Sanal gerçeklik nasıl çalışır?

Sanal gerçeklik (VR) teknolojisi son birkaç yıldır gündemdeyken, bu teknolojinin kökeni bir hayli geriye gidiyor. Günümüzde kullanılan VR sistemleri ve başlıkları on yıllardır geliştirilirken, sanal gerçeklik teknolojisinin başlangıç noktası Martin Heilig tarafından 1957 yılında başa takılan stereoskopik televizyon cihazı patenti olarak kabul ediliyor. VR teknolojisi o zamandan bu yana yavaş ama istikrarlı bir ilerleme kaydetti. Geliştiriciler başlarda sürükleyici bir VR deneyimi yaratmak için ihtiyaç duydukları bilgi işlem gücünden yoksundu. Bilgi işlem gücünün bir sorun olmaktan çıkmasının ardından, sektör bu teknolojiyi ortalama tüketici için taşınabilir ve uygun fiyatlı hale getirme yarışına girişti.

Bugün gelinen noktada HTC, Oculus, Valve ve Sony gibi şirketler kârlı ve ulaşılabilir VR donanımları sunuyor ve bu ürünlerin birbiri ardına yeni sürümleri geliştiriliyor. Sektördeki bu ilerlemeler sayesinde dünyanın her yerinden insanlar artık VR teknolojisine aşina ve ne olduğunu biliyor. Bununla birlikte teknolojinin nasıl çalıştığı ve özellikleri hâlâ birçok insan için gizemini koruyor.

Sanal gerçekliğin bilimsel temelleri

VR teknolojisinin özünde tek bir amacı var: İnsan beyninin gördüklerini gerçeklik olarak kabul etmesini sağlamak amacıyla ortamları yeterince gerçekçi bir şekilde simüle etmek. Bilimsel bakış açısına göre her şey, beynimizin etrafımızdaki dünyanın zihinsel bir resmini geliştirmek için gördüğümüz şeyleri nasıl yorumladığını anlamakla başlıyor.

Gerçeklik algımız, deneyimlerimizi rehber olarak kullanarak geliştirdiğimiz kurallara dayanıyor. Örneğin, gökyüzü bize hangi yönün "yukarı" olduğunu açıklar. Tanımlayabildiğimiz nesneleri gördüğümüzde, mesafeyi değerlendirmek için boyutlarını birbirleriyle kıyaslarız. Ayrıca çevremizdeki nesnelerin oluşturduğu gölgelere bakarak ışık kaynaklarını da tespit edebiliriz. VR tasarımcıları, gerçeklikle ilgili zihinsel beklentilerimize uygun sanal ortamlar oluşturmak için bu geleneksel kuralları kullanıyor. Bu sayede "gerçek" olarak algıladığımız kusursuz bir kullanıcı deneyimi yaratılıyor.

Sanal gerçekliğin teknik temelleri

Günümüzün ticari VR sistemlerinin tümü, sanal bir ortamda hangisinin mümkün olan en iyi kullanıcı deneyimini sağlayabileceğini belirlemek için yarışıyor. Aslına bakarsanız hiçbiri gerçek anlamda sürükleyici bir deneyime sahip değil çünkü teknoloji henüz insan vizyonunun akıl almaz yeteneklerini yakalayamadı. Günümüzün VR başlıklarının teknik açıdan nerede olduğu ve nereye ulaşmaya çalıştıklarına yakından bakalım:

Görüş alanı

Teknik açıdan en büyük engellerden biri insanların günümüz VR başlıklarının sağlayabileceğinden çok daha geniş bir görüş alanına (FOV) sahip olmaları. Ortalama bir insan, etrafındaki çevreyi başının etrafındaki yaklaşık 200 ila 220 derecelik bir yayda görebilir. Sol ve sağ gözlerimizin görme yeteneğinin kesiştiği yerde, 3B olarak görebildiğimiz kabaca 114 derecelik bir yay bulunur. Günümüz VR başlıkları, sanal ortamlar sunmak için dikkatlerini bu 114 derecelik 3B alana odaklıyor. Yine de hiçbir başlık, ortalama bir insanın tam görüş açısına ulaşamıyor. Bunun farkında olan modern VR donanım tasarımcıları, yüksek performanslı bir VR simülasyonu için ideal kabul edilen 180 derecelik görüş açılarına sahip cihazlar yaratmayı hedefliyor.

