CC BY
120А.В. Юхвид
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ВИРТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СОВРЕМЕННОЙ НАУКЕ
Ключевые слова: науковедение; компьютерная виртуология; компьютерная виртуальность; компьютерная виртуальная реальность; компьютерные виртуальные технологии; вирту-, нано- биотехнологии; технологический подход к виртуальной проблематике; SD-технологии; Интернет-2; информационное общество.
Keywords: science of science; computer virtuology; computer virtuality; computer virtual reality; computer virtual technologies; virtu-nano- biotechnology; technological approach to virtual problems; 3D-technologies; Internet-2; information society.
Аннотация: Проблема информатизации в науке имеет множество измерений. Данная проблематика изучалась многими учеными как в России, так и за рубежом, в том числе руководителем Московского городского семинара по науковедению «Наука, образование, технологии и модернизация России», д-ром филос. наук, проф., заслуженным деятелем науки РФ А.И. Ракитовым. В данной статье будет рассмотрено магистральное направление современной информатизации - компьютерные виртуальные технологии. В статье будет представлена позиция автора на проблематику компьютерных виртуальных технологий в современной науке с точки зрения компьютерной виртуологии - междисциплинарного научного направления, разработкой которого автор занимается уже более 20 лет.
Abstract: The problem of informatization in science has many dimensions. This problem is studied by many researchers in Russia and abroad, including the head of the Moscow city seminar on science of science «Science, education, technology and modernization of Russia», professor, honored worker of science of the Russian Federation
A.I. Rakitov. This article will be considered the main direction of modern informatization - computer virtual technologies. The article represents the author's position on the problems of computer virtual technologies in modern science from the standpoint of computer virtuology - interdisciplinary scientific direction, the development of which the author has been doing for over 20 years.
Компьютерные виртуальные технологии в философской науке
Компьютерная виртуальная проблематика является сегодня очень актуальной, поскольку в конце XX - начале XXI в. общество вступило в стадию информатизации, глобализации и виртуализации. Данные процессы являются определяющими во всех основных сферах - государственном управлении, национальной безопасности, науке, культуре, образовании, медицине, коммуникации и многих других. Вирту-, нано- и биотехнологии становятся базовым инновационным фундаментом развития современного общества. Компьютерные виртуальные технологии (КВТ) - это первый и важнейший из «трех китов» современного инновационного развития.
Компьютерная виртуальная проблематика изучается системно и целостно, с выделением общей структуры, теоретического и практического ядра, направлений исследования, форм институализации в рамках нового научного направления - компьютерной виртуоло-гии (КВ). Разработка КВ является крайне актуальной и перспективной задачей по той причине, что философско-методологический и компьютерно-технологический аспекты виртуальной проблематики тесно переплелись между собой и начали порождать новые направления в современной науке и культуре - виртуальное образование, виртуальную медицину, виртуальное искусство, виртуальный бизнес, виртуальную политику, виртуальную коммуникацию и многие другие, а также обозначили перспективы развития современного информационного общества.
В 2010 г. произошла международная технологическая революция в сфере SD-технологий, которые являются сегментом КВТ. Суть данной технологической революции заключается в том, что во всем мире крупнейшие компании электронной отрасли, такие как «Samsung», «Sony», «LG», «Panasonic» и другие, начали очень активное массовое производство и продвижение SD-технологий, скорость распространения которых измеряется даже не месяцами,
а днями. Каждый день государственными и бизнес-кругами во всем мире занимаются новые ниши, связанные с производством и распространением SD-технологий. За последние месяцы во всем мире появились тысячи SD-кинотеатров, начали выпускаться SD-телевизоры, мониторы, очки и плейеры, почти каждый день выходят новые SD-фильмы, начинаются продажи SD-контента на Blu Ray SD-дисках, появляются первые в мире зарубежный [4] и российский [19] SD-телеканалы с круглосуточным вещанием, за рубежом выпущены первые в мире бумажная SD-газета и бумажная газета со встроенными видеороликами на основе технологии «E-ink» [14], 15 апреля 2010 г. была проведена первая в мире международная SD-трансляция балета из Мариинского театра [S]. И это только начало большого технологического прорыва, который затронет все основные сферы социальной жизни и поменяет их в корне. Все эти результаты имеют очень большое значение для перехода современного информационного общества на новую ступень развития и требуют очень серьезного и систематического концептуального осмысления.
Понятие «виртуальная реальность» было введено в научный обиход в 1984 г. американским ученым Ж. Ланье. Данным словосочетанием он назвал новый компьютерный продукт, позволявший проводить комплексное погружение пользователя в киберпрост-ранство [11]. История возникновения КВТ связана с крупнейшими открытиями в науке начала XX в., которые заключаются в создании кинематографа и военных летных тренажеров, а также крупнейшими открытиями второй половины XX в. в области современных компьютерных наук, сделанными рядом выдающихся ученых, такими как М. Хэйлиг, И. Сазерленд, Ж. Ланье, Т. Зиммерман, Т. А. Фернес, М. Крюгер и др. К данным открытиям можно отнести проекты «Футурама», «Синерама», «Сенсорама», «ОмниМакс», «Дарт Вэй-дер», «Видеоплейс»; изобретение виртуального шлема, виртуальной перчатки и многопользовательской системы виртуальной реальности [22]. Эти открытия легли в основу современной информационной цивилизации начала третьего тысячелетия и дали ей большое будущее.
