Виртуальная реальность: Толковый словарь терминов

ÔÅÄÅÐÀËÜÍÎÅ ÀÃÅÍÒÑÒÂÎ ÏÎ ÎÁÐÀÇÎÂÀÍÈÞ

Ãîñóäàðñòâåííîå îáðàçîâàòåëüíîå ó÷ðåæäåíèå âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ ÑÀÍÊÒ-ÏÅÒÅÐÁÓÐÃÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ ÀÝÐÎÊÎÑÌÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÏÐÈÁÎÐÎÑÒÐÎÅÍÈß

В. С. Бабенко

ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ ТОЛКОВЫЙ СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Санкт-Петербург 2006

УДК 681.3 (03) ББК 32.97я21 Б12 Бабенко, В. С.

Б12 Виртуальная реальность: Толковый словарь терминов / В. С. Бабенко; ГУАП. – СПб., 2006. – 87 с. ISBN 5-8088-0165-6 Толковый словарь терминов, относящихся к новому направлению информационной техники – технологии виртуальной реальности, кроме собственно «виртуальной» терминологии содержит толкования терминологии, связанной с тренажерной техникой и моделированием. Словарь построен по алфавитному принципу. Для большинства терминов приведены английские эквиваленты. Основные термины проиллюстрированы схемами и фотографиями. Словарь рассчитан на студентов, специализирующихся в области радиоэлектроники, телевидения и видеотехники. Он может быть полезен также для аспирантов и инженеров, занимающихся информационными технологиями. Рецензенты: кафедра телевидения и видеотехники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ) им. В. И. Ульянова (Ленина), заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор Н. В. Лысенко; доктор технических наук, профессор М. А. Соколов

Утверждено редакционно-издательским советом университета в качестве справочного издания

ISBN 5-8088-0165-6

© ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения», 2006

2

Предисловие Развитие информационных технологий, особенно основанных на использовании электронной и вычислительной техники, привело к появлению и все более широкому применению и использованию методов и средств, основанных на принципах виртуальности, апофеозом которых являются так называемые системы виртуальной реальности. Повышенный интерес к виртуальным методам и системам вызван прежде всего тем, что при их использовании существенно повышается эффективность, расширяются возможности технических и иных систем, обеспечивающих потребности человека и общества в целом. Термин «виртуальный» и производные от него более сложные термины в последнее десятилетие необыкновенно распространились и заполнили не только техническую, но и психологическую, экономическую, политическую и другую литературу. И это в какой-то мере объяснимо. Этот термин необычен, привлекателен, современен. Его употребление стало актуальным: оно как бы свидетельствует об уме и эрудиции его произносящего. К сожалению, нередко использование виртуальной терминологии носит спекулятивный характер. Но не стоит упрекать авторов не вполне удачно использующих «виртуальную» терминологию. Ибо она по своей природе дает основание для ее широкого толкования и использования. Действительно, слово «виртуальный» имеет латинские корни (virtualis – возможный), известно давно и даже в ряде случаев использовалось в математике и физике (виртуальные перемещения, виртуальные частицы, виртуальный катод). Но тогда с этим термином был знаком лишь узкий круг специалистов. Подлинное возрождение в терминологии слово «виртуальный» получило в конце прошлого века. И второе пришествие этого термина в Россию произошло уже из англоязычной литературы (virtual). Все толковые словари английского языка, независимо от их солидности и объема, дружно определяют слово «виртуальный», как «проявляющий свойства некоторой вещи (явления), но не являющийся формально этой вещью (явлением). Вот примеры: 3

Virtual is used to say that something has all the characteristics of a particular thing although it is not formally recognized as being that thing. Collins Cobuild. Essential English Dictionary. London, 1989. Virtual in effect, but not in name . Bloomsbury. English Dictionary. London, 1994. А это дает широкий простор для его применения. Более того, многие уже устоявшиеся ранее понятия, определяемые словами «мнимый», «искусственный», «кажущийся» и т. п., преобразовались в «виртуальные». Впечатление такое, что если бы Н. Гоголь знал в свое время это слово, то назвал бы свое известное произведение не «Мертвые души», а «Виртуальные души». А Ю. Тынянов смело мог назвать своего «Поручика Киже» – «Виртуальным поручиком Киже». И подобные ассоциации, связанные с использованием слова «виртуальный», можно продолжить. Если отбросить все случаи конъюнктурного и спекулятивного использования слова «виртуальный», а обратиться к сути дела, ограничиваясь лишь его научным и техническим аспектом, то можно отметить следующее: 1. Несмотря на широкое распространение виртуальных методов и систем, определяющие их термины до сих пор еще не получили достаточно внятного и четкого толкования. Даже среди профессионалов не только разных научных направлений, но и в рамках одного направления, существуют разночтения, неоднозначные и даже противоречивые толкования многих терминов «виртуальной» группы. 2. Особенно часто встречаются случаи смешения, а нередко и отождествления понятий виртуальности и виртуальной реальности, что, в общем, некорректно. Соответственно, неоднозначны толкования таких хорошо известных терминов, как виртуальный мир, виртуальный объект и т. п. 3. Весьма часто понятия виртуальности и особенно виртуальной реальности используются без учета их содержательного значения. Нередко это делается ради красного словца, так сказать, для солидности и оригинальности. Таким образом, их авторы уподобляются известному персонажу из райкинской миниатюры, который говорил: «Рояль при входе на овощную базу – это солидно». Стоит ли говорить о том, как эта неоднозначность и неопределенность мешает взаимопониманию ученых, инженеров и вообще пользо4

