Компьютерная виртуальная реальность: границы искусственно созданных миров

КОМПЬЮТЕРНАЯ ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ: ГРАНИЦЫ ИСКУССТВЕННО СОЗДАННЫХ МИРОВ

В.О. Саяпин

Sayapin V.O. Computer virtual reality: the limits of the artificial worlds. The article is dedicated to the very popular, widely debated nowadays problem of the virtual artificial worlds. The author investigates the issues connected with the explanation of the computer virtual reality, the mechanism of its formation, the possible limits of its existence and the attitude of a human being to this reality.

Мир образов окружает каждого из нас буквально с первых минут сознательной жизни. Мы смотрим на стол и видим синюю чашку. Мы видим синий предмет, имеющий форму чашки. Весь вопрос заключается в том, что понятия, на которых мы основываемся, не относятся только к той материальной среде, к которой мы относим предмет «чашка», поскольку не существует материального (физического) понятия «цвет» и понятия «форма». Эти понятия не относятся к материальной среде как к таковой, они относятся к нашему сознанию и его способности организовывать и распределять полученную информацию по категориям.

Следовательно, мы действуем, руководствуясь информацией, которую нам предоставляют образы; мы мыслим образами; образы не оставляют нас даже во сне. Весь процесс мышления, памяти и восприятия использует образы. Как результат, процесс жизни нашего сознания в этом мире приводит к обмену образами с внешним миром. Информация, содержащаяся в образах, необходима человеку не менее чем воздух, которым он дышит. Ведь ошибка в интерпретации образов даже при таком элементарном повседневном действии, как переход оживленной городской улицы, таит в себе угрозу фатального исхода.

К сожалению, образы существуют мгновения, вместе с тем, очень часто необходимо изучить какой-нибудь из них более внимательно, иногда еще и привлекая к его исследованию одновременно многих наблюдателей.

По-видимому, именно по этой причине уже на первых этапах трансформации в разумное существо человек стал предпринимать попытки создания системы памяти для долговременного хранения образов. Изображения на стенах пещер, петроглифы на ска-

лах, а также культовые скульптурки живо свидетельствуют о том, что эти попытки не были бесплодными. То есть мы пытаемся перенести, выразить образы нашего сознания в материальную среду - мы пытаемся воплотить наши идеи в реальность. Пытаясь создать или изменить вещь в материальной среде мы стремились сделать ее образ похожим на тот, который мы хотим получить. Мы пытаемся сделать так, чтобы образ, порождаемый этой вещью в нашем сознании, совпадал (точнее, только стремился к совпадению -полное совпадение, как и все идеальное, просто невозможно) с тем образом - образцом, который мы хотим достичь. Так, в частности, уже доисторические пещерные рисунки давали зрителю некоторое ощущение того, что он видит, например, животных, которых на самом деле там не было. Сегодня мы можем осуществить это более точно, используя фильмы и звукозапись, хотя и не настолько точно, чтобы имитируемые образы можно было перепутать с оригиналом.

Процесс общения как таковой тоже является процессом передачи образа - передачи его из нашего сознания в физическую среду, мы выражаем данный образ голосом, жестикуляцией, мимикой, любым действием, которое относится к физическому пространству. Собеседник, в свою очередь, пытается понять то, что мы ему сообщаем, то есть воссоздать в своем сознании те же самые образы.

Итак, в целом процесс восприятия образа предмета можно представить в виде цепочки последовательных событий, в каждом из звеньев которой информация об этом предмете зашифрована своим, сугубо специфическим способом. Для того чтобы некоторый предмет был воспринят, необходимо совершить в отношении его какую-либо встреч-

ную активность, направленную на его исследование, построение и уточнения образа. На самом предмете его образу соответствует определенное колебание электронов атомов, из которых он составлен; в пространстве между предметом и глазом образу соответствует световое поле с определенной структурой волны; на сетчатке глаза наблюдателя образ зашифрован в определенной конфигурации рецепторов света; в коре головного мозга - в виде некоторой системы возбужденных нейронов. Обобщая полученную таким образом информацию, мозг при помощи воображения объективирует созданный идеальный образ предмета. В идеальном образе предмета соединяются воедино два момента: материальное начало (то есть репрезентант материальной реальности) и индивидуально-личностный момент (то есть внутренний мир субъекта, складывающийся из особенностей лично -стного развития - генетических задатков, способностей и т. п. - и той социальной и культурной среды, в которую индивид погружен). Идеальное становится неким новым, третьим явлением, заключающем в себе в снятом виде объективное и субъективное начала. Именно так формируется коммуникативно-когнитивное пространство - реальность (константная - привычная, нормальная или виртуальная - экстраординарная), смысловое поле способов бытия человека, форм его деятельности, которая не существует вне субъекта, взаимодействующего с объектом. «Как нельзя отделить зрение от зрящего, также реальность нельзя отделить от того, кто ее испытывает» [1].