Объектом исследования в КВ являются виртуальные процессы и структуры, а предметом исследования - КВТ как новый техно-социальный феномен, определяющий основной инновационный вектор развития современного общества.
Автором разработан технологический подход к виртуальной проблематике, который является основой КВ. В КВ даны следующие
определения компьютерной виртуальности, компьютерной виртуальной реальности и КВТ. Компьютерная виртуальность - это базовый информационный код, выраженный в программе, созданной программистом. Компьютерная виртуальная реальность - это интерактивная среда, созданная с помощью компьютера, имеющая графические, акустические, пластические и иные свойства, в которую пользователь погружается как зритель или творец. КВТ - это средство для погружения в компьютерную виртуальную реальность, ее восприятия и познания, а также действия в ней.
В КВ КВТ полагаются наиболее совершенным видом компьютерных технологий, поскольку они позволяют человеку погружаться в компьютерную виртуальную реальность с помощью интеллекта и всех органов чувств. Такую возможность не дает ни один вид компьютерных технологий, кроме виртуальных.
На сегодняшний день работа по созданию КВТ является одним из самых успешных направлений в компьютерной индустрии. Основная задача этого направления - существенное расширение спектра человеческих возможностей, которая решается путем конвергенции КВТ с человеком, слияния их в единый конгломерат, способный выполнять такие задачи, которые человек или компьютер, запрограммированный человеком, решить не в состоянии. Местом выполнения таких задач является компьютерная виртуальная реальность. Результаты их решения переносятся в физический мир либо в самом процессе решения - с помощью робототехники, либо позже - самим человеком. Благодаря использованию КВТ человек обретает особенные возможности зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса; новые физические, интеллектуальные и творческие возможности; неклассические возможности перемещения в пространстве и во времени, а также много других возможностей.
Направление по созданию и применению КВТ в различных областях показало свою результативность и большую перспективность на ближайшее и отдаленное будущее. Над разработкой и созданием КВТ сегодня работают многие университеты, лаборатории, исследовательские центры и фирмы мира. Ими создано около трех десятков наименований компьютерных виртуальных устройств, уже в девятом-десятом поколении. Среди них: виртуальные шлемы, виртуальные очки, виртуальные перчатки, виртуальные костюмы, трекеры, устройства формирования запахов, устройства контактного воздействия, устройства силовой обратной связи, многопользовательские системы виртуальной реальности; SD-системы - сегмент КВТ, завоевавший мировой рынок в 2010 г., к которым относятся:
SD-кинотеатры, SD-телевизоры, SD-очки, SD-аудиосистемы, SD спутниковое телевидение, Blu Ray SD-плейеры, Blu Ray SD-диски; 4D-системы - сегмент КВТ с функцией перемещения в киберпро-странстве, появившийся на мировом рынке около двух лет назад, к которым относятся 4D-кинотеатры; 5D-системы - сегмент КВТ с функциями перемещения в киберпространстве и тактильности, появившийся около двух лет назад на мировом рынке, к которым относятся 5D-кинотеатры; системы дополненной реальности, а также много других оригинальных устройств.
Выделяются следующие приоритетные направления научных исследований в области компьютерной виртуологии: философское осмысление феномена КВТ; разработка и создание новых видов КВТ; разработка и создание нового программного обеспечения для КВТ; разработка проектов по применению КВТ в различных сферах человеческой деятельности и внедрение готовых проектов в практическую деятельность; разработка принципиально новых областей на технологической основе КВТ (виртуального образования, виртуального театра, новационной структуры учреждений, новаци-онных СМИ и др.) и их воплощение в практической деятельности; разработка концепции взаимосвязи вирту-, нано- и биотехнологий как базового инновационного фундамента развития современного общества, в котором виртуальные технологии играют ведущую роль, и воплощение данной концепции в практической деятельности; разработка концепции правового использования КВТ и ее закрепление в российском и международном законодательстве и др.
В рамках компьютерной виртуологии могут быть решены следующие важные научно-практические государственные задачи: разработка и внедрение новых эффективных механизмов государственного управления; повышение обороноспособности российского государства путем разработки и создания на основе КВТ новых типов вооружений и совершенствования уже существующих; повышение информационной безопасности государства новыми методами, связанными с использованием КВТ, а также разработка и проведение: новых видов предвыборных кампаний; новых видов рекламных кампаний, а также разработка и создание: новационных СМИ (виртуальное телевидение и др.); новационной структуры учреждений; новой эффективной системы виртуального образования; нового вида виртуального искусства - виртуального театра; виртуальной медицины; глобальной виртуальной системы поддержки научных исследований, а также новых эффективных методов: в экономике; в производстве; в нефте- и газодобыче; в энергетике;
в банковском и биржевом деле; в бизнесе; моделирования в автомобильной, авиационной, космической и других видах промышленности; проектирования в архитектуре, а также новых видов: транспорта; средств связи; глобальных и локальных информационных систем; развлечений и др.
К числу приоритетных сфер внедрения КВТ относятся: государственная, военная, научная, образовательная, медицинская, производственная, энергетическая, нефтегазовая, банковская, биржевая, коммуникационная, конструкторская, архитектурная, презентационная, творческая, развлекательная и др.
