Wirtualna
Rzeczywistość - nasza rzeczywistość?
[wróć]
Virtual Reality –
oto jak w dwóch słowach zawrzeć można największe marzenie każdego gracza
komputerowego, a za kilka lat być może wspólny sen całej ludzkości. Czym
jest, dokąd zmierza, a nawet czym była w starożytności? – na te
pytania postaram się kompetentnie odpowiedzieć. Na początek, zadaj sobie
Czytelniku następujące pytanie:
Rzeczywistość
osnuta iluzją komputerowej symulacji jest tematem przewodnim filmu
„Matrix”. Wyobraźmy sobie, że świat który nas otacza to
generowana w czasie rzeczywistym interaktywna gra. Kształty, kolory i dźwięki
są jedynie strumieniami bitów ładowanych bezpośrednio do kory mózgowej pogrążonych
w komie ludzi. Z tą niewiarygodną wizją musi pogodzić się główny bohater
filmu. Neo nie jest przeciętnym hakerem, a jak się później okaże nie jest również
przeciętnym człowiekiem. Zadaje sobie pytania, których nie jest w stanie
wyartykułować a czasem budzi się w nocy z przekonaniem, że coś w jego życiu
nie pasuje. Akcja zawiązuje się, gdy osobnik o imieniu Morfeusz (nie przez
przypadek noszący imię boga marzeń sennych), odnajduje Neo, sprowadzając na
niego wiedzę o iluzji w jakiej żył od urodzenia. Morfeusz wyjawia mu prawdziwą
historię rasy ludzkiej, niegdyś panującej na Ziemi, obecnie będącej
ekologicznym źródłem energii dla maszyn obdarzonych inteligencją. Jak się
dowiaduje „ludzie się już nie rodzą, ludzi się hoduje”. Scena która
pojawia się w chwilę później jest jedną z najbardziej porażających wizji
totalitaryzmu. Rzeczywisty świat to koszmar rodem z grafik Gigera, przy którym
miasta z Bladerunnera lub Terminatora wydają się oazą spokoju, natomiast świat
w którym od urodzenia żył Neo okazuje się doskonałym złudzeniem
wygenerowanym w rzeczywistości wirtualnej.
„Co
jest realne? Jak zdefiniujesz rzeczywistość? Jeśli masz na myśli zmysły
– to co czujesz, smakujesz, wąchasz lub widzisz – są to jedynie
elektryczne sygnały interpretowane przez mózg” – w ten sposób
Morfeuszy wyjaśnia Neo względność pojęcia rzeczywistości. Dla człowieka
nie jest więc istotne czy coś naprawdę istnieje, porusza się, ma ciężar
lub kolor, lecz jak bardzo realistyczne jest to, co postrzega. Stworzona przez
komputery Matrix wytwarzała złudzenie rzeczywistości tak bardzo realne iż
tylko nieliczni byli w stanie zakwestionować wirtualną rzeczywistość w
jakiej się wychowali. Jeden z członków anarchistycznej ekipy Morfeusza,
Cipher wręcz wolał wirtualną sielankę od ponurej rzeczywistości
„wypalonego nieba” i „opustoszałych miast”. Wyszedł on
z podobnego założenia co Morfeusz wnioskując, że to właśnie percepcja odróżnia
to co realne od nierealnego. Skoro stek nierealny smakuje lepiej niż serwowane
na pokładzie Nabuchonodozora realne kleiki, to po co się męczyć. Motto
Ciphera „Ignorancja jest oświeceniem” doprowadziło go do całkiem
realistycznej śmierci. Również Mouse, niewątpliwie pozytywny charakter, wolał
wirtualną rzeczywistość od realnego świata. W odróżnieniu od Ciphera wybrał
jednak kłopotliwą wiedzę od całkowitej ignorancji. Co prawda jego hobby było
projektowanie (i prawdopodobnie nie tylko to) seksownych kobiet, ale był jednak
całkowicie oddany misji Morfeusza. Mouse i Cipher są przykładami postaci
uzależnionych od wirtualnej rzeczywistości, w mniejszym lub większym stopniu
obaj odnajdują w niej to, czego nie może dać im rzeczywistość.
Ogólnie
rzecz biorąc, Matrix nie jest ani apoteozą ani też krytyką wirtualnej
rzeczywistości. Oceniać możemy jedynie to w jaki sposób i w jakim stopniu
jest ona eksploatowana. W najbliższej przyszłości, wraz z rozwojem
technologii multimedialnych, wirtualna rzeczywistość zyskiwać będzie na
znaczeniu. Jak postaram się dowieść prawdopodobnie wciągnie nie tylko
graczy, lecz również naukowców lub przeciętnych ludzi chcących mile spędzić
czas. Powstaje pytanie: co się stanie, gdy wirtualna rzeczywistość przestanie
być imitacją a stanie się pierwowzorem? Obecnie szybkie stacje graficzne i
odpowiednie oprzyrządowanie są w stanie wytworzyć coś co przypomina
rzeczywistość, w powiedzmy 90%. Komputer osobisty plus okulary trójwymiarowe
to załóżmy 60%, IRC – czyli dyskusje na żywo w Internecie to może
10%. Jeśli tak bardzo wciąga nawet dziesięcioprocentowe złudzenie
rzeczywistości to co się stanie, gdy komputer będzie symulował percepcję i
wszystkie pięć zmysłów ze stu procentową dokładnością odwzorowania.
W konfrontacji z idealną wirtualną rzeczywistością, prawdopodobnie większość
wybierze podobnie jak Cipher Ignorancję, lub Ucieczkę jak Mouse. Dla przykładu
w „Człowieku-Demolce” pokazany jest seks przyszłości, bez
prokreacji, chorób i zdrady – stu procentowy wyciąg z tego, o czym marzy
każdy mężczyzna i każda kobieta w wieku reprodukcyjnym, podany w postaci
wirtualnej papki dla zmysłów. Czy seks przez Internet lub seks z wirtualnym i
idealnym partnerem nie byłby równie soczysty co wirtualny stek którym zajadał
się Cipher?
Wybór
pomiędzy czerwoną a niebieską pigułką to metafora walki dobra ze złem.
Neo, czyli tak naprawdę „One” reprezentuje Chrystusa, który oddając
swoje życie, a przy tym nie znając swojego przeznaczenia, uwalnia ludzi od
iluzji stworzonej przez Diabła – odwiecznego oszusta. Idealna rzeczywistość
– wirtualna rzeczywistość kusi pięknem, które nie istnieje. Morfeusz
oferuje bolesną prawdę. Wybór należy do nas. Pozornie...
