Виртуальная реальность

С экранов  телевизоров, со страниц компьютерной и некомпьютерной прессы все чаще слышится словосочетание «виртуальная реальность» . Что же скрывается под этим модным сегодня словом?

 Виртуальная реальность - высокоразвитая форма компьютерного моделирования, которая позволяет пользователю погрузиться в искусственный мир и непосредственно действовать в нем с помощью специальных сенсорных устройств, которые связывают его движения с аудиовизуальными эффектами. При этом зрительные, слуховые, осязательные и моторные ощущения пользователя заменяются их имитацией, генерируемой компьютером.

Характерными признаками виртуальной  реальности являются:

- моделирование  в реальном масштабе времени; 

- имитация  окружающей обстановки с высокой  степенью реализма;

- возможность  воздействовать на окружающую  обстановку и иметь при этом  обратную связь.

 Однако  в полной мере ощутить всю  прелесть виртуальной реальности  можно только при наличии таких  элементов, как детекторы перемещения,  позволяющие отслеживать изменения  положения пользователя в увязке  с изображением на экране монитора  и датчики, фиксирующие действия  пользователя. До недавнего времени  такие системы можно было увидеть  лишь в крупнейших в мире  игровых центрах, а стоимость  их превышала все мыслимые  значения. Но все меняется в  современном мире компьютерной  техники, и в результате постоянного  снижения цен на компьютерное  оборудование такие системы становятся  доступными и рядовым пользователям  настольных компьютеров. Более  того, все чаще производители  и игрового программного обеспечения,  и бизнес - приложений встраивают поддержку виртуальной реальности в свои системы. А с середины 1995 года появилось несколько фирм, специализирующихся на выпуске такого программного обеспечения.

Системы виртуальной реальности в сочетании с профессиональным компьютером широко используются сейчас для развлечений. Они представляют собой различные более или менее сложные устройства, реагирующие на движения пользователя. Если несколько работающих систем виртуальной реальности соединить, образуется так называемое общее киберпространство, где пользователи могут встретить друг друга. Система отслеживания движений головы позволяет вам бросить взгляд в любую сторону киберпространства. А что в этом пространстве можно делать и что с вами произойдет - зависит от используемой прикладной программы.

 

 

 

 

Разновидности систем ВР

Возможности новой технологии весьма заманчивы – виртуальная реальность (ВР) может моделировать как реально существующие объекты (и их деформированные прообразы), так и любые воображаемые синтетические миры. ВР, моделирующая реально существующие объекты, может быть как макромасштаба (поверхность Марса, автомобиль, человеческое сердце), так и микромасштаба  (молекулярные модели белков, вирусов, микрочастиц).

На сегодняшний  день уже функционируют системы, включающие аудио-, видео-, тактильные и вестибулярные воздействия – за исключением пока запаха и вкуса.

Системы ВР могут  быть системами индивидуального  и коллективного пользования. При  этом наиболее простая форма состоит  в том, что все участники путешествия  внутри ВР видят то же, что и их «гид», который и осуществляет навигацию. Более сложный вариант состоит  в том, что каждый из участников, независимо от других, путешествует внутри одного и того же мира ВР. Следующая  ступень заключается в том, что  каждый из участников ВР видит других и те изменения ВР, которые вносятся его коллегами по виртуальному миру.

 Приведенная  выше классификация возможностей  систем ВР достаточно условна.  В ряде случаев ВР понимают  и более простые интерактивные  системы, в которых присутствует  только визуализация, причем даже  в том случае, когда визуализация  осуществляется не посредством  виртуальных шлемов, а с помощью  проецирования изображения на  полусферу или даже на плоские  экраны с применением стереоочков или без них.

 Более  детальное рассмотрение этой  технологии целесообразно провести  на основе конкретных применений. Исторически сложилось так, что  впервые зачатки систем ВР  были применены в тренажерах  военно-транспортной техники около  35 лет назад. Это направление  интенсивно развивается и по сей день, причем помимо военных применений появляется все больше гражданских.

 

Образовательные системы ВР

Системы ВР открывают огромные перспективы  в образовании.

 Ярким примером образовательного проекта с использованием технологии ВР является проект «Цифровая галактика», представляющий собой модель галактики реального времени с большой степенью детализации и поразительно реальной графикой.

