a zapnou se, pokud se přes ně podíváte pod úhlem asi 30° nahoru. K ovládání se využívá hlasový povel „OK Glass“, následovaný možnostmi z menu, nebo dotyková plocha. Google Glass lze spárovat se smartphonem, tabletem s Androidem, ale i notebookem s Windows.

Samsung Gear VR
Při vývoji Gear VR Samsung úzce spolupracoval se společností Oculus, která má s vývojem brýlí pro virtuální realitu bohaté zkušenosti. Zprostředkování prostorového zážitku je v tomto případě rozděleno mezi telefon (Samsung Galaxy S6 a S6 edge), který se vloží do micro USB konektoru a mechanicky upevní pomocí západky v přední části brýlí, a samotné brýle. Abychom to upřesnili, telefon poskytuje displej, výpočetní výkon, napájení, připojení na internet a některé senzory. V brýlích je kromě dvou identických optických soustav pro každé oko integrovaná další elektronika, jejímž úkolem je zpracovávat data ze senzorů v brýlích a ovládacích prvcích. Při zobrazování virtuální reality se displej telefonu umístěného v brýlích naležato rozdělí horizontálně na dvě poloviny, přičemž každá z nich zobrazuje obraz určený pro příslušné oko. Nad těmito částmi obrazu jsou umístěny čočky brýlí.

Samsung Gear VR

Na interakci s virtuálním světem kolem vás můžete využívat pohyb hlavy v kombinaci s dotykovou ploškou na pravé straně rámu brýlí. Nad touto ploškou je umístěno podlouhlé tlačítko s významem „zpět“. Některé objekty můžete ovládat i pohledem. Místo, kam právě směřuje váš pohled, je označeno kurzorem, zpravidla ve tvaru kroužku či křížku. Některé aplikace využívají na výběr objektu, na který směřuje váš pohled, ťuknutí na dotekovou plošku, ty sofistikovanější při delším pohledu na daný objekt ho začnou postupně vybarvovat, buď formou výsečového grafu, nebo se začne zvyšovat intenzita barevného odstínu objektu. Pokud neuhnete pohledem jinam, po několika sekundách bude objekt označen jako vybraný. Některé hry se lépe hrají pomocí ovladače připojeného k telefonu přes Bluetooth, jiné takový ovladač přímo vyžadují.

Při pozorování virtuálních scén vám asi nejvíce bude vadit výrazná pixelová struktura obrazu. Pixelovitost obrazu je podobná, jako kdybyste se ze tří metrů dívali na obrazovku složenou ze svítících diod s průměrem 5,5 mm. Každá nevýhoda však může být v určitém smyslu výhodou. Pixelová struktura obrazu je možná dobrou pojistkou k odlišení virtuálních scén od reality. Úplné vtažení do děje hry je sice hezké, ale pokud se náhle metr od vás objeví žralok s tlamou dokořán a scéna by byla k nerozeznání od reality, mohlo by to slabším povahám způsobit vážný šok.

Brýle Microsoft HoloLens
Holografické brýle HoloLens zobrazují na průhledných displejích objekty tak, aby byly včleněny do obrazu, který přímo vidíme. Brýle obsahují kompletní potřebnou elektroniku i napájecí akumulátor. Kromě CPU a grafického procesoru disponují brýle HoloLens i speciálním holografickým procesorem HPU (Holographic Processing Unit), který rozpoznává objekty reálného světa i vaše aktivity a dokáže zpracovat terabyty dat ze senzorů v reálném čase. Vývojářská verze HoloLens bude dostupná v prvním čtvrtletí 2016 za 3000 USD.

Holografické brýle HoloLens

Na rozdíl od klasických brýlí zobrazujících dvourozměrný obraz ve fixní vzdálenosti v prostoru, typickým příkladem jsou Google Glass, brýle HoloLens generují trojrozměrné obrazy, které mohou ukotvit na reálné objekty v prostoru. Praktickým důsledkem je, že pokud se díváte na Google Glass video, můžete během chůze v místnosti vrazit do překážky nebo do zdi. Naproti tomu rozšířená realita v HoloLens funguje tak, že obraz je ukotven v trojrozměrném prostoru na objekt, například na stěnu. Při pohybu se obrazovka zvětšuje, nebo zmenšuje, podle toho, zda se ke zdi přibližujete, nebo se od ní vzdalujete.

Rozšířená realita je doplněním zobrazení reality o uměle doplněné informace. V praxi se jedná o kombinaci obrazu reálného světa, do kterého se v reálném čase vkládají počítačem generované grafické objekty. Virtuální realita se snaží uživatele zcela ponořit do počítačem vygenerovaného prostředí, aby se jeho mysl s touto realitou co nejvíce ztotožnila. Uživatel má k dispozici zobrazovací zařízení na principu poloprůhledných brýlí, přes které vidí nejen reálný svět, ale i počítačem vygenerované včleněné objekty. Proto je nutné, aby pohyby a posuny objektů uskutečněné uživatelem v reálném světě korespondovaly se změnami ve virtuálně generovaném obraze. Jednodušší systémy využívají speciální značky nazývané artagy, rozmístěné do reálného prostoru například ve formě nálepek. V procesu zpracování se artagy kamerou nasnímají, rozpoznají a nahradí virtuálními objekty. Brýle HoloLens tyto značky nevyužívají. To vyžaduje velký výpočetní výkon.