Już
setki lat przed powstaniem pierwszych komputerów, kina i dvd ludzie zadawali
sobie pytanie – czym jest rzeczywistość która nas otacza, i czy aby na
pewno jest prawdziwa? Wydaje się, że w naszych czasach łatwiej jest zwątpić
w to podstawowe założenie egzystencji. Mimo, że wówczas brak było
przekonywujących dowodów na to, iż świat mógłby być iluzją wielu myślicieli
skłaniało się właśnie ku takiemu przekonaniu. Prawdopodobnie, sporo do myślenia
dawał im zagadkowy stan marzeń sennych. Odrzucając wiarę w postrzeganie
pozazmysłowe i podróże poza ciałem można powiedzieć, że sen jest wirtualną
rzeczywistością generowaną przez nasz umysł.
Każdy z nas, co wynika ze badań eksperymentalnych przeżywa każdej
nocy 3-4 cykle marzeń sennych zwane fazą REM snu. Przeważnie sny te ulegają
zapomnieniu, lub ich intensywne wspomnienie utrzymuje się tylko krótko po
przebudzeniu. Niekiedy jednak sny są tak realistyczne, iż śniący bierze w
nich udział przekonany, że to się dzieje na jawie. Po przebudzeniu z takiego
snu osoba jest w stanie opowiedzieć o jego szczegółach, zachwyca się
wyrazistością snu i jego realizmem. Szczególny typ marzeń sennych, gdy śniący
jest świadomy snu w którym uczestniczy zwany jest snem świadomym (lucid
dreaming). W Stanach Zjednoczonych, a ostatnio również w naszym kraju,
prowadzone są kursy, których celem jest trening w przeżywaniu świadomych
marzeń sennych. Dla jednych takie sny pełnią rolę terapeutyczną, dla innych
po prostu są rozrywką. W obu przypadkach wynika z to z faktu, iż istnieje możliwość
wcielania się w różne postacie zaś owa wirtualna rzeczywistość snu jest piękniejsza,
bardziej niezwykła jak również w większym stopniu kontrolowalna niż świat
rzeczywisty. Krytykę ze strony osób nie potrafiących śnić świadomie lub po
prostu odmawiającym sensu podobnym praktykom, zwolennicy „lucid
dreaming” odpierają twierdzeniem, iż tego typu sen jest wyższym stanem
świadomości, polegającym na funkcjonowaniu 24 godziny na dobę, nawet wówczas
gdy ciało odpoczywa. W związku z tym ewentualne uzależnienie od wirtualnej
rzeczywistości snu jest w pełni uzasadnione.
Można
przypuszczać, że starożytni również potrafili śnić świadomie. Z całą
pewnością snu takiego zaznał Czuang Czou. Po przebudzeniu napisał
„Pewnego razu ja, Czuang Czou, śniłem, że jestem motylem, który fruwał
sobie wokół, ciesząc się z tego. Nic nie wiedziałem o Czuang Czou. Nagle
obudziłem się i okazało się, że naprawdę jestem Czuang Czou. Jednak nie
mam pewności, czy tylko śniłem, że jestem motylem, czy też motyl śni, że
jest Czuang Czou” (Alan Watts, „Tao Strumienia”). Na podobnej
zasadzie chyba każdy miał kiedyś wrażenie na pograniczu snu i jawy, iż oto
zdobył we śnie coś wartościowego co chciałby zatrzymać, a co niestety po
chwili rozpływa się w powietrzu. Innym przykładem może być przebudzenie we
śnie (nie ze snu) lub nawet ponowne zaśnięcie we śnie. Obie strony medalu w
momencie gdy się na nie patrzy, wyglądają równie przekonywująco. Która
jest więc prawdziwa? Skonfrontowani z tym problemem filozofowie stwierdzili
wobec tego, że nie można ufać pewności czegokolwiek, a szczególnie gdy jest
to całkowita pewność. Nie mówiło się wówczas, iż rzeczywistość może
być generowana przez komputer, bo przecież nie było jeszcze komputerów.
Istniał za to wszechmocny Bóg, i to on wedle pewnych przekonań miał generować
światy postrzegane przez ludzi, a także synchronizować je ze sobą, by ludzie
mogli współdziałać. Wątpiono więc w realność świata w którym żyjemy,
wątpiono w realność nas samych. Nawet słynne powiedzenie Kartezjusza
„Myślę więc jestem” nie przekonało najbardziej dociekliwych, że
naprawdę istnieją. Twierdzono też, że rzeczywistość którą postrzegamy
nie jest pełnym obrazem wszechświata. Platon na przykład wierzył, że
widzialny świat rzeczy materialnych jest pozorny, jest jakby cieniem nadzmysłowego
świata idei.
Tego
ostatniego twierdzenia nauka jak do tej pory nie zweryfikowała. Spór o duchowe
płaszczyzny rzeczywistości, które można postrzegać zmysłami od 6 w górę
jest nierozstrzygnięty. Pewne jest jednakże, iż to co człowiek postrzega w
realnym świecie (zakładając jego istnienie oczywiście) nie jest kompletnym
obrazem tego świata. Prosty argument: człowiek postrzega jedynie wąskie
zakresy fal elektromagnetycznych. Światło widzialne oraz dźwięki to mały
wycinek kompletnego widma. Skoro nasza percepcja opiera się na tak kruchym
fundamencie, cóż moglibyśmy się dowiedzieć postrzegając (i rozumiejąc) cały
zakres widma. Jak to jest być na przykład nietoperzem? – pytał fillozof
Daniel Dennett. Ponadto nie jesteśmy nieomylni nawet w tym zakresie świata, który
rzeczywiście postrzegamy. Psychologia obfituje w badania na temat złudzeń
poznawczych myślenia czy postrzegania. Wydaje się na przykład, że żyjemy
nie w teraźniejszości lecz w przeszłości, zawsze kilkadziesiąt milisekund w
tyle za tym co się wokół nas dzieje.
