oldi

Интерактивное искусство и оборудование для виртуальной реальности

Владимир Богданов, Олег Татарников

Volo ergo sum. — «Хочу — значит существую»

Мен де Биран

Реальность: мнимая или действительная?

Долгая дорога в 3D-дюнах..

Как пустить пыль в глаза?

Как навострить уши

Как дать волю рукам

Как нюх потерять

Самостоятельное путешествие в мир VR

   Академия Интерактивных Искусств и Наук

   Virtual Reality (VR)

   Стереоскопический эффект

   Шлем VFX3D от Interactive Imaging Systems

   «Мышиная» технология Immersion FEELit — почувствуйте разницу

 

Реальность: мнимая или действительная?

Может ли новая технология породить принципиально новое искусство или это совершенно не связанные вещи? По опыту тех видов искусства, об оригинальности которых никто давно уже не спорит, можно с большой долей уверенности утверждать: «Да, безусловно, может!» И по всей видимости это будет «интерактивное искусство» со своим сложным (и пока весьма дорогостоящим!) аппаратно-программным инструментарием. Причем как для создания, так и для восприятия тому, кому оно адресовано.

Что, например, дала компьютерная графика современному искусству? Использование ее в кино приводит к увеличению достоверности, вытеснению из кинопроизводства комбинированных съемок и опасных трюков при эмуляции сложных эффектов и недоступных в жизни объектов. Кроме того, компьютерная графика изменила и сам принцип работы съемочной группы: благодаря цифровым технологиям из работы режиссера ушло тревожное ощущение непредсказуемости результата, так как уже в процессе монтажа появилась возможность «переиграть» ту или иную сцену, изменить план и точку обзора…

Но это еще не новое искусство и даже не новый жанр. Это лишь новый инструментарий. Значительно больше изменений привнесли новые технологии в телевидение и видеоарт. Здесь уже речь идет о создании абсолютно нового языка и новых средств выражения, и без участия компьютерных технологий такого рода работы выполнить уже невозможно1. Но это опять же не новое искусство — это лишь новые средства выражения.

Примером рождения действительно нового и полностью компьютерного искусства являются компьютерные игры и аттракционы виртуальной реальности. Здесь машина становится отчасти творцом: ведь ни художник, ни программист не могут предсказать, как поведет себя их «соавтор» — игрок. В результате подобного человеко-машинного соавторства рождается совершенно необычное и непредсказуемое произведение искусства. И новое искусство требует не только новых средств выражения, но и нового инструментария…

В начало

В начало

Долгая дорога в 3D-дюнах...

Идеи искусственно синтезированных трехмерных миров, которыми может манипулировать пользователь, зародились в научных и философских кругах еще в середине 60-х годов. Вспомните, как в «Звездных войнах» Люк Скайуокер использовал виртуальную систему наведения для бомбометания по имперской «Звезде смерти»2. Подкрепить «мнимую реальность» соответствующим техническим оснащением и тем более перенести ее из лабораторий на столы пользователей удалось лишь на рубеже 90-х. Тогда же на экраны вышел фантастический блокбастер по мотивам новеллы Стивена Кинга «Газонокосильщик» (The Lawnmowerman), который прямо-таки вызвал взрывной интерес к virtual reality (VR). Фильм мгновенно стал культовым и за рубежом, и в России. Именно неоднозначному закадровому переводу мы обязаны появлением термина «мнимая реальность», хотя английское virtual, напротив, означает, что та реальность «фактическая, действительная», а наша с вами — это еще вопрос.

Напомню, что по сюжету картины инженер военной лаборатории использовал сложное VR-оборудование для ускоренного обучения и развития интеллекта. Ведомый пером фантаста, инженер (его играл Пирс Броснан, нынешний Джеймс Бонд) начал вводить умственно отсталому разнорабочему-газонокосильщику психотропные препараты, «расширяющие сознание», и обучать его в виртуальной компьютерной среде. В результате газонокосильщик поумнел настолько, что превратился в агрессивного монстра-телепата, изощренно расправился со своими врагами, собрал чемоданы и переехал в Интернет на постоянное местожительства.

Сказка — ложь, да в ней намек... Человек, как известно, использует постоянно лишь несколько десятых долей процента клеток мозга. А ведь даже обезьяна использует свой мозг процентов на 20. Однако развитие человека как биологического вида по непонятным причинам прекратилось 30-40 тысяч лет назад. Физиологически мы мало чем отличаемся от кроманьонца (хотя тот был французом). С какой же целью Матушка-природа приберегла для нас столь избыточные резервы, временно заблокировав их невидимой перемычкой? Зачем дала нам такие огромные лобные доли мозга, ответственные за мироощущение? Неужели это щедрый подарок для следующего эволюционного скачка?

