Perangkat Keras Dan Perangkat Lunak Komputer Untuk Pembuatan Lingkungan Virtual – Teknologi komputer yang memungkinkan kita mengembangkan lingkungan virtual (VE) tiga dimensi terdiri dari perangkat keras dan perangkat lunak.

Minat populer, teknis, dan ilmiah saat ini di VE sebagian besar terinspirasi oleh munculnya dan ketersediaan sistem dan teknik tampilan grafis, interaktif, dan berorientasi visual yang semakin kuat dan terjangkau.

Perangkat Keras Dan Perangkat Lunak Komputer Untuk Pembuatan Lingkungan Virtual

computer-training-software – Pembuatan gambar grafis dan kemampuan tampilan yang sebelumnya tidak banyak tersedia sekarang ditemukan di desktop banyak profesional dan menemukan jalan mereka ke rumah.

Keterjangkauan dan ketersediaan yang lebih besar dari sistem ini, ditambah dengan perangkat kontrol dan tampilan berorientasi satu orang yang lebih mampu (misalnya, display yang dipasang di kepala dan pengontrol tangan) dan peningkatan orientasi ke arah interaksi waktu nyata, telah membuat sistem ini menjadi keduanya. lebih mampu menjadi individual dan lebih menarik bagi individu.

Namun, membatasi teknologi VE hanya untuk interaksi visual, hanya mendefinisikan teknologi sebagai varian yang lebih personal dan terjangkau dari teknologi simulasi grafis komersial dan militer klasik.

Cara yang jauh lebih menarik, dan berpotensi berguna, untuk melihat VE adalah sebagai bagian penting dari antarmuka pengguna multimodal. Antarmuka pengguna multimodal hanyalah antarmuka manusia-mesin yang secara aktif atau sengaja menggunakan interaksi dan teknik tampilan dalam berbagai modalitas sensorik (misalnya, visual, haptik, dan auditori).

Tampilan akustik mungkin memerlukan model suara berdasarkan tumbukan, getaran, gesekan, aliran fluida, dll. Setiap modalitas sensorik memerlukan simulasi yang disesuaikan dengan keluaran tertentu.

Baca Juga : Jenis Utama Perangkat Lunak Pada Komputer

Selanjutnya, representasi terpadu diperlukan untuk mengoordinasikan model sensorik individu dan untuk menyinkronkan keluaran untuk setiap driver sensorik.

Representasi ini harus memperhitungkan semua peserta manusia di VE, serta semua entitas internal otonom. Akhirnya, informasi yang dikumpulkan dan dihitung harus diringkas dan disiarkan melalui jaringan untuk menjaga lingkungan simulasi terdistribusi yang konsisten.

Sampai saat ini sebagian besar penekanan desain dalam sistem VE telah ditentukan oleh kendala yang diberlakukan dengan menghasilkan pemandangan visual. Modalitas nonvisual telah diturunkan ke perangkat periferal tujuan khusus.

Demikian pula, bab ini terutama berkaitan dengan domain visual, dan materi tentang modalitas lain dapat ditemukan di Bab 3-7.

Namun, banyak masalah yang terlibat dalam pemodelan dan pembuatan gambar akustik dan haptik yang mirip dengan domain visual, persyaratan implementasi untuk berinteraksi, menavigasi, dan berkomunikasi di dunia virtual adalah umum untuk semua modalitas.

Masalah multimodal seperti itu tidak diragukan lagi akan cenderung digabungkan menjadi sistem komputasi yang lebih bersatu seiring kemajuan teknologi dari waktu ke waktu.

Pada bagian ini, kami lebih fokus ke teknologi komputer untuk generasi VE. Perangkat keras komputer yang digunakan untuk mengembangkan VE tiga dimensi mencakup workstation berkinerja tinggi dengan komponen khusus untuk tampilan multisensori, prosesor paralel untuk komputasi cepat model dunia, dan jaringan komputer berkecepatan tinggi untuk mentransfer informasi di antara peserta di VE.

Implementasi dunia maya dilakukan dengan perangkat lunak untuk interaksi, navigasi, pemodelan (geometris, fisik, dan perilaku), komunikasi, dan integrasi hypermedia. Perangkat kontrol dan tampilan yang dipasang di kepala dibahas di bagian lain dalam laporan ini.

VE membutuhkan frekuensi gambar yang tinggi dan respons yang cepat karena sifatnya yang interaktif. Konsep kecepatan bingkai berasal dari teknologi gambar bergerak. Dalam presentasi film, setiap frame sebenarnya adalah foto diam.

Jika foto baru menggantikan gambar lama secara berurutan, ilusi gerakan muncul. Tingkat pembaruan didefinisikan sebagai tingkat di mana perubahan tampilan dibuat dan ditampilkan di layar.

