 |
| |
|
|
|
|
| |
| |
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
| |
|
|
A természet világa 1995, 125. évf. 9. füzet, p. 401-404 |
| A látszólagos valóság |
| |
|
|
| Az eredeti amerikai angol szóhasználat szerint virtuális, vagyis látszólagos valóságnak (Virtual Reality) nevezik azokat a legújabb számítógépes alkalmazásokat, amelyek segítségével a felhasználó által bejárható, felfedezhető mesterséges, háromdimenziós világo(ka)t lehet létrehozni. |
|
| |
|
| |
Első pillanatra a virtuális valóság (=VV) mint szóösszetétel meglepő, a két egymásnak szögesen ellentmondó fogalom kapcsolata a fenti definició ellenére is némi magyarázatra szorul.
Virtuális, nemlétező a fenti valóság, miközben az abba "bemerülő" felhasználó úgy érzékeli ezt a világot, mintha az valóságos lenne.
Valójában teljesértékű VV ma még nem létezik, de látva a számítástechnika elképesztő sebességű fejlődését, könnyen megjósolható, hogy a nem túl távoli jövőben szembe kell néznünk azzal a kihívással, amelyet ez az új technológia jelent. Mint minden emberi találmány ez is felvet problémákat: a VV jövője nem egyértelműen rózsaszínű, egészen bizonyos, hogy mint minden mást, ezt is lehet "rosszul" használni.
A VV nem minden előzmény nélküli, egyrészt több évtizede kísérleteznek ún. számítógépes szimulátorokkal, másrészt a tudományos fantasztikus irodalomban és méginkább a filmekben gyakran felbukkan olyan szerkezet (vagy környezet) amelyet VV-nek lehetne nevezni. Ez utóbbiakban a főhős valamilyen szerkezettel egy nemlétező világba kerül (még jobb szó a merül) és ez a környezet ugyanúgy viselkedik mintha valóságos lenne: öntörvényű, bejárható, felfedezhető, kitalált lényekkel benépesített.
A számítógépes szimulátorok nem rugaszkodtak el ennyire a valóságtól, létrehozásuk célja a létező valóság modellezése. Ki ne hallott volna a repülőgépszimulátorokról (nem az egyszerű számítógépeken futó játékokra gondolok, hanem a pilóták felkészítésére szolgáló nagyteljesítményű eszközökre). A berendezések célja és előnyei magától értetődőek, olyan cselekvéssort kell megtanulni, amelynek begyakorlása nagyon veszélyes. Egy pilótának vészhelyzetben nem sok ideje marad a lehetséges tennivalók mérlegelésre, azonnal, szinte reflexszerűen kell cselekednie. Valóságos repülés közben vészhelyzetet teremteni csak azért, hogy elhárítását a pilóták megtanulják, nem tűnik okos és célravezető módszernek.
Megszülettek tehát a szimulátorok és ma már nem csak a repülésoktatás területén használják őket. Természetesen elsősorban a veszélyes tevékenységek oktatására használják a szimulátorokat és az sem véletlen, hogy leginkább a modern haditechnikai eszközök kezelésének betanítása területén terjedtek el, de például az atomerőművekben dolgozók számára is készítettek olyan szimulátorokat, amelyeken a vészhelyzetekben szükséges tennivalók is gyakorolhatók.
Mit is modellez egy repülőgépszimulátor?
A gyakorló pilóta ugyanolyan (vagy nagyon hasonló) környezetben van mint a valóságos repülés közben (igazi repülőgépkabin, amelyet hidraulikusan mozgatnak, az ablakok felületére megfelelő videóképeket vetítenek, a műszerek ugyanolyan értékeket mutatnak mint a valóságos repülés közben, talán csak a nagy gyorsulások és a lassulások pontos érzékelését nem lehet teljesen utánozni, a hidraulikusan mozgatott kabin ebből a szempontból nem kelt a valósággal teljesen azonos érzetet). A pilóta minden cselekedetére a rendszer ugyanúgy reagál, mint a valóságos környezet, más szóval a rendszer interaktív.
A szimulátor tehát egy mesterséges környezet, amelyik úgy viselkedik mint a valóság egy bizonyos része, azáltal, hogy az emberi érzékszerveket több-kevesebb sikerrel megpróbálják "becsapni". A látással és a hallással az eredmény elfogadható, a tapintással gyakorlatilag nem kell foglalkozni, hiszen a pilótafülke azonos a valóságossal, az egyensúly érzékeléssel már problémák vannak (csak példaként: a mai eszközökkel nem lehet súlytalanságot szimulálni), a szaglás a repülés közben nem nyújt túl sok használható információt, hiánya a valóságérzet szempontjából nem számottevő.
