Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ

А. ТОМИЛИН, В. АФАНАСЬЕВ.

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?

А. Томилин. Прежде всего надо экипироваться. Надеть шлем со встроенными видеоустройства ми, 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.

В. 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?

А. 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.

В. 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.

А. 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.

В. 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.

А. 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.

В. 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 спорить: а это что? а это что? А компьютер показывает всю операцию четко.

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

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"?

А. 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?

В. 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.

См. в номере на ту же тему

В. ОЛЕГОВ - Костюм "виртуанавта".

Д. УСЕНКОВ - Компьютерная магия.

Рефераты.

В. СЕМЕНОВ, С. МОРОЗОВ, О. ТАРЛАПАН - Красочная жизнь сухих формул.


Случайная статья


Другие статьи из рубрики «Человек и компьютер»

Детальное описание иллюстрации

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.