Существенная особенность цепочки событий, связанная с восприятием образа, заключается в том, что информация передается по этой цепочке последовательно от одного звена к другому: от предмета действительности к световому полю, от светового поля к сетчатке, от сетчатки к нейронам мозга. Нетрудно понять, что такой способ передачи информации об объекте допускает возможность воссоздания образа без участия самого объекта - очевидно, что для этого достаточно воспроизвести в одном из звеньев упомянутой цепочки сигналы аналогично тем, которые создает в этом звене объект. Поскольку повседневный опыт убеждает нас в надежности такой информации, вся она в целом дает уверенность в реальном присутствии объек-

та. Именно на воспроизведении раздражений, исходящих от физической среды, в которых собственно и заключена информация о ней, и основан механизм воссоздания образов (формирование реальности) с помощью компьютера или других технических устройств, которые по своей сути также являются физически возможной средой.

Отсюда, к компьютерной виртуальной реальности можно отнести любую ситуацию, когда искусственно создается ощущение пребывания человека в определенной среде, задаваемой с помощью компьютера. Причем эта среда может быть как некоторая имитация чего-либо существующего в обычном мире, так и модель, построенная в соответствии с какой-либо научной теорией или фантастическим произведением или просто наглядное представление какого-либо типа данных

Каковы же наивысшие границы компьютерной виртуальной реальности, если таковые имеются? Какую окружающую среду, игнорируя преходящие ограничения технологии, но, принимая во внимание все ограничения, которые могут наложить принципы логики и физики, можно искусственно получить и с какой точностью?

Компьютер дает пользователю ощущение какой-то реальной или вымышленной окружающей среды (например, автомобиля), которая находится, или кажется, что находится, вне разума пользователя, создает у него внешние ощущения. Внешние ощущения должны противопоставляться внутренним ощущениям, как-то: нервозность при первой поездке или удивление при внезапном появлении грозы на ясном голубом небе. Компьютер становится косвенной причиной появления у пользователя как внутренних, так и внешних ощущений, но его невозможно запрограммировать так, чтобы он обеспечивал точно определенные внутренние ощущения. Например, водитель, который совершает почти одну и ту же поездку на тренажере дважды, получит в обоих случаях примерно одни и те же внешние ощущения, но во второй раз он, возможно, меньше удивится появлению грозы. Возможно, во второй раз водитель также по-другому отреагирует на появление грозы, что, в свою очередь, изменит последующие внешние ощущения. Но дело в том, что хотя и можно запрограмми-

ровать машину на появление грозы в поле зрения водителя, когда это желательно, невозможно запрограммировать желаемую ответную реакцию водителя, хотя уже существуют определенные наркотические средства, с помощью которых можно вызвать точно внутренние и внешние ощущения (например, настроения, в будущем этот диапазон, несомненно, расширится). Но компьютеру, способному точно вызывать определенные внутренние ощущения, в общем пришлось бы иметь возможность доминировать над нормальным функционированием как разума, так и чувств пользователя. Другими словами, он замещал бы пользователя другим человеком. Это свойство помещало бы такие компьютеры в категорию, отличную от сегодняшних компьютеров. Для них потребуется совсем другая технология, они поднимут совсем другие философские проблемы, связанные с существованием искусственного субъекта.

Еще один вид ощущений, которые нельзя передать искусственно, - это логически невозможные ощущения. Автомобильный тренажер может создать ощущение физически неосуществимой поездки сквозь гору. Но не один современный компьютер не сможет создать ощущение бессознательности, поскольку, когда человек находится в бессознательном состоянии, он по определению ничего не испытывает. Состояние, когда человек ничего не испытывает, отличается от состояния, когда человек испытывает полное отсутствие ощущений, - сенсорная изоляция, -которая, безусловно, является физически осуществимой средой. Например, человек в сурдокамере начинает слышать некие «таинственные» шумы или голоса (сенсорная депривация), а человек, находящийся в шумном помещении, через некоторое время перестает воспринимать фоновый шум.

