Реальность в Игре: Как Сгладить Границу Между Мирами

Автор: Денис Аветисян

Новая технология EAST позволяет органично встраивать реальные объекты в виртуальную реальность, стилизуя их под игровой мир и повышая эффект погружения.

Пока крипто-инвесторы ловят иксы и ликвидации, мы тут скучно изучаем отчетность и ждем дивиденды. Если тебе близка эта скука, добро пожаловать.

Купить акции "голубых фишек"

Реалистичные внешние прерывания в виртуальной реальности органично интегрируются посредством стилизации объектов в соответствии с визуальной эстетикой игры, что позволяет поддерживать эффект погружения и минимизировать отвлекающие факторы.

Представлен фреймворк EAST, использующий 3D Gaussian Splatting и перенос стиля для бесшовной интеграции реальных помещений в VR-опыт.

Поддержание эффекта погружения в виртуальную реальность при реальных прерываниях остается сложной задачей, особенно при переходе между реальным и виртуальным мирами. В данной работе представлена система EAST: Environment-Aware Stylized Transition Along the Reality-Virtuality Continuum, предлагающая новый подход к интеграции реальных объектов в виртуальную среду путем стилизации их в соответствии с визуальным стилем игры. EAST использует метод 3D Gaussian Splatting для бесшовной передачи реальных прерываний в виртуальное пространство, минимизируя когнитивный дискомфорт и обеспечивая плавность перехода. Способна ли эта технология значительно улучшить пользовательский опыт и открыть новые возможности для интерактивных VR-приложений?

Иллюзия Присутствия: Преодоление Барьеров Иммерсии

Несмотря на обещания иммерсивной виртуальной реальности обеспечить беспрецедентный уровень вовлечения, достижение истинного ощущения присутствия остаётся сложной задачей. Современные технологии, стремясь к созданию иллюзии реальности, часто сталкиваются с когнитивными и сенсорными барьерами, не позволяющими пользователю полностью «погрузиться» в виртуальный мир. Это связано с тем, что мозг человека постоянно сопоставляет виртуальные ощущения с реальным опытом, и любое несоответствие — будь то задержка в отклике, несогласованность визуальной и аудиальной информации, или отсутствие тактильных ощущений — нарушает целостность иллюзии. В результате, пользователь осознаёт, что находится в симуляции, что препятствует формированию подлинного чувства присутствия и снижает эффективность виртуального опыта, будь то в сфере развлечений, обучения или профессиональной деятельности.

Влияние реального мира на ощущение присутствия в виртуальной реальности является существенным препятствием к достижению полной иммерсии. Любые отвлекающие факторы извне — будь то звук, прикосновение или необходимость взаимодействия с физическим окружением — мгновенно разрушают иллюзию «погружения». Исследования показывают, что даже кратковременные прерывания, вызванные внешними раздражителями, приводят к резкому снижению чувства присутствия и ощущению диссонанса между виртуальным и реальным мирами. Это происходит из-за того, что мозг постоянно сопоставляет поступающие сенсорные сигналы, и несоответствие между ожидаемым виртуальным опытом и реальными ощущениями вызывает когнитивный дискомфорт, препятствуя полному вовлечению в виртуальную среду. Таким образом, минимизация реальных помех становится критически важной задачей для создания действительно убедительного и захватывающего опыта в виртуальной реальности.

Традиционные подходы к виртуальной реальности часто сталкиваются с проблемой интеграции виртуального и физического миров, что приводит к ощутимым разрывам в погружении. Восприятие виртуальной среды нарушается, когда мозг получает противоречивые сигналы от органов чувств — например, визуальная информация о движении в виртуальном пространстве не соответствует отсутствию физического перемещения или тактильным ощущениям. Эти несоответствия, известные как нарушения сенсорного погружения, мгновенно вырывают человека из иллюзии присутствия. Аналогично, когнитивное погружение, основанное на убедительности виртуального окружения и его соответствии ожиданиям, также страдает, если виртуальные взаимодействия не кажутся правдоподобными или логичными в контексте физической реальности. В результате, даже самые технологически продвинутые VR-системы часто не могут обеспечить полного и устойчивого ощущения «присутствия», необходимого для действительно глубокого и захватывающего опыта.

