Виртуальная реальность (Virtual reality)

Виртуальная реальность — это новая технология неконтактного информационного взаимодействия, реализующая с помощью комплексных мультимедиа-операционных сред иллюзию непосредственного вхождения и присутствия в реальном времени в стереоскопически представленном "экранном мире".

Технология неконтактного информационного взаимодействия, реализуемая системой "Виртуальная реальность", позволяет компьютеру отобразить непосредственно в цифровой форме импульсы от "информационной перчатки" ("интерфейс—перчатка") и "информационного костюма". Рука пользователя, одетая в "информационную перчатку", может быть спроецирована в виртуальной форме в трехмерной компьютерно-генерированной среде. Манипулируя "информационной перчаткой", пользователь может взаимодействовать с виртуальным миром, передвигая объекты, управляя ими, может также использовать набор жестов в качестве команд. При наличии "информационного костюма", "информационной перчатки" и "информационных очков" со встроенными стереоскопическими экранами (очки — телемониторы) пользователь может, образно выражаясь, "шагнуть" прямо в виртуальный мир.

Уже в настоящее время возможности системы "Виртуальная реальность" используются при тренаже спортсменов, в профессиональной подготовке будущих специалистов в области астронавтики, архитектуры, медицинской диагностики, в организации развлечений и досуга, а также в областях, использующих научную визуализацию. Например, если возможности трехмерной компьютерной графики позволяют осуществлять математический прогноз результатов операции на основании трехмерного изображения, представленного на экране компьютера, то использование системы "Виртуальная реальность" позволяет создать иллюзию реально проводимой хирургической операции.

Состав системы "Виртуальная реальность"

Базовыми компонентами типичной системы "Виртуальная реальность" являются:

• перечни или списки с перечислением и описанием объектов, формирующих виртуальный мир, в субсистеме создания и управления объектами виртуального мира;

• субсистема, распознающая и оценивающая состояние объектов перечней и непрерывно создающая картину "местонахождения" пользователя относительно объектов виртуального мира;

• головной установочный дисплей (очки-телемониторы), в котором непрерывно представляются изменяющиеся картины "событий" виртуального мира;

• устройство с ручным управлением, реализованное в виде "информационной перчатки" или "спейс—болл", определяющее направление "перемещения" пользователя относительно объектов виртуального мира;

• устройство создания и передачи звука. Контакт пользователя с системой "Виртуальная реальность" может осуществляться голосом или с помощью специального устройства — джойстринга, обеспечивающего эффект обратной силовой связи, а также с помощью очков—телемониторов.

Отдельно остановимся на последних устройствах, так как обеспечение связи посредством голоса ничего принципиально нового в себе не несет и используется сравнительно давно. Следует лишь отметить, что в системе "Виртуальная реальность" реакция на звуковой сигнал, полученный от пользователя, производится в соответствии с составленной программой.

Устройство джойстринг создает эффект обратной силовой связи, "интерфейс-перчатка" обеспечивает общение жестами, преобразуя каждое движение пальцев руки в электрические сигналы, которые воспринимаются и расшифровываются с помощью компьютера. Например, манипулируя перед экраном пальцами в "информационной перчатке", можно перемещать объекты на экране. Более того, можно "войти" в виртуальный мир экрана, отодвигая, перемещая, трогая предметы, изображенные на экране. Так, например, можно ощутить сферичность шара, иллюзию хватания предмета, изображенного на экране. Эти эффекты достигаются следующим: между слоями ткани "интерфейс—перчатки" проложены тонкие световодные нити, обвивающие каждый палец, проходящие вдоль кисти руки и подсоединенные к специальной плате, вмонтированной в перчатку в области запястья. С помощью специальных устройств происходит преобразование световых сигналов в электрические. Так, например, если согнуть палец, сгибается световод, энергия импульса изменяется, что немедленно улавливается фотоэлементом, который вырабатывает электрический сигнал, воспринимаемый компьютером. Кроме того, в "интерфейс—перчатку" вмонтированы на уровне подушечек пальцев руки устройства тактильной (осязательной) обратной связи. В нужный момент, определяемый системой, эти устройства надавливают на кончики пальцев, создавая эффект касания предмета виртуального мира (например, поверхности шара, изображенного на экране). Иллюзию хватания предмета обеспечивает устройство, передающее усилия пользователя по "тросикам", приводящим в движение сервомоторы. Компьютер в соответствии с программой производит управление сервомоторами, посылающими обратную силовую связь пользователю. Производимые пользователем с помощью джойстринга манипуляции улавливаются компьютером, который считывает информацию и подает сигналы углового положения, генерируя обратную связь при помощи сервомоторов.

Это позволяет, например, "ощутить тяжесть" предмета, изображенного на экране и "взятого в руку", или "натолкнуться" на препятствие, изображенное на экране. В "интерфейс—перчатку" вмонтированы также датчики изгиба пальца, отведения пальца в сторону, абсолютного положения и ориентации. Они обеспечивают синхронность функционирования неконтактного взаимодействия руки пользователя с системой.

Очки-телемониторы представляют собой пару очков, внутри которых находятся два минимизированных монитора, каждый строго напротив каждого глаза. Очки—телемониторы обеспечивают стереоскопическое видение экранного представления виртуального мира. Современная система "Виртуальная реальность" обычно обеспечивает создание различных "картинок" для каждого глаза с определенным смещением. Очки—телемониторы, снабженные специальными датчиками, информируют компьютер о поворотах головы человека, находящегося перед экраном, в результате чего пользователь имеет возможность "окинуть взглядом" всю стереоскопически представленную "картинку" виртуального мира.

Для более совершенного, многогранного и многофункционального неконтактного взаимодействия пользователя с виртуальным миром используется специальный "информационный костюм".

Следует добавить, что программно—техническая реализация системы "Виртуальная реальность" имеет различные варианты. Схематически представленное выше описание является одним из возможных.

Виды взаимодействия в системе "Виртуальная реальность"

В настоящее время можно выделить три подхода к осуществлению информационного взаимодействия пользователя с объектами виртуального мира, создаваемого системой "Виртуальная реальность".

Первый подход реализует идею "погружения" в виртуальный мир. При этом, образно выражаясь, пользователь, облачившись в скафандр, снабжающий информацией, "входит" в дискретную цифровую вселенную. Манипулируя "информационной перчаткой", непосредственно взаимодействует с компьютером, перемещая, трогая объекты виртуального мира, представленные на экране, "движется" или "летает" внутри него, естественно, с синхронным звуковым сопровождением.

Второй подход обеспечивает оконное представление трехмерного пространства виртуального мира на экране компьютера. При этомкачестве средства управления используются устройства типа "спейс—болл" или "летающая мышка", обладающие значительной степенью свободы.

Третий подход реализует взаимодействие с объектами виртуального мира "третьим лицом", представленным движущимся изображением на экране (например, курсор в виде определенного рисунка) и отождествляемым с самим пользователем. При этом действиями "третьего лица" управляет пользователь, находя как бы свое собственное изображение на экране. Все эти подходы реализуют основную идею информационного взаимодействия, обеспечиваемого системой "Виртуальная реальность". Эта идея заключается в обеспечении, во-первых, посредственного участия пользователя в событиях, происходящих в виртуальном мире, но протекающих в реальном времени в реальном времени, и, во-вторых, максимального отдаления интерфейса между пользователем и компьютером.