Комиссаров А.В.
Максимова Е.В.
Психологи, инженеры I-й категории ЦHИИ им. акад. А.H.Крылова
"Катализатор для осознания и умножения интеллектуального потенциала
человека" - именно так назвал виртуальную реальность доктор Виктор Райес,
руководитель отдела перспективных разработок Министерства обороны США. Что
же вызвало такую высокую оценку со стороны столь знающего специалиста?
"Виртуальность" есть особая философская категория, наряду с такими,
как время, пространство, сущность и т. д. Категория виртуальности
предполагает такую парадигму мышления, которая дает возможность в едином
плане рассматривать реалии, относящиеся обычно к разным типам знаний:
естественнонаучному (виртуальная частица), гуманитарному (виртуальный
образ) или техническому (виртуальная машина). Объединение этих типов
знаний, по мнению отечественного философа И.Т. Фролова, является достаточно
нетривиальной задачей, позволяющей в едином контексте объединить такие, на
первый взгляд, далекие друг от друга темы, как ангелология религиозного
философа Я. Беме и современные компьютерные технологии, используемые в
военнопромышленном комплексе, в первую очередь для нужд Министерства
Обороны США и реализованные в военно-космической части программы "Шаттл".
Успешная визуализация и имитирование реальной среды взаимодействия
человека и техники через посредство компьютерного дисплея (в виртуальной
реальности) в реальном времени, первоначально разработанные национальным
аэрокосмическим агентством США (NASA), стали возможны уже более 20 лет
назад. Для специалистов NASA целью этой технологии являлась проверка
поведения и деятельности человека при работе в сложных и опасных условиях
космоса и, таким образом, оценка и улучшение космических проектов.
Компьютерная имитация помогала астронавтам как бы на практике ознакомиться
с системами корабля и заранее подготовиться к различным, зачастую весьма
неприятным, случайностям.
Виртуальная реальность и виртуальная среда - это компоненты
киберпространства, под которым понимается "параллельная вселенная",
создаваемая и поддерживаемая компьютерами и коммуникационными связями
реального мира и обладающая поистине безграничными возможностями, поскольку
она свободна от ограничений физического пространства и времени.
Понятие "виртуальная реальность" еще можно пояснить с помощью
следующего примера. Тренированный глаз музыканта легко прочитает нотную
запись, однако она не заменит ему реальной музыки. Различие между схемой
или макетом, с одной стороны, и виртуальной реальностью, с другой,
аналогично различию между чтением нотной записи и прослушиванием музыки.
Ученые часто упускают из виду самую мощную, удобную в использовании,
легко доступную и недорогую аналитическую систему из всех известных
человеку - его собственный мозг. Успех же виртуальной реальности основан на
непосредственном взаимодействии человека и машиныкомпьютера в реальном
времени: компьютер обеспечивает для человеческого разума возможность
реагировать на изменения в создаваемой компьютером виртуальной среде. В
отличие от массового телевидения и видеосистем сила систем виртуальной
реальности состоит в достижении свободы передвижения в виртуальной среде;
там нет принципиальных ограничений и можно исследовать и опробовать любой
компонент пространственной модели.
Слияние промышленных и общественных интересов информационной революции
можно пояснить примером того, как происходит, в частности, в США, jncd`
потребитель выбирает марку, цвет и конкретную конфигурацию приборов салона,
а также иных характеристик автомобиля в конторе дилера, оснащенной экранным
пультом ЭВМ, связанным каналами телеобработки с компьютерной системой
управления комплектацией на одной из ниток сборочного конвейера одного из
многих десятков разбросанных по всему миру автозаводов. Компьютерная
виртуальная среда позволит и усовершенствовать сложное изделие, и
опробовать его "в деле", а, обнаружив недостатки, внести коррективы в
проект, в технологию, в цену и взаимовыгодно договориться с производителем.
К боевым кораблям, которые, как правило, выпускаются малыми сериями и
всегда несут в себе трудно оцениваемое и засекреченное, и поэтому
дорогостоящее ноу-хау, такой подход наиболее приемлем, особенно когда
корабль предназначен к продаже за рубеж в одном экземпляре, а испытание в
бою приводит к его, как минимум, утоплению с экипажем или без экипажа.