Czytelnikom,
którzy chcą przekonać się jak różne mogą być wizje tych samych sytuacji
polecam wybrane odcinki „Archiwum X”, oraz doskonałą książkę
Daniela Keyesa „Kwiaty dla Algernona”. Jest to pamiętnik osoby, której
iloraz inteligencji wzrasta z dnia na dzień, a świat każdego dnia wygląda
dla niej inaczej. Podsumowując, nawet osoby które nie posiadają komputera w
jakimś sensie, bez opłat i abonamentu, postrzegają rzeczywistość wirtualną.
To na co patrzymy nigdy nie jest tym, czym się wydaje, lecz tym co chcielibyśmy
widzieć lub możemy zobaczyć. Komputerowa VR to nic innego jak próba imitacji
złudzenia, jakim jest otaczający nas świat – mówiąc obrazowo kolejny
sen we śnie. Na początek popatrzmy w jaki sposób śnią dzisiaj najbogatsi.
CAVE
to inaczej Cave Automatic Virtual Environment, a po naszemu jeden z najbardziej
zaawansowanych systemów tworzenia wirtualnej rzeczywistości. Skojarzenie z
jaskinią Platona, do której ścian przykuci są „kajdaniarze” jest
jak najbardziej na miejscu. Twórcom CAVE przyświecał bowiem cel stworzenia
systemu, który tworzył by tak doskonałe iluzje, iż żaden z owych
kajdaniarzy nie miałby ochoty odwracać wzroku od cieni prawdziwej rzeczywistości
odbitych na ścianach jaskini. Aby pojąć ogrom i ambicję tego projektu wyobraźmy
sobie, że znajdujemy się w średniej wielkości pokoju. Pomijając
przezroczyste okulary na nosie i specjalny joystick nic nie zdradza niezwykłości
spektaklu, który ma się wkrótce zacząć. Wtem ściany ożywają, pojawiają
się na nich obrazy, słyszymy również dźwięki. Nagle pokój zapełnia się
trójwymiarowymi kształtami, które zdają się otaczać nas ze wszystkich
stron. Ostatni raz oglądaliśmy coś podobnego w serialu „Star
Trek”. W obszarze pokoju mamy całkowitą swobodę ruchu. Gdziekolwiek byśmy
nie spojrzeli widzimy realistyczne 3-D kształty. Choć doskonale wiemy, że to
iluzja, jest ona tak doskonała iż stopniowo staje się nasza rzeczywistością.
Tak mniej więcej wygląda CAVE z punktu widzenia użytkownika.
Natomiast
dla konstruktora jest to skomplikowany system projektorów, detektorów ruchu i
komputerów. Użytkownik wyposażony jest przede wszystkim w specjalne okulary
stereoskopowe. Zasada ich działania jest dość prosta i analogiczna do
stosowanej w okularach wykorzystywanych w kinie lub grach komputerowych. Okulary
sprzężone są z systemem wyświetlania obrazu na monitorze. W momencie gdy
przesłaniane jest prawe oko na ekranie pojawia się obraz dla lewego oka.
Kilkanaście milisekund później zasłaniane jest lewe oko a na ekranie pojawia
się obraz dla oka prawego – przesunięty względem poprzedniego dla
zachowania właściwej perspektywy. Zmiany następują po sobie tak szybko, iż
użytkownik ich nie zauważa, a wyświetlane obrazy łączą się ze sobą w mózgu
dając w efekcie idealne złudzenie obrazu trójwymiarowego. Aby to urządzenie
funkcjonowało właściwie komputer centralny CAVE musi wiedzieć w jakim
miejscu znajduje się użytkownik. W tym celu śledzi położenie głowy przy
pomocy specjalnej pluskwy do namierzania obiektów w przestrzeni trójwymiarowej.
Dodatkowym elementem komunikacji jest myszo-joystick zwany przez konstruktorów
Różdżką (Wand). Manipulator służy do dotykania, poruszania i uruchamiania
trójwymiarowych obiektów. Dane odbierane od użytkownika są kierowane do
stacji graficznej Silicon Graphics Onyx. Ta następnie wytwarza trzy strumienie
obrazu kierowane do wyświetlaczy Electrohome Marquis 8000. Przy ich połączeniu
z systemem luster obraz kierowany jest na trzy pionowe ściany wokół użytkownika
oraz na podłogę pokoju. Złudzenie wirtualnej rzeczywistości potęgowane jest
przez dźwięk stereo dobiegający zza ścian pokoju.
Zastosowania
tego typu systemów daleko wykraczają poza zwykłą rozrywkę. Oczywiście nie
zaprzeczę, że RPG w wydaniu CAVE byłby niezwykle emocjonującą przygodą,
nie mówiąc o wyścigach samochodowych, symulacjach czy platformówkach. Sprzęt
który jest niezbędny do odpalenia całego systemu kosztuje tyle co wysokiej
klasy samochód, nic więc dziwnego, że gry dla CAVE jeszcze długo nie będą
produkowane, a jeśli nawet to z przeznaczeniem wyłącznie dla ekskluzywnych
salonów gier. CAVE został stworzony przez naukowców i dla naukowców. NCSA
planuje przy jego wykorzystaniu studiować zachowanie się trójwymiarowych
systemów chaotycznych, zaś General Motors stosuje CAVE do projektowania nowych
modeli samochodów. Dla otarcia łez można co najwyżej ściągnąć z
Internetu instrukcję obsługi i programowania tego systemu. Jeśli jednak nie
stać nas na zabawkę tej klasy to już za kilkaset tysięcy dolarów możemy
sobie sprawić całkiem przyzwoity zestaw do gier i zabaw.
Abyss
kosztuje w pełnym zestawie dla ośmiu osób ni mniej ni więcej tylko 320 tysięcy
dolarów. Jest to system gwarantujący
najwyższą klasę rozrywki w wirtualnym świecie. Zaprezentowany po raz
pierwszy w 1995 roku przez firmę Atlantis Cyberspace jest obecnie jednym z
najdroższych ale i najbardziej zaawansowanych „automatów” gier.
