Андреас Шменк - Мультимедиа и виртуальные миры

В таких консолях уже сегодня можно перенестись в виртуальные миры. Они помогают путешественникам во времени удерживаться на ногах при передвижении в искусственном мире.

Какое оснащение понадобится вам для того, чтобы попасть в виртуальный мир? Прежде всего электронный шлем-дисплей с двумя небольшими, экранами (по одному на каждый глаз), формирующими трехмерное изображение, наушниками, датчиком, сообщающим компьютеру о движениях головы (компьютер отслеживает таким образом положение вашей головы и подставляет соответствующее изображение: если вы смотрите вверх, вы видите виртуальное небо, если вниз — виртуальную землю). Кроме того, вам потребуются ручное устройство ввода для управления движением в виртуальном пространстве и информационная перчатка — она устанавливает связь между перемещением тела или по крайней мере движениями рук и компьютером.

Электронный костюм для виртуального бокса. Специальные датчики имитируют ощущение удара.

В информационной перчатке датчики создают виртуальное осязание — ощущение прикосновения руки к предмету: вы словно на самом деле гладите кошку, чувствуя ее мягкую шерсть, или держите фарфоровую чашку с холодным соком, с трудом открываете тяжелую деревянную дверь, чувствуя ее сопротивление.

Информационная перчатка. Ею можно манипулировать объектами в виртуальном мире, трогать их и даже ощущать их прикосновение.

В настоящее время ни один компьютер не может создать искусственный мир, в котором вы будто наяву увидите битву динозавров на фоне флоры и фауны доисторического времени. Важнейшее условие хорошей системы виртуальной реальности — качественный управляющий компьютер.

Современная модель электронного шлема с электронными очками, изготовленными по новейшим технологиям.

Требования, предъявляемые к нему, очень высоки, а возможности современных компьютеров пока еще им не соответствуют. Летные тренажеры, на которых пилоты учатся управлять самолетами, еще нельзя в полной мере назвать средствами виртуальной реальности. В них используются быстродействующие компьютеры, но представление об окружающем мире ограничивается небольшим числом признаков — взлетными полосами, зданием аэропорта, холмами, деревьями и другими самолетами. Для подготовки пилотов этого вполне достаточно: главное — правильно воссоздать расположение взлетных полос и помехи, которые могут создать трудности в полете, а не добиться четкости изображения, скажем, автомобиля, припаркованного у здания аэропорта.

Виртуальное помещение (в данном случае лестничный марш и кабинет) появляется в результате поэтапного проектирования. Программист-дизайнер конструирует отдельные предметы обстановки, которые в конце концов будут скомбинированы в единую виртуальную комнату.

Чтобы у вас создалось ощущение, что вы на самом деле попали в виртуальный мир, каждая отдельная сцена и каждый его отдельный предмет должны быть соответствующим образом продуманы и спроектированы. Чем больше составляющих предмет элементов, тем выше требования, предъявляемые к скорости вычисления компьютера.

Создание всего лишь одной комнаты, такой, например, как на рисунке, — с окнами, шторами, мебелью, люстрой и кафельным полом, — дело кропотливое.

Прежде всего программист-дизайнер определяет, что и где будет находиться в помещении, а затем начинает конструировать на компьютере каждую отдельную деталь, работая скорее как столяр, чем как чертежник. Так, чтобы «построить» стол, он сначала отдельно «изготовит» столешницу, потом ножки и боковины, а затем соберет все вместе. Так же, деталь за деталью, обозначая их пока контурными линиями, он создаст и другие предметы мебели (выполненная контурными линиями модель называется сеточной).

Только теперь, когда все готово, он обставит виртуальную комнату на экране.

На следующем этапе дизайнер определяет, какого цвета будут комната (ее стены, пол, потолок, двери и т. д.) и мебель и из каких материалов будут сделаны все предметы. Он выбирает бумажные обои, шелковую ткань для штор, желтый металл и матовое стекло для люстры, рисунок древесины — ему нужно решить, из чего будет стол — из дуба или березы, покрытие пола — линолеум, паркет, скажем, из дуба или бука либо кафель. На основе этих данных компьютер раскрасит и сделает «настоящим» все, что было прежде обозначено контурными линиями.

Специалисты называют эту стадию визуализацией (еще они употребляют такие слова, как рендеринг, заполнение, оживление, фактуризация ). Далее переходят к освещению.

Прежде всего нужно уточнить, где находится источник света, как далеко и в каком направлении распространяются его лучи. Например, свет настольной лампы расходится широким конусом, а всю комнату освещают лучи солнца, проникающие через окна.

Чем более реальным должно быть изображение, тем больше времени уйдет у компьютера на обработку данных. Особенно долго рассчитываются световые эффекты вроде бликов на поверхностях и прозрачность элементов. Один из наиболее часто применяемых методов — трассировка лучей. При этом компьютер обсчитывает каждый отдельный световой луч: как он проходит через комнату, отражается от поверхности, поглощается, преломляется или насыщается другими цветами и, наконец, попадает в глаза наблюдателя. Высокопроизводительный компьютер рассчитывает детали одной комнаты не меньше четырех дней. И это только один неподвижный кадр! А для того, чтобы у человека создалась иллюзия движения, перед его глазами за одну секунду должно последовательно пройти по крайней мере 25 кадров. Это означает, что при проектировании виртуального мира, в котором при любом движении головы изменяется угол зрения, компьютеру на расчет каждого кадра остается лишь 0,04 секунды.