Sesuai dengan teknologi gambar bergerak asli, kecepatan pembaruan yang ideal adalah 20 bingkai (gambar baru) per detik atau lebih tinggi. Tarif minimum yang dapat diterima untuk VE lebih rendah, yang mencerminkan trade-off antara biaya dan toleransi tersebut.

Berkenaan dengan perangkat keras komputer, ada beberapa pengertian frame rate: secara kasar diklasifikasikan sebagai grafis, komputasi, dan akses data. Kecepatan bingkai grafis sangat penting untuk mempertahankan ilusi kehadiran atau perendaman dalam VE.

Perhatikan bahwa frekuensi gambar ini mungkin tidak bergantung: pemandangan grafis dapat berubah tanpa komputasi dan akses data baru karena gerakan sudut pandang pengguna.

Pengalaman telah menunjukkan bahwa, meskipun kecepatan bingkai grafis harus setinggi mungkin, frekuensi gambar yang lebih rendah dari 10 bingkai per detik sangat menurunkan ilusi kehadiran.

Jika grafik yang ditampilkan bergantung pada komputasi atau akses data, maka kecepatan bingkai komputasi dan akses data 8 hingga 10 bingkai per detik diperlukan untuk mempertahankan ilusi visual bahwa pengguna sedang menyaksikan evolusi waktu VE.

Waktu respons yang cepat diperlukan jika aplikasi memungkinkan kontrol interaktif. Sudah diketahui umum (Sheridan dan Ferrell, 1974) bahwa waktu respons yang lama (juga disebut lag atau penundaan murni) sangat menurunkan kinerja pengguna.

Penundaan ini muncul dalam sistem komputer dari faktor-faktor seperti waktu akses data, waktu komputasi, dan waktu rendering, serta dari penundaan dalam pemrosesan data dari perangkat input.

Seperti dalam kasus frekuensi gambar, sumber penundaan diklasifikasikan ke dalam akses data, komputasi, dan kategori grafis. Meskipun penundaan jelas terkait dengan kecepatan bingkai, namun tidak sama sistem mungkin memiliki kecepatan bingkai tinggi, tetapi gambar yang ditampilkan atau hasil komputasi yang disajikan mungkin beberapa bingkai tua.

Penelitian telah menunjukkan bahwa penundaan lebih dari beberapa milidetik dapat memengaruhi kinerja pengguna secara terukur, sedangkan penundaan lebih dari sepersepuluh detik dapat berdampak parah.

Frekuensi gambar dan penundaan yang diperlukan untuk menciptakan dampak yang terukur secara umum akan bergantung pada sifat lingkungan.

Lingkungan yang relatif statis dengan objek yang bergerak lambat dapat digunakan dengan kecepatan bingkai serendah 8 hingga 10 per detik dan penundaan hingga 0,1 detik.

Lingkungan dengan objek yang menunjukkan frekuensi gerakan tinggi (seperti permainan bola tangan virtual) akan memerlukan frekuensi gambar yang sangat tinggi (> 60 Hz) dan penundaan yang sangat singkat.

Namun, dalam semua kasus, jika kecepatan bingkai turun di bawah 8 bingkai per detik, pengertian lingkungan tiga dimensi beranimasi mulai gagal, dan jika penundaan menjadi lebih besar dari 0,1 detik, manipulasi lingkungan menjadi sangat sulit. Kami meringkas hasil ini menjadi kendala berikut pada kinerja sistem VE:

Kecepatan bingkai harus lebih besar dari 8 hingga 10 bingkai / dtk.

Total penundaan harus kurang dari 0,1 detik.

Baik animasi grafis dan reaksi lingkungan terhadap tindakan pengguna memerlukan manajemen data yang ekstensif, komputasi, grafik, dan sumber daya jaringan. Semua operasi yang berlangsung untuk mendukung lingkungan harus beroperasi dalam batasan waktu di atas.

Meskipun orang dapat membayangkan sebuah sistem yang memiliki kemampuan grafik, komputasi, dan komunikasi untuk menangani semua lingkungan, sistem seperti itu berada di luar teknologi saat ini.

Untuk waktu yang lama, teknologi yang diperlukan umumnya akan bergantung pada domain aplikasi tempat VE dibuat. Aplikasi simulasi dunia nyata akan sangat terikat oleh grafik dan protokol jaringan dan oleh masalah konsistensi; aplikasi visualisasi informasi dan visualisasi ilmiah akan terikat oleh kinerja komputasi dan akan melibatkan masalah manajemen data besar-besaran (Bryson dan Levit, 1992; Ellis et al., 1991).

Beberapa aplikasi, seperti visualisasi arsitektural, memerlukan rendering fotorealistik; yang lainnya, seperti tampilan informasi, tidak akan melakukannya. Jadi perangkat keras dan perangkat lunak tertentu yang diperlukan untuk implementasi VE akan bergantung pada domain aplikasi yang ditargetkan.