Изучение онтосоциальных аспектов применения КВТ в рамках компьютерной виртуологии крайне актуально и перспективно для современной философской науки, поскольку оно дает возможность по-новому подойти к рассмотрению многих вечных философских проблем - бытия, сознания, человека, реальности, пространства, времени и многих других. Это находит отражение в изучении проблематики КВТ на стыке с проблемами: компьютерного виртуального тела, создаваемого программистом в рамках программного обеспечения, предназначенного для выполнения соответствующих задач и ощущаемого пользователем в качестве своего собственного, делающего его полноценным субъектом киберпро-странства; сенсорного восприятия человека и синтетичности кибер-пространства, имеющего визуальную, акустическую, тактильную, обонятельную и вкусовую составляющие для их восприятия пользователем с помощью соответствующих КВТ; взаимодействия физической реальности с киберпространством, в результате которого пользователь может воздействовать на киберпространство и его отдельные элементы из физической реальности с помощью КВТ, и наоборот - из киберпространства на физическую реальность с помощью роботов-манипуляторов с обратной связью; компьютерной ковиртуальности - возможности погружаться с помощью КВТ в киберпространство, воспринимать и познавать его, а также действовать в нем неограниченному количеству пользователей; добра и зла в киберпространстве, связанных со сферой человека, его внутреннего мира, его социального окружения; отличия киберпро-странства от физического мира, состоящая в том, что физическая реальность антропологична, а компьютерная виртуальная реальность киберантропологична; пространства и времени в киберпространстве, которая выражается в возможности неклассического мгновенного перемещения тела и сознания в пространстве и во времени как вперед, так и назад, с помощью КВТ; субъектов кибер-
пространства - естественных и искусственных, которые могут взаимодействовать и общаться друг с другом в киберпространстве и выполнять все виды деятельности, возможные в физическом мире, а также те ее виды, которые в физическом мире недостижимы; искусственного интеллекта, связанная с проблемой КВТ через проблему искусственного субъекта, являющегося «воплощенным» аспектом проблемы искусственного интеллекта в киберпространстве; творческой личности, которая выражается в ответственности творца киберпространства за все происходящие там процессы, а также в многоуровневой структуре киберпространства, имеющей причиной зарождения каждого последующего уровня творческую личность, находящуюся на его предыдущем уровне; рождения в киберпространстве - погружения в данное киберпространство, осуществленного человеком впервые; смерти в киберпространстве -перехода из киберпространства в физический мир или другое киберпространство и др.
Изучение социально-эмпирических аспектов использования КВТ также представляет крайне большой интерес, поскольку применение КВТ в различных сферах человеческой деятельности кардинально меняет и данные сферы, и жизнь в целом. Использование КВТ, в том числе многопользовательской интерактивной трехмерной сети нового поколения Интернет-2, позволит внедрять в важнейших сферах человеческой жизни новые эффективные подходы: общественные, которые позволят людям во всем мире изнутри использовать трехмерное компьютерное виртуальное пространство и заниматься в нем различными видами деятельности, которые мы делаем в физическом мире, а также некоторыми из тех, которые в нем невозможны; государственные, которые позволят гораздо более эффективно управлять человеком и обществом, чем с помощью телевидения, обычного двумерного Интернета, радио, печати и многих других информационных технологий [16]; правовые, которые позволят провести правовую регламентацию использования КВТ [13]; молодежные, в рамках которых возможны объединение молодежи в рамках единого трехмерного интерактивного информационно-цифрового пространства, реализация новых эффективных образовательных программ, реабилитация молодых людей с физическими недостатками, осуществление службы в армии, не выходя из собственного дома, осуществление эффективного подбора будущей профессии в соответствии со своими склонностями, отработка физических, личностных и интеллектуальных навыков; образовательные - для создания новой системы виртуального образования
в целях формирования у учащихся творческого продуктивного мышления, неограниченных возможностей для образной разработки творческих идей в киберпространстве, которые затем могут быть воплощены в природной реальности, при наличии большой настойчивости, которая должна формироваться у учащихся в рамках данной системы образования; искусствоведческие - для создания виртуального театра, позволяющего любому числу людей в мире физически и духовно погрузиться в созданный художником мир, став частью этого мира на время погружения, и приблизить выраженный творческий замысел к первоначальному; архитектурные -для возможности увидеть будущее строение со всех сторон - не только снаружи, но и внутри, за несколько лет до начала строительства, трехмерного воссоздания разрушенных архитектурных сооружений с максимальной точностью и достоверностью перед их восстановлением [17]; медиа - для осуществления услуг передачи видео- и аудиоинформации в глобальной сети Интернет-2, эффективной интерактивной доставки потокового звука и изображения как составных частей синтетической компьютерной виртуальной реальности в реальном времени при невысоких затратах [15], осуществления описания трехмерных миров и эффективной передачи их по сети, возможности перемещения человека по поверхности далеких планет при осуществлении навигации в виртуальном пространстве, переданном с данных планет [17]; нефтегазовые - для увеличения эффективности обработки и визуализации трехмерных данных, описывающих поверхность Земли, интерактивного представления максимально реалистичных трехмерных моделей нефте- и газопроводов, благодаря которым можно быстрее принять правильное решение, оптимизирования процесса поиска полезных ископаемых на основе более полной и согласованной модели структуры земной коры [15], добычи нефти [1]; банковские и биржевые - для фиксирования всех данных о состоянии рынка и выдачи их пользователю в виде трехмерных диаграмм на дисплей виртуального шлема, получения максимально быстрой, полной и точной картины того, что происходит на рынке ценных бумаг в данный момент времени [12], и др.
