Запись изображений

Виртуальная реальность

Понятие искусственной реальности было впервые введено М. Крюгером в конце 1960-х. В 1989 году Д. Ланьер ввел более популярный ныне термин "виртуальная реальность". Первой системой виртуальной реальности стала "Кинокарта Аспена", созданная в Массачусетском Технологическом Институте в 1977 году. Эта компьютерная программа симулировала прогулку по городу Аспен, штат Колорадо, давая возможность выбрать между разными способами отображения местности. Летний и зимний варианты были основаны на реальных фотографиях.

С помощью компьютерной технологии можно создавать образы реальных объектов и процессов природы - "виртуальную" т.е. кажущуюся или возможную реальность (Virtual Reality - VR). Если стереофотография и стереокино делают изображение объемным, а голограмма позволяет осмотреть изображение с разных сторон, то виртуальная реальность позволяет оказаться внутри этого виртуального мира. При этом возможно, моделировать и реально существующие объекты, и любые синтетические миры, которые можно вообразить. Это может быть поверхность любой планеты или звезды, кабина самолета, космического корабля или любой орган человека, модель молекулы.

С этой точки зрения виртуальная реальность может рассматриваться как новейшая информационная технология, как результат сближения человека и компьютера. Для того, чтобы "попасть" в этот призрачный мир, нужна специальная экипировка. Возможно полное и неполное погружение в виртуальный мир. Для полного погружения нужны шлем, силовой жилет, перчатки и сапоги. Создан специальный шлем с дисплеями для каждого глаза, с наушниками и датчиками, дающими информацию о положении головы. Силовой жилет, перчатки и сапоги также снабжены специальными датчиками.

Виртуальный шлем

Оператор в шлеме и перчатках виртуальной реальности

Надев такой "костюм", Вы попадаете в виртуальный мир, например, на дно океана, поверхность Марса или ... в спроектированную по Вашему желанию квартиру. При этом Вы можете поворачивать голову, оглядываться, ходить, дотрагиваться рукой или ногой до предметов, поднимать их, ощущать их тяжесть и температуру. То есть созданный компьютером виртуальный мир способен обманывать Ваши органы чувств. Система виртуальной реальности непрерывно отслеживает положение головы наблюдателя и показывает ему только ту часть виртуальной сцены, которую он может видеть в данной точке пространства и данном угле зрения.

Другой способ полного погружения - с помощью специальной виртуальной комнаты, в которой пол, стены и потолок снабжены экранами, на которые проектируются изображения. Моделируются движение и звуки (например, автомобиля, самолета, поезда или космического корабля). Все это очень важно для создания специальных тренажеров для пилотов, космонавтов, водителей автомобилей, операторов ядерных реакторов. Созданы также агрегаты, действующие на вестибулярный аппарат человека. Примером могут служить вращающиеся кабины для тренировки космонавтов. Именно необходимость создания таких тренажеров, приближающих обстановку к реальной, и вызвала к жизни создание систем виртуальной реальности. Первыми заказчиками и потребителями были военные - им нужны были тренажеры для обучения стрельбе, подготовки пилотов истребительной авиации к ведению воздушных боев, водителей танков. Космонавты при подготовке к полетам могут потренироваться в стыковке космических аппаратов, а хирурги - подготовиться к будущим сложным, еще не освоенным операциям. Уже созданы тренажеры для всех сред, в которых передвигается человек - имитаторы воздушных, космических, водных и наземных транспортных средств. Тренажеры используют для замены реальной машины более дешевым и безопасным аналогом при воссоздании сложной или опасной для человека среды или ситуации. В каждом тренажере есть механическая часть, имитирующая кабину автомобиля, самолета или танка, и передающая ускорения и вибрацию, и компьютерная, которая создает иллюзию движения.

Тренажер для авиадиспетчеров

Симулирование прыжка с парашютом

Существуют развлекательные системы с использованием виртуальной реальности. С их помощью можно "осуществить" скоростной полет на самолете и спуск на американских горках, походить по залам музеев и картинных галерей, около египетских пирамид или Ниагарского водопада.

В инженерной деятельности виртуальные прототипы дают возможность отказаться от натурных моделей; провести виртуальную сборку сложного прибора и проверить степень стыковки множества деталей до начала реальной сборки; заменить реальные испытания с разрушением на виртуальные.

В медицине виртуальная реальность дает возможность создать трехмерную модель опухоли и облегчить диагностику. При обучении медицинских работников уже используются виртуальные анатомические атласы, имитирующие различные органы человека. Практика на виртуальных "трупах" дешевле, чем на реальных, и гуманнее, чем на подопытных крысах или кроликах. При планировании операций появляется возможность моделировать виртуальный скальпель в виртуальной перчатке.

В архитектуре виртуальная реальность дает возможность заказчику, инвестору и разработчику увидеть будущее здание или сооружение и снаружи, и изнутри.

Виртуальный шлем полностью изолирует глаза от окружающего мира. Для этого перед каждым глазом в нем расположен маленький жидкокристаллический экранчик. Компьютер подает на них синтезированные им картинки, вместе составляющие стереоизображение. С помощью оптической системы это изображение человек видит на расстоянии полуметра от своего лица. Шлем снабжен стереонаушниками и датчиками, следящими за поворотом головы. Эти датчики (они могут быть инфракрасными, ультразвуковыми или микроволновыми) передают в компьютер информацию о положении головы. В соответствии с ней компьютер формирует картинку, соответствующую ориентации головы. В результате у человека и возникает иллюзия нахождения в виртуальной среде. Объем переработки информации в реальном времени при этом очень велик. Если компьютер будет запаздывать в создании этой иллюзии, то у человека может возникать чувство неуверенности, головокружения. Поэтому справиться с выполнением такой сложной задачей способен только суперкомпьютер, обладающий громадным быстродействием и объемом памяти.

Наиболее совершенные шлемы снабжены устройствами, следящими за вращением глазных яблок и даже о положении зрачков человека в данный момент.

Силовой жилет создает усилия на мышцы туловища и рук человека, имитируя иллюзию взаимодействия с предметами в виртуальном пространстве - например, поднятие тяжелого предмета и перенос его с места на место. Для этого жилет снабжен специальными силовыми приводами, получающими команды от компьютера.

Специальные перчатки и обувь, оснащенные датчиками, дающими информацию о движении рук, ног и даже отдельных пальцев, дополняют костюм погружения в виртуальную реальность. Они могут дополняться устройствами, имитирующими осязание. Для этого пьезоэлектрические вибраторы передают на нервные окончания пальцев ощущения, имитирующие прикосновение к виртуальным "предметам".

При частичном погружении в виртуальную среду человек не полностью изолируется от окружающего пространства. На голове у него укрепляются датчики, дающие информацию о поворотах его головы и направлении его взгляда. При этом у него создается впечатление, что он только заглядывает в окно виртуального мира, а вне этого окна продолжает видеть окружающую обстановку.

Уже существует множество виртуальных игр. Но, по мнению ряда ученых, чрезмерное увлечение ими опасно, особенно для детской психики. Поэтому играть в них можно лишь очень недолго - во избежание неприятных последствий для здоровья.