вателей этой новой информационной технологии? А что говорить о студентах, находящихся на пороге ее освоения? Что им предстоит изучать? Как ориентироваться в сложном лабиринте противоречивых толкований? Ответ один – сложно. Целью настоящего словаря, рассчитанного на студентов радиоэлектронных специальностей, как раз и является стремление автора ввести некоторую упорядоченность и определенность в «виртуальную» терминологию. Феномен виртуальной реальности дает пищу для исследований двум группам специалистов, которых условно можно назвать «техниками» и «психологами». Техники занимаются разработкой методов и технических средств создания условий для введения пользователя в виртуальную реальность: т. е. их сферой действия являются системы виртуальной реальности. Психологи же предполагают, что человек введен в виртуальную реальность и областью их интереса являются психологические и социальные аспекты феномена виртуальной реальности: т. е. объектом исследований является человек-пользователь системы виртуальной реальности. Нельзя сказать, что эти группы действуют обособленно. Техники при разработке систем виртуальной реальности учитывают психологические факторы и характеристики человека. Психологи, в свою очередь, учитывают то, что дают предоставляемые им техниками системы виртуальной реальности. Но в каждой группе есть своя терминология. Характерным в этом отношении является «Словарь виртуальных терминов» Н. А. Носова. В книгу, наряду с общеизвестными в психологии терминами, введено много новых, представляющих интерес только для психологов, терминов: «аретея», «гратуал», «консуетал», «синомия», «собь» и др. И совершенно не отражены технические аспекты создания виртуальной реальности, что вполне естественно для психолога. В отечественной терминологической литературе словари, в которых были бы отражены технические аспекты виртуальной реальности во всем их многообразии, до настоящего времени отсутствуют. Поэтому основная цель данного словаря – рассмотрение и толкование терминов, относящихся непосредственно к феноменам виртуальности и виртуальной реальности, и основанным на них методам и системам. Но не только. Предтечей систем виртуальной реальности и основными устройствами, в которых принципы виртуальной реальности реализуются 5

наиболее эффективно, являются моделирующие стенды и тренажеры. Моделирующие стенды позволяют отрабатывать и испытывать технические устройства, управляемые человеком, в условиях, близких к реальным. А тренажеры дают возможность обучать и прививать навыки управления техническими системами, в том числе и транспортными, в модельных условиях. Поэтому в словаре приведены также термины, относящиеся к области тренажеров и моделирования. Современные системы виртуальной реальности и тренажеры во многом основаны на использовании средств электроники, вычислительной техники и мультимедиа. Системы виртуальной реальности и тренажеры активно используются людьми, образуя с ними единые человеко-машинные комплексы. И здесь существенную роль играют вопросы взаимодействия и согласования человека и машины, рассматриваемые инженерной психологией. Ряд новых терминов появился в связи с конкретными приложениями методов виртуальной реальности в области архитектуры, медицины, культуры, индустрии развлечений и др. Вообще виртуальные системы и системы виртуальной реальности находятся на стыке многих, если не всех, научных дисциплин. И перед автором стояла сложная задача: в какой степени следует отражать в данном словаре термины этих смежных дисциплин. Учитывая, что по многим из них уже существуют терминологические словари, было принято решение: термины, относящиеся к смежным областям, затрагивать лишь в той степени, в какой они специфичны в приложении к виртуальным системам и системам виртуальной реальности. Словарь составлен на основе большого опыта работы автора в области авиационных тренажеров и систем виртуальной реальности, а также изучения отечественной и зарубежной литературы по тренажерам и виртуальной реальности. Во многих книгах, посвященных виртуальной реальности, имеются глоссарии. К сожалению, большинство из них не обладает достаточной полнотой, а толкование многих терминов не вполне корректно. В данном словаре сделана попытка устранить эти недостатки. Особо следует подчеркнуть, что автор при составлении словаря, прежде всего при толковании терминов «виртуальной» группы, исходил из того понимания термина «виртуальная реальность», которое вкладывал в него его создатель Джейрон Ланье. При пояснении ряда новых терминов, естественно, сказывалось в известной мере мнение и представления автора о существе дела. Но и в этих случаях автор 6

старался исходить из того смысла, который вкладывал Ланье в понятие виртуальной реальности. В заключение несколько технических замечаний. Термины в словаре, как обычно, расположены в алфавитном порядке. Для основных терминов приведены встречающиеся в литературе аббревиатуры и английские эквиваленты. При повторении термина в тексте пояснения он дается в аббревиатуре (буквами, разделенными точками). Встречающиеся в пояснении термины, имеющие толкования в рамках данного словаря, приведены курсивом.