Мощный всплеск интереса к виртуальной реальности и специализированным устройствам пришелся на середину 90-х. Появились первые мультимедийные шлемы, очки, перчатки и прочие модные аксессуары. Но внезапно популярность «виртуальных утех» пошла на убыль…

Что же произошло? Специалисты сходятся во мнении, что desktop VR (настольную виртуальную реальность) сгубили высокие цены и переключение внимания аудитории на более доступные 3D-забавы. Впрочем, увлеченные «непосильными» боями с монстрами «думеры» и «квейкеры» далеко не сразу обратили внимание на появление первых 3D-ускорителей: nVidia, Rendition и т.д. Настоящий бум начался только с появлением 3DFx Voodoo. Графические 3D-ускорители развиваются сейчас настолько быстро, что в этом с ними не могут тягаться ни память, ни процессоры со своим хваленым законом Мура. Производительность процессоров удваивается каждые два года, а производительность 3D-карт — каждые полгода. Помимо появления мощных и недорогих акселераторов трехмерной графики мы наблюдаем и другие явления: большие мониторы упали в цене, трехмерный позиционный звук и качественные пятиколоночные акустические системы позволяют погрузиться в мир реалистичных синтезированных звуков. И все это — универсально и доступно.

В таких условиях мало кто мог решиться на приобретение «головной боли» (шлема виртуальной реальности), который сам по себе стоит долларов 600, да еще и дополнительного оборудования к нему «набегает» на аналогичную сумму. Правда, радует, что в последнее время вновь происходит перелом в общественном мнении в пользу специализированных 3D-устройств, которые применяются, кстати, не только в играх. Речь идет, главным образом, о доступных моделях стереоочков и манипуляторов с обратным тактильным воздействием (force feedback).

В начало

В начало

Как пустить пыль в глаза?

«Виртуальный» шлем — мультимедийное устройство, которое содержит два дисплея (по одному для каждого глаза) и нередко аппарат, отслеживающий повороты головы (position tracker). Последнее требуется для того, чтобы виртуальная сцена корректировалась в соответствии с направлением взгляда пользователя. Стоит вам перевести взгляд на спасительную дверь следующего уровня, как на каждый из двух миниатюрных ЖК-дисплеев шлема будет подано соответствующее изображение (разное, конечно). Еще пару лет назад считалось, что частота регенерации сцены на каждом дисплее не должна быть ниже 10 кадров в секунду, иначе слишком заметны будут искажения, прерывистость и задержка реакции на физические движения пользователя. Производительность акселераторов и всей компьютерной системы выступала сильным сдерживающим фактором: приходилось упрощать трехмерные сцены и бороться с высокой утомляемостью от экранных мерцаний. Какая уж тут виртуальность, когда голова трещит.

Сейчас все изменилось — и аппаратные возможности, и качество визуализации объектов. Для того чтобы оценить приближение к идеалу, необходимо учитывать некоторые анатомические особенности нашего зрения. Сетчатка глаза человека реально использует около трех миллионов цветовых рецепторов-колбочек, то есть, грубо говоря, обеспечивает разрешение 1700x1700 «биопикселов» (здесь и далее приводятся расчеты С.Козлова, serk@cunb.wsnet.ru). Это значит, что при 24-битной глубине цвета на каждый глаз потребовалось бы 18 Мбайт видеопамяти (по 9 на каждый глаз) и пропускная способность видеоподсистемы 540 Мбайт в секунду при приличной скорости обновления экрана 30 кадров в секунду. Очевидно, что близкие к таким требованиям видеокарты уже присутствуют на рынке и стремительно совершенствуются. К сожалению, человеческий глаз — это не какая-нибудь там ПЗС-матрица, и его поведение не описывается лишь чувствительностью сетчатки. К тому же мы не так уж часто неподвижно стоим, упершись взглядом в одну точку. Поэтому для повышения реалистичности устройств визуального сопряжения (очков, шлемов) придется учитывать перемещения зрачков, гибко подстраивать фокусировку, строить мини-дисплеи с адаптивным разрешением (которое уменьшается при удалении от точки фокуса) и идти на другие хитрости, которые заложила в нас Природа.

В начало

В начало

Как навострить уши

Обеспечение реалистичного 3D-звука — как раз та область, где был достигнут наибольший прогресс. Ситуация близка к идеалу. Position tracker, расположенный обычно в шлеме, помогает скорректировать «направление» аудиопотока. Например, если источник звука находится не прямо перед пользователем или позади него, возникает разница в его восприятии каждым ухом. Соответственно, подав на один наушник звук чуть раньше (позже), громче (тише) либо иной тональности, уже удается добиться хорошей иллюзорной реалистичности (какой термин получился — получше «мнимой реальности»!). По характеру отраженного от объектов звука, а также различных типов эха (например, раннего эха) человек приблизительно способен определить расстояние до источника звука, его характер и другие параметры. Современные акустические системы способны обмануть многих неподготовленных слушателей своей реалистичностью. Поэтому когда на экране хорошего кинотеатра начинается штатная пальба, а отдельные зрители бросаются на пол и начинают беспорядочно отстреливаться, то это нормально — просто вы стали свидетелем очередного «звериного оскала» виртуальной реальности.