КВТ в государственной науке
По мере того как органы государственного управления стремятся добиться большего при сокращении затрат и вместе с тем использовать в своей деятельности новейшие компьютерные тех-
нологии, существует ряд технических решений в области КВТ, ориентированных на долговременную стратегию правительства страны и способных адаптироваться к изменениям всех аспектов, касающихся государственного управления.
Для существенного повышения качества, обоснованности и контроля исполнения сложных, стратегических решений, принимаемых в условиях дефицита времени и недопустимости серьезных ошибок в сфере государственного управления, в середине 90-х годов в США компанией SGI была создана новейшая информационная система на базе КВТ - Центр принятия стратегических решений (ЦПСР). Ее работа основана на двух фундаментальных принципах.
1. Эта информационная система позволяет оперировать компьютерными виртуальными моделями в киберпространстве.
2. Она позволяет руководителю принимать сложные стратегические решения не путем выбора из ограниченного числа вариантов, заранее подготовленных многочисленными экспертными группами, а на основе сколь угодно полного и глубокого самостоятельного анализа любых данных, имеющихся по существу решаемого вопроса [16].
Таким образом, вместо общей постановки задачи и предлагаемого набора способов ее решения с помощью данной информационной технологии можно видеть максимально близкий к реальности образ объекта решаемой задачи, а также воочию наблюдать за сценариями его изменений, соответствующих тому или иному способу решения задачи.
Для реализации двух вышеуказанных принципов ЦПСР строится в виде демонстрационного зала или зала совещаний на 15-50 участников. Этот зал оснащается специальной системой экранов и средств воспроизведения визуальной информации и звука, позволяющей добиться максимальной реалистичности воспроизведения материалов (так называемый «эффект присутствия»).
Успешное функционирование данной информационной системы предполагает эффективное решение задачи отображения в режиме реального времени с высоким качеством сложных социально-политических процессов, включающих в себя возрастной, имущественный состав населения, результаты выборов, рост социальной напряженности и др. [16].
В теории управления известен парадокс, называемый «Пирамида принятия решений». Представим всю информацию, имеющуюся по существу какой-либо задачи, в виде пирамиды. В осно-
вании пирамиды находится вся исходная собранная информация. Выше к вершине располагается множество слоев информации, полученной различными группами специалистов, экспертов и аналитиков на базе исходной информации, а также на базе результатов предыдущей обработки. Руководитель, принимающий решения, находится на вершине пирамиды. Парадокс заключается в том, что руководитель, как правило, располагает абсолютным минимумом информации по существу принимаемого стратегического решения. В предельном случае руководитель вообще не имеет никакой детальной информации и принимает стратегическое решение путем выбора из весьма ограниченного количества вариантов решения задачи, подготовленных для него специалистами из нижних слоев пирамиды.
КВТ позволяют полностью устранить этот парадокс для руководителя, являясь мощнейшим инструментом для извлечения и анализа представленной по существу решаемой задачи гипермедийной информации - текстов, чисел, графиков, разнообразных карт, данных спутниковой и аэрофотосъемки, физических образов, кино- и видеоматериалов, инженерных чертежей и другой информации в виде абстрактных образов: «морей», «ландшафтов данных», «пяти-шестимерных распределений данных» и др. [16].
Подобные подходы дают качественный скачок, когда объемы информации становятся настолько большими, что обычная текстовая и графическая информация не может помочь руководителю ориентироваться в море данных. Такими объемами информации, например, приходится оперировать, когда руководителю необходимо оценить состояние выплат заработной платы сразу в нескольких регионах. Другое дело, когда он может представить море информации в виде реального моря, где высота волн, например, характеризует количество денег, которое должно быть выплачено бюджетникам в регионах, наличие пены - количество украденных бюджетных денег, прозрачность воды - сколько денег выплачено реально и т. д. Взлетев над подобным морем и окинув взглядом это море информации с высоты птичьего полета, руководитель имеет возможность принять максимально верное решение [17].
Применение данной технологии гарантирует существенную экономию материальных, людских и финансовых ресурсов, поскольку позволяет оперировать компьютерными виртуальными объектами и процессами, с высокой степенью точности отображающими реальные объекты, без риска немотивированных потерь из-за принятия неверных решений [16].
Здесь была рассмотрена принципиально иная, новая философия государственного управления, которая позволяет решить парадокс «аналитической пирамиды», который не удавалось преодолеть столетиями. Применение современных КВТ позволяет быстро, эффективно и красиво решить эту проблему.
КВТ в военной науке
Военные прикладывают продолжительные и постоянные усилия к тому, чтобы приспособить КВТ к нуждам реального мира. На сегодняшний день существует множество вариантов применения данных технологий в военной сфере.
Применение КВТ в обучении и тренировках военных показывает, сколь велика может быть немедленная отдача от них. На сегодняшний день разработаны КВТ, предназначенные для тренировки танкистов, летчиков, подводников, пехотинцев и людей других военных профессий. После занятий с использованием этих технологий у военнослужащих резко повышается уровень боевой подготовки. К данным технологиям относятся система СИМНЕТ и др. [22].
С помощью КВТ проводятся тренировки в экстремальных условиях, когда надо быстро принять правильное решение «стрелять - не стрелять». К данным технологиям относятся американские системы имитаторов точной стрельбы.
