Страница:
А.Г. Каких открытий ждать сейчас в палеонтологии, связанных с динозаврами? Есть какие-то магистральные направления?
В.А. Открытия происходят всё время. Подсчитано, что с 1824 года, когда был описан первый динозавр, число описанных видов достигло тысячи. Примерно две трети из них – валидные, то есть правильные.
Я думаю, число видов динозавров будет расти – ведутся интенсивные раскопки на всех континентах: и в Южной Америке, и в Австралии и так далее. Старые континенты Монголия, Китай – приносят всё новые и новые находки. Из Монголии и особенно из Китая валом пошли оперённые динозавры.
А.Г. Новое веяние такое…
В.А. Кроме того, нужно решить важный и старый вопрос: археоптерикс – это птица или динозавр?
Технологии виртуальной реальности
Участники:
Афанасьев Валерий Олегович – кандидат физико-математических наук (Центр управления полётом, г. Королёв)
Томилин Александр Николаевич – доктор физико-математических наук, профессор (ИСП РАН)
Александр Гордон: Давайте начнём с определения.
Александр Томилин: Давайте. Конечно, нужно определить понятие виртуальной реальности, а вместе с ним и, конечно, сам термин виртуальность. Всегда мы знали, что мир, материя – это объективная реальность, данная нам в ощущениях. Это означает, что мы получаем через свои органы чувств определённую информацию об окружающем мире.
Так вот, если мы подменим информацию об естественных объектах информацией об искусственных объектах, это тоже будет мир, данный нам в ощущениях через наши органы чувств. Но вот это и будет мир виртуальной реальности. Мир, созданный компьютерными средствами. Такая трехмерная среда, иногда говорят 3D-среда, в которой достаточно реалистично ощущается окружение. И это окружение достаточно реалистично реагирует на присутствующего наблюдателя, исследователя, участника этой сцены.
Слово «виртуальный» имеет очень много значений. Одно из них, взятое из словаря компьютерной лексики, изданного в Петербурге в 1999 году, говорит о том, что виртуальный – это несуществующий, воспринимаемый иначе, чем на самом деле есть. В то же время термин «virtualis» латинский означает «мнимый, несуществующий».
Вот это понятие «виртуальный» наиболее подходит в данном контексте понятию «виртуальная реальность». Потому что есть и другие понятия.
В англо-русском словаре на 50 тысяч слов сказано, что это слово означает «реальный», И, кроме того, ещё одно его значение «поистине, воистину». Это определение не подойдёт здесь. Оно исторически, видимо, возникло в обиходе народов. И вот попало на страницы словаря.
А.Г. Если я правильно понял, мы говорим об искусственно созданном мире или части этого мира, который воспринимается нами или нашими органами чувств как мир реальный.
А.Т. Да, как мир реальный, хотя на самом деле это искусственный мир.
А.Г. В таком случае у меня сразу будет вопрос, который, может быть, несколько уведёт нас от темы беседы, но мне очень важно понять принципиальную разницу, если она есть. Чем мир первого бала Наташи Ростовой, созданный Львом Николаевичем Толстым и воспринимаемый и переживаемый внимательными читателями как реальный мир хотя он никогда не существовал, он такой же виртуальный, как компьютерная программа, отличается от той реальности, которую мы сегодня обсуждаем?
А.Т. Тут, раз мы уходим в сторону, можно уйти ещё чуть-чуть дальше, а потом вернуться к вашему вопросу. Ведь идеалисты – они говорили о том, что мир существует таким, каким наше сознание его себе представляет.
А.Г. Про это и спрашиваю.
А.Т. Писатели, конечно, придумывают свой мир, разумеется. Но это не совпадает с тем, о чём мы говорим. Потому что это просто придуманный мир, в котором они не контактируют, ну, скажем так, реально, физически. То есть здесь нет понятия «реальность», нет непосредственной реальности взаимодействия испытателя.
А.Г. То есть, если можно было бы дёрнуть Наташу за косичку в этом мире, то это был бы тот самый мир, о котором мы говорим.
А.Т. Тогда это был бы тот самый мир виртуальной реальности.
И есть ещё промежуточный термин в словаре Ожегова, виртуальный – это «возможный при определённых обстоятельствах». Хотя с этим можно, конечно, поспорить. Всё зависит от того, находимся ли мы в пределах нашего понимания «возможный» или нет.
Ну, например, в системе виртуальной реальности конструируется дом. Это возможно. Мы понимаем, что дом может быть и таким, и другим и так далее. Сконструировать какого-нибудь человека о трех головах? Опять же где-то теоретически, в каком-то мировом пространстве, может быть, такое и возможно, но в нашем понимании это невозможно. Поэтому «возможный» при определённых обстоятельствах тоже может быть подвергнуто критике.
А вот термин «мнимый, искусственный», это, пожалуй, подойдёт лучше всего.
А.Г. Но, отрицая термины словаря Ожегова, вы тем самым говорите, что мы даже в виртуальном мире неограниченных возможностей ставим определённые фильтры…
А.Т. Вообще говоря, трудно от этого отказаться. От этого очень трудно отказаться.
А.Г. Понятно.
А.Т. И далее нужно сказать следующее. Раз уж мы сказали про виртуальную реальность и более-менее определили её как мир, созданный компьютерными средствами, следует сказать и о других злоключениях что ли, или ипостасях термина «виртуальный». Он употребляется сейчас очень часто. В средствах массовой информации употребляется, по телевидению, в газетах, в книгах.
И тут нужно различать две градации. Первое – это когда он употребляется в своём же смысле, то есть «нереальный». Ну, например, виртуальная вычислительная машина. Это означает машину, предоставляющуюся пользователю как некая новая машина, но на самом деле, она моделируется на имеющуюся машину аппаратно-программными средствами. Например, Virtual Java machine. То есть человек как бы целиком работает в семантике Java и считает, что это и есть его машина.