 Программное  обеспечение генерации изображений  реального времени C-Galaxy разработано компанией Aechelon Technology, и функционирует на базе графической системы Опух2 InfiniteReality2. Визуальная база данных содержат информацию о 200 тыс. наблюдаемых звезд, туманностей и глобальных звездных скоплений. ВР позволяет проникнуть за пределы галактики, посмотреть на нее со стороны и лучше понять ее.

Виртуальный планетарий – не единственный пример образовательного проекта. Реализованы интересные исторические проекты, такие как «Античный мир» и «Древний Египет». В области биологии имеются системы, которые помещают зрителя в страну цветов, в город муравьев, в чрево акулы и даже внутрь человека.

 

Инженерные  системы ВР

Инженерные  системы ВР используются в основном в проектировании сложных систем, чаще всего в авиационной и автомобильной промышленности, то есть там, где выработка концепции, увязка компонентов и даже тестирование должны быть проведены задолго до этапа создания физического прототипа.

 

Виртуальные прототипы

        Развитие направления, связанного с созданием виртуальных прототипов, позволяет решить множество практических задач.

Виртуальные прототипы (ВП) позволяют  отказаться от натуральных моделей и обеспечить связь между отдельными подразделениями корпорации, работающими над разными аспектами одной и той же задачи. Особенно актуальны подобные системы на стадии концептуального дизайна.

 Интересен  пример General Motors - первой компании, которая применила технологию CAVE (Cave Automatic Virtual Environment), создающую полную иллюзию виртуальной машины.

 Другой  пример – применение ВР на  Chrysler, использующем технологии SGI, Fake Space и Ascension Technology. В частности, проектирование салона кабины автомобиля Dodge Durango производилось следующим образом – испытатель анализировал интерьер машины, реально имея лишь сидение, руль и педали. Все остальное он мог увидеть через подвижный бинокуляр, отслеживающий повороты его головы.

 Следующий  пример – лаборатория по имитации  полетов компании Lockheed Fort Worth, где на базе тренажера производится отработка виртуальных полетов с целью изучения удобства взаимодействия с тем или иным оборудованием кабины пилота.

 

 

 

 

 

ВР и медицина

Диагностика

Создание  виртуальной модели начинается с  получения совокупности плоских  снимков компьютерной томографии. На отдельно взятых снимках картина  опухоли может быть недоступна. Другое дело, когда совокупность плоских  изображений конвертируется в непрерывную  трехмерную модель. Мощные вычислительные ресурсы компьютера представляют эту  информацию в вид интерактивной  модели с возможностью «пролета»  над поверхностями того или иного  канала и регистрацией возможных  отклонений от нормы.

 В частности,  подобные системы были реализованы  совместными усилиями SGI и Vital Images – компании из Миннесоты, занимающейся визуализацией в медицине.

Виртуальные анатомические атласы

На сегодняшний  день уже существуют виртуальные анатомические атласы, такие, например, как в Национальной библиотеке медицины в США.

Эти системы  представляют различные органы и  системы среднестатистических мужчины и женщины. Компьютер может воссоздавать не только внешние, но и механические параметры органов. Принципиальное отличие виртуальной анатомии состоит в том, что наблюдатель может быть помещен в любую точку как вне, так и внутри организма, а также может «попутешествовать» вдоль тех или иных каналов и систем.

 

ВР  и архитектура

Появление ВР в архитектуре явилось логическим результатом желания заказчика  и разработчика увидеть будущее  здание со всех сторон – не только снаружи, но и изнутри.

 Со временем, впрочем, и этого оказалось  недостаточно – на определенном  этапе заказчику захотелось иметь  возможность «пролететь» над  будущей улицей или «проехать»  на виртуальном автомобиле, чтобы  оценить не только красоту  фасадов, но и удобства движения  в потоке автотранспорта.

 Весьма  интересен также пример использования  виртуальной реальности для воссоздания  архитектурных памятников старины.  Причем в этой области виртуальные  ансамбли прошлого служат не  только прообразом и моделью  для планирования строительных  работ, но и приобретают самостоятельную  ценность как инструмент, позволяющий  уточнить и домыслить утраченные  шедевры, а также как коммерческий  продукт для демонстрации туристам  ушедших памятников прошлого, деньги на реальную реставрацию которых будут найдены очень нескоро.

