1. Реальність: уявна чи справжня?
2. Довга дорога в 3D-дюнах ...
3. Як пустити пил в очі?
4. Як навострить вуха
5. Як дати волю рукам
6. Як нюх втратити
7. Самостійне подорож в світ VR

Володимир Богданов, Олег Татарників

Volo ergo sum. - «Хочу - значить існую»

Мен де Біран

Реальність: уявна чи справжня?

Довга дорога в 3D-дюнах ..

Як пустити пил в очі?

Як навострить вуха

Як дати волю рукам

Як нюх втратити

Самостійне подорож в світ VR

Академія Інтерактивних Мистецтв і Наук

Virtual Reality (VR)

стереоскопічний ефект

Шолом VFX3D від Interactive Imaging Systems

«Мишача» технологія Immersion FEELit - відчуйте різницю

Реальність: уявна чи справжня?

Чи може нова технологія породити принципово нове мистецтво або це абсолютно не пов'язані речі? З досвіду тих видів мистецтва, про оригінальність яких ніхто давно вже не сперечається, можна з великою часткою впевненості стверджувати: «Так, безумовно, може!» І по всій видимості це буде «інтерактивне мистецтво» зі своїм складним (і поки досить дорогим!) апаратно-програмним інструментарієм. Причому як для створення, так і для сприйняття того, кому воно адресоване.

Що, наприклад, дала комп'ютерна графіка сучасного мистецтва? Використання її в кіно призводить до збільшення вірогідності, витіснення з кіновиробництва комбінованих зйомок і небезпечних трюків при емуляції складних ефектів і недоступних в житті об'єктів. Крім того, комп'ютерна графіка змінила і сам принцип роботи знімальної групи: завдяки цифровим технологіям з роботи режисера пішло тривожне відчуття непередбачуваності результату, так як вже в процесі монтажу з'явилася можливість «переграти» ту чи іншу сцену, змінити план і точку огляду ...

Але це ще не нове мистецтво і навіть не новий жанр. Це лише новий інструментарій. Значно більше змін привнесли нові технології в телебачення і відеоарт. Тут уже мова йде про створення абсолютно нової мови і нових засобів вираження, і без участі комп'ютерних технологій такого роду роботи виконати вже неможливо 1 . Але це знову ж таки не нове мистецтво - це лише нові засоби вираження.

Прикладом народження дійсно нового і повністю комп'ютерного мистецтва є комп'ютерні ігри та атракціони віртуальної реальності. Тут машина стає частково творцем: адже ні художник, ні програміст не можуть передбачити, як поведе себе їх «співавтор» - гравець. В результаті подібного людино-машинного співавторства народжується зовсім незвичайне і непередбачуване твір мистецтва. І нове мистецтво вимагає не тільки нових засобів вираження, а й нового інструментарію ...

Довга дорога в 3D-дюнах ...

Ідеї ​​штучно синтезованих тривимірних світів, якими може маніпулювати користувач, зародилися в наукових і філософських колах ще в середині 60-х років. Згадайте, як в «Зоряних війнах» Люк Скайуокер використовував віртуальну систему наведення для бомбометання по імперської «Зірці смерті» 2 . Підкріпити «уявну реальність» відповідним технічним оснащенням і тим більше перенести її з лабораторій на столи користувачів вдалося лише на рубежі 90-х. Тоді ж на екрани вийшов фантастичний блокбастер за мотивами новели Стівена Кінга «Газонокосильник» (The Lawnmowerman), який прямо-таки викликав вибуховий інтерес до virtual reality (VR). Фільм миттєво став культовим і за кордоном, і в Росії. Саме неоднозначного закадрового перекладу ми зобов'язані появою терміна «уявна реальність», хоча англійське virtual, навпаки, означає, що та реальність «фактична, справжня», а наша з вами - це ще питання.

Нагадаю, що за сюжетом картини інженер військової лабораторії використовував складне VR-обладнання для прискореного навчання та розвитку інтелекту. Ведений пером фантаста, інженер (його грав Пірс Броснан, нинішній Джеймс Бонд) почав вводити розумово відсталому різноробочим-газонокосильщика психотропні препарати, «розширюють свідомість», і навчати його у віртуальній комп'ютерному середовищі. В результаті газонокосильщик порозумнішав настільки, що перетворився на агресивного монстра-телепата, витончено розправився зі своїми ворогами, зібрав валізи і переїхав в Інтернет на постійне місце проживання.

Казка - брехня, та в ній натяк ... Людина, як відомо, використовує постійно лише кілька десятих часток відсотка клітин мозку. Але ж навіть мавпа використовує свій мозок відсотків на 20. Однак розвиток людини як біологічного виду з незрозумілих причин припинилося 30-40 тисяч років тому. Фізіологічно ми мало чим відрізняємося від кроманьйонця (хоча той був французом). З якою ж метою Матушка-природа приберегла для нас настільки надлишкові резерви, тимчасово заблокувавши їх невидимої перемичкою? Навіщо дала нам такі величезні лобові частки мозку, відповідальні за світовідчуття? Невже це щедрий подарунок для наступного еволюційного стрибка?