И такое всем знакомое понятие как «виртуальная память». Вы представляете себе, что у вас имеется оперативная память для работы вашей программы, для вашей обработки данных, а на самом деле, память вам выделена совсем небольшая, не та, которую вы себе представляете. Ваши материалы находятся не в оперативной памяти, а на следующем уровне носителей информации, на магнитном диске, даже, может быть, на магнитной ленте. И по мере необходимости выполнения вычислений данные поступают в оперативную память. Вы же этого ничего не знаете. Понятие «виртуальный диск» – это ускорение работы за счёт того, что ваши файлы на диске попадают и сидят в оперативной памяти, но работа с ними ведётся так же, как на диске. Конечно, тогда работа происходит значительно быстрее. Вот это случаи, когда термин «виртуальный», не относится к понятию виртуальной реальности, но совпадает с понятием «мнимый, нереальный».
А ещё термин «виртуальный» – это просто очень расхожая метафора. И даже в глоссарии, который составлен Институтом развития информационного общества Британского совета, где сидят люди, искушённые в области информатики, информационных технологий, имеется несколько определений. Во-первых, «виртуальная реальность», а дальше «виртуальные миры» это фактически те самые, о чём будет идти речь. А дальше есть ещё «виртуальное сообщество». Так определяется сообщество людей, взаимодействующих через электронные средства коммуникаций. Но это же реальные люди.
А.Г. Это реальные люди.
А.Т. Это реальные люди, взаимодействующие люди. Они могли бы точно так же взаимодействовать, как мы здесь. Но только они разнесены, и даже по громкой связи не докричаться им друг до друга. А общаются они посредством электронных коммуникаций. В этом случае, наверное, можно считать, что мистер Шерлок Холмс вместе с другими сыщиками Скотланд Ярда участвовал в виртуальном сыске, поскольку они все время слали друг другу телеграммы.
А.Г. То есть здесь даже специалисты создают некую путаницу.
А.Т. Да, вот именно, чтобы не было путаницы, надо очень осторожно пользоваться этим термином. Кроме этого, есть понятие «виртуальное предприятие». Но речь идёт, конечно, не о создании каких-то материальных ценностей, не о работе за станком, а об общении сотрудников этого предприятия.
Есть понятие «виртуальный семинар». Это значит, что коллеги, участвующие в этом семинаре, выступают с докладом, задают вопросы, получают ответы через электронное пространство, через пространство на диске. Ничего в этом особенного нет. Даже есть сейчас виртуальные кафедры, виртуальный факультет, где действующими лицами, реальными действующими лицами, являются сотрудники деканатов, сотрудники кафедр, преподаватели, студенты.
А.Г. Я же давно говорил, что, скорее всего, возникнет и виртуальный брак в сети, и виртуальные дети…
А.Т. В общем, да, если отношения там будут передаваться через электронные средства. Но это всё взаимодействие реальных людей, поэтому здесь этот термин используется некорректно.
Вот сейчас мне пришлось столкнуться с такой вещью и я всё время боролся с этим делом, но никак, по-моему, не удаётся победить. Так вот, во время конференций по информационным технологиям, по информационным системам сейчас очень хороший уровень и большой объём исследований представляют астрономы.
Они хорошо объединены уже сейчас во всём мире. И термин пошёл «всемирная виртуальная обсерватория». И наши подхватили – «российская виртуальная обсерватория».
Но что это такое? Это на самом деле не что иное, как предоставление времени использования телескопа. При этом интерактивное управление может идти даже из другого места, из другого города, вообще с другого континента, если вам дано время на использование телескопов, вот как у нас сейчас здесь предоставлено время использования студии.
Или вы получаете какие-то данные, участок звёздного неба непосредственно получаете как картинку. Или в какой-то обработке получаете сведения о наблюдении этого участка звёздного неба. Это нисколько не виртуально. Потому что раньше вы приходили на обсерваторию и из шкафа брали каталоги, то, что удалось наблюдать…
А.Г. Просто изменился механизм получения информации…
А.Т. Изменился механизм получения, передачи, влияния, управления.
А.Г. Но речь идёт о реальных людях.
А.Т. Да, речь идёт об абсолютно реальных людях. Вот если бы средствами виртуальной реальности удалось бы смоделировать участок звёздного неба, смоделировать объект во вселенной – вот это было бы виртуальная реальность. А так у вас просто длинная труба, длинный окуляр, который протянулся, может быть, не на метры, а на километры, на сотни и тысячи километров. И всё.
А.Г. Я думаю, что разницу мы уяснили, пора идти дальше. У меня возникает, по-моему, законный вопрос: виртуальный мир, в который мы сейчас перейдём, со всеми сложностями, необычностями восприятия его существования, зачем он нужен? Ведь он создан не просто как игра фантазии, а как некий инструмент, с помощью которого – что?
А.Т. Совершенно верно. Конечно, очень много применений, очень много применений. А термин существует 20 лет всего лишь. Кстати, термин «виртуальная реальность» был введён сотрудником Эм-Ай-Ти это Массачусетский технологический институт – Ланьером. Он же и музыкант, он же и руководитель некой фирмы по созданию средств дополнений к компьютерам, которые позволяют, собственно, и создавать виртуальную реальность. Перчатка, которая позволяет как бы ощущать контакт с объектом в виртуальном мире, была создана в его фирме.
И вот считается, что он этот термин привнёс, но задолго до него тот же Рей Бредбери в середине века в произведении «Вельд» описал некую квартиру, где есть детская с телевизионной стеной. И вот дети там через эту телевизионную стену общаются с различными персонажами, и родители начинают замечать в детях ожесточённость, потому что там соответствующие сцены разыгрывались через эту телевизионную стену.
А.Г. Там свои законы жизни складываются…
А.Т. И родители захотели отнять у них эту возможность. Тогда дети сумели поместить родителей в эту комнату и…
А.Г. И виртуальные львы разорвали родителей…
А.Т. Львы разорвали родителей.