7

À Авиационный тренажер (Aviation simulator) – тренажер, предназначенный для обучения авиаработников навыкам работы с авиационной техникой. А.т. относится к классу систем аугментированной реальности. Различают два основных типа А.т.: – диспетчерские тренажеры – предназначены для обучения диспетчеров навыкам управления движением воздушных судов; – тренажеры летательных аппаратов – предназначены для обучения летчиков в наземных условиях навыкам пилотирования летательным аппаратом и работы с находящимся на нем оборудовании. Автомобильный тренажер (Car simulator) – тренажер, предназначенный для обучения водителей автомобилей. А.т. относится к классу систем аугментированной реальности. Представляет собой стационарное устройство, состоящее из кабины автомашины со всеми органами управления и индикации, имитатора работы силовой установки (двигателя), имитатора движения автомобиля, имитатора визуальной обстановки, имитатора шумов, а также имитатора нестандартных ситуаций и отказов. В результате создается иллюзия езды на реальном автомобиле, как в обычных условиях, так и при нестандартных ситуациях и отказах. Процесс обучения контролируется инструктором. Им же вводятся нестандартные ситуации и отказы, а также дается оценка качества обучения. Автономность (Autonomy) – в общем случае означает независимость, самостоятельность, самодостаточность. Ряд авторов рассматривают А. как свойство виртуальной реальности, означающее, что последняя обладает собственным пространством, собственным временем, собственными законами существования. Но свойство А. для виртуальной реальности не является необходимым и, соответственно, неотъемлемым. В большинстве случаев виртуальная реальность, действительно, обладает А. Но возможны ситуации, когда виртуальная реальность не автономна. Адаптация (Adaptation) – дословно означает приспособление. Используется в двух значениях: 8

– приспособление (в широком смысле) человека, машины и иных систем к новым условиям существования, работы и т. п. – свойство глаза приспосабливаться к различным уровням освещения наблюдаемых сцен и изображений. Происходит за счет изменения чувствительности сетчатки глаза, а также диаметра входного зрачка. А. процесс относительно медленный. Различают темновую А. при переходе от светлых к темным условиям наблюдения и светловую А. при обратной ситуации. Темновая А. много медленней светловой А. Адекватность (Adequacy) – А. по смыслу сходна понятиям аналогичность, соответствие, соразмерность, эквивалентность. Для того чтобы понять тонкость этого термина рассмотрим примеры. Так, словосочетание «адекватность восприятия» означает, что восприятие в данном случае такое же, как и в случае, с которым производится сопоставление. А вот словосочетание «адекватная реакция» может означать соразмерность той причине, которая вызвала эту реакцию. Актуальность (Actuality) – рядом авторов рассматривается как свойство виртуальной реальности, трактуемое как принцип «здесь и сейчас», означающий ее существование только тогда, когда действует порождающая ее реальность. А. фактически является свойством, которое характеризует происхождение виртуальной реальности, а не ее проявление. Акустическая виртуальная реальность (Acoustical virtual reality) – составная часть общей виртуальной реальности. Реализуется стимулами ауральной модальности (по слуховому каналу) органов чувств человека. А.в.р. является второй по важности после визуальной виртуальной реальности. Для слепых А.в.р. является основным компонентом виртуальной реальности. Акустическая система (Acoustical system) – подсистема системы виртуальной реальности, позволяющая управлять ею звуковыми сигналами, а также обеспечивающая пользователю акустическую виртуальную реальность. А.с. состоит из приемника звука (голоса) человека и звукового воспроизводящего устройства, обеспечивающего орган слуха человека звуковыми стимулами. 9