Ada beberapa kesamaan persyaratan perangkat keras dan perangkat lunak, dan kesamaan itulah yang kami fokuskan dalam pemeriksaan kami tentang seni perangkat keras dan perangkat lunak komputer untuk pembangunan lingkungan virtual tiga dimensi waktu nyata.

PERANGKAT KERAS UNTUK GRAFIK KOMPUTER

Keberadaan workstation grafis komputer yang mampu menampilkan tampilan tiga dimensi secara real-time pada frekuensi gambar tinggi mungkin merupakan pengembangan utama di balik dorongan VE saat ini.

Kami telah memiliki simulator penerbangan dengan kemampuan grafis yang signifikan selama bertahun-tahun, tetapi harganya mahal dan tidak tersedia secara luas. Lebih buruk lagi, mereka belum siap diprogram.

Simulator penerbangan umumnya dibangun dengan tujuan tertentu, seperti memberikan pelatihan untuk pesawat militer tertentu. Simulator semacam itu dikodekan dan diprogram dalam bahasa assembly untuk mengurangi jumlah total grafik dan siklus unit pemrosesan pusat yang diperlukan.

Sistem yang diprogram dengan cara ini sulit untuk diubah dan dipelihara. Peningkatan perangkat keras untuk sistem semacam itu biasanya merupakan pekerjaan besar dengan basis pelanggan kecil.

Masalah yang lebih besar lagi adalah bahwa perangkat lunak dan perangkat keras yang dikembangkan untuk sistem semacam itu umumnya merupakan hak milik, sehingga membatasi ketersediaan teknologi.

Stasiun kerja grafis dalam 5 tahun terakhir telah mulai menggantikan perangkat keras tujuan khusus dari simulator penerbangan, dan telah menyediakan jalur masuk untuk menjadi agen di situs Judi slot agar mengembangkannya. Bagian berikut adalah survei workstation grafis komputer dan perangkat keras grafis yang merupakan bagian dari upaya pengembangan VE.

Kinerja grafik sulit untuk diukur karena kompleksitas pemandangan visual yang sangat bervariasi dan pendekatan perangkat keras dan perangkat lunak yang berbeda untuk menghitung dan menampilkan citra visual.

Ukuran yang paling mudah diberikan dalam hal poligon / detik, tetapi ini hanya memberikan indikasi kasar dari kompleksitas pemandangan yang dapat ditampilkan pada tingkat pembaruan interaktif yang berguna.

Poligon adalah blok penyusun yang paling umum untuk membuat gambar grafik. Dikatakan bahwa realitas visual adalah 80 juta poligon per gambar (Catmull et al., 1984). Jika kita menginginkan VE fotorealistik pada 10 frame / s, ini berarti 800 juta poligon / s.

Tidak ada perangkat keras grafis saat ini yang menyediakan ini, jadi kami harus membuat perkiraan saat ini. Ini berarti hidup dengan dunia virtual yang kurang mendetail, mungkin melalui penggunaan struktur data hierarkis yang bijaksana (lihat bagian perangkat lunak di bawah) atau menonaktifkan beberapa persyaratan grafis dengan memanfaatkan sumber daya CPU yang tersedia.

Arsitektur Grafis untuk VE Rendering

Bagian ini menjelaskan masalah arsitektur komputer tingkat tinggi yang menentukan penerapan sistem grafis untuk rendering VE. Dua asumsi dibuat tentang sistem yang termasuk dalam diskusi kita. Pertama, mereka menggunakan buffer-z (atau buffer kedalaman), untuk eliminasi permukaan yang tersembunyi.

Z-buffer menyimpan kedalaman — atau jarak dari titik mata — dari permukaan terdekat yang “terlihat” pada piksel tersebut. Saat permukaan baru dikonversi, kedalaman pada setiap piksel dihitung.

Jika kedalaman baru pada suatu titik tertentu. piksel lebih dekat ke titik mata daripada kedalaman yang saat ini disimpan di penyangga-z pada piksel itu, maka informasi kedalaman dan intensitas baru dituliskan ke penyangga-z dan penyangga bingkai.

Jika tidak, informasi baru akan dibuang dan piksel berikutnya diperiksa. Dengan cara ini, objek yang lebih dekat selalu menimpa objek yang lebih jauh, dan ketika setiap objek telah dipindai diubah, semua permukaan telah diurutkan dengan benar secara mendalam.

Asumsi kedua untuk sistem grafis ini adalah bahwa mereka menggunakan aplikasi yang dapat diprogram , prosesor tujuan umum untuk menyisihkan database.

Hasilnya adalah menyediakan perangkat keras rendering dengan hanya grafis primitif yang ada dalam volume tampilan (piramida perspektif atau pipa paralel masing-masing untuk perspektif dan proyeksi paralel ). Kedua asumsi ini berlaku untuk workstation grafik komersial dan untuk sistem yang telah dirancang oleh para peneliti di University of North Carolina di Chapel Hill.