КВТ используются для тренировки военных медиков, чтобы врач, помещенный в критические военные условия, умел быстро принять правильное решение. В качестве примера можно привести программу Дартмутской высшей медицинской школы ВМС США [22].
С помощью КВТ генерируется компьютерная виртуальная среда, представляющая собой арену борьбы различных боевых систем, включая воздушные и наземные средства. К данным системам можно отнести тренажер по обучению полету в сложных средах типа «Каньоны» на основе рабочей станции SGI [12].
КВТ используются военными для анализа и оценки поступающих данных. Так было в ходе войны в Персидском заливе.
Специальные КВТ разработаны для обучения воздушных диспетчеров. В рамках программы подготовки НАСА происходит обучение операторов сбору и обработке данных по каждому космическому объекту [22].
Для дистанционного управления беспилотной военной техникой также используются КВТ. Такая техника представляет собой новое перспективное поколение современных вооружений.
Инженерные системы компьютерной виртуальной реальности используются для проектирования в авиационной и космической промышленности военного назначения [17].
Также использование КВТ открывает новые горизонты в теоретической подготовке военных кадров.
Применение этих технологий позволяет значительно сократить время обучения, поскольку они включают в работу все органы чувств, а информация, воспринимаемая с помощью КВТ, приобретает образный и предельно понятный вид.
Использование КВТ крайне эффективно для медицинской реабилитации военных после получения ими тяжелых физических и психологических травм во время проведения боевых операций [2]. Здесь большой интерес представляет проект Х.Б. Сибурга - руководителя лаборатории биологической информатики и теоретической медицины в «UCSD medical school» [7], о котором речь более подробно будет идти ниже.
Также в военной сфере рассматривается использование КВТ для решения следующих задач:
■ снижение стоимости разработки и развития систем вооружений;
■ повышение взаимодействия родов войск;
■ проведение широкомасштабных военных игр.
Основной целью этих исследований является реализация
виртуального поля боя с более чем 100 тыс. участников; некоторые из этих участников не управляются человеком, но имеют адекватное поведение. Для достижения этой цели инициированы исследования по созданию сетевой технологии [20], полуавтономных (не управляемых человеком) сил и управляемых человеком участников виртуальной среды. Министерством обороны США данные исследования проводятся в рамках проектов «Синтетический театр военных действий», «Сеть оборонных симуляторов», «Виртуальный командный пункт» и др. [6].
Резюмируя сказанное, хотелось бы отметить, что в сегодняшних условиях, когда происходит сокращение оборонных бюджетов, использование КВТ позволяет избежать огромных расходов, связанных с проведением учений и созданием новых вооружений, и способно вывести боевую мощь вооруженных сил на принципиально иной, более высокий уровень [12].
КВТ в медицинской науке
КВТ получили широкое применение в медицине. Существует возможность объединения данных, полученных на ЯМР-томографе, рентгеновском аппарате, ультразвуковой допплерографической установке и т.д., для диагностики и рассматривания больного органа, не тревожа его, в различных ракурсах и плоскостях. Для этого создается трехмерная виртуальная модель человеческого тела на дисплее виртуального шлема, с помощью которой хирурги могут планировать и анализировать ход операций. Это было осуществлено в рамках проекта «Visual man & visual woman» в университете Айова [5].
КВТ используются для создания трехмерных анатомических атласов, которые представлены, например, в Национальной библиотеке медицины в США. Эти атласы представляют различные органы и системы среднестатистических мужчины и женщины. Компьютер может воссоздавать не только внешние, но и механические параметры органов. Принципиальное отличие виртуальной анатомии состоит в том, что наблюдатель может быть помещен в любую точку как вовне, так и внутри организма, а также путешествовать вдоль тех или иных каналов и систем [17].
Используя электромагнитные, пневматические и гидравлические системы, возможно моделирование виртуального скальпеля или другого инструмента в виртуальной перчатке. Практиковаться на виртуальных пациентах не только дешевле, чем на реальных, но и более гуманно, чем на подопытных животных. Многие сложные операции требуют тщательной отработки. Малоинвазивные операции, например эндоскопия в условиях моноскопии, когда отсутствует ощущение глубины обзора, а восприятие картины идет в инверсном режиме (правое меняется на левое и наоборот), требуется проведение сотен операций, прежде чем хирург сможет научиться выполнять операцию. Никто из пациентов не хочет быть первым; другое дело - виртуальные пациенты [17].
КВТ, работающие по принципу силовой обратной связи, дают возможность хирургу или врачу не манипулировать инструментами и пациентом, а работать с виртуальной моделью человека. Манипулируя объектами в виртуальном мире, врач тем не менее чувствует человека и его ткани. А всю работу непосредственно над человеком выполняет робот, управляемый компьютером, посредством устройства с обратной связью, которым, в свою очередь, управляет врач. То есть эти устройства являются шлюзом между врачом, пациентом и виртуальным миром. Для медицины подобные
устройства обеспечивают очень точные и реалистичные ощущения. Такие технологии очень важны для проведения хирургических операций. Хирург погружается в компьютерную виртуальную реальность, получаемую с помощью лазерных сканеров и ядерных томографов и преобразуемую в виртуальную модель с необходимой точностью, которая представляет пациента в объеме и насквозь. Хирург увеличивает изображение любой части тела и работает, не боясь случайно дернуть рукой со скальпелем. Используя микророботов, возможно проведение операции внутри человека, например в сердце. Кроме того, становится возможно проводить операции дистанционно, через Интернет. Пример: врач находится в США, пациент, например, в Уругвае, и врач тем не менее его ощущает и оперирует. Для этого необходимо обеспечение надежной цифровой связи [2]. Проектами в области виртуальной хирургии занимаются фирмы «Immersion Corporation», «Intuitive Surgical» и др.