Потужний сплеск інтересу до віртуальної реальності і спеціалізованим пристроям припав на середину 90-х. З'явилися перші мультимедійні шоломи, окуляри, рукавички та інші модні аксесуари. Але раптово популярність «віртуальних утіх» пішла на спад ...

Що ж сталося? Фахівці сходяться на думці, що desktop VR (настільну віртуальну реальність) погубили високі ціни і перемикання уваги аудиторії на більш доступні 3D-забави. Втім, захоплені «непосильними» боями з монстрами «думер» і «квейкери» далеко не відразу звернули увагу на появу перших 3D-прискорювачів: nVidia, Rendition і т.д. Справжній бум почався тільки з появою 3DFx Voodoo. Графічні 3D-прискорювачі розвиваються зараз настільки швидко, що в цьому з ними не можуть змагатися ні пам'ять, ні процесори зі своїм хваленим законом Мура. Продуктивність процесорів подвоюється кожні два роки, а продуктивність 3D-карт - кожні півроку. Крім появи потужних і недорогих акселераторів тривимірної графіки ми спостерігаємо і інші явища: великі монітори впали в ціні, тривимірний позиційний звук і якісні пятіколоночние акустичні системи дозволяють поринути в світ реалістичних синтезованих звуків. І все це - універсально і доступно.

В таких умовах мало хто міг зважитися на придбання «головного болю» (шолом віртуальної реальності), який сам по собі коштує доларів 600, та ще й додаткового обладнання до нього «набігає» на аналогічну суму. Правда, радує, що останнім часом знову відбувається перелом у громадській думці на користь спеціалізованих 3D-пристроїв, які застосовуються, до речі, не тільки в іграх. Йдеться, головним чином, про доступні моделях стереоочков і маніпуляторів з зворотним тактильним впливом (force feedback).

Як пустити пил в очі?

«Віртуальний» шолом - мультимедійний пристрій, який містить два дисплея (по одному для кожного ока) і нерідко апарат, що відслідковує повороти голови (position tracker). Останнє потрібно для того, щоб віртуальна сцена коректувалася відповідно до напряму погляду користувача. Варто вам перевести погляд на рятівну двері наступного рівня, як на кожен з двох мініатюрних ЖК-дисплеїв шолома буде подано відповідне зображення (різне, звичайно). Ще пару років тому вважалося, що частота регенерації сцени на кожному дисплеї не повинна бути нижче 10 кадрів в секунду, інакше занадто помітні будуть спотворення, уривчастість і затримка реакції на фізичні рухи користувача. Продуктивність акселераторів і всієї комп'ютерної системи виступала сильним стримуючим фактором: доводилося спрощувати тривимірні сцени і боротися з високою стомлюваністю від екранних мерехтінь. Яка вже тут віртуальність, коли голова тріщить.

Зараз все змінилося - і апаратні можливості, і якість візуалізації об'єктів. Для того щоб оцінити наближення до ідеалу, необхідно враховувати деякі анатомічні особливості нашого зору. Сітківка ока людини реально використовує близько трьох мільйонів колірних рецепторів-колбочок, тобто, грубо кажучи, забезпечує дозвіл 1700x1700 «біопікселов» (тут і далі наводяться розрахунки С.Козлова,). Це означає, що при 24-бітної глибині кольору на кожне око треба було б 18 Мбайт відеопам'яті (по 9 на кожне око) і пропускна здатність відеопідсистеми 540 Мбайт в секунду при пристойній швидкості оновлення екрану 30 кадрів в секунду. Очевидно, що близькі до таких вимог відеокарти вже присутні на ринку і стрімко удосконалюються. На жаль, людське око - це не якась там ПЗС-матриця, і його поведінка не описується лише чутливістю сітківки. До того ж ми не так вже й часто нерухомо стоїмо, упершись поглядом в одну точку. Тому для підвищення реалістичності пристроїв візуального сполучення (очок, шоломів) доведеться враховувати переміщення зіниць, гнучко підстроювати фокусування, будувати міні-дисплеї з адаптивним дозволом (яке зменшується при видаленні від точки фокуса) і йти на інші хитрощі, які заклала в нас Природа.

Як навострить вуха

Забезпечення реалістичного 3D-звуку - саме та область, де був досягнутий найбільший прогрес. Ситуація близька до ідеалу. Position tracker, розташований зазвичай в шоломі, допомагає скорегувати «напрямок» аудиопотока. Наприклад, якщо джерело звуку знаходиться не прямо перед користувачем або позаду нього, виникає різниця в його сприйнятті кожним вухом. Відповідно, подавши на один навушник звук трохи раніше (пізніше), голосніше (тихіше) або іншій тональності, вже вдається домогтися гарної ілюзорною реалістичності (який термін вийшов - краще «уявної реальності»!). За характером відбитого від об'єктів звуку, а також різних типів луни (наприклад, раннього луни) людина приблизно здатний визначити відстань до джерела звуку, його характер і інші параметри. Сучасні акустичні системи здатні обдурити багатьох непідготовлених слухачів своєю реалістичністю. Тому коли на екрані хорошого кінотеатру починається штатна стрільба, а окремі глядачі кидаються на підлогу і починають безладно відстрілюватися, то це нормально - просто ви стали свідком чергового «звіриного оскалу» віртуальної реальності.