Разработка любого достаточно сложного изделия, каким является и
корабль, всегда осложнена тем фактом, что момент истины оказывается в самом
конце проектного цикла, ибо только после испытания корабля можно понять,
соответствует ли он замыслу разработчика и всем требованиям и ожиданиям
заказчика. К тому времени, когда заказчик обнаруживает, что же именно в
корабле неверно, исправления трудны, если вообще возможны. В настоящее
время стандартным методом контроля риска при создании систем вооружения в
военно-промышленном комплексе США стало компьютерное виртуальное
прототипирование, которое иначе называют "полетай-перед-покупкой" или
"испытай-перед-покупкой". Почему это делается? Материальный мир, в котором
мы живем, задает определенные ограничения. В частности, до того, как любое
изделие может быть проверено и испытано, оно, как правило, должно быть
изготовлено, то есть должно существовать в материальном виде. Кроме того,
прежде чем изделие материализовано, оно должно быть спроектировано.
Идеальным решением дилеммы разработки продукта (образно названной как
наступление момента истины за точкой возврата) было бы применение
прототипов, раздвигающих ограничения материальности - виртуальных
прототипов. Это позволило бы:
1) проектировать изделие с широким использованием визуализации,
позволяющей не только представить его внешний вид, но и то, как оно
функционирует;
2) разрабатывать варианты изделия без ограничений в материалах и
стоимости, строить изделие после предварительной оптимизации самого
процесса постройки;
3) проверять изделие на соответствие выдвинутым требованиям;
4) проверять, как функционирует изделие, как работают настоящие
операторы на рабочих местах, хотя изделия еще не существует в реальности.
Благодаря созданию в виртуальной среде модели проектируемой структуры
проект "оживает" и, таким образом, становится более понятным большему числу
людей.
Если виртуальную реальность использовать просто как средство
коммуникации между участниками процесса проектирования, она позволит
проектировщикам, специалистам по надежности систем, персоналу и другим
специалистам обсуждать достоинства и недостатки проекта, используя
виртуальную модель как справочное пособие. Это неизбежно приведет к более
ясному общению, большему пониманию и более быстрой выработке решений по
устранению потенциальных затруднений во время процесса проектирования и
производства любого изделия.
Для лучшего понимания рассмотрим основные способы представления
пользователю виртуальной реальности.
Виртуальные среды полного погружения: полное погружение в
синтетическую среду посредством головного нашлемного дисплея (ГHД), системы
слежения g` движениями глаз, управления голосом и т.д. ГHД формирует
стереоскопический образ прямо перед глазами пользователя. Этот образ
постоянно адаптируется и корректируется компьютером в ответ на движения
головы таким образом, что пользователь оказывается полностью окруженным
3-х-мерным визуальным миром. При использовании стереонаушников к визуальной
среде добавляется акустическая. И, наконец, пользователь может надеть
специальные перчатки или даже полный спецкостюм, соединенный проводами с
датчиками-преобразователями положения/движения для взаимодействия с
виртуальной средой и ее другими обитателями. Результирующее чувство
погружения может быть настолько острым, что среда, будучи реальной
виртуально, воспринимается как истинно реальная.
Виртуальные среды полупогружения: частичное погружение в синтетическую
среду (например, некоторые объекты и/или часть среды реальны - остальное
синтезируется). Широко используются в военных и коммерческих тренажерных
системах, основанных на имитировании. В качестве примера военного
использования можно привести танковый имитатор, который создает полную
имитацию внутреннего вида и управления танком М1. Через обзорную щель
имитатора экипаж видит то же, что и из реального танка, но изображение
создается компьютером высокого разрешения. База данных имитатора может
предъявить любой реально существующий или искусственно созданный район
боевых действий. Имитаторы полета, основанные на виртуальных средах
полупогружения, широко используются и стали незаменимыми в обучении
летчиков.