Также компьютерные виртуальные технологии успешно применяются в психотерапии.
Разработан оригинальный подход к лечению страхов под руководством доктора Х.Б. Сибурга, основанный на принципах бихе-виориальной терапии, с использованием Интернета и компьютерных виртуальных устройств - перчатки и шлема. Пациент и терапевт в ходе психотерапии могут находиться в собственных домах или других разнесенных в пространстве точках, будучи подключенными к компьютерной сети, включающей визуальный канал и систему тактильной обратной связи [7].
Для лечения нервных расстройств, при которых люди не могут спокойно переносить авиаперелеты, применяются тренажеры на базе КВТ. Полетав некоторое время в компьютерном виртуальном пространстве со шлемом на голове, человек может довериться настоящему авиалайнеру [17]. В данном типе лечения также перспективным является проект доктора Х. Б. Сибурга.
КВТ являются прекрасным средством для психологической реабилитации детей с физическими нарушениями и недостатками. У ребенка с ограниченными физическими возможностями (например, передвижения) появляется уникальная возможность перемещаться в компьютерном виртуальном мире и исследовать его, приобретая необходимый опыт. Ребенок может выбирать, куда ему пойти в таком мире, что увидеть и что делать. В этом плане КВТ являются прекрасным терапевтическим средством. Данный метод лечения был изучен в рамках проекта доктора Д. Симса «Multimedia camp improves disabled kids» [23].
КВТ в экспериментальной науке
На сегодняшний день КВТ активно применяются в научных экспериментах.
Очень интересным применением КВТ является виртуальная лаборатория. Она представляет собой инструментальную среду, поддерживающую создаваемый по желанию исследователя комплекс программно-аппаратных средств, различные сенсорные VR-сис-темы управления и робототехнические системы, которые расположены в различных местах и объединены высокоскоростной цифровой сетью. Преимущества виртуальной лаборатории заключаются в том, что она распределена в пространстве (интерфейс к виртуальной лаборатории может находиться в другом городе или на другом континенте, при этом способность управлять оборудованием нисколько не уменьшается) и дает возможность уменьшения расходов (если одна из сторон хочет провести некоторые исследования, но не имеет достаточного оборудования для этого, она может заимствовать его у другой стороны, не закупая его специально, пользуясь при этом дистанционным доступом к нему с помощью компьютерных виртуальных технологий). В качестве примера такого рода лаборатории можно привести виртуальную лабораторию, созданную в США, состоящую из мобильного робота-манипулятора «PUMA 560», удаленного на сотни километров от пользователя, рабочей станции с инструментальными средствами «Onika» и «Chimera», имеющей доступ к Интернету и находящейся в местечке Sandia, библиотек программных средств и аппаратных средств, находящихся в университете Карнеги-Меллон. Виртуальные лаборатории изучались в рамках проекта докторов М.В. Гертса, Д.Б. Стьюарта и П.К. Хосла «A human-machine interface or distributed virtual laboratories» [12, 21].
КВТ также используются в математике. Созданы системы, позволяющие человеку решать сложные системы уравнений вместе с компьютером. Ученый в виртуальном шлеме, осуществляя навигацию в мире визуальных образов, помогает компьютеру выбрать ту область параметров решения системы уравнений, где, например, итерационный процесс идет наиболее быстро, а расчетная схема наиболее устойчива [1, 17].
Применение КВТ произвело настоящую революцию в биохимии и фармацевтике. Благодаря этим технологиям появилась возможность создавать и всесторонне исследовать виртуальные аналоги трехмерных молекулярных моделей. КВТ позволяют человеку
погрузиться в микромир, состоящий из атомов и молекул. Получив в распоряжение трехмерные компьютерные модели тех или иных молекул и имея возможность управлять их движением, экспериментатор добивается совмещения моделей (когда «выпуклости» одной точно соответствуют «впадинам» другой). В это время происходит так называемая стыковка, которая имитирует реальные процессы при взаимодействии реальных биологических молекул. «Присутствуя» при этих процессах, ученые могут понять, как реальные молекулы связываются между собой посредством соединения определенных рецепторных участков, и, например, объяснить, как вирус проникает в клетку. Это позволяет, в свою очередь, попытаться синтезировать вещества, блокирующие активность вируса. В частности, одно из направлений поиска вакцины против вируса СПИДа - это проведение экспериментов с трехмерной компьютерной моделью этой молекулы [17].
КВТ в технической науке
Инженерные компьютерные системы виртуальной реальности используются в основном в проектировании сложных систем -чаще всего в авиационной, космической и автомобильной промышленности, т. е. там, где выработка концепции, увязка компонентов и даже тестирование должны быть проведены задолго до этапа создания физического прототипа.