A fentiekből következik, hogy szimulátort építeni tulajdonképpen "egyszerű", csak nagyon gyors és nagyon nagyteljesítményű számítógépek kellenek, amelyek valós idejű módon reagálnak a felhasználó cselekedeteire. Természetesen minden relatív. A feladat megoldása nagyon bonyolult és költséges, a legfejlettebb szimulátorokhoz a mai csúcsteljesítményű számítógépek szükségesek. A fenti megjegyzés arra vonatkozik, hogy a VV a szimulátorokhoz képest is lényegesen bonyolultabb, hiszen egy elképzelt, virtuális világot kell megteremteni úgy, hogy az abba való "bemerülés" teljes lehessen, a felhasználó szabadon használhassa, "közlekedhessen" benne.
Újrafogalmazva a VV meghatározását: a virtuális környezet egy olyan számítógépes szimuláció, amely lehetővé teszi az alkalmazónak, hogy más lényeket is magába foglaló szintetikus világegyetemet lásson, halljon, érzékeljen és manipuláljon.
A feladat megoldásához valamennyi érzékszervet úgy kell "becsapni", hogy a felhasználó ne tudja megkülönböztetni a "bemerülést" a valóságtól, teljes legyen az élmény, a jelenlét érzete.
Nézzük a problémát az érzékelés oldaláról.
A környezetünkből származó információk zöméhez látás útján jutunk. Szerencsére e területen számos biológiai és pszichológiai kutatási eredmény áll a VV-fejlesztők rendelkezésére.
A probléma többszörös, egyrészt valós időben létre kell hozni egy állandóan változó (a nézés irányától is függő) képet, másrészt ezt a képet a szembe kell juttatni, harmadrészt mivel a látásnak fontos szerepe van a térbeli tájékozódásban, nagyon bonyolult érzékszervi együttműködést kell szimulálni.
Az első probléma tulajdonképpen számítástechnikai jellegű, hatalmas teljesítményű, valósidejű képfeldolgozást (processzálást) kell megvalósítani. A VV-kisérletekre manapság használt számítógépekkel ez a probléma még nem teljesen megoldott, a létrehozott képek meglehetősen darabosak. Tovább bonyolítja a kérdést, hogy a fiziológiai vizsgálatok szerint a szembe vetülő kép a retina pálcikákkal és csapokkal legsűrűbben telített részén (fovea) 1 szögperc felbontást tesz lehetővé. 150 fokos látószöget véve alapul ez elméletileg 9000 pont/sor felbontású képernyőt igényelne, ami ma még meghaladja a technikai lehetőségeket. A gyakorlatban a teljes képfelületen erre nincs is szükség, hiszen a foveától távolabb romlik a szem felbontása. Úgy tűnik, hogy egy változó felbontású képvetítő lehet a megoldás: a képernyő közepén egy nagyfelbontású betéttel elméletileg megoldható a probléma. A kép szélein nagyobbak lehetnek a pixelek, a periférikus látás leginkább a mozgások érzékelésére való, ilyen módon hívva fel az alany figyelmét a képtéren kívülről érkező tárgyakra. Természetesen ez a megoldás egy újabb problémát vet fel. A valóságos térbeli látáskor a szem folyamatosan mozog, alkalmanként ezt a periférikus területet vetíti a legjobb felbontású retinafelületre (a foveára) és ekkor már nem elegendő a gyengébb felbontás. A manapság használt, fejre szerelhető képbevetítőknek (HMD sisak = Head Mounted Display) érzékelniük kellene a szem mozgását és a fej helyzetét, és ennek megfelelően más és más képet kellene a számítógépnek generálnia. A feltételes mód is jelzi, hogy a probléma még messze nem megoldott.
A térbeli tájékozódásban a látásnak ugyancsak fontos szerep jut. Egy rendkívül bonyolult visszacsatolási folyamat eredményeként érzékeljük térbeli helyzetünket és ebben a látás, a hallás, az egyesúlyérzet és a tapintás játszik szerepet. Ezt az integrált érzékszervi rendszer többmillió éves evolúció eredménye, "becsapása" nem tartozik a legegyszerübb feladatok közé. A legkisebb koordinációs hiba (akár aszinkronitás, akár időbeli késés) furcsa jelenségeket produkál, az illető émelyeg, rosszabb esetekben hány, általános fáradságot, mozgás- és tériszonyt okoz és a szenvedő alany nem mindig van tudatában teljesítőképessége csökkenésének. A jelenséget már a szimulátor-kisérletek esetén is észlelték, el is nevezték szimulátor-betegségnek.