Сегодня существуют различные способы улучшения передачи образов, например, использование матриц (экранов) с более высоким разрешением. Но возможно ли, хотя бы в принципе, передать реальный автомобиль и его среду в высшей степени подробно, то есть с максимальными подробностями, которые могут воспринять чувства водителя? Для слуха и зрения сегодня это не составляет большой сложности, а вот для других чувств могут возникнуть затруднения. Возможно ли физически построить универсальный хими-

ческий завод, который сможет производить любую точно определенную комбинацию миллионов различных ароматических веществ в одно мгновение? Или создать устройство, которое, будучи помещенным в рот человека, сможет передать вкус и состав любого возможного продукта, не говоря уже о создании чувств голода и жажды, предшествующих приему пищи, и последующего физического удовлетворения? Голод, жажда и другие ощущения, например равновесие и напряжение мускулов, воспринимаются как внутренние по отношению к телу, но они являются наружными по отношению к разуму и потому потенциально относятся к сфере виртуальной реальности. Сложность при создании таких устройств может заключаться просто в технологии.

В общей формулировке задача заключается в следующем. Для доминирования над обычным функционированием органов чувств мы должны посылать им такие ощущения, которые произвела бы имитируемая среда. Мы также должны перехватывать и подавлять ощущения, произведенные действительной средой, окружающей пользователя. Но такие манипуляции с ощущениями представляют собой физические операции, которые можно осуществить только при помощи процессов, имеющихся в реальном физическом мире.

В конце концов, станет возможным обойти все органы чувств и оказать непосредственное воздействие на нейроны головного мозга. Как только мы поймем органы чувств настолько, чтобы расшифровать код сигналов, которые они посылают в мозг при обнаружении ощущений, компьютер, должным образом подсоединенный к соответствующим нейронам, сможет посылать в мозг те же самые сигналы. Тогда мозг сможет воспринять ощущения без соответствующих раздражителей. И, конечно, не нужны будут ни мониторы, ни динамики.

Таким образом, законы физики не накладывают ни малейшего ограничения на диапазон и точность создания образов. Не существует возможного ощущения или ряда ощущений, присущих людям, которые, в принципе, невозможно было бы передать искусственно.

Итак, как только мы расшифруем коды, используемые нашими органами чувств, нау-

чимся искусственно генерировать сигналы нервов настолько точно, чтобы мозг не мог уловить разницу между искусственными сигналами и сигналами, посылаемыми нашими органами чувств, станет возможным создать универсальную машину, способную передавать любые возможные ощущения.

Кроме того, в процессе порождения виртуальной реальности участвует и сам человек, мозг которого иногда достраивает, «додумывает» за него те или иные фрагменты реальности. Известно, например, что «многим наблюдателям изображение, восстановленное отражательной монохромной голограммой, кажется немного окрашенным в естественные тона. Например, у изображения кинжала клинок определенно кажется более серебристым, чем золотая рукоять. Этот интересный эффект, скорее всего, обусловлен тем, что мозг корректирует изображение на основе данных предыдущего жизненного опыта» [2, 3]. Интересные феномены, ярко иллюстрирующие работу нашего сознания по достраиванию реальности, внешнего мира, приводит и Ж. Ланье. Он указывает, что иногда человеку кажется, что он осязает виртуальные объекты, даже когда технологически симуляция тактильных ощущений не производится. «Иногда виртуальная реальность работает лучше, чем она должна работать, -отмечает Ж. Ланье, - потому что мозг хочет, чтобы реальность выглядела хорошо» [4].

Но формирование максимально приближенных к реальности образов - это всего лишь одна составляющая компьютерной виртуальной реальности: существует еще и крайне важный интерактивный элемент, то есть возможность активного двунаправленного взаимодействия с искусственной средой. Именно это свойство качественно отличает компьютерную виртуальную реальность от большинства традиционных жанров искусства, и его, как и компьютерную виртуальную реальность, можно рассматривать как специфическую технику создания и трансляции виртуальных миров.

Поэтому компьютерную систему виртуальной реальности можно посчитать генератором среды, образы которой определяются не полностью в самом начале, а частично зависят от действий пользователя. Такая система не формирует для пользователя заранее определенную последовательность образов,

как это произошло бы при просмотре фильма. Она создает эти образы по пути, учитывая непрерывный поток информации о действиях пользователя. Современные системы виртуальной реальности, например, следят за положением головы пользователя, используя сенсоры движения. В конечном счете им приходится следить за всеми действиями пользователя, которые могут повлиять на субъективный внешний вид имитируемой среды. Эта среда может состоять из собственного тела пользователя: поскольку тело находится вне разума, описание среды виртуальной реальности вполне может включать требование, согласно которому тело пользователя должно казаться замещенным новым телом с определенными свойствами.