Альясинг (Aliasing) – специфические искажения, проявляющиеся в дискретных системах формирования и воспроизведения изображений. Различают пространственный А., проявляющийся в изображении в виде ступенчатости криволинейных контуров объектов, и временной А., проявляющийся во временной неустойчивости объектов соизмеримых с пикселом. Некоторые авторы в понятие А. включают также такие специфические искажения, как муар-эффект и стробоскопический эффект. Анализатор движений (Motion analyzer) – система, вырабатывающая совокупность сигналов, соответствующих перемещению человека и частей его тела в пространстве. А.д. является составной частью анимационной системы виртуальной реальности. А.д. состоит из генератора (генераторов) опорных сигналов, множества датчиков, установленных в характерных для отображения движения человека точках (голове, корпусе, конечностях), и вычислительной системы. Система датчиков определяет координаты соответствующих частей тела человека в пространстве при их перемещении, а вычислительная система производит обработку сигналов датчиков и выдает соответствующие сигналы для управления. Анимация (Animation) – дословно «оживление», означает технологию создания изображений движущихся объектов, основанную на принципах мультипликации. При А. необходимый эффект достигается путем формирования и воспроизведения последовательности изображений, соответствующих различным фазам движущихся объектов. В системах мультимедиа и виртуальной реальности процедура А. обычно реализуется электронными средствами. Анимационная система виртуальной реальности (Animation virtual reality system) – один из основных типов систем виртуальной реальности. Иногда А.с.в.р. называется системой с виртуальным актером. В английской литературе можно встретить ее под названием Valdo. Зрители рассматривают на экране некий анимационный персонаж. Но управление движениями и действиями этого персонажа осуществляет актер, скрытый от зрителей. Управление происходит в реальном времени через анализатор движений и вычисли10

тельное устройство. Происходит интерактивный речевой обмен между зрителями и анимационным персонажем (актером) через акустическую систему. Антиальясинг (Anti-Aliasing) – процедура удаления помех в изображении, вызванных его дискретной структурой (альясингом). Аппаратные средства (Hardware) – представляют собой совокупность физически существующих компонентов некоей электронной системы. А.с. иногда называют аппаратным обеспечением, а в разговорной речи – «железом». В компьютерных системах и системах виртуальной реальности (СВР) в состав А.с. включают как системные блоки, реализующие основные вычислительные процедуры, так и периферийное оборудование. В частности, в СВР – это головные дисплеи, управляющие перчатки и др. Возможности СВР по созданию виртуальных миров во многом определяются именно А.с. Аппроксимация (Approximation) – процедура приближенного формализованного представления сложных геометрических многообразий через совокупность более простых. Например, замена произвольных кривых ломаными линиями, состоящими из прямолинейных отрезков; произвольных криволинейных поверхностей – системой сопряженных плоских граней, тел сложной конфигурации – многогранниками. Процедура А. позволяет упрощать математические описания объектов виртуального мира и, соответственно, создание системы виртуальной реальности. Однако процедура А. вносит определенную погрешность в математические описания объектов. Эта погрешность тем меньше, чем больше использовано аппроксимирующих элементов. Например при А. некоей замкнутой кривой многоугольником точность представления тем выше, чем больше сторон содержит этот многоугольник. Но при этом математические описания объектов и, соответственно, системы виртуальной реальности, усложняются. Обычно ищут компромисс между точностью представлений объектов и сложностью технической реализации при учете целей и задач, решаемых системой виртуальной реальности. 11

Рис. 1. Анимационная система виртуальной реальности В левой части пользователи с датчиками на голове и лице, в правой части – их виртуальные представители

12

а)

б)

Рис. 2. Аппроксимация сферы многогранником: а – малым, б – большим числом граней

Архитектура (Architecture) – высокоуровневая организация структуры и функциональные связи некоей сложной системы. Термин А. может быть применен, как к виртуальной реальности, так и к системам виртуальной реальности. В первом случае речь идет о мысленной архитектуре виртуального мира, во втором – о структуре и функциях технических средств систем виртуальной реальности. В свою очередь, различают понятия А. аппаратных средств и А. программных средств систем виртуальной реальности. Аттракцион виртуальной реальности (VR-attraction) – аттракцион, развлекательное средство, основанное на использовании принципов виртуальной реальности. Основу А.в.р. составляет система виртуальной реальности или ее элементы. Как правило, в А.в.р. имитируются механические воздействия на пользователя, имеющие место при движении транспортных средств (автомобиля, самолета, ракеты и т. п.). Аугментированная реальность (Augmented reality) – дословно означает «расширенная» реальность. Первоначально термин А.р. использовался для характеристики ситуации, когда деятельность челове13

