Wirtualna Rzeczywistość - nasza rzeczywistość?
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:
Wybierasz niebieską tabletkę, czy czerwoną?
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...
Odwieczne pytanie
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 - natchnienie Platona
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.
(r) Ewolucja VR
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.
Zbuduj swoją własną VR
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:
Piotr Lasoń, 25 marzec 2000