Як дати волю рукам

Другим типом пристроїв сполучення (за ступенем популярності у режисерів фільмів), безумовно, є рукавички і екзоскелети ( «зовнішні скелети»). Екзоскелет - складний і дорогий VR-костюм, який проводиться в обмежених кількостях і відноситься до лабораторного, а не до домашнього класу пристроїв. Він в буквальному сенсі дозволяє користувачеві пережити гострі відчуття, отримані в віртуальному середовищі, на власній цілком реальною шкурі. Однак практично симулювати відчутні відчуття набагато складніше, ніж зорові, слухові та інші. Уявіть, як можна технічно відчути рукою перешкоду, якого не існує, або визначити рельєф поверхні «придуманого» комп'ютером предмета? Може, саме тому повноцінний киберсекс поки залишається утопією? Якщо діяти «в лоб», то доведеться створити штучну шкіру з безліччю вмонтованих моторчиков, якими ще якось треба управляти. Запитань поки що більше, ніж відповідей ...

Однак слід враховувати, що проблема позиціонування кисті в віртуальному просторі вирішується на практиці не дуже складно. Можна, наприклад, начинити рукавичку светопроводящімі волокнами (световодами) і вимірювати падіння інтенсивності світлового потоку, який відбувається при перегині волокон, або ж заміряти зміна кута між фалангами пальців і будувати математичну модель руху руки «на льоту».

Неважко здогадатися, що подібні методи дозволяють лише ефективно «розпускати пальці» у віртуальному середовищі або, в кращому випадку, відчути пружність гранчака. А ось самі межі вже не відчуєш (як, втім, і вміст склянки). Не кажучи вже про температуру. Тут на допомогу може прийти дуже складна бульбашкова технологія: англійці здогадалися наповнити «шкіру» рукавичок бульбашками з повітрям, які змінюють свій об'єм (надуваються і здуваються), провокуючи тактильні відчуття. Складно і дорого. Може, тільки поки що?

Найбільш доступним інтерактивним дотикальним пристроєм сполучення, хоча б частково вирішальним проблему віртуальної симуляції, можна вважати маніпулятори зі зворотним тактильним впливом. Йдеться про джойстиках і рулях з технологією Force Feedback (), які, наприклад, можуть бути використані в гоночних іграх або повітряних симуляторах. Ці пристрої не настільки залишаються без взаємності, як їх дешеві родичі ( «рулі-флюгери»), а адекватно «огризаються» на незручні дії «водія», «пілота» або «винищувача монстрів»: вириваються з рук при крутому повороті, трясуть від автоматної віддачі , коротше, ведуть себе майже як в житті.

Як нюх втратити

Як електронними засобами, та ще й безконтактно обдурити власну нюх, вченим ще належить додуматися. Є думка, що в далекому майбутньому можна буде піти на імплантацію електродів в мозкові центри, відповідальні за сприйняття запахів. Самим же демократичним і реалістичним способом авторам бачиться нагнітання і витягування штучних синтезованих аерозолів. За пару секунд таким способом можна «переміститися» з морського пляжу в сосновий бір, а ще через мить - в опійну курильні. Потім, правда, доведеться зробити перерву. Виявляється, число ароматів, які людина здатна розрізняти за невеликий проміжок часу, обмежена якимось десятком найменувань. Потім все запахи стають невиразні. Ми на час «втрачаємо нюх», про що добре відомо дегустаторам- «нюхач». З іншого боку, хімічні аерозолі цілком об'єктивні - яка ж це VR? Штучна, звичайно, але як там не є реальність. Складні леткі сполуки поки не заміниш розумним потоком електронів.

Уважні читачі можуть згадати, що існують «штучні носи» - пристрої, здатні визначати наявність і концентрацію в повітрі фіксованого переліку хімічних речовин. Подібні розробки успішно ведуться і в Росії. Однак для віртуальних цілей вони непридатні, тому що призначені для роботи в реальних середовищах. Трохи дивно, що індустрія поки не надто переймається про створення нюхового інтерфейсу для віртуальної реальності, тому доля більшості VR-випробувачів - нюхати лабораторну пил, запахи нової синтетики, розігрітій пластмаси і, не дай Бог, що плавиться ізоляції.

Самостійне подорож в світ VR

Internet просто кишить пропозиціями про обладнання для віртуальної реальності: від дешевих настільних аксесуарів до страшно дорогого (ціною в десятки тисяч доларів) обладнання для ігрових залів і домашніх театрів VR. Кращий спосіб розібратися в заплутаному клубку VR-техніки - це зробити самостійну екскурсію по Web-сайтів виробників і продавців. Щоб не збитися з шляху, скористайтеся анотований каталогом Web-посилань на нашому CD-ROM. В першу чергу зверніть увагу на Web-сервери виробників: крім специфікацій конкретних пристроїв там нерідко можна знайти науково-популярну інформацію про принципи ряду VR-технологій і про їх апаратно-програмної реалізації.

КомпьютерПресс 7'1999