Testování HoloLens
Na konferenci Build Microsoft umožnil vybraným novinářům brýle otestovat formou dvouhodinového laboratorního cvičení, na kterém vytvářeli aplikaci v tandemu návrhového prostředí herního enginu Unity a vývojového prostředí Visual Studio 2015.

Zobrazení hologramu. V prvním kroku se zobrazila holografická scéna, zatím statická. Jelikož jsme neměli čas laborovat, jak vyfotit obraz generovaný brýlemi, pokusíme se scénu popsat. Na podložce ve tvaru linkovaného poznámkového bloku o rozměrech přibližně 120 x 80 cm byly naaranžované barevné kostky a na nich šikmo umístěné origami letadla z tenkého žlutého materiálu. Nad letadélkem byla v prostoru volně zavěšená koule o průměru zhruba 15 cm. Letadélka fungovala jako nakloněná rovina, po které se koule skutálely. Překvapily nás nejen jasné barvy a šikmé hrany bez jakéhokoliv náznaku pixelizace, ale hlavně stabilní ukotvení hologramu v prostoru. Mohli jsme naklánět hlavu, či dokonce poskakovat, hologram byl stabilně umístěn v prostoru. Perfektně fungovala i perspektiva. Když jsme se od hologramu vzdalovali, zmenšoval se.

V další fázi příkladu bylo třeba zobrazit kurzor a přemísťovat jej otáčením hlavy. Kurzor měl tvar plochého červeného anuloidu, tedy nízkého dutého válečku o průměru asi 5 cm a výšce 2 cm. Námětem příkladu bylo, že když se pohledem na kteroukoli kouli zacílil kurzor a člověk s brýlemi udělal jednoduché gesto – spojením roztaženého palce a ukazováčku do špičky, koule získala fyzikální vlastnosti, v našem případě gravitaci. Spadla na šikmo umístěné letadélko, skutálela se po něm na podložku a následně z ní spadla a zmizela. Při přemisťování kurzoru jsme si všimli, že se přilepoval k objektům v prostoru, jako kdyby se jednalo o kroužek z magnetické plastelíny.

Následovalo doplnění aplikace o hlasové příkazy. Fyzikální vlastnosti koule se měnily ne gestem, ale povelem. Prezentované scéně k naprosté reálnosti chyběl zvuk. Když plastová koule dopadne na podložku, případně se po ní kutálí, vydává přece zvuky. A to byl námět další etapy příkladu. V ní jsme ocenili nejen kvalitu, ale i prostorovost zvuku. Když jsme holografickou scénu obešli kolem dokola, zvuk padající koule přicházel vždy ze správného směru.

Dosud se koule skotoulely z podložky a zmizely, jako kdyby hladce propadly podlahou. To se příčilo zkušenosti s reálnými předměty. Proto bylo cílem následující etapy příkladu dosáhnout efektu, aby se koule, která se skutálí z virtuální podložky, zastavila na podlaze, přesně tak, jako kdyby nám ze stolu spadl tenisový míček. Pro tento a mnohé podobné účely dokážou holografické brýle zmapovat prostor kolem sebe. Po shození koule se tato skutálela z virtuální podložky, dopadla na podlahu, kde se ještě chvíli kutálela a zastavila. Přesně jako v reálném světě.

Poslední etapou příkladu byla změna reakce na dotyk koule s podložkou umístěnou na podlaze. Předpokládali jsme, že se na celou podlahu promítne scéna virtuálního holografického světa. Výsledek však totálně překonal všechna naše očekávání. V podlaze se vytvořila díra do podzemního světa nepravidelného tvaru o rozměrech přibližně 70 x 70 cm. Díra se chovala jako skutečné okno. Když jsme se dívali šikmo, viděli jsme trojrozměrný podzemní svět o rozměrech přibližně 50 x 50 metrů a v něm budovy, pole, cesty i řeku. Nad budovami dokonce v prostoru létala červená origami letadélka. Textury byly sice poměrně jednoduché, bez detailů, ale i tak to byl neočekávaný pohled.

Scénáře využití
Grafický designér si bude moci v prostoru zobrazit navrhovaný objekt. Při videokomunikaci přes Skype budete mít obraz partnera zobrazený v prostoru. Množství scénářů typu „na dálku“ závisí jen na fantazii zúčastněných. Virtuální instalatér nebo jiný řemeslník zhlédne brýlemi pořízenou situaci a přímo do obrazu vám nakreslí, co byste měli udělat, abyste zařízení svépomocí opravili. Velký potenciál holografických brýlí se uplatní i při hrách. Například hráči populárního Minecraftu budou moci sestavovat objekty z kostek přímo pomocí prstů.