Что такое виртуальная реальность?

Виртуальная реальность в переводе означает - возможная реальность (лат. virtualis - возможный), которая может или должна проявиться при определенных условиях. В современной трактовке слово "виртуальный" означает почти тоже самое, но с небольшими уточнениями. В физике используются понятия - виртуальные частицы, события, параметры.

Понятие "виртуальный" имеет два оттенка - множественность вариантов и ненаблюдаемость.

Виртуальные элементарные частицы в микромире - это частицы в промежуточных (ненаблюдаемых) состояниях, существование которых в квантовой механике объясняется взаимодействие и превращение частиц. Аналогично этому, виртуальные события - это множество возможных событий (также ненаблюдаемых), из которых реализуется только один вариант события, которое мы наблюдаем.

Например - политика, в современности может осуществиться множество потенциально возможных сценариев развития политических событий, но реализуется только одно в силу конкретных обстоятельств, которое и попадает историю.

Понятие ВР тесно связано с понятием ВР-модели. Основная особенность ВР-модели – это создаваемая для пользователя иллюзия его присутствия в смоделированной компьютером среде, которое называют дистанционным присутствием. Ощущение дистанционного присутствия в меньшей степени зависит от того, насколько естественно выглядят изображения среды, чем от того, как реалистично воспроизводятся движения и насколько убедительно ВР-модель реагирует при взаимодействии с пользователем. В некоторых из ВР-моделей пользователи воспринимают изменяющуюся перспективу и видят объекты с разных точек наблюдения, как если бы они перемещались внутри модели. Если пользователь располагает более чувствительными (погруженными) устройствами ввода, например, такими, как цифровые перчатки и виртуальные шлемы, то модель обеспечивается достаточным количеством данных, чтобы надлежащим образом реагировать на такие действия пользователя, как поворот головы или даже движение глаз.

Миры с различными потенциально-возможными сценариями хода событий

Таким образом, используя понятие "виртуальная реальность", мы подчеркиваем потенциальную реализуемость конкретных вариантов событий среди множества возможных. Если говорят, что в реальной жизни "история не терпит сослагательного наклонения", то есть все события в прошлом детерминированы, будущее представлено широким спектром возможностей, а в настоящем происходит конкретный выбор среди возможностей.

При этом создается впечатление, что, с одной стороны - выбор предопределен, с другой - мы можем в той или иной степени влиять на выбор возможностей. Да только никак не можем в реальной жизни проверить, насколько такая возможность выбора существует. Например, мы не можем повернуть события начала Первой мировой войны по тому или иному пути развития, хотя совершенно уверены, что там были и случайности и цели конкретных людей.

Исследование природы необратимости хода событий в сложных системах выходит за рамки рассматриваемых вопросов, но для нас важно понимание "виртуальности" при рассмотрении путей возможного развития событий. Так вот, в системе ВР мы можем вернуться и разыграть события иначе, чем в предыдущий раз. Здесь мы вполне можем пользоваться вопросом в сослагательном наклонении "Как изменятся события, если мы поступим в аналогичной ситуации иначе". Система ВР нам позволяет проводить такие эксперименты с событиями и проверять ход истории в сослагательном наклонении.

ВР - искусственный мир человека

Виртуальная реальность - это окружение, которое вы ощущаете, не находясь в нем физически. Театр, опера, кино и телевидение - это все примитивные предвестники виртуальной реальности. Некоторые из этих предвестников виртуальных реальностей основаны на физических реальностях. К примеру, когда вы смотрите олимпийские игры по телевизору, вы можете сидеть у себя дома, но видеть и слышать практически то же самое, что вы увидели бы и услышали, если бы лично находились на месте. В других случаях, вы ощущаете окружения, эквивалента которым в физической реальности нет, как, например, когда смотрите какой-либо художественный фильм или, тем более, мультфильм. Такие виртуальные реальности называют искусственными реальностями.

Степень погружения в виртуальную реальность во время просмотра телевизора довольно сильно ограничена. Просмотр олимпийских игр по телевизору не может сравниться с присутствием на этих соревнованиях по многим причинам. Во-первых, качество воспринимаемых визуальных образов слишком низкое. У обычного телевизора качество картинки явно недостаточно, чтобы обеспечить полную иллюзию восприятия. Телевидение высокой четкости (HDTV) улучшает ситуацию, но даже с самым лучшим экраном нет восприятия трехмерного изображения. Эти проблемы можно решить, если использовать, например, стерео-дисплей. Также желательно использовать дополнительные сенсорные каналы - стереозвук, запахи, тактильные и кинетические ощущения своего тела в движении.

