Основные методы создания эффекта присутствия при помощи вычислительной техники

Основные методы создания эффекта присутствия при помощи вычислительной техники

Задача графического движка — создание эффекта присутствия в виртуальном мире. Обычно большую часть информации о мире человек получает при помощи зрения, поэтому основной вклад в создание эффекта присутствия дает компьютерная графика.

Сложно объяснить, что такое эффект присутствия в Дум-образной игре человеку, никогда его не испытывавшему. Многие игроки говорят, что сливаются с персонажем в одно целое через полчаса игры. Игрок остается человеком, но вокруг него не комната, а совсем другой мир. Он точно так же его ощущает, как всю свою неигровую жизнь — реальный мир.

Помимо компьютера, есть другие способы создания эффекта присутствия в виртуальном мире. Их так много, что в некоторых странах они стали национальным бедствием. Сегодня уход из реального мира при помощи синтетических или натуральных веществ — серьезное нарушение законов большинства развитых государств. Возможно, компьютерные игры существуют только потому, что никто не ждал угрозы дереализации сознания именно со стороны компьютеров. Компьютерная иллюзия меньше разрушает человеческий организм, хотя вред от повышенной нагрузки на глаза и малоподвижного образа жизни вполне очевиден. Она более управляема — игрок в любой момент может отвернуться от монитора или просто закрыть глаза.

Первоначально в компьютерной индустрии эффект присутствия создавался при помощи раздельной подачи синтезированного телевизионного изображения на каждый глаз человека. Первым применил этот метод на практике американский предприниматель Джарон Ланье, создав в 1984 в Силиконовой долине «Visual Programming Language Research, Inc» [37]. Это предприятие разработало ключевые технические компоненты метода: «перчатку», «шлем виртуальной реальности» и необходимое программное обеспечение. Само понятие «виртуальная реальность» первым ввел Ланье.

После того как шлем надет и система виртуальной реальности включена, специальный датчик отслеживает положение головы игрока. Компьютер на основе этих данных синтезирует картину виртуального мира, видимую именно с этой точки виртуального пространства и именно под такими углами зрения. Два телевизора на шлеме (по одному на каждый глаз) показывают эти изображения человеку. Если он повернет голову — компьютер построит новую картину мира. Первый комплект, обеспечивающий присутствие на чаепитии у Безумного Шляпника в «Приключениях Алисы», стоил больше миллиона долларов.

Виртуальная реальность применяется в разных областях промышленности. С помощью этой технологии американские астронавты обучались управлять манипулятором грузовой кабины «Space Shuttle». В земных условиях построить иной тренажер нельзя. Можно имитировать невесомость в бассейне, но тогда движения манипулятора и перемещаемого объекта будут испытывать значительное влияние вязкости воды. Полученный навык будет неприменим в условиях реального космического полета. В виртуальной же реальности поведение образа манипулятора зависит только от программы (рис. 2).

Рис. 2

В конце 1998 года упрощенный вариант этого устройства предлагала американская компания Metabyte, Inc. [4] Оно называется «Стереоочки Wicked3D eyeScream». Через эти очки пользователь должен смотреть на свой монитор. Стекла очков поочередно становятся непрозрачными за счет эффекта поляризации нанесенной на них полимерной пленки. Очки как бы закрывают попеременно то один, то другой глаз, в то время как на мониторе поочередно демонстрируются картинки для левого и правого глаза. Плоский экран кажется объемным.

Еще до "виртуальной реальности" было много попыток использовать стереоизображение в телевидении или кинематографе, но в силу особенностей человеческого зрения они не привели к росту эффекта присутствия и оказались невостребованными. Если сопоставить угловое разрешение сетчатки, ограниченное размерами составляющих ее клеток (они называются «колбочки» и "палочки"), и расстояние между глазами, то выясняется, что человек видит мир плоским уже в трех-четырех метрах от своего лица. Как только объект удаляется, различия в его проекциях на сетчатку обоих глаз становятся меньше размеров клеток-фоторецепторов. Оптическое различие по-прежнему существует, но изменить состояние сетчатки оно уже не в состоянии, поэтому человек его не видит. Вклад стереозрения в «объемность» видимого мира невелик. У него другая роль — повышать четкость изображения, увеличивать угол обзора и компенсировать слепое пятно каждого глаза. («Слепое пятно» — место на сетчатке, где из глаза выходит зрительный нерв, здесь зрительное восприятие внешнего мира отсутствует). Большую часть реального мира человек всегда видит плоской. По этой причине для создания эффекта присутствия в виртуальном мире достаточно обычного монитора.

