Virtuální realita DÍL 1.
Technologický vývoj a současný stav
Virtuální realita je novým médiem, který fascinuje čím dál tím větší množství tvůrců a tvůrkyň. Je z velké části neprozkoumaným světem, který nám dává možnost umístit diváka přímo do středu dění, hledat nové výrazové prostředky, nabízí nové zážitky i nástroje empatie. Nejenom tyto aspekty virtuální reality fascinovaly Báru Annu Stejskalovou, která se jako výtvarnice podílela na vzniku prvního českého VR animovaného filmu Tmání (režie Ondřej Moravec, 2022).
Vývoj i výroba filmu trvaly samozřejmě velice dlouho, a režisérka Bára Anna Stejskalová se rozhodla své vědomosti a zkušenosti o tvorbě VR filmů kompilovat v diplomové práci „Animace a virtuální realita“ a dokončit s ní své studium na pražské FAMU. Ve své práci se zaobírá historií a prehistorií virtuální reality, jejími technologickými předpoklady a omezeními. Hledá také nové a vhodné způsoby vyprávění ve VR a upozorňuje na mnoho nečekaných technologických omezení a prvků, které tvorba VR filmu přináší. Přitom se opírá i o její tvůrčí a diváckou zkušenost.
Tento text, který je zestručněnou verzí diplomové práce Stejskalové, je vhodný pro všechny, kteří se chtějí o VR dozvědět trochu víc, i pro potenciální tvůrce, kteří hledají nějaký ten odrazový můstek a chtěli by se zorientovat v tom, jak vlastně funkční VR film vytvořit.
Z praktických důvodů je text rozdělen do dvou částí – první část zkoumá VR jeko technologickou inovaci. Věnuje se jak její historii, tak i současnému stavu a upozorňuje na nástrahy, které v nich na tvůrce číhají. Druhá část se věnuje hledání nové filmové řeči virtuální reality a mapuje důležité a inovativní filmy, které se na jejím vývoji podílejí.
POJEM VIRTUÁLNÍ REALITA
Hlavním cílem virtuální reality, ať už se jedná o film, či herní zážitek, je přesvědčit náš mozek, že se skutečně nachází na místě, které je nám promítáno skrze VR headset. VR projekty mohou být rozděleny na interaktivní a na divácky pasivní. U těch interaktivních má divák možnost pohybovat se v jejich prostředí, nějak do nich zasahovat a ovládat různé atributy gesty, hlasem, či pohyby očí. Divácky pasivní projekty jsou takzvaná 360° videa, kde je obraz rozprostřen kolem dokola a zprostředkovává zážitek či příběh skrze natočený nebo počítačově vygenerovaný materiál. I zde však máme možnost hýbat hlavou, odvrátit se od hlavní dějové linie nebo ji naopak sledovat, či se rozhlédnout po prostoru, ve kterém se nacházíme. Do termínu VR zahrnuji i 360° videa, která dokáží navodit pocit přítomnosti v umělé realitě, a to i bez toho, že by doplnila tuto iluzi možnost interakce. V této podobě totiž vzniká nejvíce kinematografických děl, na rozdíl od herních zážitků, které by bez interaktivity postrádaly smysl.
Fantasmagorie (1797), Étien-Gaspar Robertson
PREHISTORIE VIRTUÁLNÍ REALITY
Pojem virtuální realita se začal objevovat již v padesátých letech, až dnes ale dospěla technologie do takového stavu, že ji můžeme “zažít”. V dalších odstavcích jsou zmíněny hlavně technologické vynálezy, které dláždily cestu k dnešní virtuální realitě. Zároveň je dobré podotknout, jak poukazuje historik filmu Thomas Elsaesser, na další historické průlomy, zejména co se týká ideje přiblížit diváka co nejblíže k říši fantazie. Sám zmiňuje například Hendrika Willema Mesdanga a jeho malované panorama, které v kruhu o šířce 40 metrů a o výšce 14 metrů dokonale obklopovalo diváka (jednalo se tudíž o jeden z prvních analogových pokusů o umístění pozorovatele do určitého místa, ve kterém se zároveň reálně nenachází). Dále uvádí Étienna-Gasparda Robertsona a jeho hororové fantasmagorie, při kterých byly před diváky pomocí Laterny Magiky promítány obrazy duchů či jiných strašidel.