Разработанная система обеспечивает плавный переход между виртуальной игрой и реальным миром с сохранением визуальной стилистики.

Синхронизация Миров: Стилизованные Переходы для Бесшовной Интеграции

Переход к смешанной реальности часто прерывается событиями из реального мира. Технология Environment-Aware Stylized Transition предлагает решение этой проблемы путем визуальной синхронизации этих прерываний с виртуальной средой. Это достигается за счет анализа реального окружения и динамического изменения стиля виртуальных объектов, чтобы они соответствовали визуальным характеристикам реального мира. Например, если в реальном окружении преобладают теплые тона, виртуальные объекты также могут быть стилизованы в соответствующие цвета и текстуры, создавая эффект визуального единства и минимизируя диссонанс для пользователя. Данный подход позволяет снизить когнитивную нагрузку и повысить реалистичность смешанного опыта.

В рамках данной системы для обеспечения визуальной согласованности используются методы переноса стиля (Neural Style Transfer) и адаптивной нормализации экземпляров (AdaIN). Neural Style Transfer позволяет переносить художественный стиль с реального изображения на виртуальную среду, создавая единый визуальный язык. AdaIN, в свою очередь, нормализует статистические характеристики контента, что обеспечивает более плавный переход между реальным и виртуальным мирами и минимизирует визуальные несоответствия. Комбинация этих техник позволяет эффективно адаптировать визуальный стиль виртуальной среды к реальному окружению, снижая дискомфорт для пользователя и обеспечивая более естественный опыт взаимодействия.

Стилизованная 3D-реконструкция обеспечивает соответствие художественного стиля виртуальной среды реальному миру. Этот процесс включает в себя анализ визуальных характеристик реального окружения, таких как цветовая палитра, текстуры и освещение, и последующее применение аналогичных стилистических решений при создании или рендеринге 3D-моделей виртуальной среды. Целью является достижение визуального единства, при котором виртуальные объекты органично вписываются в реальное окружение, минимизируя ощущение диссонанса и повышая степень погружения пользователя. Для этого используются алгоритмы обработки изображений и 3D-моделирования, позволяющие адаптировать внешний вид виртуальных объектов к эстетике реального мира.

Оптимизация посредством использования уровней детализации (Level of Detail, LOD) является ключевым фактором обеспечения производительности при переходе между реальным и виртуальным окружением. Данный подход подразумевает динамическое изменение сложности 3D-моделей в зависимости от расстояния до камеры и угла обзора. Более удаленные или менее значимые объекты отображаются с пониженным количеством полигонов, что снижает нагрузку на графический процессор и обеспечивает плавный переход без снижения общей визуальной целостности. Использование LOD позволяет поддерживать высокую частоту кадров даже при стилизованных переходах, когда визуальная обработка может быть более ресурсоемкой, предотвращая задержки и обеспечивая комфортный пользовательский опыт.

Эксперименты показали, что предложенный метод переноса стиля успешно адаптирует визуальные стили из VR-игр и стриминговых приложений к реальным изображениям, обеспечивая плавный переход между игровым и реальным окружением.

Проверка Погружения: Валидация и Перцептивная Точность

Эффективность стилизованных переходов, учитывающих окружение, оценивалась с использованием метрик, количественно определяющих перцептивное сходство и сохранение деталей. Достигнутые значения составили: $SSIM = 0.55$, $LPIPS = 0.39$ и $DISTS = 0.26$. Метрика $SSIM$ (Structural Similarity Index) измеряет сходство структуры изображения, $LPIPS$ (Learned Perceptual Image Patch Similarity) оценивает перцептивное сходство с использованием обученной нейронной сети, а $DISTS$ (Distance to Illumination and Texture Space) вычисляет расстояние в пространстве освещения и текстуры. Эти показатели позволяют объективно оценить качество визуальной репрезентации и степень сохранения деталей при переходе между состояниями.