ка дополнялась некими дополнительными кибернетическими средствами. Впоследствии под А.р. подразумевалась ситуация, когда на реальную картину, видимую наблюдателем, накладывалось синтезированное изображение в виде графиков, символов и т. п. Автор предлагает под А.р. подразумевать субъективную реальность, которая является сочетанием реальной реальности и виртуальной реальности. Сочетание этих реальностей в А.р. возможно в различных формах: темпоральное – их чередованием во времени, энергетическое – наложением одной на другую и пространственное – частичным вытеснением одной другой по определенному контуру. Возможны ситуации, когда в А.р. доминирующей является виртуальная реальность, и, наоборот, когда доминирует реальная реальность. В частности, на принципах А.р. строятся многие тренажеры транспортных средств. В таких тренажерах общая визуальная обстановка образована комбинированием внутреннего, физически существующего интерьера кабины (реальная реальность) и синтезированной картины окружающего пространства, видимого сквозь остекления окон кабины (виртуальная реальность). Ауральная модальность (Aural modality) – модальность восприятия человеком внешнего мира, определяемая действием его органа слуха (ушами и соответственными участками коры головного мозга). Стимулами А.м. являются разнообразные звуки, как природные, так и искусственные: шумы, речь, музыка и т. п. Аффинные преобразования (Affine transformations) – геометрические преобразования, инвариантом которых является параллельность прямолинейных отрезков (в процессе преобразований параллельные линии остаются параллельными. К А.п. относятся вращения, трансляции, сжатие-растяжения, перекосы, симметрия относительно одной или нескольких осей координат. Математически описываются системами линейных уравнений, представленными в обычной или матричной форме. Ахроматическое моделирование (Achromatic modeling) – дословно означает «бесцветное» моделирование. А.м. является видом энергетического моделирования визуальных объектов, при котором подобие устанавливается на уровне яркостных (светлотных) со14

отношений объекта и его модели. При этом цветовое соответствие между объектом и его моделью необязательно, т. е. в общем случае модель может иметь отличный от оригинала цвет. В частности, она может быть ахроматической, т. е. состоять из черных, белых и серых тонов. Ахроматическая модель (Achromatic model) – модель визуальной среды и находящихся в ней объектов, выполненная на принципах ахроматического моделирования.

Á Бинауральный эффект (Binaural effect) – эффект восприятия звукового поля внешнего мира, обусловленный наличием у человека двух ушей. Б.э. основан на том, что из-за пространственного разнесения ушей человека, время прохождения звуковых волн от источника звука до них, а также фазовые соотношения, в общем случае, неодинаковы. Причем их различие зависит от направления на источник звука. Б.э. является важным фактором в определении человеком направления и расстояния до источника звука, в том числе и в СВР. Бинокулярное зрение (Binocular vision) – зрение, обусловленное наличием у человека двух пространственно разнесенных глаз. Благодаря Б.з. человек воспринимает глубину пространства. Основные факторы Б.з.: диспаратность и конвергенция. Диспаратность и угол конвергенции увеличиваются по мере приближения объектов к наблюдателю. Наличие Б.з. создает у человека рельефную объемную картину видимого внешнего мира. Б.з. является важным фактором восприятия видимого пространства, особенно объектов, находящихся на близких расстояниях. Бинокулярный головной дисплей (Binocular head-mounted display) – головной дисплей, визуальная система которого воспроизводит изображения стереопары, левая и правая составляющие которых рассматриваются отдельно, соответственно, левым и правым глазом через индивидуальные оптические каналы, образуя, в конечном счете, у наблюдателя пространственные образы. 15

Биокулярный головной дисплей (Biocular head-mounted display) – головной дисплей, визуальная система которого, хотя и содержит два источника изображения, рассматриваемых соответственно левым и правым глазами через два оптических канала, но изображения в каждом канале идентичные. Боковое зрение – иногда называется периферическим. Соответствует участкам поля зрения, видимым под углами, превышающими 40–60 градусов от оси глаза по горизонтали. Отличается сравнительно низкой пространственной разрешающей способностью, но имеет повышенную чувствительность к восприятию временных изменений (пульсаций) яркости. Боковое уклонение – в авиации и авиационных тренажерах соответствует поступательному перемещению самолета в боковом направлении (вдоль поперечной оси OZ).

 Вариативность (Variability) – свойство системы виртуальной реальности изменять свои параметры и законы функционирования в соответствии с целевым назначением и решаемыми задачами. В. не является обязательным условием реализации системы виртуальной реальности. Но благодаря В. можно менять сценарии, антураж, правила игры и другие параметры системы виртуальной реальности. В. дает возможность построить обучение и игру по принципу от простого к сложному, разнообразить свойства виртуальных миров и т. п. Видеоместо, видеостол (Videoplace, Videodesk) – системы искусственной реальности, разработанные М. Крюгером. В подобных системах оператор, стоящий или сидящий за столом, управляет и взаимодействует с изображениями некоторых условных объектов. Крюгеровские В., В. можно рассматривать как своего рода промежуточный этап на пути создания системы виртуальной реальности. Визуализация (Visualization) – процесс преобразования невизуальной информации в визуальную форму. Обладает свойством виртуаль16