Что интересно, что в 1996 году с помощью средств компании «Телеком графикс» в комнате с полом из экранов и со стенами из экранов была воспроизведена эта история. И там были вот эти виртуальные львы, только вот они не на кого там не набрасывались.
А.Г. Пока.
А.Т. А так, конечно, и медицина, и обучение – всё это вполне там используется. Клетку вы можете видеть в объёмном виде или мозг эти исследования сейчас и проводятся.
Валерий Афанасьев: Здесь как-то сам собой разговор пошёл о собственно этой технологии. И незаметно мы коснулись интерфейсных устройств.
И вот, если позволите, я ещё потрачу одну минуту на то, чтобы ответить на вопрос, что такое виртуальная реальность в обычных терминах, общепринятых сейчас в технике.
Если очень коротко, то можно сказать, что это информационная технология, основанная на использовании интерактивных человеко-машинных интерфейсов особого вида. Особенность в том, что в этих интерфейсах естественный раздражитель изолируется от органов чувств и на органы чувств подаются раздражители искусственные, которые генерируются компьютером.
Здесь возникает ещё пара попутных вопросов: а что такое интерфейсное устройство и устройство интерактивное?
Интерфейсное устройство – это как раз устройство, которое осуществляет взаимодействие между человеком и машиной, причём их можно разделить на две группы. Это устройство ввода информации или команд в машину и устройство вывода результата, получения результата.
И термин «интерактивный». Сейчас считается, что этот термин уже устаревает. И действительно, если вспомнить, то в 70-е годы основным интерактивным устройство было окошечко, в этом окошечке сидела девушка, она получала пачки перфокарт и через сутки или несколько часов вы получали результат. Но если использовать шоколад, улыбки, так сказать, обаяние, это время можно было снизить до одного часа или нескольких десятков минут. Так вот сейчас интерфейсные устройства, эти машины, они позволяют снизить время реакции в ответ на посылку команды и до получения ответа до нескольких секунд, и даже долей секунд. И собственно, интерактивность она и означает отсутствие ощущения интервала времени, в течение которого машина что-то вычисляет в ответной команде и выдаёт результат. Из общеизвестных интерфейсных устройств есть одно устройство, которое изначально было использовано в компьютерной технике. Оно используется и сейчас, и ещё долго будет использоваться, это всем знакомая клавиатура. Но это устройство, так сказать, вербального общения с компьютером. То есть здесь общение относит знаковый или языковый характер, для общения используется язык машинный или искусственный язык.
Но есть ещё одно устройство, которое появилось недавно, и оно уже ближе к устройствам, используемым в этой области, это «мышь». Здесь уже в компьютер отсылается невербальная информация. Это электрические импульсы, которые позиционируют. И мы видим реакция немедленно.
Когда произносят сейчас слова «виртуальная реальность», то у всех рождается знакомый образ. Это человек, одевший на голову ящичек и начинающий себя очень забавно вести. Он вертит головой, размахивает руками. И может даже упасть. Это, в общем-то, верная метафора, образ. В этом ящичке расположен стереоскоп, если сказать упрощённо. И человек видит стереоизображение чего-то. Это, так сказать, устройство вывода информации.
А есть ещё устройство ввода. Это сенсорная система, размещённая на голове. Она как раз управляет самим компьютером. Она, эта сенсорная система, выдаёт информацию о месте положения и ориентации головы. И в ответ на это машина синтезирует изображение. И человеку кажется, что на самом деле он видит некие реальные объекты и может с ними даже взаимодействовать.
Самые первые опыты в этом направлении были сделаны ещё в начале 60-х годов; здесь нужно будет упомянуть одну фамилию это Айван Сазерленд. Это американский электронщик и математик, который работал в линкольновской лаборатории МТИ. Очень многие вещи пришли из МТИ. И он, собственно, первым и начал опыты по использованию графических систем. И даже интерактивных систем.
Самое первое… Ну, наверное, не самый первый, но один из самых первых интерактивных дисплеев был именно у него. Он имел вид, конечно, не этого элегантного ящика лёгенького, а была это рама огромная, на которой размещались электронно-лучевой дисплей, оптическая система, которая сводила оси, и можно было этой рамой как-то вертеть и видеть на ней образы.
Сейчас, конечно же, техника шагнула далеко вперёд: мы видим не векторное изображение, а растровое цветное изображение очень высокого качества.
И здесь, собственно говоря, мы сталкиваемся с ещё одной задачей, даже проблемой в этой области. С тем, что в ответ на действия человека, который, так сказать, вращает головой, компьютер должен успевать рассчитать и выдать на дисплей этот самый образ. Если оценить объёмы растра, которые нужны для реалистичного восприятия, то эти числа, они, в общем, громадны. Монитор, обеспечивающий реалистичность восприятия имеет обычный растр в миллион элементов изображения. И для того, чтобы обсчитать каждый элемент изображения, нужно некоторое количество операций с плавающей точкой.
Если это помножить и учесть ещё время реакции, за которое компьютер должен успеть, то мы получим довольно большую цифру. Можно сказать ещё больше. Дело в том, что если вы смотрите в обычный стереоскоп, то, несмотря на то, что там изображение объёмное и необычное, есть ощущение какой-то неестественности. Объекты, которые там отображаются, они (я, по крайней мере, это чувствую очень сильно) имеют вид каких-то вырезанных из картонок объектов.
Это всё неспроста. Дело в том, что когда глаз в естественных условиях осматривает мир, наши глаза постоянно вращаются в орбитах. Это так называемое саккадное движение. И если взять за основу минимума интервал, за который компьютер должен успеть выдать изображение, то для саккадных движений этот интервал сотые доли секунды. Конечно, системы виртуальной реальности, отслеживающие эти саккадные движения, они, образно говоря, небюджетные. Но, тем не менее, они дают наиболее естественно восприятие. И ещё раз об оценках: они составляют, если не углубляться особенно, уровень где-то 1 Гигафлопса, не меньше…
А.Т. Один миллиард операций в секунду.
В.А. …с плавающей точкой. Приблизительно в середине 90-х это был нижний уровень производительности суперкомпьютера.