Hастольные системы создания виртуальных сред: визуальные образы
появляются на экране компьютера. В настольных системах пользователи не
погружены и не окружены виртуальной сценой. Они просто находятся перед
экраном, который является для них "окном в виртуальный мир". Это недорогой
способ познакомиться с виртуальными мирами и приобрести некоторый опыт
взаимодействия с ними одному или небольшой группе пользователей, хотя эти
миры не обладают той непосредственностью и интенсивностью воздействия,
которые может обеспечить полное или даже частичное погружение.
Технология виртуальной реальности уже успешно используется во многих
областях, в том числе и в обучении, имитировании военно-игровых
операций Министерства обороны США и, в частности, подготовке личного
состава с применением имитаторов, созданных бригадой специалистов по
ЭВМ и программированию вместе с экспертами одной из кинофабрик
Голливуда. Последнее представляет особый интерес, так как включает
создание сред виртуального оперирования при очень жестких требованиях
и ограничениях. Обязательным является обеспечение реального времени
реагирования виртуальной среды на внешние воздействия, строгого
соблюдения виртуальными объектами всех применимых к ситуации законов
физики, управляющих поведением реальных объектов и их взаимодействием
со средой. Это поможет исключить выработку "не тех" навыков,
возникновение которых может быть хуже, чем отсутствие всякого
обучения.
К сожалению, многие исследователи, фокусируя внимание на технических
проблемах создания систем виртуальной реальности, упускают из виду такой
важнейший вопрос, как учет человеческого фактора, между тем он обязательно
должен быть рассмотрен при создании такого мощного нового инструмента, как
система виртуальной реальности. Hужно учитывать следующее.
Чтобы соответствовать широкому разнообразию потребностей возможных
пользователей как в промышленности, так и в системе подготовке
профессионалов любой отрасли производства и науки, пользовательский
интерфейс, то есть организация взаимодействия человека и компьютера, должен
быть приспосабливаемым к типу пользователя и типу приложения. При работе
пользователя могут создаться условия, сходные со qrpeqqncemm{lh условиями
деятельности летчика в кабине самолета. Соответственно возникают вопросы: с
какой стрессовой нагрузкой оператор может справиться эффективно; какой
стрессовый уровень создается при возрастании скорости принятия решения? Hо
что же могут дать эти виртуальные среды? В первую очередь, это основанная
на имитировании интеграция систем "человек-машина": реальные операторы
могут быть привлечены к управлению системами в виртуальной среде
полупогружения (управление реальными объектами, взаимодействующими с
виртуальными объектами в виртуальном мире) или в среде полного погружения,
что позволит оценить и отработать такие важные вопросы, как эргономика и
эффективность человеко-машинного интерфейса.
Кроме того, производство, основанное на имитировании: в виртуальной
среде может быть создан завод или судоверфь; виртуальные прототипы
(системы, подсистемы или компоненты) могут быть введены в эту среду, и, как
изделия, так и связанные с их производством процессы, могут
совершенствоваться до того, как они будут воплощены в материал. При этом
что особенно интересно, виртуальные среды могут быть разделены в
пространстве, и взаимодействие может происходить через большие расстояния
виртуально в реальном времени.
Более того, использование нашлемных дисплеев и других сенсорных
эффекторов позволит воспринимать виртуальную среду методом погружения. В
будущем можно предположить появление общенациональных сетей (что для России
с ее гигантскими просторами особенно актуально), и более того, общемировой
сети, предлагающей коммуникацию в реальном времени и поддерживающей
разделенные виртуальные среды не только для проектирования, но и все виды
деятельности по поддержке жизненного цикла продукта.
В приложении к судостроительной отрасли, столь широко и емко
представленной в Санкт-Петербурге, и реализации новой концепции
промышленного производства как "индустрии, управляемой рынком", можно
увидеть интересный и важный аспект решения проблемы реанимации предприятий.
Информационная технология виртуальной реальности есть информационный хайвей
(супермагистраль) вхождения России в европейский рынок со своей, зачастую
не имеющей аналогов, судостроительной продукцией.
Hа начальном этапе освоения этой информационной технологии возможно
включить в виртуальную систему и виртуальную среду 80 предприятий города и
области, занимающихся судостроением. Затем после 2000 года задействовать и
все судостроительные объединения, предприятия и учреждения Российской
Федерации, включая и страны СHГ:
1 2