Szczególnie podekscytowani możliwościami Abyss byliby zapewne fani
Quake’a - z oczywistego względu gdyż to właśnie Quake jest
standardowym oprogramowaniem tej platformy. Zanim odwiedzimy Trocadero w
Londynie z pełną kieszenią żetonów, popatrzmy czego się tam możemy
spodziewać. Gracz wyposażony jest w hełm generujący grafikę stereoskopową
oraz w karabin symulujący odbicie broni - oczywiście inne jest szarpnięcie po
oddaniu strzału bazooką a inne przy młóceniu serią z broni maszynowej. Do
zbudowania systemu, firma Atlantis wykorzystała najlepszy z dostępnych na
rynku hełmów wirtualnych VR6 firmy Virtual Research. Wyświetlacz generuje
kolorowy obraz w rozdzielczości 720 na 230 linii, zaś słuchawki uzupełniają
efekt wirtualny dźwiękiem stereofonicznym. Grający w Quake’a mogą się
ze sobą porozumiewać przez interkom, co jest dość sensowne zważywszy, że
jednocześnie grać mogą 32 osoby. Dla bardziej wybrednych graczy przygotowano
możliwość grania przy użyciu specjalnej platformy BOOM, która jest ściśle
sprzężona z bronią i hełmem wirtualnym. Również możliwości stacji
graficznej obsługującej Quake’a są imponujące. Jest ona w stanie
generować 3 miliony poligonów na sekundę z wykorzystaniem rozmaitych efektów
świetlnych, a wszystko przy płynnych 60 klatkach na sekundę.
Innym
systemem, na który możemy natrafić zwiedzając zagraniczne salony gier i
parki rozrywki jest X-O-Tron VR firmy Altare Advanced Technologies. W odróżnieniu
od Abyss, tutaj użytkownik porusza się wewnątrz żyroskopu. Jest to ten sam
patent, którym swego czasu zachwycaliśmy się w filmie „Kosiarz Umysłów”.
Dzięki niemu gracz może dosłownie poruszać się we wszystkich trzech
kierunkach, a w nowych rozwiązaniach z iluzją przyspieszenia. Co ciekawe
obrabiający grafikę procesor Risk oraz cały osprzęt funkcjonuje niezależnie
od zewnętrznych źródeł zasilania zaś żyroskop jest składany i przenośny.
Cena również jest dość przystępna bo wynosi „tylko” 34 tysiące
dolarów. Ponieważ w zestawie znajdziemy aż cztery rodzaje oprogramowania,
rzec by się chciało że jest to idealna rozrywka dla całej rodziny, z którą
można wybrać się nawet na piknik (choć starszą panią najlepiej trzymać z
daleka od żyroskopu). Jedna z gier - Shock Wave polega na lataniu wokół
piramid i prowadzenia ostrzału Battlemechów oraz obiektów latających
(cytowane z opisu). Inna gra - Decent brzmi bardziej zrozumiale, natomiast Total
Eclipse przeznaczony jest zapewne dla miłośników literatury romantycznej.
Zanim
dowiemy się, gdzie na terenie Europy możemy poużywać na tego typu zabawkach
jeszcze jedna innowacja, tym razem ze stajni Walta Disney’a. System nazywa
się Disney Vision. Gramy w pozycji siedzącej, co jest zrozumiałe gdyż
standardowym oprogramowaniem jest tutaj Aladin Magic Carpet. Superkomputer Onyx
generuje w czasie rzeczywistym superrealistyczny, stereoskopowy obraz lotu
magicznym dywanem, przekazywany do hełmu wirtualnego użytkownika.
Przykładów
takich jak Cave, Abyss, XOtron czy Disney Vision można wyliczać do znudzenia.
Już w roku 1995 można ich było naliczyć około stu – systemy generujące
wirtualne odyseje do wnętrza ciała, wyścigi samochodowe, loty nad kanionem,
grę w golfa – praktycznie wszystko co moglibyśmy sobie wymarzyć.
Niestety nasz kraj ojczysty cierpi na wyraźny niedobór wirtualnych atrakcji.
Chcąc przekonać się na własnej skórze czym jest „prawdziwa”
wirtualna rzeczywistość będziemy musieli udać się w następujących
kierunkach: na południe – do Pragi gdzie mieści się ARC Design, Włoch
m.in do Rzymu, Wenecji lub Florencji; na zachód – szczególnie do
Disneyland Paris, lub Action Virtuelle w Paryżu. Najwięcej atrakcji czeka na
nas w Londyńskim Trocadero.
CAVE
i opisane tutaj symulatory VR reprezentują ostatnie ogniwa rozwoju technologii
wirtualnych rzeczywistości. Przeszłość VR nie rysowała się w tak różowych
barwach.
Chociaż
temat (komputerowej) wirtualnej rzeczywistości wydostał się na światło
dzienne i nagłówki gazet dopiero w ostatnich latach, tak naprawdę sięga on
korzeniami aż do późnych lat pięćdziesiątych, kiedy to informatyka była
wyłącznie hasłem do krzyżówki. W tym czasie komputery wykorzystywane były
tylko przez wtajemniczonych w ezoteryczne języki programowania, zajmowały pół
klimatyzowanego pokoju i psuły się średnio raz na godzinę. Douglas Engelbart
wpadł na doskonały pomysł, aby usprawnić dotychczasową komunikację człowieka
z komputerem polegającą na robieniu dziurek w taśmie, a później
odczytywaniu dziurek z taśmy wypluwanej przez maszynę. Doświadczenie w obsłudze
radarów podpowiedziało mu, że ekran o „dużej” rozdzielczości byłby
optymalnym rozwiązaniem. Czas rozwoju militarnego Stanów Zjednoczonych ułatwił
rozwój nowej dziedziny wizualizacji komputerowych. We wczesnych latach
siedemdziesiątych kraj ten wyposażył swoją armię w system nawigacji i
obrony radarowej przetwarzającej dane w czasie rzeczywistym. Ponadto zaczęto
stosować wizualizację w panelach kokpitów samolotów bojowych. W 1962 Ivan
Sutherland wynalazł pióro świetlne, zaś w 1970 Engelbart ujawnił swój
najnowszy projekt – mysz komputerową. Technika rozwijała się bardzo prężnie,
tym bardziej że była ponownie wspomagana przez technologie militarne. Szczególną
wagę przykładało wojsko do opracowania symulatorów bojowych, mogących
zaoszczędzić życia wielu pilotów oraz miliony dolarów wydawanych na paliwo
i samoloty. Oczywiście w owych latach symulatory wykorzystywane przez armię w
ułamku procenta nie były tak realistyczne jak te dostępne obecnie na
komputerach domowych (z drugiej strony komputery domowe jeszcze wtedy nie istniały).
We wczesnych latach osiemdziesiątych symulatory bojowe osiągnęły jednak taki
stopień rozwoju, iż piloci mogli szkolić się na platformach wyposażonych w
ekrany, wysięgniki hydrauliczne i oryginalne kokpity maszyn. Równolegle do
prac nad coraz bardziej zaawansowanymi symulatorami, rozwijał się show-biznes.