Отсюда следует очень простой вывод, что системы виртуальной реальности, действительно обеспечивающие вот это всё, они являются делом суперкомпьютеров. Это одна мысль.
А вторая – ещё вот какая, как-то она ускользнула, а сейчас вспомнилась. Мы как-то незаметно речь ведём о зрительном восприятии. Но на самом деле из органов чувств у человека есть не только зрение, а ещё слух, осязание, обоняние и так далее. И вот устройство, которое воздействуют на органы чувств, – это дисплей. Причём это не только видеодисплеи обычные, но есть ещё и дисплеи, которые воспроизводят остальные сенсорные воздействия. А слух, понятно, это стереозвук.
Кстати говоря, стереозвук – это, наверное, даже вещь более доступная в смысле виртуальной реальности, потому что мы действительно ощущаем объёмное звучание, оно соответствует именно той исходной картине, которая была воспроизведена, записана на носитель. А когда мы прослушиваем, здесь есть интерактивность. То есть, если мы вертим головой, то мы ощущаем изменение картины. Следующая группа устройств – это устройства воздействия на ощущения прикосновения. Здесь уже мелькнуло упоминание о «Data Gloves» – это перчатки, которые воспроизводят ощущение касания к приметам. И они, кроме того, используются как устройство ввода информации. То есть очень часто в системе виртуальной реальности есть возможность вывести изображение клавиатуры и этой перчаткой нажать на нужные клавиши.
Ещё одна группа интересных устройство – это силовые жилеты, которые позволяют ощутить вес предметов, центр их тяжести. И особая группа устройств – это устройства, действующие на вестибулярный аппарат. Здесь сложная картина, например, создать ощущение невесомости сложно, потому что помимо аппарата, расположенного у нас в среднем ухе, сила тяжести ощущается ещё и мышцами. Здесь нужно говорить об условности ощущения. Устройства, воспроизводящие невесомость, имеют подвеску с шестью степенями свободы и используются в тренажёрных устройствах: лётных, водительских и так далее.
Тем не менее, говоря о виртуальной реальности, мы автоматически ведём речь о зрительном восприятии, потому что по объёму информации зрительная система с очень большим отрывом опережает остальные системы. Несмотря на то, что если даже не воспроизводится вся гамма ощущений, которая необходима для охвата сенсорной системы, зрительной системе уже достаточно для того, чтобы считать систему системой виртуальной реальности, если она обеспечивает интерактивность, ощущение реализма и так далее. Я бы отметил ещё один момент. На самом деле обмануть органы чувств очень сложно. Как бы мы не старались, всегда есть ощущение, что это не реальность. Здесь действует пословица: «обмануть меня не сложно, я сам обманываться рад». Но речь на самом деле идёт о другом: для чего это нужно и почему это заинтересовало людей? И здесь есть общий принцип: неинтересные вещи никогда не бывают полезными и наоборот – вещи интересные, вызывающие любопытство, пусть даже не видно сперва их утилитарного значения… Тот самый вопрос: где здесь можно положить мешок с крупой или подключить какую-то динаму, чтобы получать ток…
А.Г. Какая от этого польза нашему колхозу…
В.А. Тем не менее, если это интересно – рано или поздно это будет очень полезно.
А.Т. Я ещё хочу сказать о суперкомпьютерах. Сейчас через любую поисковую систему вам сразу будет выдано две-три десятка тысяч ссылок – я не преувеличиваю – на упоминание о приложениях виртуальной реальности. Эти приложения действительно требуют хороших вычислительных средств, но таких, которые сегодня уже можно и купить. Хорошие рабочие станции, возможность и производительность которых когда-то, конечно, были возможностями суперкомпьютеров. Разумеется.
Так что очень многое можно получить. Есть наши отечественные системы, есть зарубежные. И тем и другими многие пользуются, в том числе КБ Ильюшина, КБ Сухого – да и многие другие, не говоря уж об индустрии развлечений. Но дело в том, что существуют области исследования, где действительно нужны самые современные, самые мощные вычислительные средства – и может и их не хватить. И здесь на помощь должны приходить системы виртуального присутствия, когда часть работы не делается в момент. Вот что это такое.
В.А. Да, что это такое. Вот если взять обычную систему виртуальной реальности – если слово «обычная» здесь вообще можно использовать, – то в них виртуальный мир или геометрический мир, если по-прежнему ограничиваться видеосистемой, целиком оторван от реальности. Это абстрактные вещи. Или вещи известные, обычные, но не имеющие никакой связи с внешним миром. Но если снабдить внешний мир… Какой же здесь пример привести?
Вот на 6-м канале идёт программа «Тушите свет», где мы видим виртуальных манекенов Хрюна и Степана. На самом деле, их оживляют операторы. Оператор оснащён специальной маркерной системой, которая может регистрироваться специальной следящей системой, и система актуализирует вот эти виртуальные образы. Они себя ведут не самостоятельно, а подчиняясь всем действиям оператора. В системах телеприсутствия можно выделить несколько основных компонент, которые позволяют использовать эту технологию на пользу. С одной из компонент мы уже познакомились – это маркерная система, которая как-то закрепляется на реальных объектах. Затем – следящая система и система, которая это всё визуализирует. Она генерирует образы, которые заранее смоделированы, это известная геометрия. И в итоге мы, образно говоря, видим невидимое. События могут разворачиваться в одном месте, а мы их можем видеть в другом месте.
Здесь может возникнуть вопрос: чем эта система лучше обычной системы теленаблюдения? Ведь проще установить телекамеру – или две для стереоизображения, – и с тем же успехом мы могли бы всё видеть, и суперкомпьютер тут не нужен, чтобы тут же получить видеокартинку. Однако есть несколько моментов, принципиально отличающих возможности систем телеприсутствия от систем обычного теленаблюдения.
Во-первых, если сравнить объёмы информации, нужные для актуализации этой системы, то это не растры в случае телекамер, а информация о координатах – их может быть очень много, но всё равно это разница в несколько порядков.