В начало

В начало

Как дать волю рукам

Вторым типом устройств сопряжения (по степени популярности у режиссеров фильмов), безусловно, являются перчатки и экзоскелеты («внешние скелеты»). Экзоскелет — сложный и дорогой VR-костюм, который производится в ограниченных количествах и относится к лабораторному, а не к домашнему классу устройств. Он в буквальном смысле позволяет пользователю пережить острые ощущения, полученные в виртуальной среде, на собственной вполне реальной шкуре. Однако практически симулировать осязательные ощущения гораздо сложнее, чем зрительные, слуховые и прочие. Представьте, как можно технически почувствовать рукой препятствие, которого не существует, или определить рельеф поверхности «придуманного» компьютером предмета? Может, именно поэтому полноценный киберсекс пока остается утопией? Если действовать «в лоб», то придется создать искусственную кожу с множеством вмонтированных моторчиков, которыми еще как-то надо управлять. Вопросов пока больше, чем ответов...

Однако следует учитывать, что проблема позиционирования кисти в виртуальном пространстве решается на практике не очень сложно. Можно, например, начинить перчатку светопроводящими волокнами (световодами) и измерять падение интенсивности светового потока, который происходит при перегибе волокон, или же замерять изменение угла между фалангами пальцев и строить математическую модель движения руки «на лету».

Нетрудно догадаться, что подобные методы позволяют лишь эффективно «распускать пальцы» в виртуальной среде или, в лучшем случае, почувствовать упругость граненого стакана. А вот сами грани уже не почувствуешь (как, впрочем, и содержимое стакана). Не говоря уже о температуре. Здесь на помощь может прийти очень сложная пузырьковая технология: англичане догадались наполнить «кожу» перчаток пузырьками с воздухом, которые меняют свой объем (надуваются и сдуваются), провоцируя тактильные ощущения. Сложно и дорого. Может, только пока?

Наиболее доступным интерактивным осязательным устройством сопряжения, хотя бы частично решающим проблему виртуальной симуляции, можно считать манипуляторы с обратным тактильным воздействием. Речь идет о джойстиках и рулях с технологией Force Feedback (http://www.force-fedback.com), которые, к примеру, могут быть использованы в гоночных играх или воздушных симуляторах. Эти устройства не столь безответны, как их дешевые сородичи («рули-флюгеры»), а адекватно «огрызаются» на неловкие действия «водителя», «пилота» или «истребителя монстров»: вырываются из рук при крутом повороте, сотрясаются от автоматной отдачи, короче, ведут себя почти как в жизни.

В начало

В начало

Как нюх потерять

Как электронными средствами, да еще и бесконтактно обмануть собственное обоняние, ученым еще предстоит додуматься. Есть мнение, что в далеком будущем можно будет пойти на вживление электродов в мозговые центры, ответственные за восприятие запахов. Самым же демократичным и реалистичным способом авторам видится нагнетание и вытягивание искусственных синтезированных аэрозолей. За пару секунд таким способом можно «переместиться» с морского пляжа в сосновый бор, а еще через миг — в опийную курильню. Потом, правда, придется сделать перерыв. Оказывается, число ароматов, которые человек способен различать за небольшой промежуток времени, ограничено каким-нибудь десятком наименований. Потом все запахи становятся неразличимы. Мы на время «теряем нюх», о чем хорошо известно дегустаторам-«нюхачам». С другой стороны, химические аэрозоли вполне объективны — какая же это VR? Искусственная, конечно, но самая что ни на есть реальность. Сложные летучие соединения пока не заменишь разумным потоком электронов.

Внимательные читатели могут вспомнить, что существуют «искусственные носы» — устройства, способные определять наличие и концентрацию в воздухе фиксированного перечня химических веществ. Подобные разработки успешно ведутся и в России. Однако для виртуальных целей они непригодны, так как предназначены для работы в реальных средах. Немного удивительно, что индустрия пока не слишком беспокоится о создании обонятельного интерфейса для виртуальной реальности, поэтому удел большинства VR-испытателей — нюхать лабораторную пыль, запахи новой синтетики, разогретой пластмассы и, не дай Бог, плавящейся изоляции.

В начало

В начало

Самостоятельное путешествие в мир VR

Internet просто кишит предложениями об оборудовании для виртуальной реальности: от дешевых настольных аксессуаров до страшно дорогого (ценой в десятки тысяч долларов) оборудования для игровых залов и домашних театров VR. Лучший способ разобраться в запутанном клубке VR-техники — это совершить самостоятельную экскурсию по Web-сайтам производителей и продавцов. Чтобы не сбиться с пути, воспользуйтесь аннотированным каталогом Web-ссылок на нашем CD-ROM. В первую очередь обратите внимание на Web-серверы производителей: помимо спецификаций конкретных устройств там нередко можно найти научно-популярную информацию о принципах ряда VR-технологий и об их аппаратно-программной реализации.

КомпьютерПресс 7'1999