Искусственные миры входят в нашу жизнь

Представьте себе, что вы прогуливаетесь по архитектурным достопримечательностям мира, не покидая уютного кресла. Или мчитесь, затаив дыхание, на американских горках еще до того, как они будут построены. Или учитесь бороться с огнем или управлять самолетом, не подвергая себя абсолютно никакой опасности. Если же вы предпочитаете всему абстрактный мир науки, то не хотелось ли бы вам поближе взглянуть на распределение сил в магнитном поле или на огромные трехмерные структуры протеинов? Все это и еще многое другое теперь стало возможным благодаря сочетанию технологий, которое называется виртуальной реальностью, или сокращенно ВР.

Итак, что же представляет собой виртуальная реальность? Как и со всякой развивающейся дисциплиной, точное определение все еще отсутствует. Изначально виртуальной реальностью называли созданный с помощью компьютера трехмерный мир, в который можно было погрузиться с головой. С помощью специальных устройств может быть достигнут весьма убедительный эффект погружения в нереальный мир. Профессионалы тем не менее предпочитают использовать такие термины, как "виртуальная среда", "синтетическая среда" или "виртуальные миры". Они стараются избегать слова "реальность", которое считается одновременно и слишком амбициозным и имеющим слишком узкое значение в свете перспектив потенциального использования этой технологии.

В идеале виртуальная реальность должна вызывать ощущения, которые были бы неотличимы от настоящих. Голографическая палуба, присутствующая в сериале "Star Trek: Новое поколение", считается эдаким "святым граалем" ВР. Хотя то, что эта цель будет когда-нибудь достигнута, вызывает сильные сомнения, эксперты полагают, что виртуальная реальность революционным образом изменит способ общения между людьми и информационной технологией, предлагая огромное разнообразие творческих методов для того, чтобы выражать свои мысли, обмениваться информацией, визуально представлять различные процессы, обучаться различным профессиям и, наконец, развлекаться.

Еще в 60-х годах некто Ивэн Сазерлэнд продемонстрировал первое устройство визуализации трехмерных миров, которое получило название наголовного шлема (HMD, Head-Mounted Display). Но эти устройства были не очень распространены, и лишь в 1989 году они впервые стали доступны покупателям благодаря усилиям компании VPL Research. Именно Джэрон Ланьер, основатель этой фирмы, и ввел в употребление термин "виртуальная реальность".

Сегодня наголовные шлемы виртуальной реальности, хотя и претерпели существенные усовершенствования, во многом схожи со своими далекими предшественниками. Они надеваются на голову наподобие шлема и имеют два миниатюрных дисплея и оптическую систему, которая направляет изображение с экранов в глаза пользователя. Изображение представляет собой созданные с помощью компьютера сцены трехмерного пространства, которые хранятся в единой базе данных. Два изображения немного отличаются друг от друга в соответствии с тем, что видят левый и правый глаз. Когда это расхождение обрабатывается человеческим мозгом, то в результате получается стереоизображение. К шлему прикреплен небольшой датчик, который отслеживает движение головы наблюдателя. В соответствии с его показаниями компьютер настраивает изображение таким образом, что пользователю кажется, что он смотрит, гуляет и даже летает по виртуальному миру. Успех HMD во многом способствовал увеличению ажиотажа вокруг систем ВР и ознаменовал собой появление новой промышленной отрасли. Диапазон наголовных экранов, выпускаемых сегодня, варьируется от устройств, используемых в играх для детей и стоящих менее ста долларов, до аппаратов, использующихся в военных целях, ценой в несколько сотен тысяч долларов. С другой стороны, большинство из них имеют узкое поле обзора, низкокачественные дисплеи, недостаточно точные системы отслеживания движения и часто вызывают чувство дискомфорта у пользователя.

Менее громоздкой альтернативой является система BOOM (Binocular Omni-Orientation Monitor), идея которой принадлежит компании Fakespace, являющейся подразделением концерна Mountaun View из Калифорнии. Система BOOM, которую также называют "устройством спаренных дисплеев", имеет два экрана, находящихся на "плавающей" коробке, которая, в свою очередь, прикреплена к состоящей из нескольких звеньев механической руке. Пользователь смотрит внутрь коробки через два отверствия и направляет коробку в любом направлении в зоне ее действия. Система BOOM обеспечивает улучшенное качество изображения на экране, более широкий угол обзора и превосходные специальные отслеживающие датчики. Пользователю коробка кажется практически невесомой. Он может в любой момент перестать наблюдать за происходящим внутри коробки и расслабиться или показать другому человеку что-нибудь интересное в этом виртуальном мире. Эти практические преимущества, в сочетании с высокоточным механизмом отслеживания сделали систему BOOM одним из наиболее предпочтительных устройств для промышленного применения в тех областях, где требуются точность и функциональность при выполнении рутинных операций.