Generałowie armii kalkulowali szanse na wygranie wyścigu zbrojeń w kosmosie,
a na ziemi widzowie bawili się na seansach kinowych Star Wars (rok 1976). Rozwojowi uległ również rynek gier video. Niegdyś wyprawy
do salonów gier były niezwykle popularną rozrywką wśród młodych ludzi.
Dzisiaj co drugi dom wyposażony jest w komputery, tak więc pęd ku grom video
znacznie osłabł. Kolejną grupą osób zainteresowanych komputerowymi
wizualizacjami byli oczywiście naukowcy. Ci jeszcze długo nie mieli łatwego
życia, gdyż do symulacji komputerowych wymagane były niezwykle duże moce
obliczeniowe (albo spora dawka cierpliwości). Wizualizacja z jaką mamy do
czynienia dzisiaj, wtedy była nieosiągalna. Znaczącym osiągnięciem w
komputerowych wizualizacjach była animacja chmury smogu unoszącego się nad
Los Angeles w roku 1990. Dzisiaj bez wizualizacji i wirtualnych rzeczywistości
nie jest możliwa rozrywka, nauka czy rozwój militarny. Przedłużenie wyobraźni
człowieka o VR wydało się koniecznym etapem ewolucyjnego rozwoju cywilizacji
technicznej.
Przyjrzyjmy
się jakie wyzwania podjęli naukowcy dzięki możliwości trójwymiarowej
wizualizacji swoich modeli. Dziedziną, którą ciężko jest objąć wyobraźnią,
a co dopiero rozumem jest kosmologia. Od samego wyobrażania sobie granic wszechświata
dostać można zawrotu głowy. Obejrzenie generowanych komputerowo sekwencji z
filmu „Kontakt” przedstawiających sondę oddalającą się od
Ziemi, Układu Słonecznego i Galaktyki daje pewien wgląd w ogrom kosmosu.
Oczywiście naukowcy, aby określić wiek Wszechświata i jego przyszłość
potrzebują faktów, nie zaś efektów specjalnych. Dzięki komputerom stworzono
obraz widzialnej części naszej galaktyki, oraz przeprowadzono symulacje
rozmaitych procesów międzyplanetarnych, których wizualizacja była kluczową
kwestią dla zrozumienia tych złożonych problemów. Spore postępy poczyniono
również dzięki wizualizacji związków chemicznych oraz struktur materiałów.
Podobnie działo się w dziedzinach nauki takich jak biochemia, czy biologia
molekularna gdzie obecnie szeroko wykorzystuje się symulacje komputerowe. Jedną
z bardziej obiecujących moim zdaniem zastosowań VR jest edukacja. Sam byłem
światkiem niesamowitego trójwymiarowego spektaklu przedstawiającego symulację
procesu fotosyntezy. Nie trudno jest mi więc wyobrazić sobie szkołę przyszłości,
w której uczniowie wyposażeniu w okulary stereoskopowe będą poznawali budowę
fauny i flory od wewnątrz, z pełną interakcją i pełnym zaangażowaniem z
ich strony.
Przyszłość
wirtualnej rzeczywistości, to ciągły rozwój wszystkich związanych z nią
technologii. Trudno określić ile lat dzieli nas od wirtualnej rzeczywistości
w pełni symulującej naszą własną. Ponieważ o realizmie akcji zawsze
decyduje dokładność stymulacji percepcyjnej technika pójdzie prawdopodobnie
w kierunku totalnego ogłupienia wszystkich zmysłów. Cóż, słuch można
oszukać praktycznie w stu procentach, układ wizualny nastręcza większych
trudności ze względu na ogromne strumienie przerabianych informacji. Układ
orientacji, błędnik w uchu środkowym można już teraz stymulować przy
wykorzystaniu technologii stosowanych wcześniej w medycynie. Pozostaje węch,
smak i czucie. Z tym ostatnimi prawdopodobnie jeszcze długo technologia nie będzie
w stanie się uporać. Być może prawdziwy przełom w oszukiwaniu wszystkich pięciu
zmysłów nastąpi, gdy komputer będzie można całkowicie zintegrować w układem
nerwowym człowieka. Coś takiego widzimy właśnie w filmie
„Matrix”. Informacje w takim systemie docierają bezpośrednio do
odpowiednich nerwów wstępujących z pominięciem receptorów, takich jak siatkówka,
kubki smakowe czy ucho środkowe. Oczywiście unikamy związanych z tym problemów
technologicznych, ale pojawiają się nowe, kto wie czy nie poważniejsze. Mało
komu mieści się w głowie idea instalowania implantów w rdzeniu kręgowym
rodem z Gibsona lub „Matrixa”.
Najbliższa
przyszłość wirtualnej rzeczywistości to przede wszystkim doskonalenie
technik trójwymiarowej wizualizacji. Już wkrótce dzięki zastosowaniu
procesorów graficznych takich jak GeForce obrazy generowane komputerowo staną
się fotorealistyczne i w pełni perspektywiczne. Ponadto udoskonalenia wymagają
techniki komunikacji człowiek – komputer. Za parę lat być może zniknie
wszechobecna myszka a zastąpi ja wirtualna klawiatura obsługiwana przy pomocy
rękawic z czujnikami, bądź sterowana czujnikami laserowymi. Powstaną zapewne
całkiem nowe platformy sprzętowe eliminujące opóźnienia w symulacji i
wynikające z tego efekty uboczne dla użytkownika (dezorientacja, zawroty głowy).
Na
finiszu tego szaleńczego wyścigu otrzymamy do ręki w pełni funkcjonalne
systemy do wytwarzania stu procentowych iluzji dla wszystkich zmysłów, małe
ale działające szybko i sprawnie, służące rozrywce, edukacji oraz badaniom
naukowym. Całkowitemu przeobrażeniu ulegnie komunikacja między ludźmi. Oprócz
interakcji z tworami całkowicie wirtualnymi będziemy mogli aranżować
spotkania pomiędzy wirtualnymi fantomami uczestników z najbardziej odległych
stron naszego globu. Wirtualne konferencje lub sympozja w pustych salach staną
się czymś normalnym, a dzięki temu być może drogi staną się mniej zatłoczone...