Виртуальные прототипы позволяют отказаться от физических моделей и обеспечить связь между отдельными подразделениями корпораций, работающих над разными аспектами одной и той же задачи [17]. Также КВТ используются на предприятиях для распространения труднопередаваемых обычными способами представлений, идей и плохо определенных понятий [12].
Автомобильные компании используют КВТ для проектирования конструкции и интерьера автомобиля [9]. Только когда все детали доведены и состыкованы друг с другом, а виртуальные испытания подтверждают заданные аэродинамические и дизайнерские параметры, начинается физическое воплощение машины [10]. КВТ используют в своей работе такие компании, как «Ford Motor» и «Volvo».
Инженеры авиакомпаний используют КВТ для виртуального проектирования. Инженер-оператор, надев стереоскопические очки, с помощью трекбола передвигает детали самолета с места на место, проверяя, удачно ли они сопряжены друг с другом в виртуальном
пространстве. Программное обеспечение способно имитировать столкновение «детали» с «препятствием», поэтому проектировщики отлично чувствуют (по тактильному каналу), когда при сборке части самолета «упираются» одна в другую [12]. Другой пример -это имитация полетов, в рамках которых производится изучение удобства взаимодействия с тем или иным оборудованием кабины пилота [17]. Также КВТ используются для создания в компьютерной виртуальной реальности самолета целиком для демонстрации его виртуальной интерактивной модели потенциальным заказчикам. После прогулки по залу вылета виртуального аэропорта посетитель может подняться на борт виртуального самолета и осмотреть вход, кабину экипажа и кресла пассажиров. Такой подход помогает проектировщикам оценить различные варианты интерьера и отделки, не прибегая к созданию физического макета, и содействует установлению отношений с потенциальными заказчиками [9]. В авиастроении КВТ используют компании «Боинг» и «Аэробус».
КВТ сегодня активно применяются в космических инженерных разработках. В их рамках создается трехмерная компьютерная модель сложной конструкции космического корабля. С ее помощью конструкторы получают возможность опробовать отдельные компоненты космического корабля в нештатных ситуациях. Но самое главное - что КВТ позволяют координировать и проводить совместные разработки различных конструкторских центров, расположенных в разных уголках страны. Совместная деятельность существенно повышает производительность труда конструкторов [18]. В космических инженерных разработках КВТ используют лаборатории американского агентства NASA.
Экономические аспекты разработки и применения КВТ
Использование КВТ выводит на принципиально иной, более высокий уровень многие сферы человеческой деятельности. Поэтому крайне важными являются экономические аспекты, связанные с разработкой и применением КВТ.
По мнению сотрудников лондонской компании «Ovum», занимающихся исследованиями рынка, КВТ вполне способны оставить заметный след в бизнесе.
«При работе с КВТ многим компаниям удалось сэкономить более миллиона долларов благодаря сокращению времени сбыта, уменьшению, по сравнению с использованием CAD-технологий, количества ошибок, повышению эффективности методов работы и
более высокому качеству конечных продуктов», - считает сотрудник компании Джин Лестон [8].
«Оуиш» предсказывала, что рынок продуктов и услуг, связанных с КВТ, к 2001 г. вырастет со 135 млн долл. (объем 1995 г.) до 1 млрд долл., причем совокупный ежегодный рост составит 40%. Этот прогноз, данный на 2001 г., не сбылся, поскольку в то время было осуществлено недостаточное вливание денежных средств в развитие систем виртуальной реальности и их продвижение. Миллиардные доходы в данной сфере возможны сегодня, поскольку вливания в эту сферу исчисляются миллиардами долларов с 2010 г.
Самым быстрорастущим сектором рынка является программное обеспечение, где продажи авторских средств на базе КВТ и исполняемых программ, по предположению «Ovum», должны были увеличиться с 19 млн долл. в 1995 г. до 302 млн долл. в 2001 г. За этот же период объем услуг должен был возрасти с 40 до 276 млн долл.
В отчете «Ovum» отмечается, что КВТ по-прежнему будут использоваться, главным образом, в автоматизации проектирования и в обучении. Но к концу последнего десятилетия второго тысячелетия они должны были найти более широкое применение и в таких сферах, как навигация в базах данных, а также в качестве обеспечения работы трехмерной интерфейсной технологии для программного обеспечения бизнеса и Интернет.
По прогнозам КВТ должны были стать основным инструментальным средством поддержки принятия решений в бизнесе. Сейчас большую часть приложений КВТ представляют собой системы автоматизации проектирования: создание виртуальных прототипов, дизайн, а также архитектурное и инженерное проектирование. На рынке пока доминируют дорогие системы на базе рабочих станций, составляющие 43% рынка деловых программ [8].
Для того чтобы проиллюстрировать тот факт, что КВТ выходят на магистральный путь своего развития, в отчете приводится ссылка на компанию «Computer associates international». Эта компания работала над интерфейсом на основе КВТ для своих инструментальных средств управления системами «Ca-Unicenter», которые предоставляют пользователям возможность визуализировать всю сеть и затем обращаться к любому ее компоненту, спускаясь до уровня материнской платы ПК.
Как отмечается, на долю рынка бизнес-приложений в 1995 г. приходилось 65% общего числа продаж продуктов в области КВТ, однако это процентное соотношение будет меняться в пользу индустрии развлечений [8].
В 2014-2024 гг. основная доля рынка компьютерных виртуальных систем будет приходиться на домашние ЗО-комплексы, стационарные ЗО-кинотеатры и носимые системы дополненной реальности. Доходы от их продаж должны составить десятки миллиардов долларов.