В.А. Открытия происходят всё время. Подсчитано, что с 1824 года, когда был описан первый динозавр, число описанных видов достигло тысячи. Примерно две трети из них – валидные, то есть правильные.
Я думаю, число видов динозавров будет расти – ведутся интенсивные раскопки на всех континентах: и в Южной Америке, и в Австралии и так далее. Старые континенты Монголия, Китай – приносят всё новые и новые находки. Из Монголии и особенно из Китая валом пошли оперённые динозавры.
А.Г. Новое веяние такое…
В.А. Кроме того, нужно решить важный и старый вопрос: археоптерикс – это птица или динозавр?
Технологии виртуальной реальности
03.04.03
(хр.00:49:38)
Участники:
Афанасьев Валерий Олегович – кандидат физико-математических наук (Центр управления полётом, г. Королёв)
Томилин Александр Николаевич – доктор физико-математических наук, профессор (ИСП РАН)
Александр Гордон: Давайте начнём с определения.
Александр Томилин: Давайте. Конечно, нужно определить понятие виртуальной реальности, а вместе с ним и, конечно, сам термин виртуальность. Всегда мы знали, что мир, материя – это объективная реальность, данная нам в ощущениях. Это означает, что мы получаем через свои органы чувств определённую информацию об окружающем мире.
Так вот, если мы подменим информацию об естественных объектах информацией об искусственных объектах, это тоже будет мир, данный нам в ощущениях через наши органы чувств. Но вот это и будет мир виртуальной реальности. Мир, созданный компьютерными средствами. Такая трехмерная среда, иногда говорят 3D-среда, в которой достаточно реалистично ощущается окружение. И это окружение достаточно реалистично реагирует на присутствующего наблюдателя, исследователя, участника этой сцены.
Слово «виртуальный» имеет очень много значений. Одно из них, взятое из словаря компьютерной лексики, изданного в Петербурге в 1999 году, говорит о том, что виртуальный – это несуществующий, воспринимаемый иначе, чем на самом деле есть. В то же время термин «virtualis» латинский означает «мнимый, несуществующий».
Вот это понятие «виртуальный» наиболее подходит в данном контексте понятию «виртуальная реальность». Потому что есть и другие понятия.
В англо-русском словаре на 50 тысяч слов сказано, что это слово означает «реальный», И, кроме того, ещё одно его значение «поистине, воистину». Это определение не подойдёт здесь. Оно исторически, видимо, возникло в обиходе народов. И вот попало на страницы словаря.
А.Г. Если я правильно понял, мы говорим об искусственно созданном мире или части этого мира, который воспринимается нами или нашими органами чувств как мир реальный.
А.Т. Да, как мир реальный, хотя на самом деле это искусственный мир.
А.Г. В таком случае у меня сразу будет вопрос, который, может быть, несколько уведёт нас от темы беседы, но мне очень важно понять принципиальную разницу, если она есть. Чем мир первого бала Наташи Ростовой, созданный Львом Николаевичем Толстым и воспринимаемый и переживаемый внимательными читателями как реальный мир хотя он никогда не существовал, он такой же виртуальный, как компьютерная программа, отличается от той реальности, которую мы сегодня обсуждаем?
А.Т. Тут, раз мы уходим в сторону, можно уйти ещё чуть-чуть дальше, а потом вернуться к вашему вопросу. Ведь идеалисты – они говорили о том, что мир существует таким, каким наше сознание его себе представляет.
А.Г. Про это и спрашиваю.
А.Т. Писатели, конечно, придумывают свой мир, разумеется. Но это не совпадает с тем, о чём мы говорим. Потому что это просто придуманный мир, в котором они не контактируют, ну, скажем так, реально, физически. То есть здесь нет понятия «реальность», нет непосредственной реальности взаимодействия испытателя.
А.Г. То есть, если можно было бы дёрнуть Наташу за косичку в этом мире, то это был бы тот самый мир, о котором мы говорим.
А.Т. Тогда это был бы тот самый мир виртуальной реальности.
И есть ещё промежуточный термин в словаре Ожегова, виртуальный – это «возможный при определённых обстоятельствах». Хотя с этим можно, конечно, поспорить. Всё зависит от того, находимся ли мы в пределах нашего понимания «возможный» или нет.
Ну, например, в системе виртуальной реальности конструируется дом. Это возможно. Мы понимаем, что дом может быть и таким, и другим и так далее. Сконструировать какого-нибудь человека о трех головах? Опять же где-то теоретически, в каком-то мировом пространстве, может быть, такое и возможно, но в нашем понимании это невозможно. Поэтому «возможный» при определённых обстоятельствах тоже может быть подвергнуто критике.
А вот термин «мнимый, искусственный», это, пожалуй, подойдёт лучше всего.
А.Г. Но, отрицая термины словаря Ожегова, вы тем самым говорите, что мы даже в виртуальном мире неограниченных возможностей ставим определённые фильтры…
А.Т. Вообще говоря, трудно от этого отказаться. От этого очень трудно отказаться.
А.Г. Понятно.
А.Т. И далее нужно сказать следующее. Раз уж мы сказали про виртуальную реальность и более-менее определили её как мир, созданный компьютерными средствами, следует сказать и о других злоключениях что ли, или ипостасях термина «виртуальный». Он употребляется сейчас очень часто. В средствах массовой информации употребляется, по телевидению, в газетах, в книгах.
И тут нужно различать две градации. Первое – это когда он употребляется в своём же смысле, то есть «нереальный». Ну, например, виртуальная вычислительная машина. Это означает машину, предоставляющуюся пользователю как некая новая машина, но на самом деле, она моделируется на имеющуюся машину аппаратно-программными средствами. Например, Virtual Java machine. То есть человек как бы целиком работает в семантике Java и считает, что это и есть его машина.