Podsumujmy
czym była, jest i będzie wirtualna rzeczywistość. Nie mam zamiaru zanudzać
nikogo pustymi definicjami terminów które są dla każdego oczywiste. Biorąc
pod uwagę przedstawione wcześniej przykłady, rozważania z pogranicza
filozofii i psychologii oraz własne doświadczenie z łatwością można
uchwycić istotę wirtualnej rzeczywistości. Dużo ciekawsze są jej odmiany i
implementacje. Oprócz tych najbardziej oczywistych zastosowań, czyli gier trójwymiarowych
bądź symulacji militarno / naukowych, wirtualną rzeczywistością można
nazwać każdą formę opisu rzeczy nieistniejących lub nieosiągalnych dla użytkownika
VR. Oczywiście książki czy komiksy są pewną formą VR, ale po pierwsze bez
interaktywności a po drugie jakość odwzorowania wirtualnego zależy od wyobraźni
użytkownika. Dopiero zaawansowana technika umożliwia wspomaganie wyobraźni i
oszukanie zmysłów. Wspomniany wcześniej Ivan Sutherland tak pisze o
monitorze, w czasach gdy był on rarytasem – „Człowiek powinien
patrzyć na ekran komputera jak na okno do wirtualnego świata. Wyzwaniem dla
grafiki komputerowej jest sprawienie aby obraz w tym oknie był jak najbardziej
realny.” Dziś tego typu stwierdzenie wydaje się banalne, ale wystarczy
wyobrazić sobie przejście z taśmy na monitor by zrozumieć źródło zachwytu
nad tym ostatnim. Krokiem w kierunku zrównania użytkownika z wirtualnym światem
było wprowadzenie Avatara – postaci na ekranie personifikującej użytkownika
(przykładem może być słynna z aerodynamicznych kształtów Lara Croft).
Dalszym krokiem naprzód są systemy zintegrowane, dzięki którym użytkownik
porusza się wewnątrz świata wirtualnego, zamiast spoglądać na niego przez
„okno” monitora (przykładem jest opisywany wcześniej CAVE). O
systemach umożliwiających odbiór VR dokładniej w dalszej części artykułu.
Wreszcie najdoskonalszą formą wirtualnej rzeczywistości jest jej mix z
rzeczywistością realną, np. wspomniane wcześniej konferencje wirtualne.
Pilot oprócz danych generowanych przez komputer musi widzieć i analizować całą
masę realnych obiektów. Podobnie chirurg przeprowadzający operację musi
widzieć ciało pacjenta, ale bardzo pomocne mogą okazać się mapy skaningowe
nakładane w czasie rzeczywistym na realny obraz. Taki mix jest często
wykorzystywany w telewizji – zamiast przygotowywać studio specjalnie dla
każdego programu, wystarczy postawić osoby prowadzące na tle niebieskiego
ekranu a resztę nałożyć komputerowo. Jako przykład doskonałej integracji
można podać festiwal Eurowizji mający miejsce dwa lata temu, w trakcie którego
prowadzący w bardzo udany sposób współdziałali z komputerową symulacją.
Hardware
wirtualnej rzeczywistość budujemy podobnie jak peceta – z części składowych.
Obserwując zjawisko zwane polskim rynkiem komputerowym można dojść do
wniosku, że wybór jest niewielki. Nic bardziej mylnego w odniesieniu do
Zachodu. Tam dostać możemy co najmniej kilkanaście rodzajów przystawek, a
dla każdej z nich dziesiątki modeli produkowanych przez niezależne firmy.
Ostatnim krzykiem mody są tam na przykład projektory wyświetlające obraz
bezpośrednio na siatkówkę, tudzież urządzenia służące do seksu
wirtualnego. Postaram się uzupełnić tę lukę przeglądem urządzeń
przeznaczonych do odwzorowania wirtualnej rzeczywistości. Niezależnie od
opieszałości polskich dystrybutorów sprzętu nic nie stoi na przeszkodzie,
aby zamówić określone urządzenie wprost przez Internet. Należy się jednak
przygotować na spory wydatek.
Ogólnie
rzecz ujmując VR to świat interaktywny, w związku z czym komputer przekazuje
użytkownikowi obrazy wygenerowanego świata, ten natomiast przy pomocy
specjalistycznych urządzeń sygnalizuje mu zachowanie w owym świecie. Na początek
przedstawię więc urządzenia stymulujące zmysły (przede wszystkim wzrok),
następnie opiszę manipulatory oraz przystawki do śledzenia ruchu. Na końcu
znajdą się urządzenia innowacyjne i pionierskie.
Podstawową
kwestią VR jest oczywiście zaangażowanie zmysłu wzroku. Wybór pomiędzy
metodą wyświetlania obrazu stereoskopowego sprowadza się w zasadzie do wyboru
pomiędzy okularami (LC shutters) i hełmami wirtualnymi (HMD – Head
Mounted Displays). Obie technologie mają swoje zalety i wady. Jeśli chodzi o
kwestię ceny, to oczywiście okulary są kilkakrotnie tańsze. Jak już pisałem
takie okulary działają na zasadzie cyklicznego zasłaniania jednego pola
widzenia przy jednoczesnym wyświetlaniu obrazu na monitorze komputera
przeznaczonego dla przeciwnego oka. Wadą jest tutaj konieczność wpatrywania
się monitor. Choć grając w Descenta chciałoby się mieć możliwość obrócenia
głową w lewo, czy prawo nie możemy tego zrobić korzystając z okularów, a
dla odmiany wszystkie HMD temu właśnie służą by oszukać zmysł orientacji.