Az okokat két csoportba lehet sorolni. Az elsődleges okok a technikai hiányosságokból származnak, ezek a technika fejlődésével valószínűleg kiküszöbölhetők. A másodlagos okok ma még elméletileg sem megoldhatók, hiszen ma még lehetetlen például olyan gyorsulásokat mesterségesen létrehozni, amelyek a valóságban előfordulhatnak.
A hallás útján való érzékelés szimulációja valószínűleg sokkal kevesebb gondot okoz, nagyvonalúsággal azt mondhatnánk, hogy a probléma tulajdonképpen megoldott. Ez a megnyugtató információ természetesen csak addig igaz, amíg a mesterséges világban csak zörejek és zajok hallatszanak. A gondok akkor kezdődnek, ha a VV-ben egy virtuális személlyel találkozunk és szóba akarunk elegyedni az illetővel.
A VV szempontjából a tapintási és kinesztetikus ingerek szimulációja területén a legnagyobb a hézag az elmélet és a gyakorlat között.
Nagyon távol állunk attól, hogy csak megközelítő mértékben szimulálni lehessen a bőrre ható nyomást, hőérzetet és fájdalmat. Kísérletek folytak különböző pneumatikus kesztyűkkel, az eredmények szerények.
A kinesztetika területén a problémák hatalmasak. Az ember érzékeli a kezek helyzetét, bonyolult visszacsatolási mechanizmus teszi lehetővé számunkra egy tárgy egyszerű megfogását is. A robotika ezirányú kísérletei részben felhasználhatók ezen a területen. Az ember által irányított robotkarok megalkotásakor kinesztetikus szimuláció történik, a berendezés érzékeli az emberi kar mozgását és ezt "továbbítja" a robotkarhoz. Az egyik problémát az okozza, hogy az érzékelő karnak és a robotkarnak is van tömege, ezáltal tehetetlensége, amit figyelembe kell venni a működtetésnél és vezérlésnél. A VV-rendszereknél tovább bonyolítja a helyzetet, hogy az érzékelő- és a robotkar tulajdonképpen egy és ugyanaz, ennek a kargépnek (esetleg lábgépnek, vagy a testgépnek) érzékelnie kell a felhasználó által keltett mozgásokat és úgy kell reagálnia, hogy valóságos kinesztetikus érzeteket keltsen. A feladat bonyolultságának érzékelésére gondoljuk végig a következő esetet: haladunk a virtuális térben és egy virtuális (nemlétező) falnak ütközünk, vagy egy bezárt (ugyanakkor nemlétező) ajtót akarunk kinyitni.
A VV-világok létrehozásának nyilvánvaló része az építészeti tervezésben már ma is használt ún. CAD (computer aided design = számítógéppel segített tervezés) rendszerek, amelyek geometriai modellek (terek) interaktív szerkesztését célozzák. Mivel ezek a szoftverek nem elsősorban VV-világok tervezésére készültek, alkalmazásuk további fejlesztéseket igényelnek. Használatukkor alapvetően két problémát kell megoldani. Az elsőt az okozza, hogy a CAD-programokat általában nem valósidejű képlétrehozásra fejlesztették ki, de ez számítástechnikai (kapacitás és sebesség) jellegű probléma, megoldása "csak" idő (és pénz) kérdése. A második probléma már komolyabbnak tűnik. A mai CAD-rendszerek "kívülről" építkeznek, a program felhasználója határozza meg a felépítendő tér paramétereit. A VV-felhasználásra szánt programoknak ezzel szemben "belülről" kell építkezniük, egy olyan interfészre van szükség, amellyel érzékelhető például a felhasználónak a virtuális térben való helyzete és ennek megfelelően generálódik a szükséges tér. Minden szimulációnak egy megismételt eljárás a lényege: a számítógép megvizsgálja a bemeneteket (például a térbeli helyzet-inputokat), elvégzi az új kép létrehozásához szükséges számításokat, majd generálja a megfelelő outputokat (általánosságban ez nem csak a kép létrehozásra igaz, hanem valamennyi érzékszervet érintő szimulációra).