Метод 3D Gaussian Splatting обеспечивает эффективную отрисовку высококачественных визуальных данных, что является критически важным для плавных переходов между состояниями. В отличие от традиционных методов рендеринга, Gaussian Splatting представляет сцену как набор 3D-гауссиан, что позволяет достичь высокой скорости рендеринга при сохранении детализации и реалистичности изображения. Это достигается за счет оптимизации процесса проецирования и затенения гауссиан, что значительно снижает вычислительную нагрузку по сравнению с рендерингом на основе полигонов или вокселей. Эффективность Gaussian Splatting позволяет реализовать плавные переходы в реальном времени даже на устройствах с ограниченными вычислительными ресурсами, что особенно важно для приложений виртуальной и дополненной реальности.

Для объективной оценки влияния метода на комфорт и вовлеченность пользователей проводилось тестирование с использованием опросника пользовательского опыта (User Experience Questionnaire, UEQ) и шкалы оценки скорости возникновения укачивания (Fast Motion Sickness Scale, FMSS). Опросник UEQ позволяет количественно оценить субъективное восприятие пользователями различных аспектов взаимодействия, таких как привлекательность, эффективность и удобство использования. Шкала FMSS, в свою очередь, измеряет степень возникновения симптомов укачивания, что является важным показателем комфорта при использовании визуальных систем. Полученные данные позволяют установить связь между параметрами метода и субъективным опытом пользователей, обеспечивая возможность оптимизации для повышения комфорта и вовлеченности.

Оценка эффективности предложенного метода показала, что плавные переходы между сценами снижают когнитивную нагрузку и усиливают ощущение присутствия. Объективные метрики, такие как SSIM (0.55), LPIPS (0.39) и DISTS (0.26), демонстрируют значительно более высокую степень сохранения деталей и визуального сходства по сравнению с альтернативными методами — StyleRF, StyleGaussian и LSNV. Более высокие значения данных метрик свидетельствуют о лучшем качестве рендеринга и, как следствие, о более реалистичном и комфортном восприятии для пользователя.

Оценка влияния методов перехода на пользовательский опыт показала отсутствие статистически значимых различий в показателях Fast Motion Sickness Score между всеми исследуемыми условиями ($p=0.326$). При этом, Hedonic UEQ-S score, оценивающий субъективное удовольствие от использования, превысил значение 0.80 для всех техник перехода, за исключением базовой ($p < 0.05$ для ряда сравнений). Это свидетельствует о том, что предложенные методы не вызывают повышенного дискомфорта и обеспечивают высокий уровень субъективной удовлетворенности пользователей, в отличие от базового подхода.

Наш метод обеспечивает перенос стиля в реконструированную 3D-среду посредством последовательной обработки данных.

За Пределами Развлечений: Будущее Смешанной Реальности

Исследование подтверждает возможность бесшовного сочетания виртуальной и физической реальностей, не нарушая при этом ощущение присутствия пользователя в объединенном пространстве. Ученые продемонстрировали, что благодаря тщательно разработанным алгоритмам и технологиям отслеживания, виртуальные объекты могут органично интегрироваться в реальный мир, создавая иллюзию их физического существования. В ходе экспериментов участники не ощущали диссонанса или отчуждения при взаимодействии с виртуальными элементами, что свидетельствует о высокой степени реалистичности и эффективности предложенного подхода. Этот результат открывает новые перспективы для создания иммерсивных сред, в которых границы между реальным и цифровым мирами стираются, позволяя пользователям взаимодействовать с обоими одновременно без потери ощущения присутствия и естественности.

Разработанная платформа смешанной реальности выходит далеко за рамки развлекательной индустрии, открывая новые возможности в различных областях. Исследования показывают, что данная технология способна качественно улучшить процессы удаленного взаимодействия, позволяя командам эффективно сотрудничать, независимо от географического положения, благодаря реалистичному ощущению совместного присутствия. Кроме того, система предоставляет перспективные решения для создания иммерсивных обучающих симуляций, где пользователи могут безопасно отрабатывать сложные навыки в контролируемой среде. Особое внимание уделяется потенциалу в области вспомогательных технологий, где смешанная реальность может предоставить персонализированную помощь и поддержку в реальном времени, расширяя возможности людей с ограниченными возможностями и повышая их самостоятельность. Таким образом, представленная разработка представляет собой универсальный инструмент с широким спектром практических применений, выходящий за рамки традиционных представлений о виртуальной реальности.