W tym drugim przypadku nie musimy wyobrażać sobie, że obracamy się w płaszczyźnie
poziomej, po prostu się obracamy, a obraz otoczenia wraz z nami. Zaletą LC
Shutters, oprócz niskiej ceny, są niewielkie gabaryty i mała waga a ponadto,
co wyjdzie przy okazji opisywania HMD, okulary są zdecydowanie bardziej
prozdrowotne. W najnowszych rozwiązaniach, stosowanych na przykład w kinie trójwymiarowym,
stosowane są tylko okulary, zaś w systemach takich jak opisywany CAVE to właśnie
okulary stanowią o jego niezwykłości, gdyż umożliwiają nakładanie się świata
rzeczywistego z wirtualnym. Dla odróżnienia HMD całkowicie izolują gracza od
otoczenia (co również jest zaletą dla kogoś kto chce odprężyć w samotności
– patrz „Kosiarz umysłów”). Jednym z najbardziej popularnych
modeli okularów LCS jest CrystalEyes firmy Stereographics. Bywa on niekiedy dołączany
do droższych akceleratorów graficznych, również firmy budujące systemy VR
często korzystają z tego modelu. Dużą zaletą tego modelu w stosunku do
typowych okularów jest wbudowany system śledzenia ruchów głowy, który
pozwala sterować ruchem np. statku kosmicznego poprzez wykonywanie minimalnych
ruchów głowy przy zachowaniu wygody typowych okularów. Jak podaje producent
okulary współpracują z platformami takimi jak: SGI, Sun, PC, Macintosh
– jak się można domyśleć ich zastosowanie wykracza poza rozrywkę. Na
przykład doskonale nadają się one do wizualizacji skomplikowanych kształtów
trójwymiarowych. Oczywiście wirtualny świat postrzegany jest w przypadku
typowych PC poprzez trójwymiarowe okno monitora komputerowego.
Przejdźmy
do omówienia HMD, czyli hełmów wirtualnych. Od okularów LCS różni je, jak
powiedziałem, cena oraz na plus pełne zaangażowanie w wirtualny świat. Obraz
wyświetlany jest do każdego oka osobno za pośrednictwem kolorowych ekranów
ciekłokrystalicznych. Ze względu na konieczność miniaturyzacji obraz jest
gorszej jakości niż w LCS, ale za to możemy w pełni wczuć się,
w otaczający nas ze wszystkich stron, świat wirtualny. Z tego względu
HMD stosuje się przede wszystkim w systemach gier komputerowych. Szczególnie
dobrze nadają się do automatów typu „insert coin” gdzie gra jest
krótka ale treściwa. Dłuższe korzystanie z tych ciężkich urządzeń nadwyręża
mięśnie karku i szyi oraz powoduje zmęczenie i pogorszenie wzroku (co
niestety dobitnie wykazały specjalistyczne badania). Oczywiście im lepsza
klasa sprzętu tym mniej uciążliwe są skutki uboczne. Najlepsze hełmy HMD możemy
zakupić w Stanach za 100 tysięcy dolarów. O tym jak dobry jest HMD decydują
następujące czynniki: waga i wygoda w użytkowaniu, jakość wyświetlacza
(dokładność odwzorowania) oraz system śledzenia ruchów głową (musi
reagować szybko i sprawnie, a przy tym minimalizować wpływ przypadkowych ruchów,
czy drgań głowy). Jednym z lepszych HMD jest seria CyberEye firmy General
Reality, specjalizującej się zresztą w produkcji szerokiej gamy asortymentu
VR. Jeśli chodzi o obraz, to wyświetlany w hełmie CyberEye charakteryzuje się
doskonałą rozdzielczością, kontrastem i jasnością. Ponadto obraz jest
generowany przez niezależne projektory, a nie jak to ma miejsce w najtańszych
modelach przez jeden ekran sekwencyjnie przełączany systemem luster. Dzięki
temu ograniczone zostało migotanie obrazu i zmęczenie oczu powszechne w
przypadku najtańszych rozwiązań. CyberEye jest również wyposażony w dźwięk
stereofoniczny. Dokonując zakupu HMD trzeba mieć na uwadze, że każdego miesiąca
pojawiają się nowe, lepsze i tańsze modele.
Przejdźmy
teraz do szerokiego asortymentu manipulatorów oraz urządzeń służących do
śledzenia ruchu. Ogólnie rzecz ujmując prawie każdy rodzaj komunikacji z
rzeczywistością wirtualną sprowadza się do śledzenia ruchu. Może to być
ruch rąk, palców jak również głowy (wszystkie HMD i niektóre LC shutters
posiadają taki system), całego ciała (specjalne kamizelki) lub tylko oczu.
Urządzenia tego typu uzupełnione o HMD oraz interfejs czucia (dowolne
ForceFeeedback) umożliwiają najpełniejszą integrację ze światem
wirtualnym. Istnieje pięć rodzajów technologii śledzenia: mechaniczne,
optyczne, akustyczne, mechaniczne i inercjalne. Najdoskonalsza metoda, optyczna
stanie się standardem dopiero za jakieś 5-10 lat. Obecnie najczęściej
stosowany jest system magnetycznego śledzenia ruchu. Element emitujący
zainstalowany na ciele użytkownika wysyła pole magnetyczne, natomiast
odbiornik odbiera to pole i na podstawie jego odbić kalkuluje położenie
odbiornika. Z zalet takiego rozwiązania należy wymienić niską cenę, dokładność
natomiast wadami jest ograniczenie maksymalnej odległości odbiornika i emitera
a ponadto interferencje powodowane przez znajdujące się w pobliżu metalowe
przedmioty. Przykładem tego typu urządzenia jest Cyber Track firmy General
Reality. Bardziej zaawansowane, ale również droższe są systemy optyczne.
Niektóre z nich skanują otoczenie laserami inne, wykorzystują oświetlenie
rozproszone. Są niezwykle dokładne, ale bardzo kosztowne przez co nie są
raczej stosowane w systemach śledzenia VR, natomiast bywają stosowane
nowoczesnym kinie. Najciekawszymi rozwiązaniami w tym zakresie są kamery
stereo sprzężone z szybkim komputerem, śledzenie markerów promieni
podczerwonych (na ciele użytkownika umieszcza się punkty światła widzialnego
przez kamery), radary budowane w oparciu o skomplikowane systemy laserowe. Równie
powszechnym rozwiązaniem co śledzenie przy pomocy pola magnetycznego jest
technologia akustyczna. Stosuje się tutaj ultradźwięki – czyli dźwięki
nie słyszalne dla człowieka. Lokalizacje obiektu namierza się przy pomocy
triangulacji (trzy odbiorniki, jeden nadajnik dźwięku lub vice versa).
Aby namierzyć 6 współrzędnych tzn. położenie i kierunek zwrotu
niezbędne są trzy nadajniki i trzy odbiorniki dźwięku. Przykładem tego typu
technologii jest rękawica PC Power Glove firmy Abrams/Gentile Entertainment.
Wreszcie stosunkowo młodą techniką jest inercyjne śledzenie ruchu.