ности. Цель В. представить оператору человеко-машинной системы информацию в наглядной, нередко интегральной, обобщенной форме. Благодаря В. информация становится доступной зрительному восприятию оператора, увеличивается объем и скорость переработки им информации. Можно выделить две основные формы В.: – преобразование изображений, представленных в невидимых глазом лучах (инфракрасных, ультразвуковых, рентгеновских и др.), в видимые изображения; – преобразование некоторой совокупности (массива) цифровых данных в наглядную визуальную форму (в виде графиков, диаграмм, условных изображений и т. п.). Взаимодействие человека и стимульно-реакцийной реальности (Interaction man and stimulus-reaction reality) – это контакт человека с внешним по отношению к нему миром через стимульно-реакцийную реальность. В зависимости от способа создания стимульно-реакцийной реальности (физическим миром и/или системой виртуальной реальности) человек может находиться в состоянии реальной (РР), виртуальной (ВР) и аугментированной (АР) реальности. Визуальная виртуальная реальность (Visual virtual reality) – основная составная часть общей виртуальной реальности. Реализуется В.в.р. стимулами визуальной модальности (по зрительному каналу). Стимулы В.в.р. формируются визуальной системой, входящей в состав системы виртуальной реальности. Визуальная модальность (Visual modality) – модальность восприятия человеком внешнего мира, определяемая действием его органа зрения: глазами, зрительным нервом и зрительными участками коры головного мозга. Визуальная система (Visual system) – подсистема системы виртуальной реальности, обеспечивающая пользователю визуальную виртуальную реальность. В.с. состоит из системы, генерирующей сигналы изображения, и визуального воспроизводящего устройства, обеспечивающего зрительную систему человека-пользователя визуальными стимулами. 17

а) Стимулы Физическая реальность

Реакции

Человек в реальной реальности

б) Система виртуальной реальности

Стимулы Реакции

Человек в виртуальной реальности

в) Физическая реальность Система виртуальной реальности

Стимулы

Реакции

Человек в аугментированной реальности

Рис. 3. Система взаимодействия человека с физическим миром (реальностью) и системой виртуальной реальности в случаях: а – реальной; б – виртуальной; в – аугментированной реальностей

Визуальные стимулы (Visual stimulus) – совокупность внешних раздражителей, воздействующих на органы зрения, под действием которых у человека возникают зрительные образы. Виртуализация (Virtualization) – термин имеет двоякое значение: 1. Процедура создания феноменов виртуальности или виртуальной реальности с помощью виртуальной системы или системы виртуальной реальности. 2. Процесс создания (конструирования и производства) самой виртуальной системы или же системы виртуальной реальности. Виртуалистика (Virtualistic) – новое научное направление в психологии, введенное Н. А. Носовым. Занимается В. комплексом про18

блем, связанных с изучением, теоретическим обоснованием психологических и социальных аспектов феноменов виртуальности и виртуальной реальности. Виртуальная реальность (Virtual reality) – это некий иллюзорный мир, в который погружается и с которым взаимодействует человек-пользователь. Таким образом, В.р. – это психологический феномен, и существует В.р. только в сознании человека. И в этом отношении В.р. следует рассматривать как особую форму субъективной реальности. Однако в отличие от реальной реальности, когда стимулы в сенсорном поле и ответные реакции в моторном поле человека имеют место в физическом мире, в случае В.р. эти стимулы создаются искусственно, а ответные реакции воспринимаются системой виртуальной реальности. Одним из условий создания В.р. системой виртуальной реальности является взаимодействие с человеком в реальном времени. Другим условием является то, что совокупности стимулов, создаваемые системой виртуальной реальности, должны быть адекватны тем, которые были бы в физическом мире при соответственных условиях. Соответственно адекватными будут и реакции человека, а система виртуальной реальности должна адекватно реагировать на эти реакции. Итак, В.р. существует только в сознании человека, порождается она технической системой и обладает свойствами иммерсии, интерактивности и реального времени. В литературе встречается много терминов, употребляемых как синоним В.р. Это искусственная и компьютерная реальности, иллюзорная, кажущаяся и мнимая реальности и др. Эти термины не обладают достаточной полнотой, так как отражают либо происхождение, либо проявление В.р. А вот в термине В.р. явно нет ни того, ни другого. И именно поэтому целесообразно использовать новый термин В.р., оговорив его смысловое содержание. Виртуальная система (Virtual system) – техническая система, обладающая свойством объективной виртуальности. В.с. весьма разнообразны. Условно их (по классификация автора) можно подразделить на: 19