Человеческий разум воздействует на тело и на внешний мир, испуская нервные импульсы. Следовательно, система виртуальной реальности, в принципе, может получить всю необходимую информацию о действиях пользователя, воспринимая нервные сигналы, выходящие из мозга пользователя. Эти сигналы, вместо того чтобы попасть в тело пользователя, могут быть переданы компьютеру и расшифрованы с целью точного определения следующего движения тела пользователя. Сигналы, которые компьютер отправляет обратно в мозг, могут быть подобны сигналам, которые послало бы тело, если бы находилось в этой точно определенной среде. Виртуальное тело могло бы реагировать отлично от реального, если бы этого потребовало определение, например, оно смогло бы выжить в виртуальной среде, которая убила бы реальное человеческое тело, или имитировать неправильное функционирование тела.

Однако при взаимодействии человека с внешним миром помимо испускания и получения нервных импульсов к тому же проходят в обоих направлениях химические сообщения. В принципе, эти сообщения тоже можно перехватить и заместить в некоторой точке между мозгом и остальным телом. Таким образом, пользователь останется неподвижным, подсоединенным к компьютеру, но у него возникнет ощущение полного взаимодействия с виртуальным миром - реальной жизни в этом мире. Несмотря на то, что такая технология - дело будущего, идея о ней возникла еще в начале XVII в., когда Декарт

рассматривал философские следствия манипулирующего чувствами «демона», который, по сути, был системой виртуальной реальности, со сверхъестественным разумом, заменявшим компьютер. Декарт призывал не доверять чувствам, важный элемент его рационалистической методологии - интеллектуальная очистка чувственного восприятия, а идеал - полная элиминация тела из процесса познания: «Без сомнения, все, что я до сих пор принимал за самое истинное, было воспринято мною или от чувств, или через посредство чувств; а между тем я иногда замечал, что они нас обманывают, благоразумие же требует никогда не доверяться полностью тому, что хоть однажды ввело нас в заблуждение» [5].

Итак, ясно, что любая система виртуальной реальности должна иметь, по крайне мере, три главных составляющих:

1) набор сенсоров (которыми могут быть детекторы нервных импульсов), чтобы узнать о действиях пользователя;

2) набор генераторов сигналов (в роли которых могут выступить приборы стимуляции нейронов);

3) управляющий компьютер.

Первые два компонента системы виртуальной реальности просто-напросто обеспечивают интерфейс (коммуникацию, контакт) -«соединительный кабель» - между пользователем и компьютером. Однако виртуальная среда создается не только при помощи компьютера, но и пользователя, без сознания которого виртуальная реальность, безусловно, не возникнет. При этом компьютер обеспечивает сложную и независимую «ответную реакцию» на действия пользователя. Соединительный кабель (коммуникация, контакт) ничего не вносит в среду, воспринимаемую пользователем, с точки зрения пользователя он «прозрачен» в той же степени, в какой пользователь не считает свои собственные нервы частью окружающей его среды. То есть связи действительно происходящего оказываются снятыми в ней.

Компьютер является основным элементом систем виртуальной реальности, поэтому основное внимание технологии виртуальной реальности сдвинется раз и навсегда к компьютеру, к задаче его программирования для передачи различных сред пользователю. Какие среды мы сможем передавать уже будет

зависеть не от того, какие сенсоры и генераторы сигналов мы сможем построить, а от того, какие среды мы сможем точно определить. «Точное определение» среды будет означать наличие программы для компьютера.

Точное определение среды виртуальной реальности означает не определение того, что должен ощущать пользователь, а скорее определение того, как среда должна отреагировать на каждое возможное действие пользователя. Например, при виртуальной игре в футбол заранее можно определить внешний вид стадиона, погоду, поведение публики и уровень игры противников. Но ход игры не определяют: он зависит от множества решений, принимаемых пользователем во время игры. Каждый набор решений приведет к различным реакциям виртуальной среды и, следовательно, к различным вариантам игры. Чтобы программа точно передала одну среду, она должна иметь возможность реагировать на любой из несметного количества заметно отличающихся сценарных вариантов в зависимости от поведения пользователя. Передаваемая среда точна настолько, насколько она способна отреагировать предполагаемым образом на каждое возможное действие пользователя. Таким образом, ее точность зависит не только от ощущений, действительно возникающих у пользователей, но и от ощущений, которые у них не возникают, но возникли бы, поведи они себя иначе во время передачи. Все это прямое следствие того, что виртуальная реальность, как и сама реальность, интерактивна.

