ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

У каждого времени есть собственный язык, у разных поколений в обиходе свои слова и выражения. Революция, война, покорение космоса — и речь людей запестрела соответствующей лексикой. На жизнь нынешнюю, пожалуй, более всего повлияли компьютеры, и очень модным словом стало «виртуальный». Виртуальное общение, виртуальное пространство, виртуальные деньги, виртуальный друг — к чему только виртуальность не пристегивается. Наиболее близки к этому английскому слову русские слова — вымышленный, воображаемый, иллюзорный. Вот и гадай, получив в письме «Виртуальный привет!», приветствуют тебя или иронизируют.

Виртуальная реальность (были попытки ввести термины киберпространство, искусственное пространство, синтетическая, мнимая реальность и другие, но они не прижились) — предмет конкретных, очень сложных и дорогостоящих исследований ученых, занятых компьютерными технологиями. О том, что стоит за понятием «виртуальная реальность», наш корреспондент Н. Умеренкова беседует с доктором физико-математических наук Александром Николаевичем ТОМИЛИНЫМ (www.ispras.ru), заведующим отделом в Институте системного программирования Российской академии наук, и кандидатом физико-математических наук Валерием Олеговичем АФАНАСЬЕВЫМ (www.mcc.rsa.ru), ведущим научным сотрудником Центра управления полетами Российского космического агентства.



Корреспондент. Виртуальная реальность — мир, который создает компьютер. Как выглядит этот мир и как в него проникают?

A. Томилин. Прежде всего надо экипироваться. Надеть шлем со встроенными видеоустройствами, силовой жилет, сапоги и перчатки, оснащенные специальными датчиками. А дальше все как в настоящем мире — вы перемещаетесь, поворачиваете голову, берете предметы, ощущая их температуру, тяжесть, слышите звуки. Вы можете оказаться на Луне, на дне океана, в каменном веке или в знаменитом музее.

B. Афанасьев. Вспомните определение материи как объективной реальности, данной нам в ощущениях. А здесь создаваемая компьютером иллюзия реальности, которую мы также можем ощущать, обманывая свою сенсорную систему. То есть обманывая зрение, слух, осязание, чувство равновесия и ориентации.

Корреспондент. Я могу сейчас здесь, в вашей лаборатории, примерить шлемы, сапоги, жилеты и отправиться в виртуальный мир?

A. Томилин. У нас не можете. Вы нас спросили о понятии виртуальной реальности, и мы его растолковали по возможности просто, даже примитивно. Выполнить же высказанное вами пожелание — окунуться в виртуальную среду — непросто. В научных подразделениях, занимающихся этой тематикой, нет необходимого для полномасштабных исследований оборудования, нет соответствующего финансирования для создания систем виртуальной реальности. Власть имущие и деньги распределяющие только согласно кивают — да, это важно, нужно, но денег не дают.

B. Афанасьев. К слову сказать, в США исследования, связанные с виртуальной реальностью, признаны одним из важнейших стратегических направлений и финансируются на уровне федеральных программ.

А. Томилин. Совершенно верно. Они считают это направление третьим по важности — после атомного и космического.

Корреспондент. Я понимаю, что невольно затронула очень болезненный вопрос, но его обсуждение увело бы нас в сторону. Хотелось бы вернуться к предмету разговора. Почему создание виртуальной реальности имеет большое значение? В чем ее практическая ценность?

А. Томилин. Моделирование (в основном визуальное) поведения реальных объектов прежде всего появилось в тренажерах, отражающих для наблюдателя (испытателя) окружающую обстановку и ее изменение, например, при имитации управления полетом самолета. Военные вообще прикладывают большие усилия, чтобы приспособить виртуальную реальность к тренировкам и обучению. Созданы современные имитаторы маневров и боев, в которых каждый из участников взаимодействует со «своими» и сокрушает «чужих». Американские военные утверждают, что обучение солдат стрельбе с помощью имитаторов примерно в пять раз эффективнее, чем на полигонах. В полицейских академиях офицеров ставят в виртуальную экстремальную ситуацию, когда надо быстро принять решение — стрелять или не стрелять. Я уже не говорю о том, как пригодились бы подобные тренажеры для операторов атомных электростанций и других сложных и опасных для окружающей среды объектов.