1. Декомпозиционные В.с. Например виртуальные машины, образованные на основе единой вычислительной базы. Хотя вычислительная система (компьютер) одна, но пользователям кажется, что существует несколько независимых машин. 2. Интегративные В.с. В этом случае на основе нескольких физически разнесенных элементов формируется некая единая В.с. например, виртуальный инструментарий, виртуальный офис и т. п. 3. Компонентная В.с. Здесь виртуально формируются отдельные компоненты более сложной системы. Примерами могут служить виртуальная память, виртуальный канал и т. п. системы, используемые в вычислительной технике. 4. Репрезентативные В.с. Примерами могут служить системы визуализации, основанные на представлении больших массивов данных или недоступных для непосредственного восприятия данных в наглядной визуальной форме. 5. Конвертивные В.с. Основаны они на представлении в преобразованной форме данных о сложных объектах. Примерами могут служить планы городов, географические карты, схемы транспортных магистралей и т. п., представленные в электрической форме в памяти компьютера. 6. Сетевые В.с. Это системы виртуальных объектов в локальных или глобальных компьютерных сетях. Такие системы многофункциональны, так как они могут выполнять одновременно функции сбора, распределения и хранения различной информации, доступной для многих пользователей. Виртуальная студия (Virtual studios) – видео или телевизионная студия, в которой интерьер, объемные предметы и декорации представлены виртуально. В сформированном телевизионном изображении реальные дикторы и актеры находятся в виртуальном интерьере и взаимодействуют с виртуальными объектами. В принципиальном отношении В.с. являются своего рода развитием метода электронной рирпроекции. Виртуальность (Virtuality) – феномен, означающий свойство объекта или процесса быть виртуальным. Можно различать объективную виртуальность – В., не зависящую от сознания 20

Виртуальные системы

Технические

Нетехнические

Обслуживают человека

Не обслуживают человека

Иммерсивные

Неиммерсивные

Интерактивные

Неинтерактивные

Реального времени

Нереального времени

Системы виртуальной реальности

Виртуальные системы с элементами виртуальной реальности

Рис. 4. Взаимосвязь виртуальных систем и систем виртуальной реальности

человека, и субъективную виртуальность, существующую в сознании человека. Объективной В. обладают многие подсистемы компьютерных устройств и комплексов (например, виртуальная машина, виртуальный канал, виртуальная память и др.), система «Интернет» и т. п. Субъек21

тивная В. проявляется в воспоминаниях, представлениях и иной психической деятельности человека (сны, галлюцинации, гипнотические состояния и др.) Виртуальный (Virtual) – термин, который трактуют как «имеющий свойства некоторой вещи, но не являющийся этой вещью». В качестве синонимов этого термина часто используют термины «искусственный», «синтезированный», «иллюзорный», «кажущийся», «мнимый». Каждый из этих терминов лишь частично соответствует смыслу слова В. Первые два отражают лишь происхождение, а последние три – лишь проявление свойств, определяемых термином В. Обычно термин В. не имеет самостоятельного значения и входит в состав более сложных терминов, относящихся к феноменам виртуальности и виртуальной реальности. Среди них такие термины, как виртуальная реальность, виртуальная среда, виртуальное окружение, виртуальное пространство, виртуальное сообщество, виртуальный агент, виртуальный город, виртуальный музей, виртуальный образ, виртуальный объект, виртуальный офис и др. В подобных терминах основная часть означает понятие, объект или процесс, а слово виртуальный означает то, что они обладают свойством виртуальности, либо принадлежат виртуальной реальности. Конкретный смысл обычно определяется контекстом. Виртуальный агент (Virtual agent) – в некоторых виртуальных системах является представителем пользователя, на которого возлагается выполнение определенных функций. В.а. обычно не имеет визуального или иного образа пользователя, а только отражает его действия. Строго говоря, с В.а. пользователям приходится встречаться на каждом шагу. Например, при обычной телефонной связи, каждый из собеседников разговаривает не непосредственно друг с другом, а через своих виртуальных аудиагентов, совмещенных с микротелефонными трубками. Глядя на экран телевизора, телезрители фактически видят и слышат не диктора и артистов, находящихся в студии, а их виртуальных агентов, совмещенных с телевизором, и т. п. Практически же понятие В.а. используется в специфических случаях, когда речь идет о выполнении каких-то определенных поручений пользователя, например, на ведение банковских операций. Обычно на 22

