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バーチャルリアリティヘッドセット（またはVRヘッドセット）は、3Dニアアイディスプレイと位置追跡を使用してユーザーにバーチャルリアリティ環境を提供するヘッドマウントデバイスです。VRヘッドセットはVR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。VRヘッドセットには通常、立体ディスプレイ（各目に別々の画像を提供）、ステレオサウンド、加速度計やジャイロスコープなどのセンサーが含まれており、ユーザーの頭の姿勢を追跡して仮想カメラの方向を現実世界のユーザーの目の位置に一致させます。 [1]拡張現実（AR）ヘッドセットは、ユーザーが外の世界を見て対話できるようにするVRヘッドセットです。ARヘッドセットの例には、 Apple Vision ProやMeta Quest 3などがあります。
VR ヘッドセットは通常、 3 自由度(3DOF) のモーション トラッキングに少なくとも 1 つのMEMS IMU を使用し、オプションで6 自由度(6DOF) のモーション トラッキングにさらにトラッキング テクノロジを使用します。6DOF デバイスは通常、センサー フュージョンアルゴリズムを使用して、IMU とその他のトラッキング ソース (通常は 1 つ以上の外部センサー、またはヘッドセットに埋め込まれた外向きカメラを使用した「インサイド アウト」トラッキング)からのデータを結合します。使用されるセンサー フュージョン アルゴリズムは、多くの場合、カルマン フィルターのバリアントです。VR ヘッドセットはモーション コントローラーをサポートできます。モーション コントローラーも同様に、加速度計とジャイロスコープからの入力をヘッドセットのモーション トラッキング システムと組み合わせます。
ほとんどのヘッドセットは、パソコンで操作します。一部の「スタンドアロン」ヘッドセットは、モバイル オペレーティング システムとスマートフォンのようなハードウェアに基づいており、VR アプリをデバイス上で直接実行できるほか、USBまたはWi-Fi接続を介して PC から VR アプリケーションをストリーミングすることもできます。仮想現実ヘッドセットとビューアーはスマートフォン用に設計されており、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の画面を表示します。
歴史
VPLリサーチは1980年代に初期のVRヘッドセットを製造した会社でした。[2]
セガVRは1991年に発表され、1993年初頭のウィンターCESで発表されました。コンソール向けには発売されませんでしたが、[3] 1994年にセガVR-1モーションシミュレーターアーケードアトラクションに使用されました。 [4] [5]もう1つの初期のVRヘッドセットであるForte VFX1は、1994年の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搭載されています。[6]
ソニーは1997年にグラストロンを発売した。これはオプションの位置センサーを備えており、装着者は周囲を見ることができ、ユーザーの頭の動きに合わせて視点が移動し、深い没入感を与える。これらのVRヘッドセットは、MechWarrior 2のプレイヤーに、機体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たため商業的には失敗し、[7] [8]ジョン・カーマックはそれを「トイレットペーパーの芯を通して見ているようだ」と表現した。[9]
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開始されました。このプロジェクトは、後に同社のCTOとなったジョン・カーマック[7]を含む数人の著名なビデオゲーム開発者によって主導されました。[10] 2014年3月、プロジェクトの親会社であるOculus VRはFacebookによって20億ドルで買収されました。 [11] Oculus Riftの最終的な消費者向けリリースは、2016年3月28日に出荷が開始されました。[12]
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披露した。 [13]これは後にPlayStation VRと名付けられた。[14] 2014年にValveはいくつかのヘッドセットプロトタイプを披露し、[15] HTCとの提携により、ユーザーが自然にナビゲートして操作できる「ルームスケール」VR環境に焦点を当てたViveが開発された。このヘッドセットはValveの「 SteamVR」ソフトウェアプラットフォームを使用している。[16] Viveは2016年4月に発売され[17]、PlayStation VRは2016年10月に発売された。 [18]
Googleは、Google Cardboardと呼ばれるバーチャルリアリティビューアーの一連の仕様と関連DIYキットを発表しました。これらのビューアーは、段ボールなどの低コストの材料（およびジャイロスコープ付きのスマートフォン）を使用して構築できます（そのため、この名前が付けられています）。Samsung Electronicsは、 Oculus VRと提携してSamsung Gear VRを共同開発しました（一部のSamsung Galaxyデバイスにのみ対応）。LG Electronicsは、LG G5スマートフォン用にLG 360 VRと呼ばれる専用ディスプレイを備えたヘッドセットを開発した。 [19] [20] [21] [22] 2017年3月、MicrosoftはWindows 10で動作するVRおよび複合現実ヘッドセット用のプラットフォームであるWindows Mixed Realityを立ち上げ、PCメーカーのAcer、Dell、HP Inc.、Lenovoなど複数のパートナーからVRヘッドセットが提供されるようになりました。[ 23]