Еще одним важным элементом является интерактивность. Просмотр телевизора или кино - это пассивное наблюдение и переживание. А вот для полноты ощущения присутствия необходима возможность манипулирования не только объектами, которые вы ощущаете, но и выбором путей развития событий. Например, наблюдение соревнований по телевизору ограничено, как правило, спортивным жанром. А вы не сможете пойти в соседний парк и заняться, примеру, ловлей бабочек.

Примитивные системы ВР уже сейчас существуют. Впервые они начали применяться в различных военных тренажерах и для тренинга отдельных функций пилотов. Сейчас технологии ВР стали использоваться для развлечения и игр. Из-за того, что для поддержки ВР требуется значительные вычислительные ресурсы, поэтому качество графики в системах ВР очень низкое. Но с ростом вычислительной мощности и развитием средств пользовательского интерфейса системы ВР начнут приближаться к уровню качества физической реальности по точности воспроизведения и интерактивности.

Технологии ВР создадут практически неограниченные возможности для самого широкого спектра деятельности и, особенно, для творчества. Люди смогут создать искусственные виртуальные миры, которые не будут ограничены законами физики, но будут казаться участникам такими же реальными, как и физическая реальность. Можно будет путешествовать в эти миры для развлечения, для работы и для общения с другими людьми, которые физически могут находиться на большом удалении друг от друга.

Наиболее прагматичный подход к понятию ВР разделяет его на два аспекта (восприятие и действие), что весьма положительно для понимания сущности ВР:

• ВОСПРИЯТИЕ - создание компьютерных моделей восприятия, которые ощущаются и выглядят так, как будто бы существуют в реальности и исследование возможностей программно-аппаратных комплексов (HW + SW) для имитации естественных возможностей восприятия.

• ДЕЙСТВИЕ - создание технологии интерфейса человека с компьютером и исследование возможностей программно-аппаратных комплексов (HW + SW) для имитации естественных возможностей взаимодействия.

Виртуальная реальность - это система взаимосвязанных образов (визуальных, звуковых, тактильных, кинетических и т.д.), с которым сталкивается человек и по правилам взаимодействия которых он воспринимает и действует в окружающем его виртуальном мире.

Из этого можно сделать вывод - ВР обладает онтологическим (бытийным) статусом такого же порядка, как и субстанциональная реальность, основанная на материи.

И виртуальная, и субстанциональная реальность являются лишь отражением прареальности, или "мира идей", как когда-то говорил Платон.

Если обратиться к “Основам фантоматики” Станислава Лемма (книга “Сумма технологии”), где он поставил вопрос: как создать действительность, которая для разумных существ, живущих в ней, ничем не отличалась бы от их нормальной действительности, но подчинялась бы другим законам, отличающимися от законов нашего привычного мира? Этот вопрос можно упростить, и для начала поставить более простую задачу. Можно ли создать искусственную действительность, во всех отношениях подобную подлинной и совершенно от нее не отличимую? Первая проблема – создание миров, вторая – создание иллюзий, но иллюзий совершенных и абсолютных.

При такой постановке вопроса нам также не избежать анализа отношений “субъекта” с “объектом”. Еще в 1967 году Станислав Лемм написал эссе о судьбах цивилизаций и глубоком футурологическом прогнозе развития цивилизаций “Сумма технологии”. В этой работе он ввел понятие фантоматической машины в виде некоторого фантоматического генератора, к которому может подключаться человек для получения полного комплекса ощущения присутствия в заданных потоках событий, ощущения реальности переживаемых впечатлений и контроля возникающих ситуаций.

В какой-то степени прогноз Лемма о появлении фантоматических машин в массовом порядке уже начинает частично сбываться в виде современных персональных компьютеров с 3D-движками, которые уже сейчас могут создавать иллюзию окна в трехмерный мир. Возникает интересная коллизия. С одной стороны, фантомат является одним из объектов нашего привычного мира, с другой стороны, при “включении” фантомата виртуальная реальность выходит на первый план сознания человека, вытесняя субстанциональную реальность на второй план и даже совсем блокируя ее.

Тренажеры ВР

Уже давно для танковых частей, военно-морского флота, ВВС и в отдельных отраслях гражданской сферы используются разнообразные тренажеры с использованием элементов виртуальной реальности. Здесь существуют тренажеры и симуляторы практически для всех устройств, требующих ручного управления.