Корреспондент. Хорошо было бы, видимо, и хирургу набивать руку на виртуальных аппендиксах и желудках, а не на живых пациентах.

A. Томилин. Уже создан подобный тренажер во Фраунгоферовском институте машинной графики в Германии. Он используется для обнаружения изменений в суставах, в частности коленных соединениях, и их лечения. Традиционно хирурги набирались опыта, наблюдая за операцией, которую проводили старшие товарищи. Потом отрабатывали технику на синтетических протезах коленных суставов. Но пластик нечувствителен к ошибочным действиям рук хирурга, к неправильному наклону скальпеля. А электронное устройство, следящее за действиями врача в виртуальном колене, сразу покажет и ошибку, и ее результат.

В виртуальной реальности возможна совместная работа над каким-нибудь объектом людей, находящихся в разных точках земного шара. Они связываются друг с другом по Интернету и оказываются в одном пространстве.

B. Афанасьев. Существует много областей, мест, объектов, в которых человек либо не может находиться, либо в которые не может заглянуть. Типичные примеры — атомный реактор или другая планета. Мне довелось принимать участие в работе по анализу перспектив пилотируемых экспедиций на Марс в середине следующего столетия. Самым сложным было представить (или даже угадать), какие технологии будут применяться в 2050 году. Мне кажется, что в этой экспедиции одним из основных коммуникационных средств, скорее всего, будет система, объединяющая возможности технологий виртуальной реальности и моделирования, которую можно назвать системой виртуального присутствия. Что это такое? Представьте, что на вашем персональном суперкомпьютере есть новейшая игра, в которой вы (надев шлем виртуальной реальности) отправляетесь прямо на поверхность Марса. В компьютерную программу, управляющую этой игрой, заранее заложена очень детальная и поэтому громадная по объему информация о ландшафте Марса, его гравитационном и магнитном полях, свойствах его атмосферы и так далее. Словом, использованы все доступные на сегодняшний день данные об этой планете. И вот, вы шагаете по поверхности планеты, ощущаете твердость ее почвы, слышите какой-то особый, незнакомый шум ветра (на Марсе есть атмосфера) смело спускаетесь в ущелье, легко взбираетесь на скалу, смотрите в непривычное ночное небо, видите необычный восход Солнца. Поворачиваете голову — рядом с вами спускаемый аппарат и его работающий экипаж! Вы слышите радиопереговоры, можете, сидя у своего домашнего компьютера, подключенного к Интернету, поработать вместе с космонавтами.

С помощью системы виртуального присутствия тысячи людей смогут высадиться на далекую планету, почувствовать себя первоткрывателями.

A. Томилин. Кстати, и космонавты, находясь в корабле, могут заранее проиграть ситуацию высадки, определить, что вот так поступать следует, а вот этак — ни в коем случае. После аварии на станции «Мир» в прошлом году ведь была смоделирована ситуация на орбите, и модель подсказала возможные места поломки. Самое время, Валерий Олегович, рассказать о ваших работах по визуализации стыковки блоков международной космической станции, которые сейчас находятся на орбите.

B. Афанасьев. Мы сделали виртуальные копии функционального грузового блока «Заря», стыковочно-переходного блока «Юнити», будущей международной космической станции, и многоразового транспортного космического корабля (МТКК) «Индевор». Кроме того, пришлось поработать над моделью канадского манипулятора, установленного на шаттле. Он имеет достаточно сложную и своеобразную кинематическую систему, но нам удалось достигнуть миллиметровой точности моделирования движения при размерах «живого» манипулятора более 15 метров . По информации, которая шла с борта во время стыковки, расстыковки, маневров, мы могли воспроизводить все операции на Земле виртуально. Соответствующие «картинки» в самых различных ракурсах и синхронно с проводимыми на орбите операциями шли на экраны Центров управления полетами в городе Королеве и к американским специалистам.

Корреспондент. И можно было сравнить, то, что показывали видеокамеры, с тем, что моделировал компьютер?

В. Афанасьев. Совершенно верно. Кроме того, учтите, что не всюду может объектив видеокамеры «заглянуть», не все узлы показать. Да и когда объекты находятся в тени, искусственного освещения просто не хватает для хорошей видеокартинки. На экране в ЦУПе вы видите сплошную темноту и мелькание каких-то светлых пятен, Наблюдающие начинают спорит: а это что? а это что? А компьютер показывает всю операцию четко.