 

Безусловно, основным достоинством виртуальной  реальности является возможность создания абсолютно любого мира, в котором  можно свободно перемещаться, общаться и даже получать какие-нибудь ощущения. Уже сейчас ведутся разработки систем виртуальной реальности для использования в промышленности. Промышленные системы виртуальной реальности основаны на тех же компонентах, что применяются и в индустрии развлечений, но с повышенными требованиями к деталям, скорости и количеству. К тому же они дополнены такими периферийными устройствами, как сенсорные перчатки, позволяющие как бы касаться объектов, встречающихся в виртуальном пространстве, манипулировать ими и брать в руки. Иногда применяются еще и специальные жилеты, вызывающие ощущения непосредственно в теле пользователя при его взаимодействии с объектами киберпространства.

С помощью  довольно сложного программного обеспечения  пользователь может спроектировать новый дом и затем прогуляться  внутри, чтобы убедиться, что все  лестницы, мебель и оборудование на месте и расположены именно так, как ему нравится. Заметив непорядок, можно прямо здесь, в виртуальном  пространстве переставить все по своему усмотрению. Или, спроектировав  новый автомобиль, забраться в  виртуальную кабину, покрутить руль и понажимать на педали, проверяя в  деле свой проект. Сразу же внося  усовершенствования в модель, вы достигните максимального комфорта в будущем  автомобиле. К собственному удовольствию можно будет создать свой мир  и не выходя из дома, оказаться на берегу теплого моря, да не в одиночку, а с сетевым приятелем. Воздействуя на наши нервные окончания, электрические импульсы способны вызывать определенные ощущения: снимать или усиливать боль, создавать иллюзию движения, давления и т. п.

Свойства  виртуальной реальности в будущем  вполне могут быть использованы для  тренировки наших умственных способностей. Совершенные системы виртуальной  реальности смогут благодаря специальным  датчикам и симуляторам, вмонтированным в шлем и костюмы виртуальной  реальности, управлять нашими ощущениями, и эти ощущения, дополнены высокохудожественной стереоскопической графикой, создадут совершенную иллюзию мира, в который  захочется попасть.

Перспективы применения виртуальной реальности безграничны: например, можно создать  увеличенную модель атома, чтобы  посмотреть, как он выглядит в действительности, можно, с помощью виртуальной  реальности делать работу, по каким - либо причинам опасную для человека - всю работу человек будет выполнять  в виртуальной реальности, а его  движения будут дублироваться роботом, который находится в реальных условиях. Можно привести еще множество примеров применения виртуальной реальности. Hо все ли идет так гладко, как хотелось бы?

Во-первых, до сих пор еще не удалось создать  дешевую и эффективную систему  для использования виртуальной  реальности. Все системы, позволяющие  создать хоть какое то подобие виртуальной реальности, стоят слишком дорого. Кроме технических недостатков, есть и другие факторы, влияющие на распространение систем виртуальной реальности. Так, до сих пор не ясно, какое влияние оказывают эти системы на здоровье - в частности, на зрение.

 

 Дело в  том, что глазные мышцы не  способны длительное время находится  в напряжении.

 Тем не  менее, именно это и происходит  во время сеанса виртуальной  реальности. В противном случае  глаза быстро устают, глазные  мышцы ослабляются, в результате  чего происходит быстрое ухудшение  зрения. Однако чаще всего противниками  виртуальной реальности высказываются  опасения на счет психического  здоровья при применении систем  виртуальной реальности. Дело в  том, что человеческая психика  больше всего подвержена влиянию, когда человек на чем- то сосредоточен, что и происходит во время сеанса виртуальной реальности. Человек, сидящий за новой трехмерной игрушкой, погруженный в экран и слышащий звуки только своего Sound Blaster'а, является идеальным объектом для психогенного воздействия. В таком состоянии на человека можно воздействовать любыми методами - в том числе с помощью световых и звуковых комбинаций. 10 января 1995 года газета " USA TODAY " ( " США Сегодня " ) опубликовала рекламу Learning Machine, которая представляет из себя качественный CD-плеер, преобразователь, очки виртуальной реальности с наушниками и набор лазерных дисков. В тексте рекламы было сказано: " Подключите свое сознание к Learning Machine для повышения ментальной энергии, для программирования вашего сознания на успех и для запуска фантазий виртуальной реальности " . Не правда ли, что некоторые слова в этой рекламе настораживают? Если возможно программирование сознания человека, то почему нельзя сделать из него зомби - биологического робота? С одной стороны, такие мысли могут показаться чистой фантастикой, однако можно на уже существующих примерах сект увидеть, как легко человек подвергается чужому влиянию.