До Дум-образных игр игрок наблюдал за перемещением персонажа со стороны. Слить игрока и персонаж в одно целое и таким образом резко увеличить эффект присутствия удалось за счет систематического использования психологических методов. Другой науки, изучающей процесс построения образа мира в человеческой душе, просто не существует, «…только та часть искусства, которая охватывает процесс художественного образотворчества, может быть предметом психологии…» [26]. Больше всего применяется в Дум-образных играх «Экологический подход к зрительному восприятию» американского психолога Джеймса Гибсона [6].

Исходная точка этой теории — роль зрения в естественном отборе. Почему оно возникло и существует? Потому что повышает приспособляемость: у слепого меньше шансов выжить. В чем уникальность зрения? Оно дает возможность на расстоянии «ощупывать» и «пробовать» предметы и среду, не вступая с ними в непосредственный контакт.

Чем лучше зрение, тем раньше человек заметит хищника и быстрее найдет укрытие, тем вернее оценит надежность опоры под ногой или шансы преодолеть преграду — стену или пропасть. Там, где визуальная информация не влияет на выживание (с точки зрения сотен тысячелетий эволюционного опыта), возможны иллюзии: расстояние до Луны оценивается «на глаз» как сто-двести метров, «свинцовые» облака без всякой опоры висят в воздухе, а параллельные рельсы пересекаются у горизонта.

Человек постоянно сканирует среду в поисках новой информации. Световой поток на сетчатке постоянно меняется. Как только в форме границ световых пятен, в соотношении их цветов, яркости и контрастности мозг опознает уже виденное — в субъективной картине мира появляется еще один образ. Совокупность его признаков называется «инвариант». Например, инвариант неба — текстура с размытым рисунком, неподвижная при продольных и поперечных перемещениях, но поворачивающаяся вместе с поворотом головы. Цвет не важен.

Инвариант объема пространства — степень «посинения» удаленных объектов: их цвет изменяет воздух и содержащаяся в нем пыль. Когда горожане попадают в горы, где воздух разрежен, а пыли почти нет, этот инвариант приводит к ошибке: все кажется ближе, чем на самом деле. Обычно важные для выживания инварианты дублируют друг друга, поэтому взрослый человек в привычной для него среде редко ошибается. В Дум-образной игре на экране удаленные предметы синеют точно так же, как и в реальном мире. В старых играх всего 3–4 градации «подсинивания», они пересекают горизонтальными полосами весь экран ("DOOM II"). Предметы в игре исчезают и появляются ниоткуда — так вода в реальной луже пропадает на глазах (пар невидим).

Инвариант присутствия (где-либо) — кончик носа. В реальном мире нос всегда в поле зрения человека. Относительно него, вернее, расплывчатого пятна, которым он представлен, определяются все движения внешнего мира. Как только игрок готов принять кончик ствола на экране компьютера за этот инвариант — он попадает в мир Дум-образной игры.

Образ мира человек строит в ходе своего взаимодействия с ним. Он редко на что смотрит неподвижно, обычно в разглядывании участвует все тело: подходит ближе, отходит дальше, наклоняет голову, поворачивает предмет в руках. В "Виртуальной реальности" изменять точку зрения позволяют движения шлема и перчатки-указателя, в Дум-образной игре — работа с «мышью» и клавиатурой. Мощность эффекта присутствия зависит от готовности игрока создать образ и от того, насколько предложенный материал позволяет это сделать (менять точку зрения, пока не будет обнаружен инвариант). Многое из того, что видит игрок, может увидеть только искренне желающий увидеть именно это. Реалистичность образа в игре во многом зависит от того, насколько художнику удается правильно подобрать для него инвариант. Особенно это касается сложных объектов — таких, например, как пламя огня или поверхность воды.