Виртуальная реальность

Виртуа́льная реа́льность (англ. virtual reality) (виртуальное окружение, киберпространство), иллюзия присутствия в динамическом объёмном окружении, создаваемая у человека с помощью аппаратно-программных средств, например компьютерной графики, акустических и тактильных средств предъявления информации и сигналов обратной связи о собственных движениях. Прообразом систем виртуальной реальности были различные тренажёры для авиации и флота, компьютерные игры, «предельный дисплей» (устройство для показа трёхмерной графики) А. Садерленда (1965) и разработки систем искусственного интеллекта. В середине 1970-х гг. М. Крюгер (США) ввёл понятие «искусственная реальность» (см. Krueger. 1991.^[1] P. xiii), впоследствии заменённое Дж. Ланьером на термин «виртуальная реальность» (1989, США; [Heilbrun A. Virtual Reality : an interview with Jaron Lanier / A. Heilbrun, B. Stacks // Whole Earth Review. – 1989. – № 64. – P. 108–119. Heilbrun. 1989]), ставший очень популярным. На рубеже 20 и 21 вв. сформировалась и продолжает развиваться высокая активность в области создания систем виртуальной реальности и периферийных устройств в виде головных дисплеев (head mounted displays), управляющих перчаток (cyber glove), отслеживающих движения тела и глаз устройств и др. Разрабатываются промышленные проекционные системы, обеспечивающие трёхмерную визуализацию окружения в режиме 720° на основе технологии CAVE (cave automatic virtual environment, 1992, США).

Например, система «виртуальная башня» имитирует движение самолётов в зоне аэропорта. Компьютер обрабатывает радиолокационную информацию и создаёт у человека-диспетчера иллюзию, как будто он находится на вершине тысячеметровой башни и может, дотрагиваясь руками до самолётов, корректировать их движение. Такая модель органична для человека и позволяет диспетчеру легче принимать решения по регулированию воздушного движения и предотвращению столкновения самолётов.

Самый важный элемент виртуальной реальности – сам человек с его колоссальными возможностями восприятия, воображения, мультимодальной сенсорики и моторики. Поэтому одним из основных требований, которому должна удовлетворять электронная рабочая среда, реализующая виртуальную реальность, является обеспечение естественности взаимодействия с пользователем без относительно «неестественных» средств восприятия и воздействия (например, клавиатуры, компьютерной мыши). Создаются виртуальные костюмы для человека и животных, в которых встроенные датчики передают информацию о движениях пользователя на компьютер, а затем, реализуя принципы обратной связи, – на зрительные, слуховые и тактильные анализаторы человека, тем самым обеспечивается новое качество восприятия и переживания виртуальной реальности. Системы виртуальной реальности находят широкое применение в научных исследованиях (моделирование и проектирование экспериментов), управлении транспортными средствами и производственными процессами, образовании, медицине, индустрии развлечений, военном деле и др.

Создание виртуальной реальности требует высокопроизводительных, быстродействующих ЭВМ с большим объёмом памяти. Процесс разработки и проверки программного обеспечения систем виртуальной реальности очень сложен, и практически невозможно избежать ошибок. Кроме того, открытыми остаются вопросы о выборе геометрии пространства виртуальной реальности и роли самого наблюдателя в структурировании этого пространства, прежде всего местоположения фокуса его внимания. В таких системах, как правило, не удаётся воспроизвести многообразие признаков удалённости, присутствующих в реальной среде. В результате, например, происходит систематическая недооценка расстояния до виртуального кольца при отработке навыков бросания меча в баскетболе.

Принципиальной проблемой при использовании таких систем на практике является интеграция интермодальной пространственной информации. Рассогласование пространственной информации в каналах различных сенсорных модальностей приводит к симптомам, сходным с морской болезнью. Наиболее часто такое рассогласование возникает между зрительной и вестибулярной системами. Симуляторная болезнь (Simulator sickness) возможна, например, у пилотов и курсантов танковых училищ, которые длительное время отрабатывают свои профессиональные навыки на тренажёрах, построенных на основе технологии виртуальной реальности. Симптомы обычно включают дискомфорт, апатию, сонливость, дезориентацию, утомляемость и тошноту. Это снижает эффективность тренажёров виртуальной реальности при отработке связанных с перемещениями в пространстве навыков. Наблюдаются значительные индивидуальные различия в возникновении и продолжительности симуляторной болезни, которая может продолжаться в течение нескольких часов после сеанса обучения на тренажёре. Аналогичные различия наблюдаются в подверженности того или иного человека базовому для виртуальной реальности феномену погружения (immersion) в виртуальную реальность; эти различия зависят от опыта и степени когнитивного контроля.

Известно несколько основных разновидностей систем виртуальной реальности. Кроме полностью искусственных моделей среды и объектов, применяется промежуточная форма представления среды, «дополненная реальность» (augmented reality, AR), когда восприятие реального окружения совмещается с элементами искусственного окружения. Это даёт возможность воспринимать скрытые характеристики объектов, такие как внутреннее устройство автомобильного двигателя, точное положение анатомических структур во время эндоскопической операции, детальный рельеф местности в тумане и т. д. Другой разновидностью является «дополненная виртуальность» (augmented virtuality, AV) – искусственное окружение для реальных объектов, используемое, например, для проведения видеоконференций с обсуждением и проверкой характеристик реальных технических изделий.

Системы виртуальной реальности разрабатываются при участии специалистов в области информатики, психологии и нейрофизиологии. Эти системы влияют и на психологические исследования, прежде всего на психологию восприятия, медицинскую и инженерную психологию (например, в исследованиях восприятия опасных ситуаций и реагирования на них при поездках по виртуальному городу). Наряду с вкладом в методологию эксперимента технология виртуальной реальности служит источником аналогий для теоретических представлений о восприятии человека. Например, при создании виртуальной реальности сначала строится схематическая модель среды, которая затем «облачается» в участки с различными текстурами; можно предположить, что восприятие решает обратную задачу перехода от информационно богатого внешнего окружения к обеднённой схематической модели среды.

Распространено также расширенное понимание виртуальной реальности, связанное с представлением о множественности реальностей и идеей «путешествия» в иных пространствах, с возникновением эффекта иллюзорного присутствия в месте виртуальных событий у участников компьютерных игр. В массовой культуре виртуальная реальность понимается как иллюзорная, ненастоящая и целиком управляемая извне среда.