Заключение
Можно утверждать, что в ближайшие несколько лет произойдет значительное уменьшение стоимости КВТ и появятся технические возможности для их совместного использования с сетью нового поколения Интернет-2. В результате КВТ, в число которых входит сеть Интернет-2, получат широкое распространение и станут неотъемлемой частью большинства сфер человеческой деятельности. Это приведет к еще большей глобализации нашей жизни, дистанционной коммуникации и совместной деятельности людей всего мира в рамках единого киберпространства. Массовое применение КВТ, в том числе сети Интернет-2, значительно повлияет на экономические, политические и общественные отношения, а глобальная культура перейдет на новый уровень. Но для того чтобы эта культура была достойна человеческого рода, ее нужно строить на серьезных правовых и высоких моральных принципах.
Литература
1. Ваганов А. Храните информацию в правом полушарии. Интервью с главой российского представительства компании Silicon Graphics (SGI) С.В. Кареловым // НГ - Наука. - М., 2001. - 21 фев. - Режим доступа: http://www.ng.ru/nauka/
2. Виртуальная реальность в действии / Н. Комарков, С. Козлов, И. Шевчук, А. Быстрицкий. - Режим доступа: http://www.ixbt.com/peripheral/virtuality.html
3. Гергиев: Мариинка должна задавать тон мировым тенденциям SD-трансляций // РИА Новости. - 2010. - 20 мая. - Режим доступа: http://ria.ru/culture/20100520/ 236440467.html
4. Голова М. Disney и Discovery запускают SD-телевидение // Infox.ru. - 2010. -6 янв. - Режим доступа: http://www.infox.ru/hi-tech/tech/2010/01/06/Disney_i_ Discovery_z.phtml
5. Знаменская Т. Параллельный мир, или Цифровое зазеркалье. - М.: SGI, 1996. -16 с.
6. Ильюшин А.В., Инвалев А.С., Кирьяков К.Р. Виртуальная реальность и сте-реографика // Технологии виртуальной реальности. Состояние и тенденции развития / Под ред. Н.А. Носова. - М.: ИТАР-ТАСС, 1996. - С. 117-130.
7. Колымба И. Виртуальная реальность в психотерапии. - Режим доступа: http:// marks.on.ufanet.ru/PSY/AVS2.HTM
8. Кондон Р. Бизнес интересуется виртуальной реальностью // Computerworld Россия. - М., 1996. - № 29. - Режим доступа: http://www.osp.ru/cw/1996/29/ 13203/
9. Кондратьев И. Технология - виртуальная, результат - реальный // Computerworld Россия. - М., 1997. - № 35. - Режим доступа: http://www.osp.ru/cw/ 1997/35/23625/
10. Курило А. Виртуальная реальность. Где? Как? Когда? // Мир ПК. - М., 1998. -№ 3. - Режим доступа: http://www.osp.ru/pcworld/1998/03/158746/
11. Ланир Ж. Вы не гаджет. - М.: Астрель, 2011. -320 с.
12. Литвинцева Л.В., Налитов С. Д., Тарасов В.Б. Технологии виртуальной реальности: Состояние, применения, перспективы // Технологии виртуальной реальности. Состояние и тенденции развития / Под ред. Н. А. Носова. - М.: ИТАР-ТАСС, 1996. - С. 87-106.
13. Мехед Н.Г., Юхвид А.В. Виртуальная реальность и проблемы национальной безопасности // Аналитический вестник Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации. - М., 2001. - № 7. - C. 48-50.
14. Мирер П. Пресса третьего измерения. Вышла первая в Европе 3D газета. -Режим доступа: http://www.mediaport.ua/news/world/69714
15. Основные рынки SGI. - М.: SGI, 1999. - 7 с.
16. Основы концепции центров принятия стратегических решений. - М.: SGI, 2000. - 8 с.
17. Прохоров А. Реальность о виртуальной реальности. - М.: SGI, 1997. - 12 с.
18. Хэррелд Х. Конструкторов объединяет компьютерная сеть // Computerworld Россия. - М., 1997. - № 35. - Режим доступа: http://www.osp.ru/cw/1997/35/ 23625/
19. 3D-телевидение: Открыт российский канал цифрового спутникового 3D-веща-ния. - Режим доступа: http://www.thg.ru/technews/20100203_190900.html
20. A virtual cockpit for a distributed interactive simulation / W.D. McCarty, S. Sheasby, P. Amburn, M.R. Stytz, C. Switzer // IEEE computer graphics and applications. -L.A., 1994. - Jan. - P. 49-54.
21. Gertz M.W., Stewart D.B., Khosla P.K. A human-machine interface or distributed virtual laboratories // Robotics & automation magazine, IEEE. - 1994. - Vol. 1. -N 4. - P. 5-13. - Mode of access: http://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp? newsearch=true&queryText=Gertz+M.W.%2C+Stewart+D.B.%2C+Khosla+P.K.+ A+human-machine+interface+or+distributed+virtual+laboratories
22. Hamit F. Virtual reality and the exploration of cyberspace. - N.Y.: Carmel Indiana sams publishing, 1993. - 449 p.
23. Sims D. Multimedia camp improves disabled kids // IEEE Computer Graphics and Applications. - L.A., 1994. - Jan. - P. 13-15.