Kare hızı

VR dünyasını ayıran tartışma konularının başında kare hızları geliyor. Bu konunun bu denli hassas olmasının sebebi ise insan görüşünün kare hızı konusunda ne kadar hassas olduğuyla ilgili bilimsel bir fikir birliği olmaması. İnsan gözünün saniyede 1000 kare (FPS) kadar görebildiğini biliyoruz. Ancak insan beyni, optik sinir yoluyla tüm bu ayrıntıları işleyemez. İnsanların 150 FPS'e kadar kare hızlarını ayırt edebildiğini öne süren bilimsel çalışmalar olsa da bilginin bir bölümü beyne giderken işlenemiyor.

Sinemada filmlerinin kare hızları genellikle 24 FPS'tir. Ancak filmler gerçekliği simüle etmek için tasarlanmamıştır. Çoğu geliştirici VR uygulamalarında 60 FPS'in altındaki kare hızlarının kullanıcıda yönelim bozukluğuna, baş ağrısına ve mide bulantısına neden olduğunu keşfetti. Bu nedenle, çoğu geliştirici VR içerikleri için ideal aralığın 90 FPS civarı olduğunu kabul ediyor ve Sony gibi şirketler başlıklarında 60 FPS’ten düşük performansla çalışan uygulamaları onaylamıyor. Gelecekte daha fazla VR üreticisinin uygulamaların gerçekliğini ve sürükleyiciliğini artırmak için, 120 FPS ve üzerini hedeflemesi bekleniyor.

Ses efektleri

Sanal gerçekliğin dikkate değer bir diğer teknik yönünü ise tasarımcıların kullanıcılara üç boyutlu bir alan duygusu iletmek için ses efektlerini kullanma şekilleri oluşturuyor. Günümüzde son teknoloji VR görselleriyle eşleşen simüle edilmiş bir ses ortamı oluşturmak için uzamsal ses adı verilen bir teknolojiden faydalanılıyor. Uzamsal ses, hayatın başka alanlarından aşina olduğunuz bir yaklaşıma dayanıyor. İyi tasarlanmış bir konser salonunda oturan herkes, bir boşlukta nerede bulunduğumuza ve hatta başımızı hangi yöne çevirdiğimize bağlı olarak duyduğumuz seslerin nasıl değişebileceğini bilir. Uzamsal ses teknolojisi tam olarak bu hissin VR uygulamalarında taklit edilmesini sağlamak için binaural (stereo) sesler üretiyor.

Uzamsal sesin günümüzde çok çeşitli kullanım teknikleri varken, bunların neredeyse tümü aşağıdaki ortak çalışma prensiplerine dayanıyor:

Ses kontrolü

Yön duygusunu iletmek için sol ve sağ kulak için gecikme

İşitsel alanı haritalamak için baş ve pozisyon takibi

Çevresel faktörleri simüle etmek için yankı manipülasyonu

VR başlıkları uzamsal ses teknolojisiyle kullanıcının bir başka duyusuna hitap etmek için kullanıcı hareketlerini gerçek zamanlı hesaplamak zorunda. Bu nedenle her VR başlığı baş ve pozisyon takibi kabiliyetlerine sahip.

Baş ve pozisyon takibi

Görüntü ve ses kusursuz bir sanal gerçeklik deneyimi için kritik unsurlarken, VR’ın gerçek büyüsü kullanıcılara sanal bir alan içerisinde özgürce hareket şansı tanımasında yatıyor. Bir VR başlığını herhangi bir video gözlüğünden ayıran da tam olarak bu kabiliyeti.

Günümüzde VR uygulamaları için tercih edilen iki tür baş ve konum izleme tekniği var ve bunlar sağladıkları serbestlik dereceleriyle adlandırılıyor: 3DoF ve 6DoF. Samsung Gear VR, Google'ın Daydream View'u ve Oculus Go gibi mobil VR başlıkları 3DoF kullanıyor, yani yalnızca rotasyonel izleme yapabiliyor. Başınızı sola ve sağa çevirdiğinizde, yukarı veya aşağı baktığınızda ya da başınızı bir tarafa eğdiğinizde bunu algılayabilirler. Ancak tüm vücudunuzun hareketlerine karşı duyarsızlardır. Buna karşılık 6DoF kullanan VR başlıkları, kullanıcının oda içindeki konumunu ve başlarının işaret ettiği yönü izleyebilir. Bu kabiliyet, 6DoF başlıkların 3B alanda gerçekleştirilen tam özerk hareketleri takip edebilmesini sağlıyor. 6DoF takip tekniği genellikle kızılötesi ışık işaretçileriyle uyumlu kamera tabanlı izlemeyle çalışıyor.