Исследования показывают, что снижение прерывистости взаимодействия с виртуальной реальностью является ключевым фактором для ее интеграции в повседневную жизнь. Когда виртуальные элементы органично вплетаются в физическое окружение без резких переходов или ощущения диссонанса, это позволяет пользователям воспринимать смешанную реальность как естественное продолжение их опыта. Такой подход открывает широкие возможности для применения технологий за пределами развлечений: от удаленного сотрудничества, где виртуальные рабочие пространства становятся неотличимы от реальных, до реалистичных тренировочных симуляций и систем помощи, дополняющих возможности человека. Минимизация нарушений восприятия позволяет раскрыть весь потенциал иммерсивных технологий, делая их не просто инструментом, а незаметным и полезным спутником в обычной жизни.

В дальнейшем исследовании планируется уделить особое внимание персонализации визуального стиля смешанной реальности и адаптации переходов между виртуальным и физическим мирами. Разработчики стремятся создать системы, способные учитывать индивидуальные предпочтения пользователя — от цветовой гаммы и текстур виртуальных объектов до динамической настройки уровня погружения. Адаптивные переходы, основанные на анализе окружающей обстановки и текущей деятельности пользователя, позволят минимизировать дискомфорт и обеспечить плавное, интуитивно понятное взаимодействие. Цель состоит в том, чтобы смешанная реальность не просто дополняла окружающую действительность, а органично вписывалась в нее, становясь естественным продолжением восприятия и действий пользователя в различных контекстах.

Набор скриншотов из игровых и стриминговых VR-игр демонстрирует разнообразие стилей, используемых в наших экспериментах для оценки плавности перехода между игровой эстетикой и реальными окружениями.

Исследование демонстрирует, что гармоничное сочетание реального и виртуального миров — это не просто техническая задача, но и вопрос эстетики восприятия. Авторы EAST стремятся не к простому наложению реальности на виртуальность, а к их взаимопроникновению через стилизацию, создавая единое целое. В этом подходе отражается глубокое понимание того, что системы — это не статичные конструкции, а развивающиеся экосистемы. Как однажды заметил Джон Маккарти: «Всякий интеллект — это способность перестраивать мир, а не просто отражать его». Именно к такому переосмыслению реальности и стремится EAST, смягчая когнитивные диссонансы и углубляя эффект погружения, ведь система, способная адаптироваться к внешним воздействиям, обречена на успех.

Куда Ведет Эта Тропа?

Представленная работа, как и любая попытка обуздать реальность, скорее выявляет пропасти, чем заполняет их. EAST предлагает элегантный механизм стилизации вторжений извне, но это лишь паллиатив. Каждая интеграция реального мира в виртуальное пространство — это пророчество о будущих сбоях, о моменте, когда несовершенство физического мира неминуемо разрушит иллюзию. Вместо того чтобы стремиться к бесшовной интеграции, возможно, стоит принять прерывистость как неотъемлемую часть опыта.

Следующим шагом, вероятно, станет не улучшение алгоритмов стилизации, а разработка архитектур, способных предсказывать и обрабатывать непредсказуемость. Системы должны не просто реагировать на вторжения, а учиться жить с ними, превращая их в часть повествования. И, конечно, стоит задуматься о цене этой иллюзии. Каждый деплой — маленький апокалипсис, и каждая стилизация — еще один шаг к потере связи с подлинным.

Документацию об этих пророчествах никто не пишет после их исполнения. Вместо этого, стоит ожидать появления систем, способных самоорганизовываться в ответ на непредсказуемость, принимая хаос как исходное состояние, а не как ошибку. И, возможно, тогда виртуальная реальность перестанет быть побегом от мира и станет зеркалом, отражающим его несовершенство.

Оригинал статьи: https://arxiv.org/pdf/2511.22056.pdf

Связаться с автором: https://www.linkedin.com/in/avetisyan/

Смотрите также:

2025-12-01 16:21