vlevo: Stereoskop (1938) Charles Wheaton (zdroj: auctionet.com), vpravo: Google Cardboard
Jedním z prvních kroků, které vedly k technologickému průlomu, a jejichž princip se stále uplatňuje ve VR headsetech, je objevení stereoskopie. Charles Wheatston v roce 1838 sestrojil stereoskop - zařízení, skrz které se díváme na dvě stereoskopické fotografie každým okem zvlášť a objekt se tak jeví jako trojrozměrný. Na stejném principu je založen i levný VR headset Google Cardboard, či jiné levné HMD (head-mounted display neboli průhledové náhlavní displeje), které jsou uzpůsobeny pro vložení telefonu, na kterém se zobrazuje obraz rozdělený pro pravé a levé oko.
Dalším z velkých a pro VR průlomových zařízení, které působilo na více lidských smyslů, bylo vynalezení leteckého simulátoru v roce 1929 Edwardem Linkem. Simulátor spočíval v umístění diváka do modelu letounu, kde mu byl promítán záznam z letu. Edward Link později založil firmu Link Aviation Devices Inc a pojmenoval svoje simulátory jako Link Trainer, nebo Blue Box.Link Trainer) se stal natolik nepostradatelným, že ho během Druhé světové války používaly téměř všechny národy k výcviku svého letectva. Původní prototyp začal jeho vynálezce údajně stavět na zahradě svých rodičů, protože si nemohl dovolit hodiny letectví. Pozdější modely však věrně napodobovaly kokpit letadla, a díky vakuové pumpě a připojenému motoru se model letadla nakláněl a chvěl se podle toho, jak ho pilot zrovna ovládal.
Sensorama (1962), Morton Heiling (zdroj: ResearchGate)
V roce 1962 pak byla poprvé představena Sensorama, o které se hovoří jako o prvním raném systému VR. Vynalezl ji Morton Heilig jako multisenzorový imerzivní nástroj, kterému sám přezdíval “Kino budoucnosti”. Jeden jediný divák je umístěn na pohyblivé židli a je mu promítán barevný stereoskopický obraz, a je obklopen zvukovým stereo zařízením, zároveň systémem na vypouštění vůní a větráky, které simulují vítr.
Ze zařízení pro jednoho diváka se postupem času stala zábava pro větší publikum, která byla umístěna na pohyblivých lavicích v malém uzavřeném sále či boxu, kde byl promítán záznam, který nejčastěji obsahoval dynamickou jízdu - například na horské dráze. Tato zábava nesla označení “kino-jízda”.
Lauren Rabinovitzová poukazuje ve svém textu Od Hale's Tours ke Star Tours na tyto kino-jízdy jako na jeden z prvních skutečně imerzivních zážitků, kde divák mění svou pozici vševidoucího pozorovatele na přímého účastníka zážitku. Zatímco klasické VR se snaží naši mysl vzít někam jinam a svým způsobem ji oddělit od těla (i když se již na trhu objevují haptické rukavice a vesty), její předchůdce divákovu fyzickou stránku nekonečně atakoval otřesy, nakláněním, v některých případech i větrem, vůněmi a mrholením.
Žánr těchto jízd se překlenul z malebného vyobrazení krajiny, či jiných míst, kam se divák normálně nemohl podívat, do podoby fantaskních cest do nitra Země (Devil's Mine Ride - Showscan, 1991), na dno oceánů (Sub-oceanic Shuttle - Iwerks Entertainment, 1991) až po vesmírné cesty ze známé sci-fi série (Aliens: Ride at Speed of Fright - Iwerks Entertainment, 1997). Kino-jízdy nikdy nebyly považovány za skutečnou kinematografii, zůstaly čistou atrakcí.