И такое всем знакомое понятие как «виртуальная память». Вы представляете себе, что у вас имеется оперативная память для работы вашей программы, для вашей обработки данных, а на самом деле, память вам выделена совсем небольшая, не та, которую вы себе представляете. Ваши материалы находятся не в оперативной памяти, а на следующем уровне носителей информации, на магнитном диске, даже, может быть, на магнитной ленте. И по мере необходимости выполнения вычислений данные поступают в оперативную память. Вы же этого ничего не знаете. Понятие «виртуальный диск» – это ускорение работы за счёт того, что ваши файлы на диске попадают и сидят в оперативной памяти, но работа с ними ведётся так же, как на диске. Конечно, тогда работа происходит значительно быстрее. Вот это случаи, когда термин «виртуальный», не относится к понятию виртуальной реальности, но совпадает с понятием «мнимый, нереальный».
А ещё термин «виртуальный» – это просто очень расхожая метафора. И даже в глоссарии, который составлен Институтом развития информационного общества Британского совета, где сидят люди, искушённые в области информатики, информационных технологий, имеется несколько определений. Во-первых, «виртуальная реальность», а дальше «виртуальные миры» это фактически те самые, о чём будет идти речь. А дальше есть ещё «виртуальное сообщество». Так определяется сообщество людей, взаимодействующих через электронные средства коммуникаций. Но это же реальные люди.
А.Г. Это реальные люди.
А.Т. Это реальные люди, взаимодействующие люди. Они могли бы точно так же взаимодействовать, как мы здесь. Но только они разнесены, и даже по громкой связи не докричаться им друг до друга. А общаются они посредством электронных коммуникаций. В этом случае, наверное, можно считать, что мистер Шерлок Холмс вместе с другими сыщиками Скотланд Ярда участвовал в виртуальном сыске, поскольку они все время слали друг другу телеграммы.
А.Г. То есть здесь даже специалисты создают некую путаницу.
А.Т. Да, вот именно, чтобы не было путаницы, надо очень осторожно пользоваться этим термином. Кроме этого, есть понятие «виртуальное предприятие». Но речь идёт, конечно, не о создании каких-то материальных ценностей, не о работе за станком, а об общении сотрудников этого предприятия.
Есть понятие «виртуальный семинар». Это значит, что коллеги, участвующие в этом семинаре, выступают с докладом, задают вопросы, получают ответы через электронное пространство, через пространство на диске. Ничего в этом особенного нет. Даже есть сейчас виртуальные кафедры, виртуальный факультет, где действующими лицами, реальными действующими лицами, являются сотрудники деканатов, сотрудники кафедр, преподаватели, студенты.
А.Г. Я же давно говорил, что, скорее всего, возникнет и виртуальный брак в сети, и виртуальные дети…
А.Т. В общем, да, если отношения там будут передаваться через электронные средства. Но это всё взаимодействие реальных людей, поэтому здесь этот термин используется некорректно.
Вот сейчас мне пришлось столкнуться с такой вещью и я всё время боролся с этим делом, но никак, по-моему, не удаётся победить. Так вот, во время конференций по информационным технологиям, по информационным системам сейчас очень хороший уровень и большой объём исследований представляют астрономы.
Они хорошо объединены уже сейчас во всём мире. И термин пошёл «всемирная виртуальная обсерватория». И наши подхватили – «российская виртуальная обсерватория».
Но что это такое? Это на самом деле не что иное, как предоставление времени использования телескопа. При этом интерактивное управление может идти даже из другого места, из другого города, вообще с другого континента, если вам дано время на использование телескопов, вот как у нас сейчас здесь предоставлено время использования студии.
Или вы получаете какие-то данные, участок звёздного неба непосредственно получаете как картинку. Или в какой-то обработке получаете сведения о наблюдении этого участка звёздного неба. Это нисколько не виртуально. Потому что раньше вы приходили на обсерваторию и из шкафа брали каталоги, то, что удалось наблюдать…
А.Г. Просто изменился механизм получения информации…
А.Т. Изменился механизм получения, передачи, влияния, управления.
А.Г. Но речь идёт о реальных людях.
А.Т. Да, речь идёт об абсолютно реальных людях. Вот если бы средствами виртуальной реальности удалось бы смоделировать участок звёздного неба, смоделировать объект во вселенной – вот это было бы виртуальная реальность. А так у вас просто длинная труба, длинный окуляр, который протянулся, может быть, не на метры, а на километры, на сотни и тысячи километров. И всё.
А.Г. Я думаю, что разницу мы уяснили, пора идти дальше. У меня возникает, по-моему, законный вопрос: виртуальный мир, в который мы сейчас перейдём, со всеми сложностями, необычностями восприятия его существования, зачем он нужен? Ведь он создан не просто как игра фантазии, а как некий инструмент, с помощью которого – что?
А.Т. Совершенно верно. Конечно, очень много применений, очень много применений. А термин существует 20 лет всего лишь. Кстати, термин «виртуальная реальность» был введён сотрудником Эм-Ай-Ти это Массачусетский технологический институт – Ланьером. Он же и музыкант, он же и руководитель некой фирмы по созданию средств дополнений к компьютерам, которые позволяют, собственно, и создавать виртуальную реальность. Перчатка, которая позволяет как бы ощущать контакт с объектом в виртуальном мире, была создана в его фирме.
И вот считается, что он этот термин привнёс, но задолго до него тот же Рей Бредбери в середине века в произведении «Вельд» описал некую квартиру, где есть детская с телевизионной стеной. И вот дети там через эту телевизионную стену общаются с различными персонажами, и родители начинают замечать в детях ожесточённость, потому что там соответствующие сцены разыгрывались через эту телевизионную стену.
А.Г. Там свои законы жизни складываются…
А.Т. И родители захотели отнять у них эту возможность. Тогда дети сумели поместить родителей в эту комнату и…
А.Г. И виртуальные львы разорвали родителей…
А.Т. Львы разорвали родителей.
Что интересно, что в 1996 году с помощью средств компании «Телеком графикс» в комнате с полом из экранов и со стенами из экранов была воспроизведена эта история. И там были вот эти виртуальные львы, только вот они не на кого там не набрасывались.