2018年、OculusはOculus Goをリリースしました。これは、組み込みのモバイルコンピューティングハードウェア上でVRアプリを実行できるスタンドアロンのヘッドセットであり、操作にPCや挿入されたスマートフォンを必要としません。 [24] 2019年6月、Valveは独自の社内SteamVRヘッドセットであるValve Indexをリリースしました。[25] 2019年10月のレポートでは、ソニー、Facebook（Oculus）、HTCがTrend ForceによってVRハードウェアの3大メーカーとして特定されました。[26] 2019年には、Facebookが第1世代のOculus Questをリリースしました。これは、モーションコントローラーと6DOFによる位置追跡をサポートするOculus Goコンセプトの後継機です。[27] [28]
テクノロジー
解像度と表示品質
個人が画質をどのように認識し、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的および視覚的品質があります。画像の鮮明さは、ディスプレイの解像度、光学的品質、リフレッシュレート、視野によって異なります。[29]
バーチャルリアリティヘッドセットは、広い視野角（メーカーによると一部のデバイスでは最大110°）にわたって単一のディスプレイを拡大するため、拡大率によってディスプレイ技術の欠陥がはるかに顕著になります。問題の1つは、いわゆるスクリーンドア効果です。これは、ピクセルの行と列の間の隙間が見えるようになり、まるで網戸を通して見ているかのようになります。[30]これは、初期のプロトタイプと開発キットで特に顕著で、[8]小売バージョンよりも 解像度が低かったためです。
光学
ヘッドセットのレンズは、近くのディスプレイを広い視野にマッピングする役割を担い、[31] [32]同時に、より快適な遠くの焦点を提供します。これに関する課題の1つは、焦点の一貫性を提供することです。ヘッドセット内で目は自由に動くため、目の疲れを防ぐために、焦点を合わせ直す必要がないようにすることが重要です。
フレネルレンズは、コンパクトで軽量な構造のため、バーチャルリアリティヘッドセットでよく使用されています。[33] [34]このレンズは、他のレンズのようにレンズに複数の素材を使用していませんが、レンズがセクションに分割されているため、より広い範囲の視野を得ることができます。この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。[29] [34]
レンズは歪みや色収差を引き起こしますが、通常はソフトウェアで補正されます。[31] [34]また、レンズはユーザーの眼鏡処方箋に合わせて動的に調整できるため、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。[35]
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に比べて、レイテンシー（入力の変化から視覚効果が現れるまでの時間）の要件が大幅に高くなっています。[36]システムが頭の動きに反応するのが遅すぎると、ユーザーは乗り物酔いの一種であるバーチャルリアリティ酔いを経験する可能性があります。 [37] Valveのエンジニアによると、理想的なレイテンシーは7〜15ミリ秒です。[38]
グラフィック処理装置（GPU）も、必要なフレーム数をレンダリングできるほど強力である必要があります。Oculusは、Xbox OneとPlayStation 4の処理能力が限られていることを理由に、最初のデバイスでPCゲーム市場をターゲットにしました。[39]
フォービエイテッドレンダリングは、レンダリングの負荷を軽減する新しい技術です。視線追跡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い部分のレンダリング解像度を下げます。人間の周辺視野は中心窩よりもはるかに感度が低いため、ユーザーには気づかれない可能性があります。[40]
さまざまな分野での活用
医療研修と診断
バーチャルリアリティヘッドセットは現在、医学生の外科手術訓練手段として使用されています。これにより、学生は仮想の制御された環境で重要な手術を行うことができます。学生は仮想の患者に手術を行うことで、実際の患者に手術を行うために必要なスキルを習得することができます。[要出典]また、学生は主治医の視点から手術を再検討することもできます。[41]
従来、学生は手術に参加する必要があり、重要な部分を見逃すことがよくありました。現在では、VRヘッドセットを使用することで、学生は重要な部分を見逃すことなく、主治医の視点から手術手順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、リスクのない環境に取り付けられた実際のヘッドセットで技術を磨くこともできます。[42]
トレーニング目的以外にも、拡張現実ヘッドセットはすでに画像誘導手術にも使用されています。[要出典]
VRヘッドセットを搭載したスマートフォンは、網膜の周辺病変を記録するために網膜の高品質なビデオや画像を撮影するために使用されています。[43]
軍事訓練
仮想現実ヘッドセットはアメリカ軍で使用されており、軍人を危険にさらすことなく訓練するのに特に有用なツールである。[44]
仮想現実ヘッドセットにより、軍人は仮想現実の人々と対話して、現実のように感じることができます。彼らはお互いに会話をしたり、さまざまなアクションをとったりして、仮想現実の世界をまるで現実世界にいるかのように感じることができます。軍人がヘッドセットを使用する場合、欠点と利点もあります。欠点は、ヘッドセットが屋内で涼しく、熱から離れた場所用に作られているため、軍人が軍用装備をせずにヘッドセットだけを装着している場合、基礎訓練のような状態にならないことです。利点は、状況を何度も繰り返すことと、軍用装備が不要なためヘッドセットのコストが低くなることです。[45]
参照
参考文献
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズのバーチャルリアリティヘッドセットに関連するメディア