В.а. возлагаются конкретные, ограниченные полномочия в ограниченных временных рамках. Виртуальный актер (Virtual actor) – в некоторых системах виртуальной реальности виртуальный персонаж, отображающий пользователя и его действия в виртуальном мире. В зеркальных системах виртуальной реальности он имеет внешний вид пользователя, в анимационных системах виртуальной реальности – некоего условного персонажа, действия которого управляются пользователем. Виртуальный город (Virtual City) – термин имеет два значения: 1. Планы или совокупности видов того или иного города, представленные в компьютерном виде, на компакт-дисках, в системе «Интернет» и т. д., с которыми пользователь может интерактивно взаимодействовать без погружения (иммерсии) в виртуальную реальность. Система В.г. в этом смысле может быть многопользовательской, но каждый пользователь действует независимо один от другого. 2. Город в мире виртуальной реальности, содержащий виртуальные модели зданий, улиц и других атрибутов города, населенный виртуальными жителями. Пользователь в этом случае как бы погружается в этот В.г. и взаимодействует с его миром. Пользователь может открывать двери зданий, входить внутрь них, перемещаться по комнатам. Он может встречаться и взаимодействовать с виртуальными жителями. В.г. может быть организован, как многопользовательский. В этих случаях одни пользователи взаимодействуют с другими в В.г. через своих виртуальных агентов. В.г. этого типа существуют и в системе «Интернет». Виртуальный мир (Virtual world) – термин имеет два значения: 1. Мир, объекты и процессы которого обладают свойством виртуальности; соответственно, он может существовать вне сознания человека. 2. Мир виртуальной реальности, в который погружается и с объектами которого может взаимодействовать пользователь системы виртуальной реальности. Виртуальный музей (Virtual museum) – музей, основу которого составляют виртуальные экспозиции и экспонаты. Известны две формы организации В.м.: 23

Музейные системы виртуальной реальности

Музеи, где целесообразны системы ВР

Формы использования систем ВР

Объекты, обслуживаемые системами ВР

Естественнонаучные

Самостоятельные экспозиции

Посетители, одиночные и группы

Литературноисторические

Дополнение к традиционным экспозициям

Обслуживающий и служебный персонал

Искусства и культура

Экспозиционная среда с погружением посетителей в ВР

Школы, другие учебные заведения

Научнотехнические

Телемузеи, сетевые музеи

Рис. 5. Структурная схема вычислительного комплекса

1. В.м., в которых экспозиции представлены на компакт-дисках или иных запоминающих устройствах с большим объемом памяти. Эти экспонаты могут рассматриваться с помощью стандартных мониторов или проекционных устройств без иммерсии пользователя. К этому классу относятся и В.м., экспозиции которых представлены на сайтах тех или иных музеев, или организованы самостоятельно. 2. В.м., экспозиции которых находятся в мире виртуальной реальности. В этих случаях пользователь (посетитель) погружается в вир24

Выходные электрические интерфейсы

Имитационные процессоры

визуального канала

визуальной информации

акустического канала

акустической информации

силовой обратной связи

силовой обратной связи

каналов других модальностей

каналов других модальностей

Входные электрические интерфейсы

Преобразователи входных сигналов

выбора сценария

выбора сценария

системы управления

системы управления

системы трекинга

системы трекинга

Общая база данных и основной процессор

Вычислительный комплекс

Рис. 6. Обобщенная схема вычислительного комплекса

туальный мир, наблюдает объекты этого мира и может взаимодействовать с ними. При этом видимая пользователем виртуальная картина может отображать залы музея с экспонатами, по которым ходит посетитель, или же картину того мира, которая экспонируется в музее. Воксел (Voxel) – один из элементарных объемных элементов (обычно в виде куба), на которые разбивается трехмерные объекты при их аппроксимации. В. определяет детальность представления трехмерных сцен и объектов в системе виртуальной реальности. 25

ВР (VR) – аббревиатура термина виртуальная реальность. Вычислительный комплекс (Computing complex) – подсистема системы виртуальной реальности, содержащая аппаратные и программные средства, обеспечивающие необходимые вычислительные процедуры для синтеза изображений виртуальных миров и поддержки работы периферийных устройств. Обобщенная структурная схема В.к. включает в себя общую базу данных и основной процессор, имитационные генераторы, преобразователи управляющих (входных) сигналов, входные и выходные электрические интерфейсы. Набор оборудования и программного обеспечения В.к. зависит от характера и объема решаемых в системе виртуальной реальности задач. В целом, требования к объему памяти и производительности весьма высоки. И во многих случаях В.к. выполняются как специализированные устройства, ориентированные на решение задач, определяемых назначением систем виртуальной реальности.

à Генератор (Generator) – в данном случае подсистема вычислительного комплекса системы виртуальной реальности, формирующая сигналы, которые при воспроизведении образуют картину элементов и объектов виртуального мира. Можно различать Г. точек, линий, многоугольников, поверхностей, граней, многогранников, текстуры и изображений. Геометрический процессор (Geometric processor) – подсистема вычислительного комплекса системы виртуальной реальности, реализующая в реальном времени процесс синтеза геометрических компонентов объектов и изображений виртуального мира. Основные процессы в Г.п. – реализация геометрических преобразований, вызванных взаимным перемещением наблюдателя и объектов в мире виртуальной реальности в реальном времени. Ввиду большого объема данных и необходимости быстрого их обновления (каждую 1/25 секунды) Г.п. должен обладать высокой производительностью. С этой целью в Г.п., входящих в состав вычислительного комплекса системы виртуальной реальности, широко используются методы распараллеливания и конвейерной обработки данных. 26