Корреспондент, Получается, виртуальное присутствие может быть альтернативой реальному видеоприсутствию?



Моменты раскрытия панелей солнечных батарей функционального грузового блока «Заря», выведенного на орбиту в ноябре 1998 года. В космосе такую картинку можно было бы увидеть с пролетающего мимо спутника. Такая возможность отсутствовала, поэтому была использована система виртуального присутствия. Компьютер по телеметрическим данным с орбиты может в реальном времени реконструировать события в космосе.


Связка «Заря» — «Юнити» — «Индевор». Такой ее видит космонавт, находясь в открытом космосе, и реконструирует с помощью систем виртуального присутствия компьютер на Земле. Со временем наблюдать подобные процессы в реальном времени смогут пользователи Интернета.


Заключительный этап стыковки — момент касания стыковочных узлов.


Отход шаттла от первой в истории международной космической станции. Виртуальное моделирование реальных событий, происходивших в космосе.

В. Афанасьев. Может. Но нельзя забывать, что создание виртуальных моделей требует очень больших усилий. Например, чтобы сделать по конструкторской документации виртуальные копии узлов космических аппаратов, нам потребовался год напряженной работы. Не говоря уже о том, что настоящая виртуальная реальность сегодня немыслима без суперкомпьютеров.

Корреспондент. Почему, как только речь заходит о виртуальной реальности, первым требованием становится наличие суперкомпьютеров? И что вообще обозначает эта приставка «супер»?

A. Томилин. Речь идет о машинах, способных совершать миллионы операций, из которых состоят расчеты, в сотые доли секунды. Гигафлопный компьютер выполняет миллиард операций в секунду, терафлопный — триллион (миллион миллионов) операций в секунду, а это миллионы самых лучших персональных компьютеров.

Корреспондент. А для чего вам нужно это супербыстродействие?

B. Афанасьев. Представьте, что у вас на голове надет специальный шлем, то есть вы находитесь в виртуальной среде. Вы поворачиваете голову, картинка меняется, и компьютер за сотые доли секунды должен ее пересчитать и вывести новое изображение в виде растров, состоящих в среднем из миллиона точек каждый. Если изображение на дисплее будет запаздывать или окажется заниженной частота смены кадров (в среднем 16 «мельканий» в секунду), то возможны весьма неприятные последствия — укачивание, головокружение, потеря ориентации, падение.

Корреспондент. Мне кажется, использование виртуальной реальности вообще таит в себе многие негативные последствия. И прежде всего для детей. Ведь не секрет, что развитие компьютерных игр — мощный стимул для исследований в области компьютерной графики, трехмерных изображений и так далее. Первыми виртуальную реальность «освоили» писатели-фантасты. И они же предупреждали о ее опасности. Рей Брэдбери еще в 1950 году в рассказе «Вельд» описал детей, играющих с виртуальными животными. Когда родители, обеспокоенные тем, что малыши слишком много времени проводят в иллюзорном мире, запретили это занятие, виртуальные львы убили взрослых. В фигуральном смысле подобное действительно может произойти. Для многих людей уход в виртуальность заменит нормальную и активную жизнедеятельность. Во взаимодействии человек — машина известен психологический эффект «флоу» — поток, течение. Преодолев барьер обучения, человек как бы сродняется с машиной, видит в ней своего лучшего и самого интересного спутника, свое второе «я». И, соответственно, проводит с ней много времени. Подобное происходит с автогонщиками, летчиками, но в большей степени, мне кажется, с теми, кто целыми днями просиживает за компьютерами.

В. Афанасьев. Конечно, сегодня на полную мощь персональный компьютер задействуется в основном в трехмерных играх. Казалось бы, ребенку или подростку дают бриллианты, чтобы складывать мозаику. Но, с другой стороны, во всем мире спрос на игровые программы и совершенные компьютеры дает реальные деньги для проведения глубоких фундаментальных исследований и совершенствования техники.

А. Томилин. А психологические проблемы, конечно, существуют. И ими должны заниматься специалисты, а не мы, математики и физики.
http://www.icpt.su/?fl=319&doc=884