V roce 1960 vzniknul první prototyp HMD, tzv, Telesférická maska. Obraz byl stereoskopický, doplněný stereo zvukem, nicméně bez možnosti trackování divákovy hlavy. To bylo vyvinuto o rok později v laboratořích Philco Corporation s pracovním názvem Headsight. V roce 1968 byl pak vynalezen první HMD s možností trackování divákovi hlavy připojený k počítači a ne ke kameře, Ivanem Sutherlandem a Bobem Sproullem.
vlevo: Telesférická maska (1960), Morton Heilig (zdroj: Google Patents)
vpravo: první HMD připojený k počítači z dílny inženýra Ivana Sutherlanda a Boba Sproulla, tzv. Damoklův meč (1968) (zdroj: dsource.in)
Další velký průlom nastal v roce 2010, kdy byl vyroben první prototyp helmy Oculus (předchůdce té, kterou známe nyní) Palmerem Luckym, který poté v roce 2012 založil veřejnou sbírku na webové stránce Kickstarter na výrobu první helmy Oculus Rift. Vybral na ni více než 2,5 milionu dolarů a způsobil revoluci, která přinesla VR masám.
Filmové odvětví se začalo nejrapidněji vyvíjet v roce 2015 společně se založením Oculus Story Studia v roce 2015, které se snažilo určit know-how pro tvorbu animovaných VR filmů, v jehož stopách šlo mnoho dalších studií, o kterých budu psát níže. Své velké popularity opět dosahují ony zmíněné kino-jízdy. K dokonalosti tuto technologii přivádí společnost The Void, která stvořila první narativní VR zábavní park. Jedná se o plně imerzivní zážitek, kdy má divák na sobě nejen headset, ale také vestu, která má schopnost ho hřát, když se nachází poblíž plamenů, může na něj stříkat vodu, či vyvíjet tlak a podobně. Můžeme také cítit dotyk dalších postav a vidíme ostatní návštěvníky jako holografické avatary.
TECHNICKÉ PŘEDPOKLADY PRO TVORBU A SPRÁVNÉ POUŽITÍ VR
Vstupní bránou do virtuální reality je technologie, která nás izoluje od okolního světa a dovolí našemu mozku uvěřit, že se pohybuje v realitě zcela nové. V současné době je touto technikou VR headset, které se také označuje jako HMD. K tomu je nezbytné mít sluchátka a výkonnou výpočetní techniku (počítač, konzoli nebo chytrý telefon). Na technologie VR jsou kladeny vysoké nároky, protože při nedodržování základních zásad nejen, že divák nepodlehne iluzi, ale také se může dostavit takzvaná virtuální nevolnost.
Ta je způsobena rozdílem mezi tím, co vnímá balanční systém člověka a co mozek předpokládá (především za pomoci vizuálních vjemů), že by měl cítit. Stejně jako během nevolnosti při jízdě autem a koukáním do knihy namísto koukání z okna.
Podobně tomu je i ve virtuální realitě. Dodržováním tří hlavních zásad: tracking, rendering a zobrazení ji lze předejít. V brýlích pro VR se nacházejí dva LCD displeje, pro levé i pravé oko zvlášť, čímž je možné vytvářet dojem prostorové hloubky. Mezi displejem a okem je také umístěna optická čočka, která tvoří stereoskopický obraz. Standardním rozlišením je nyní zhruba 2160x1200 pro každé oko.
Kromě samotných displejů brýle obsahují také snímače pro pozici hlavy, aby se obraz otáčel podle toho, kam zrovna pohneme hlavou. Základní pozice se snímá pomocí gyroskopu (určuje úhlový pohyb), akcelerometru (určuje náš pohyb ve třech vzájemně kolmých osách – x,y,z) a magnetometru (měří naši relativní pozici ke vztahu k zemskému jádru). Na brýlích mohou být umístěny i diody, které jsou snímány kamerami umístěnými v prostoru, či jiným systémem na mapování pohybu. Na trh se nicméně dostávají i helmy, které už v sobě mají zabudované vlastní kamery, kterými snímají okolní prostředí a žádné přídavné zařízení nepotřebují.