Milyen tulajdonságokkal kell rendelkeznie egy elképzelt (ma még nem létező, de "megálmodott") viruális valóságnak? |
| |
|
a jelenlét hite - a felhasználónak "hinnie" kell abban, hogy ténylegesen létezik az adott virtuális világban. Ezt az érzést nagyban növeli az, hogy az illető saját nézőpontjából látja "saját" kezeit, testét, a virtuális világ tárgyai bármikor megfoghatók.
kölcsönhatás - a virtuális valóság tárgyainak, az egész környezetnek olyannak kell lennie, hogy a felhasználó természetes (addigi tapasztalatainak megfelelő) módon kerüljön velük kapcsolatba. Ez az elvárás természetesen nem zárja ki annak lehetőségét, hogy a VV-ben sohanemlátott és tapasztalt dolgokkal kerüljünk kapcsolatba, ezeknek a virtuális dolgoknak azonban kitapasztalható és konzekvens módon kell viselkedniük. Összességében a virtuális világnak, saját törvényszerűségei határain belül ugyanúgy kell működnie mint a valóságnak. Ideális esetben, megfelelő tapasztalás után ez a világ ugyanolyan megszokott lehet, mint a valóság. Összehasonlításként: a 3 dimenziós fizikai (valóságos) világ logikailag nagyon bonyolult rendszer, ennek ellenére a benne élő, egy egész élet tapasztalataival rendelkező ember számára egyszerűnek és egyértelműnek tűnik.
öntörvényűség (autonómia) - a tárgyaknak eredendő jellegű a viselkedésük és megfelelő "ösztönzés" hatására meg is mutatják azt. Az elképzelt világ törvényszerűségeinek ugyanúgy megismerhetőknek kell lenniük, mint a valóságos világ jelenségeinek. Ezek a törvényszerűségek ugyanakkor befolyásolhatók, sőt megváltoztathatók, és innen kezdve már csak a felhasználó (és természetesen a tervező) fantáziáján múlik a történet. |
| |
Próbáljuk meg felvázolni a VV-k létrehozásához szükséges elektronikus berendezéseket. |
| |
|
- |
nyomkövető rendszerek - amelyek a felhasználó testének, kezeinek, fejének helyzetmeghatározására szükségesek, |
| |
|
- |
tapintási rendszerek - az erő és a nyomás visszacsatolására, |
| |
|
- |
audio rendszerek - mind a hangok generálására, mind a térbeli helymeghatározásra, |
| |
|
- |
képgeneráló rendszerek - a vizuális jelenetek létrehozására, |
| |
|
- |
képmegjelenítő rendszerek - vizuális display. |
| |
Külön kell szólni magukról a VV-rendszerek alapját képező számítógépekről. A fentiekből is kiderült, hogy egy elfogadható hatású virtuális környezet létrehozásához elképesztő teljesítményű gépekre van szükség (az aritmetikai műveletek másodpercenkénti számát (MFLOPS) és az utasítások másodpercenkénti számát (MIPS) már ma is milliós nagyságrendben adják meg). Az említett számítógép-paraméterek növekedésével sajnos a költségek drámaian növekednek, ma ez virtuális valóság-kisérletek egyik korlátozó tényezője.
A teljesség igénye nélkül próbáljuk meg feltérképezni, hogy hol is tart ma a VV-kutatás, milyen programok léteznek, mi várható a közeljövőben?
A VV-kutatásra szánt pénzek területén a polgári beruházások eltörpülnek a katonaiakhoz képest. A dolog természetéből következik, hogy a beszerezhető információk viszont fordítottan arányosak.
Az eddig elkészült (és publikált) legfontosabb katonai VV-rendszer a SIMNET. Az Amerikai Védelmi Fejlesztés Kutatási Projektjeinek Hivatala (DARPA) 1984-ben indította el azt a kutatást, amelynek eredményeként 1989-ben elkészült a SIMNET, amelyik 10 USA- és Nyugat-európai helyszínt hálózatba kapcsolva, több mint 200 tankot, csapatszállító járművet és repülőgépet szimulál. Egy-egy járműegység kezelését 2-4 ember végzi. A SIMNET tulajdonképpen egy nagy hadijáték szimulátor, de már tartalmaz olyan elemeket, amelynek alapján VV-rendszerként tartják számon. A projekt külön érdekessége, hogy annak sikeres befejeztekor a DARPA és az Amerikai Egyesült Államok hadserege megbízta a Szimulációs és Képzési Intézetet (Institute for Simulation and Training), hogy dolgozza ki az ún. megosztott interaktív szimuláció (Distributed Interactive Simulation = DIS) szabványt (protokollt). Az említett szabvány létrehozása nyilvános volt (a félévente rendezett gyűléseken bárki részt vehetett 50$ befizetése mellett). A megbeszélések kizárólag technikai jellegűek voltak, a résztvevők mérnökök és vállalkozók.