Пользователь, в принципе, может почувствовать, измерить и констатировать точность передачи образов системой виртуальной реальности, но не точность передачи самой виртуальной реальности. Например, если мы достаточно хорошо знаете определенное музыкальное произведение, мы можете послушать его исполнение и подтвердить совершенно точную его передачу, в принципе, вплоть до последней ноты, выражения, динамики и т. п. Но если мы играем в футбол, и в совершенстве знаем какой-то конкретный стадион, мы все равно не сможете подтвердить абсолютную точность вышеназванной передачи. Даже если мы сможете исследовать виртуальный стадион сколь угодно долго и «воздействовать» на него всевозможными способами, мы не сможем

даже констатировать, что программа действительно передала его реальное расположение. Дело в том, что мы не можем знать, что произошло бы, если бы мы исследовали его чуточку дольше или вовремя оглянулись.

С другой стороны, если мы обнаружим хотя бы одно отличие между виртуальной и реальной средой, мы смогли бы немедленно заявить о неточной передаче, если только виртуальной среде не присущи некоторые умственно непредсказуемые черты. Но это предполагает, что передача в виртуальной среде не должна вести себя идентично оригиналу. Кроме того, передача не должна вести себя одинаково каждый раз, когда ее осуществляют. Совершенно переданная среда должна быть столь непредсказуема (вероятна), сколь и реальная. Это онтологическое основание можно сформулировать так: «будущее не полностью содержится в настоящем».

Действительно, существует четко определенное понятие точности передачи виртуальной реальности: точность - это близость (в пределах восприятия) передаваемой среды к той, которую необходимо передать. Но эта точность должна быть близка при каждом возможном варианте поведения пользователя, поэтому каким бы наблюдательным ни был человек, находящийся в виртуальной среде, он не сможет констатировать ее точность (или вероятную точность). Но ощущение иногда может показать неточность (или вероятную неточность) передачи.

А как же быть с передачей физически невозможных сред? Рассмотрим систему виртуальной реальности в процессе передачи физически невозможной среды. Это может быть автомобильный тренажер, скорость передвижения на котором превышает скорость света. Но автомобильный тренажер - это физический объект, окружающий пользователя, и в этом смысле он сам является средой, которую ощущает пользователь. Давайте рассмотрим эту среду. Ясно, что эта среда физически возможна. Поддается ли такая среда передаче? Безусловно. В действительности, ее на редкость легко передать: достаточно просто использовать второй тренажер той же конструкции, работающий по идентичной программе. При таких обстоятельствах второй автомобильный тренажер можно считать передающим либо физически невозможный автомобиль, либо физически возможную

среду, то есть первый автомобильный тренажер. Подобным образом первый автомобильный тренажер можно рассмотреть как передающий физически возможную среду, то есть второй автомобильный тренажер. Если допустить, что любая система виртуальной реальности, которую можно построить, можно, в принципе, построить и еще раз; то из этого следует, что каждая система виртуальной реальности, работающая по любой программе, передает какую-то физически возможную среду. Она может передавать и другие вещи, включая физически невозможные среды, но, в частности, всегда есть некая физически возможная среда, репрезентирующая информацию в виде физических сигналов пользователю.

Мы считаем одни передачи в виртуальной реальности описывающими факт, а другие - описывающими вымысел, но вымысел -это всегда интерпретация в разуме наблюдателя. В виртуальной реальности не существует такой среды, которую пользователь вынужден был бы интерпретировать как физически невозможную. По своему выбору мы могли бы передавать некоторую среду как предсказанную какими-то «законами физики», отличными от истинных. Мы могли бы это сделать ради тренировки, развлечения или аппроксимации, потому что осуществить истинную передачу слишком сложно или слишком дорого. Но что касается самой передачи пользователю, всегда существует альтернативная интерпретация: эта передача точно описывает какую-то физически возможную среду.

1. Мордвинцева Л.И. Измененные состояния сознания: современные исследования. М., 1995. С. 41.

2. Денисюк Ю.Н. // Наука и человечество. 1982.

3. Доступно и точно о главном в мировой науке. Международный ежегодник / редкол.: А. А. Логунов и др. М., 1982. С. 312.

4. Conn C. Lanier J., Minsky M., Fisher S., Druin A. Virtual Environments and Interactivity: Windows to the Future. Режим доступа: http://www.siggraph.org/publications/panels/ siggraph89/po1.html. Загл. с экрана.

5. Декарт Р. // Соч.: в 2 т. М., 1994. Т. 2. С. 3-72.

Поступила в редакцию 10.03.2006 г.