Není ještě úplně běžné, že bychom se ve VR mohli pohybovat zcela jako ve skutečném světě, jelikož ne všechny brýle obsahují nástroje pro snímání pohybů očí. Iluze tedy není úplně dokonalá, když nemůžeme zaostřovat na předměty co se nachází v dálce, či po stranách. Technologie pro snímání pohybů očí byla ještě před pár lety téměř v nedohlednu, v současné době se ale na trhu začínají objevovat helmy s touto vymožeností.
Wolves in The Walls (2019), Pete Billington (zdroj: www.fable-studio.com/wolves-in-the-walls)
Měření pohybu očí je využitelné nejen pro větší komfort a pocit “reality”, ale také se často využívá v hrách či v interaktivních filmech, kdy se například pohybujeme prostředím podle toho, kam zrovna upíráme zrak, a stejným způsobem můžeme zahájit interakci s postavou či objektem. Stále však není možné zaostřit na různé předměty. Veškerá ostrost je dána výrobcem headsetu či programátorem hry. To způsobuje únavu očí a je jedním z důvodů, proč nejspíš nepůjde ve VR trávit velké množství času, dokud někdo nevynalezne možnost, jak ostřit vlastníma očima. Delší filmy, jako je například Wolves in The Walls (2019), adaptace knihy Neila Gaimana od režiséra Petea Billingtona, mají uprostřed děje pauzu a vyzývají diváka k sundání helmy.
Člověk má rozhled 180 stupňů, když se dívá přímo před sebe, 270 stupňů, když hýbe očima. Ve VR je současný standard rozhledu, tedy field of view (FOV) mezi 110 a 120 stupni. Stále však přetrvává pocit pohledu skrz „tunel“. V České republice byl však společností VRgineers vyvinut headset XTAL, který má FOV 180 stupňů, jako úplně první HMD. Má v sobě dva pohyblivé 5K OLED displeje a dokáže snímat pohyby rukou bez dalších ovladačů. Vzhledem k jeho ceně je však určen spíše pro profesionální použití, konkrétně například k výcviku pilotů, kdy se nutný rozhled kombinuje s dokonalým zobrazením nejmenších detailů. Čímž poukazuje na počátky VR, kdy byl jeden z prvních účelů VR armádní výcvik.
Screen tearing
Pro plynulost je nutné obraz přehrávat minimálně v 60 framech za sekundu, nové modely fungují už i na 90fps až 120fps. Klíčový je i kvalitní grafický procesor (GPU) a to, jak rychle dokáže zobrazit nové framy, takzvaný refresh rate. Ten se počítá na monitorech v Hertzích. Jestliže se refresh rate rozchází s fps – například, když má monitor refresh rate 60Hz, a snaží se přehrávat 120fps, ve výsledku přehraje jenom 60 framů, čímž v podstatě přicházíme o polovinu framů a obraz se znehodnocuje (tzv. screen tearing). Tento problém je často vyřešen programem Vertical Sync, který synchronizuje framerate s refresh rate.
Stejně důležitou funkci jako obraz, plní i zvuk, který musí být jednak synchronní, ale také prostorový, aby kompletně doplňoval obraz a dotvářel kompletní iluzi. Pomocí zvuku se dá navádět divákova pozornost v prostoru, čemuž se budeme věnovat v další části tohoto článku.
Animace a Virtuální Realita, Bára Anna Stejskalová - magisterská práce (Filmová akademie múzických umění v Praze, Praha, 2020)
Vedoucí práce: doc. Mgr. Tomáš Pospiszyl Ph.D.
Oponentka práce: Mgr. Eliška Děcká, Ph.D.