Системы виртуальной реальности устанавливаются также на предприятиях для обучения персонала, занятого на опасных участках производства, например на атомных станциях, в кузнечных цехах. Компания Motorola умудрилась сэкономить несколько миллионов долларов за счет виртуального обучения и создания виртуальных руководств по ремонту своей техники. Корпорация Boeing смело вкладывает несколько десятков миллионов в создание виртуальных инструкций по технической поддержке и ремонту своих лайнеров.

Тренажеры и симуляторы, как правило, недешевы, но их использование повышает качество подготовки персонала и вполне оправдано коммерчески.

Американские военные специалисты уже давно разрабатывают свои модели военных действий на основе концепции виртуальной реальности. При этом с США уже давно вкладывает деньги в разработку и использование комплексов виртуальной реальности в системах стратегического и тактического планирования боевых действий и ведения бесконтактного боя (имеется в виду без непосредственного участия военнослужащих в бое).

В ходе боевых действий в Ираке были продемонстрированы отдельные элементы бесконтактной войны, когда армия США, используя высокоточное оружие и дистанционно управляемые аппараты, наносила удары по иракским войскам, не вступая в непосредственный контакт.

Например, из дистанционного центра управления боем осуществляется управление беспилотным самолетом-разведчиком Predator компании Boeing. Такой центр является фактически системой виртуальной реальности и позволяет оператору вести военные действия, находясь за сотни километров.

Еще одно наглядное и практическое применение виртуальной реальности в военной сфере - тренажеры и симуляторы. Виртуальные тренажеры использовались ВВС США при отработке боевых вылетов во время войны в Косово. Спутниковая информация о расположении средств ПВО передавалась на компьютер, и пилот совершал тренировочный «вылет» в условиях, максимально близких к реальным, отрабатывая и запоминая самый безопасный маршрут.

Один из самых серьезных военных тренажеров разработали британские военные. Они объединили в сеть около сотни симуляторов единиц боевой техники, более десятка симуляторов единиц боевой техники общего назначения и более десятка «пехотных» симуляторов. Тренажер получил название Combined Arms Tactical Trainer («Тактический тренажер боя с использованием различных видов вооружений»). Главный симуляционный зал имеет размеры 120х45 метров. В CATT могут одновременно тренироваться и «воевать» до семисот человек.

Виртуальная реальность в промышленности

Одним из первых экспериментов по применению виртуальной реальности на производстве была американская корпорация General Motors.

Ожидания себя оправдали - лаборатория виртуальной реальности, созданная в Детройте в 1994 году обошелся концерну в 5 млн. долларов, а экономия при разработке новых моделей автомобилей составила около 80 миллионов.

Применение систем виртуальной реальности на различных этапах проектирования и испытания автомобилей позволило убрать из процесса разработки новой модели такие операции, как создание пластилинового макета, продувка модели в натуральную величину в аэродинамической трубе и крэш-тесты (испытания на столкновения).

Все эти манипуляции специалисты производят в виртуальном пространстве, где изменениям подвергается не физическая, а виртуальная модель автомобиля, позволяющая экспертам наблюдать многие процессы испытаний не только в численном эксперименте, но и в визуальной форме.

Аналогично решаются и проблемы с эргономикой салона, компоновки моторного отсека и ремонтопригодности узлов и агрегатов будущей машины. Например, можно определить еще в виртуальной модели насколько тот или иной узел может оказаться труднодоступным. Еще на этом этапе будущая модель автомобиля будет направлена от инженеров вновь на доработку дизайнерам, которые могут быстро скорректировать тот или иной элемент кузова, мешающий подобраться к нужному месту. Затем виртуальная модель вновь передается инженерам на "испытания".

Вслед за General Motors лабораториями виртуальной реальности обзавелись такие концерны, как Volkswagen и Ford. Теперь компания Ford признает, что внедрение системы виртуальной реальности в дизайнерских центрах в Меркенихе (Германия) и Дантоне (Великобритания) позволило сократить время разработки нового автомобиля более чем в два раза.

Самые впечатляющие результаты от внедрения технологий ВР достигли в компании Audi А3 (фирма Audi входит в состав группы Volkswagen), в которой все новые модели разрабатываются почти без использования реальных физических моделей автомобилей.

Нынешние системы виртуальной реальности, используемые на производстве, - новый этап развития хорошо известных систем автоматизированного проектирования и моделирования (CAD - системы). А все модные и дорогостоящие приспособления - проекционные системы, специальные шлемы, перчатки, костюмы, благодаря которым передается не только изображение, но и звук и тактильные ощущения, - не более чем обычные устройства ввода/вывода информации.

Однако системы виртуальной реальности имеют одно принципиальное отличие: ни одна установка автоматизированного проектирования и моделирования пока не позволяет человеку управлять поведением модели в реальном времени.