А.Г. Пока.
А.Т. А так, конечно, и медицина, и обучение – всё это вполне там используется. Клетку вы можете видеть в объёмном виде или мозг эти исследования сейчас и проводятся.
Валерий Афанасьев: Здесь как-то сам собой разговор пошёл о собственно этой технологии. И незаметно мы коснулись интерфейсных устройств.
И вот, если позволите, я ещё потрачу одну минуту на то, чтобы ответить на вопрос, что такое виртуальная реальность в обычных терминах, общепринятых сейчас в технике.
Если очень коротко, то можно сказать, что это информационная технология, основанная на использовании интерактивных человеко-машинных интерфейсов особого вида. Особенность в том, что в этих интерфейсах естественный раздражитель изолируется от органов чувств и на органы чувств подаются раздражители искусственные, которые генерируются компьютером.
Здесь возникает ещё пара попутных вопросов: а что такое интерфейсное устройство и устройство интерактивное?
Интерфейсное устройство – это как раз устройство, которое осуществляет взаимодействие между человеком и машиной, причём их можно разделить на две группы. Это устройство ввода информации или команд в машину и устройство вывода результата, получения результата.
И термин «интерактивный». Сейчас считается, что этот термин уже устаревает. И действительно, если вспомнить, то в 70-е годы основным интерактивным устройство было окошечко, в этом окошечке сидела девушка, она получала пачки перфокарт и через сутки или несколько часов вы получали результат. Но если использовать шоколад, улыбки, так сказать, обаяние, это время можно было снизить до одного часа или нескольких десятков минут. Так вот сейчас интерфейсные устройства, эти машины, они позволяют снизить время реакции в ответ на посылку команды и до получения ответа до нескольких секунд, и даже долей секунд. И собственно, интерактивность она и означает отсутствие ощущения интервала времени, в течение которого машина что-то вычисляет в ответной команде и выдаёт результат. Из общеизвестных интерфейсных устройств есть одно устройство, которое изначально было использовано в компьютерной технике. Оно используется и сейчас, и ещё долго будет использоваться, это всем знакомая клавиатура. Но это устройство, так сказать, вербального общения с компьютером. То есть здесь общение относит знаковый или языковый характер, для общения используется язык машинный или искусственный язык.
Но есть ещё одно устройство, которое появилось недавно, и оно уже ближе к устройствам, используемым в этой области, это «мышь». Здесь уже в компьютер отсылается невербальная информация. Это электрические импульсы, которые позиционируют. И мы видим реакция немедленно.
Когда произносят сейчас слова «виртуальная реальность», то у всех рождается знакомый образ. Это человек, одевший на голову ящичек и начинающий себя очень забавно вести. Он вертит головой, размахивает руками. И может даже упасть. Это, в общем-то, верная метафора, образ. В этом ящичке расположен стереоскоп, если сказать упрощённо. И человек видит стереоизображение чего-то. Это, так сказать, устройство вывода информации.
А есть ещё устройство ввода. Это сенсорная система, размещённая на голове. Она как раз управляет самим компьютером. Она, эта сенсорная система, выдаёт информацию о месте положения и ориентации головы. И в ответ на это машина синтезирует изображение. И человеку кажется, что на самом деле он видит некие реальные объекты и может с ними даже взаимодействовать.
Самые первые опыты в этом направлении были сделаны ещё в начале 60-х годов; здесь нужно будет упомянуть одну фамилию это Айван Сазерленд. Это американский электронщик и математик, который работал в линкольновской лаборатории МТИ. Очень многие вещи пришли из МТИ. И он, собственно, первым и начал опыты по использованию графических систем. И даже интерактивных систем.
Самое первое… Ну, наверное, не самый первый, но один из самых первых интерактивных дисплеев был именно у него. Он имел вид, конечно, не этого элегантного ящика лёгенького, а была это рама огромная, на которой размещались электронно-лучевой дисплей, оптическая система, которая сводила оси, и можно было этой рамой как-то вертеть и видеть на ней образы.
Сейчас, конечно же, техника шагнула далеко вперёд: мы видим не векторное изображение, а растровое цветное изображение очень высокого качества.
И здесь, собственно говоря, мы сталкиваемся с ещё одной задачей, даже проблемой в этой области. С тем, что в ответ на действия человека, который, так сказать, вращает головой, компьютер должен успевать рассчитать и выдать на дисплей этот самый образ. Если оценить объёмы растра, которые нужны для реалистичного восприятия, то эти числа, они, в общем, громадны. Монитор, обеспечивающий реалистичность восприятия имеет обычный растр в миллион элементов изображения. И для того, чтобы обсчитать каждый элемент изображения, нужно некоторое количество операций с плавающей точкой.
Если это помножить и учесть ещё время реакции, за которое компьютер должен успеть, то мы получим довольно большую цифру. Можно сказать ещё больше. Дело в том, что если вы смотрите в обычный стереоскоп, то, несмотря на то, что там изображение объёмное и необычное, есть ощущение какой-то неестественности. Объекты, которые там отображаются, они (я, по крайней мере, это чувствую очень сильно) имеют вид каких-то вырезанных из картонок объектов.
Это всё неспроста. Дело в том, что когда глаз в естественных условиях осматривает мир, наши глаза постоянно вращаются в орбитах. Это так называемое саккадное движение. И если взять за основу минимума интервал, за который компьютер должен успеть выдать изображение, то для саккадных движений этот интервал сотые доли секунды. Конечно, системы виртуальной реальности, отслеживающие эти саккадные движения, они, образно говоря, небюджетные. Но, тем не менее, они дают наиболее естественно восприятие. И ещё раз об оценках: они составляют, если не углубляться особенно, уровень где-то 1 Гигафлопса, не меньше…
А.Т. Один миллиард операций в секунду.
В.А. …с плавающей точкой. Приблизительно в середине 90-х это был нижний уровень производительности суперкомпьютера.