Niewielkie żyroskopy oraz mierniki przyspieszenia mierzą kierunek poruszania
się i prędkość, które to są następnie przetwarzana przez komputer na współrzędne
obiektu. Opisane tutaj systemy
stosowane są nie tylko w branży rozrywkowej. EyeGaze jest urządzeniem
przeznaczonym dla osób mających ograniczoną swobodę ruchu lub porozumiewania
się. Użytkownik EyeGaze jest w stanie przy pomocy jednego tylko oka kontrolować
program komputerowy, a dzięki temu może on pisać, poruszać się po
Internecie, obsługiwać skomputeryzowany dom. Wszystko dzięki doskonałemu
systemowi śledzenie źrenic. Niestety, jedyną wadą urządzenia jest cena wynosząca w Stanach 16.000 dolarów.
Spośród
innych technologii komunikacji z komputerem, stosowanych w systemach wirtualnej
rzeczywistości wymienić można następujące rozwiązania mechanicznego śledzenia
ruchów użytkownika. Są to najczęściej kamizelki lub rękawice w dwóch
odmianach: pasywnej i aktywnej. Aktywna odmiana zapewnia pełnię wrażeń, gdyż
dostarcza użytkownikowi zwrotnych informacji w postaci wstrząsów
mechanicznych, zacisku itp. Rutgers Masters jest przykładem rękawicy wyposażonej
w system Feedbacku. Odczytuje on gesty i ruchy wykonywane dłońmi oraz w czasie
rzeczywistym przykłada nacisk na cztery palce. Dzięki temu użytkownik może
podnieść przedmiot i mieć złudzenie zaciskania wokół niego palców. Coś
takiego byłoby idealnym narzędziem pracy artysty np. rzeźbiarza. Mógłby on
stworzyć idealną rzeźbę w wirtualnej przestrzeni, wycięcie pozostawiając
ploterowi 3D. Aura Interactor to przykład kamizelki wyposażonej w mechanizm
sprzężenia zwrotnego. Kamizelka ta odbiera dźwięki docierające z otoczenia,
po czym przekształca je w wibracje. Nie musimy mieć Subwoofera by poczuć potęgę
basów na splocie słonecznym. Z kolei kamizelka Virtual Reality Bodysuit przesyła
do komputera informacje o położeniu ciała i jego układzie, zbierane z ośmiu
punktów rozmieszczonych na całym ciele. Kamizelka to jest obecnie stosowana w
parkach rozrywki do symulacji wirtualnych starć bokserskich. Spośród
ciekawszych rozwiązań stymulacji zmysłu czucia wymienić należy CyberTouch
oraz TouchMaster stymulujące palce użytkownika odpowiednimi wibracjami. Dzięki
nim możemy dowiedzieć się, jaką fakturę ma skóra nosorożca a jaką węża
boa. Na uwagę zasługują również rękawice PINCH firmy Fakespace. Odczytują
one i przesyłają do komputera układy dotknięć poszczególnych palców.
Komunikacja z komputerem jest możliwa po zaprogramowaniu znaczeń
wykorzystywanych układów (np. serdeczny z kciukiem to Exit). Ze względu na
brak elementów ruchomych takie rozwiązanie jest tanie jak również wygodne.
Wykorzystanie zaprogramowanych ruchów umożliwia również rękawica 5th Glove
bazująca na technologii światłowodowej. Typowym jej zastosowaniem, nie tylko
w VR, jest emulacja myszy. Specyficzne możliwości gwarantuje dołączony do
zestawu program KineMusica. Przekształca on gesty w dźwięki, przesyłane następnie
w formacie MIDI do karty muzycznej zainstalowanej w komputerze. Dostępne rozwiązania
i możliwości są zdumiewające i niezwykle różnorodne. W zestawieniu z
opisywanym technologiami joystick z Force Feedbackiem wydaje się czymś bardzo
przyziemnym. Każde z nich osobno jest w stanie skutecznie zadziwić przeciętnego
użytkownika, natomiast wszystkie razem wprowadzić go mogą w osłupienie. Spośród
tylu udanych patentów, który wybrać? To zależy od zasobności portfela oraz
od przyświecającego nam celu. Artyście raczej na pewno nie przyda się
kamizelka z Feedbackiem, natomiast graczowi pióro elektroniczne z symulowaną
komputerowo siłą nacisku.
Na
koniec przyjrzyjmy się zintegrowanym systemom nietypowym nawet jak na wirtualną
rzeczywistość. Udoskonaleniem wcześniej opisywanego CAVE jest System
Projekcji Sferycznej. To całkowicie odjazdowe urządzenie – kula o średnicy
3.5 metra umożliwia nie tylko przebywanie w rzeczywistości wirtualnej, ale również
poruszanie się po niej o własnych nogach. Obrazy komputerowe sprzężone z
okularami LCS rzutowane są ze wszystkich stron na zewnętrzny ekran sfery. Użytkownik
porusza się wewnątrz kuli jak szczur w karuzeli powodując jednocześnie jej
ruch we wszystkich kierunkach. Kolejnym zaskakującym wynalazkiem jest
VersaBench – rozwiązanie przeznaczone dla muzeów, pracowni projektowania
wirtualnego itp. Stół o wymiarach 2 * 2 metry posiada wbudowany wewnątrz
projektor obrazów, co w połączeniu z okularami daje efekt stereoskopowy. Użytkownicy
mogą poruszać się wokół stołu podziwiając wystawione na nim wirtualne
ekspozycje. Wspomniany wcześniej BOOM czyli Binocular OmniOrientation Monitor
jest pewną modyfikacją HMD. Jest to urządzenie stacjonarne, choć pełniącą
podobną funkcję. Użytkownik zamiast nosić na głowie niewygodny hełm
korzysta z BOOM’u jak z czegoś w stylu peryskopu. BOOM jest popularny w
parkach rozrywki i salonach gier.
Mając
to wszystko na uwadze życzę każdemu, aby pewnego dnia do jego domu zapukał
operator lokalnej sieci wirtualnej rzeczywistości z propozycją bezpłatnego
okresu próbnego i promocyjnym pakietem w cenie 0 zł. Bądźmy jednak ostrożni,
bo kto wie czy nie będzie nim uczłowieczony robot na drodze podboju ludzkości.
Internet:
1.
Tommie’s
VR links
2.
What
is virtual reality?
3.
Haptic
interfaces
4.
On
the Net – Virtual Reality Resources
[wróć]
Piotr
Lasoń, 25 marzec 2000
Text
& Design
Copyrights
by Piotr
Lasoń
[Home
Page]
|