В настоящее время самой совершенной системой ВР является т.н. CAVE (Cave Automatic Virtual Enviroment), которая основана на совершенно других принципах. Эта система разработана Иллинойским университетом в Чикаго и была впервые продемонстрирована в 1992 году. Это устройство создает абсолютно достоверный мир, проецируя стереоизображения на пол и стены куба размером с обычную комнату. Координация проекции может выразиться в иллюзорном исчезновении углов кубического помещения.

Система CAVE может быть приспособлена для использования сразу несколькими людьми, позволяя им свободно перемещаться по комнате. Изображения для левого и правого глаза в этом случае проецируются в быстрой, чередующейся последовательности. Для того чтобы видеть перед собой стереоизображение, наблюдатель должен носить практически невесомые жидко-кристаллические очки, играющие роль ставень (затвора), которые поочередно блокируют то левый, то правый глаз, делая это в синхронной последовательности со сменой изображений. Ощущение погружения в искусственный мир при этом возникает настолько полное, что пользователи подчас бывают не в состоянии отличить реальные объекты от виртуальных. Единственным недостатком системы является то, что ее установка стоит весьма недешево. Поэтому она используется в основном в исследовательских лабораториях и в ключевых областях промышленности в США и Европе.

На схожих принципах основаны и выпускаемые по гораздо более доступным ценам устройства под названием ImmersaDesk, изготавливаемые фирмой Pyramid Systems (город Саузфилд, штат Мичиган,) и Immersive Workbench, производимые фирмой Fakespace. Принцип их работы основан на том, что стереоизображение проектируется на наклонную или горизонтальную поверхность. Эти устройства позволяют нескольким наблюдателям со стереоочками взаимодействовать с трехмерной моделью, которая словно вырастает из стола.

Находясь в виртуальной среде, пользователю бывает зачастую трудно устоять перед соблазном прикоснуться или взять в руки несуществующий на самом деле предмет, что обычно приводит к чувству разочарования: "Там ведь ничего нет!" Но для многих областей применения ВР взаимодействие с виртуальными объектами просто жизненно необходимо. Одним из устройств, которое специально было разработано для этих целей, является т.н. "перчатка данных", оборудованная специальными датчиками, которые отслеживают движение пальцев и руки. Компьютер в режиме реального времени создает трехмерную модель руки пользователя, перемещая ее в соответствии с движениями его настоящей руки и выдавая ее изображение в соответствующем месте виртуального мира. В качестве альтернативы может использоваться и более простое устройство, например обыкновенный джойстик или сенсорная указка.

Иллюзия погружения в виртуальный мир может быть существенно усилена, если в этом процессе будут активно задействованы и невизуальные технологии. Но уровень развитий этих технологий на сегодняшний день, к сожалению, не позволяет имитировать все огромное разнообразие испытываемых человеком ощущений. Самые обычные, повседневные наши ощущения, такие, как, например, ощущение веса объекта, наслаждение теплыми лучами солнца или то, что мы испытываем, лежа вытянувшись на водяном матрасе, очень трудно воспроизвести в виртуальном виде.

Тем не менее в технологиях, связанных с представлением слуховой и связанной с прикосновением к объекту информации, был достигнут значительный прогресс. Созданные компьютером виртуальные звуки, которые пользователь слышит в наушниках, не только подчеркивают реалистичность виртуальной атмосферы, но и обеспечивают стереофонические впечатления от виртуальной среды. Использование т.н. "направленного" звука позволяет пользователю на слух определить нахождение источника звука в виртуальном пространстве.

Развитие технологии изготовления устройств, отвечающих за то, какие ощущения испытывает пользователь, прикасаясь к виртуальному объекту, также привлекает к себе много внимания. В настоящее время эти устройства обеспечивают отдачу, которую классифицируют как "осязательную" или "силовую". "Осязательная" отдача создает у пользователя ощущение прикосновения к виртуальному объекту - например, он может почувствовать мельчайшие электрические импульсы или вздувание маленьких пузырьков. Устройства, основанные на принципе силовой отдачи, используют контролируемые компьютером силы, которые затрудняют движения пользователя. Так, например, джойстик с силовой отдачей может дать пользователю ощущение борьбы с инерцией, когда тот попытается переместить объект.

Михаил ШАРУБИН

(Окончание следует).