A SIMNET ma már egy lezárt projekt, de a tapasztalatok felhasználásával újabb katonai oktatórendszerek kifejlesztését kezdeményezték. A publikációk tanúsága szerint 1992-ben elindult egy új fejlesztés "közelharc taktikai oktatórendszer" (CCTT = Close Combat Tactical Trainer) elnevezéssel. Amerikai stílusban: "a költségeket tekintve a CCTT egyike minden idők legnagyobb oktatási rendszerének, teljes kiépítésben a ráfordítások megközelítik az 1 milliárd (az 1-es után 9 nulla) dollárt.
A polgári területen nem ismerünk ilyen volumenű kutatásokat. A rendelkezésre álló szerényebb lehetőségek ellenére érdemes megismerkedni néhány nagyon érdekes fejlesztéssel.
Különlegesnek mondható az észak-karolinai egyetemen folyó kutatás. A projekt célja az általuk "növelt" realitásnak nevezett orvosi felhasználás, amelyik lehetővé teszi az orvosnak, hogy "belelásson" a vizsgált személy testébe. Ultrahang és röntgen források által adott információból a számítógép egy virtuális képet generál, amelyet a beteg testfelületének élőképére vetít, olyan látványt keltve, mintha az illető átlátszó lenne.
A közép-floridai egyetemen folyik a FOBIA elnevezésű VV-kutatás, amelynek célja, hogy megvizsgálják, mennyire hatékony a tériszony kezelésében a virtuális valóság. Ez a betegség különösen a nagyvárosokban élő emberek számára okozhat alkalmanként megoldhatatlan problémát. Az első eredmények alátámasztják, hogy a virtuális térben való fokozatos szoktatás eredményes lehet a fóbia kezelésében.
Megszületett az első (amerikai értelemben vett) művészeti VV-alkotás is a VIRTOPIA, amelyet 1993. májusában mutattak be a floridai filmfesztiválon. A néző (talán inkább utazónak kéne nevezni a "bemerülő" személyeket) a legkülönbözőbb virtopia-világokban kalandozhat. Az egyik alkotó így nyilatkozott: "tudtuk, hogy megtette a hatását, amikor az embereket sikítozni hallottuk a háromdimenziós pók láttán". Valószínűleg nem ez a művészet netovábbja és reménykedhetünk, hogy előbb-utóbb a VV is a művészi kifejezőeszközök sorába lép. |
| |
|
|
|
| |
|
|
|
| |
(rám)hivatkozások: |
| |
|
: |
| |
|
|
Sikné dr. Lányi Cecília, Laky Viktória
Veszprémi Egyetem, Műszaki Informatikai és Villamosmérnöki Önálló Intézet, Képfeldolgozás és Neuroszámítógépek Tszk |
| |
|
|
| |
|
|
Sikné dr. Lányi Cecília
Veszprémi Egyetem
Virtuális Környezetek és Fénytan Laboratórium
2003 (jegyzet) |
| |
|
|
| |
|
|
Sikné Lányi Cecília, Veszprémi Egyetem
Simon Lajos, Simon Viktória, Semmelweis Egyetem Budapest, Pszichiátriai és
Pszichoterápiás Klinika
IME IV. évfolyam 6. szám 2005. szeptember (Infokommunikáció) |
| |
|
|
| |
|
|
C Sik Lanyi, V Simon, L Simon and V Laky;
2004 ICDVRAT/University of Reading, UK; |
| |
|
|
| |
|
|
Mihakik Laura, 3K |
| |
|
, a test és a gép viszonya a cyberszférában: a test dekonstrukciója és a cyborgok pre-konstrukciója |
| |
|
|
Becze Szabolcs, Szkholion - A Debreceni Egyetem művészeti és szakfolyóirata |
| |
|
|
| |
|
|
Nagy Pál, ZMNE |
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
| |
| |
|
 |
|