Отсюда следует очень простой вывод, что системы виртуальной реальности, действительно обеспечивающие вот это всё, они являются делом суперкомпьютеров. Это одна мысль.
А вторая – ещё вот какая, как-то она ускользнула, а сейчас вспомнилась. Мы как-то незаметно речь ведём о зрительном восприятии. Но на самом деле из органов чувств у человека есть не только зрение, а ещё слух, осязание, обоняние и так далее. И вот устройство, которое воздействуют на органы чувств, – это дисплей. Причём это не только видеодисплеи обычные, но есть ещё и дисплеи, которые воспроизводят остальные сенсорные воздействия. А слух, понятно, это стереозвук.
Кстати говоря, стереозвук – это, наверное, даже вещь более доступная в смысле виртуальной реальности, потому что мы действительно ощущаем объёмное звучание, оно соответствует именно той исходной картине, которая была воспроизведена, записана на носитель. А когда мы прослушиваем, здесь есть интерактивность. То есть, если мы вертим головой, то мы ощущаем изменение картины. Следующая группа устройств – это устройства воздействия на ощущения прикосновения. Здесь уже мелькнуло упоминание о «Data Gloves» – это перчатки, которые воспроизводят ощущение касания к приметам. И они, кроме того, используются как устройство ввода информации. То есть очень часто в системе виртуальной реальности есть возможность вывести изображение клавиатуры и этой перчаткой нажать на нужные клавиши.
Ещё одна группа интересных устройство – это силовые жилеты, которые позволяют ощутить вес предметов, центр их тяжести. И особая группа устройств – это устройства, действующие на вестибулярный аппарат. Здесь сложная картина, например, создать ощущение невесомости сложно, потому что помимо аппарата, расположенного у нас в среднем ухе, сила тяжести ощущается ещё и мышцами. Здесь нужно говорить об условности ощущения. Устройства, воспроизводящие невесомость, имеют подвеску с шестью степенями свободы и используются в тренажёрных устройствах: лётных, водительских и так далее.
Тем не менее, говоря о виртуальной реальности, мы автоматически ведём речь о зрительном восприятии, потому что по объёму информации зрительная система с очень большим отрывом опережает остальные системы. Несмотря на то, что если даже не воспроизводится вся гамма ощущений, которая необходима для охвата сенсорной системы, зрительной системе уже достаточно для того, чтобы считать систему системой виртуальной реальности, если она обеспечивает интерактивность, ощущение реализма и так далее. Я бы отметил ещё один момент. На самом деле обмануть органы чувств очень сложно. Как бы мы не старались, всегда есть ощущение, что это не реальность. Здесь действует пословица: «обмануть меня не сложно, я сам обманываться рад». Но речь на самом деле идёт о другом: для чего это нужно и почему это заинтересовало людей? И здесь есть общий принцип: неинтересные вещи никогда не бывают полезными и наоборот – вещи интересные, вызывающие любопытство, пусть даже не видно сперва их утилитарного значения… Тот самый вопрос: где здесь можно положить мешок с крупой или подключить какую-то динаму, чтобы получать ток…
А.Г. Какая от этого польза нашему колхозу…
В.А. Тем не менее, если это интересно – рано или поздно это будет очень полезно.
А.Т. Я ещё хочу сказать о суперкомпьютерах. Сейчас через любую поисковую систему вам сразу будет выдано две-три десятка тысяч ссылок – я не преувеличиваю – на упоминание о приложениях виртуальной реальности. Эти приложения действительно требуют хороших вычислительных средств, но таких, которые сегодня уже можно и купить. Хорошие рабочие станции, возможность и производительность которых когда-то, конечно, были возможностями суперкомпьютеров. Разумеется.
Так что очень многое можно получить. Есть наши отечественные системы, есть зарубежные. И тем и другими многие пользуются, в том числе КБ Ильюшина, КБ Сухого – да и многие другие, не говоря уж об индустрии развлечений. Но дело в том, что существуют области исследования, где действительно нужны самые современные, самые мощные вычислительные средства – и может и их не хватить. И здесь на помощь должны приходить системы виртуального присутствия, когда часть работы не делается в момент. Вот что это такое.
В.А. Да, что это такое. Вот если взять обычную систему виртуальной реальности – если слово «обычная» здесь вообще можно использовать, – то в них виртуальный мир или геометрический мир, если по-прежнему ограничиваться видеосистемой, целиком оторван от реальности. Это абстрактные вещи. Или вещи известные, обычные, но не имеющие никакой связи с внешним миром. Но если снабдить внешний мир… Какой же здесь пример привести?
Вот на 6-м канале идёт программа «Тушите свет», где мы видим виртуальных манекенов Хрюна и Степана. На самом деле, их оживляют операторы. Оператор оснащён специальной маркерной системой, которая может регистрироваться специальной следящей системой, и система актуализирует вот эти виртуальные образы. Они себя ведут не самостоятельно, а подчиняясь всем действиям оператора. В системах телеприсутствия можно выделить несколько основных компонент, которые позволяют использовать эту технологию на пользу. С одной из компонент мы уже познакомились – это маркерная система, которая как-то закрепляется на реальных объектах. Затем – следящая система и система, которая это всё визуализирует. Она генерирует образы, которые заранее смоделированы, это известная геометрия. И в итоге мы, образно говоря, видим невидимое. События могут разворачиваться в одном месте, а мы их можем видеть в другом месте.
Здесь может возникнуть вопрос: чем эта система лучше обычной системы теленаблюдения? Ведь проще установить телекамеру – или две для стереоизображения, – и с тем же успехом мы могли бы всё видеть, и суперкомпьютер тут не нужен, чтобы тут же получить видеокартинку. Однако есть несколько моментов, принципиально отличающих возможности систем телеприсутствия от систем обычного теленаблюдения.
Во-первых, если сравнить объёмы информации, нужные для актуализации этой системы, то это не растры в случае телекамер, а информация о координатах – их может быть очень много, но всё равно это разница в несколько порядков.