Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Педагогика arrow Информационные технологии в науке и образовании

Системы виртуальной реальности

Виртуальная реальность (ВР) — это искусственный мир, созданный путем подмены окружающей действительности информацией, генерируемой компьютером [7]. Виртуальная реальность в интерактивном режиме обеспечивается использованием трехмерной графики, стереозвука и других специальных устройств ввода-вывода данных, имитирующих связь человека с воспроизводимым миром и происходящими в нем процессами. В качестве таких устройств могут использоваться:

  • • шлемы-дисплеи, позволяющие «видеть» стереоскопическое изображение виртуального мира и передающие в ПК данные о положении и ориентации головы для изменения изображения в соответствии с изменением точки обзора;
  • • манипуляторы, в том числе специальные перчатки, передающие данные о движении рук и пальцев и позволяющие брать в руки объекты искусственно созданной среды и управлять их положением;
  • • стереоаудиосистемы, способные не только создавать объемное звучание, но и передавать звуковое давление, например, при моделировании ударов;
  • • электромагнитные и пневматические устройства, передающие механические воздействия на человека в процессе имитации моделируемых процессов (например, ускорение, давление и т. п.).

Программно-аппаратные комплексы, средства и методы, обеспечивающие эффекты ВР, нашли применение при проведении научных исследований и разработок новой техники (преимущественно в работах, выполняемых методами моделирования), в различного рода тренажерах, учебном процессе, а также в индустрии развлечений (компьютерных играх).

Виртуальная реальность предполагает использование компьютерных систем для создания окружающей среды, которой кажется реальной пользователю — человеку. Она разделяется на следующие категории:

  • • проектирование (автомобилей);
  • • обучение (персонала работе на новом оборудовании безопасным и рентабельным способом; водителей вождению в сложных ситуациях и т. д.);
  • • развлекательная сфера.

У виртуальной реальности большое будущее, так как масса продавцов заинтересована в развитии программного и технического обеспечения, в результате чего начинают появляться многочисленные ценные приложения ВР. Виртуальное окружение (или виртуальная реальность) — одна из наиболее перспективных областей компьютерной графики, ставшая особенно актуальной в современных условиях быстрого роста производимой человеком информации. В настоящее время в мире существует более 100 крупномасштабных установок виртуальной реальности, которые используются в самых различных областях науки и техники, решая задачи как фундаментальных научных дисциплин, так и узкоспециализированных прикладных направлений.

Виртуальная реальность — это модельная трехмерная окружающая среда, создаваемая компьютерными средствами и реалистично реагирующая на взаимодействие с пользователями. Технической основой виртуальной реальности служат технологии компьютерного моделирования и компьютерной имитации, которые в сочетании с ускоренной трехмерной визуализацией позволяют реалистично отображать на экране движение. В минимум аппаратных средств, требуемых для взаимодействия с ВР-моде- лью, входят монитор и управляющие устройства типа мыши или джойстика. В расширенных системах применяются виртуальные шлемы с дисплеями (HMD), в частности шлемы со стереоскопическими очками, и устройства SD-ввода, например мышь с пространственно управляемым курсором или «цифровые перчатки», которые обеспечивают тактильную обратную связь с пользователем (рис. 5.4).

Основная особенность ВР-модели — это создаваемая для пользователя иллюзия его присутствия в смоделированной компьютером среде, которую называют дистанционным присутствием. Ощущение дистанционного присутствия в меньшей степени зависит от того, насколько естественно выглядят изображения среды, чем от того, как реалистично воспроизводятся движения и насколько убедительно ВР-модель реагирует на действия пользователя. В некоторых из ВР-моделей пользователи воспринимают изменяющуюся перспективу и видят объекты с разных точек наблюдения, как если бы они перемещались внутри модели. Если пользователь располагает более чувствительными (погруженными) устройствами ввода, например такими, как цифровые перчатки и виртуальные шлемы, то модель обеспечивается достаточным количеством данных, чтобы надлежащим

Использование виртуального шлема и цифровых перчаток при испытаниях в виртуальной лаборатории

Рис. 5.4. Использование виртуального шлема и цифровых перчаток при испытаниях в виртуальной лаборатории

образом реагировать на поворот головы или даже движение глаз пользователя.

Главным отличием виртуальной реальности от подлинной считают возможность управления событиями. Следовательно, основное свойство системы виртуальной реальности — это возможность изменять информационные потоки, комбинировать их, а также генерировать новые. Вместе с тем все, что происходит в системе виртуальной реальности, является в некоторой степени запрограммированным, поскольку виртуальная реальность неразрывно связана с компьютерной информационной средой. Однако есть тенденции к тому, чтобы обеспечить каждому человеку возможность самостоятельно создавать свою виртуальную реальность.

Применение систем виртуального окружения имеет очень много направлений. Фактически это следующее поколение (после двумерного представления информации) систем визуализации и представления данных. Перечислим основные области применения виртуального окружения (виртуальной реальности) на данный момент:

  • • тренажеры, симуляторы;
  • • развлечения, аттракционы;
  • • маркетинг, реклама;
  • • проектирование, промышленный дизайн, создание прототипов;
  • • дистанционное управление;
  • • центры подготовки и поддержки принятия решений, ситуационные комнаты;
  • • управление технологическими процессами;
  • • медицина;
  • • образование;
  • • архитектура, дизайн и т. д.

Как пример применения систем виртуального окружения для развлечений и образования можно упомянуть виртуальный планетарий.

Основной инструмент проникновения в виртуальную реальность каждый человек имеет от рождения — это мозг и его сенсорные рецепторы. Взаимодействие в среде виртуальной реальности происходит таким же образом, как и в подлинной реальности — с помощью систем репрезентации (восприятия и передачи информации). Виртуальная реальность задействует работу человеческих органов чувств, и ее возможности в этой области велики, что дало ей право называться новой реальностью — искусственной, созданной самим человеком с помощью компьютерных информационных технологий.

Таким образом, натуральность виртуальной реальности для сознания человека тем более убедительна, чем более внушительно ее компоненты воздействуют на его сознание и нервную систему. Компоненты виртуальной реальности очевидны: это визуальная, звуковая и тактильная (кинестетическая) информация, к ним можно также отнести ощущение равновесия и ориентацию. Эксперименты по передаче вкусовых и обонятельных признаков реальности уже существуют, но пока еще не закрепили положительных результатов. Все перечисленные компоненты являются инструментарием создателей виртуального мира для генерирования любой возможной и принципиально невозможной в реальном мире ситуации.

Наиболее перспективное направление в области информатики — использование средств информационных и коммуникационных технологий для развития творческих способностей человека. В последние годы здесь появились принципиально новые возможности для решения этой задачи на основе использования компьютерной графики и когнитивных технологий, ориентированных на реализацию творческого потенциала человека (табл. 5.2).

Когнитивная графика — это совокупность приемов и методов образного представления условия задачи, которая позволяет

Таблица 5.2. Классификация технологий обработки графических образов

Тип информационной технологии

Программное обеспечение

Коммерческая графика

Табличные процессоры, базы данных, отдельные локальные файлы

Иллюстративная графика

PowerPoint, Frontpage, Visio, Corel Draw, Adobe Photoshop, 3D Studio

Научная графика

Средства векторной и когнитивной графики

Когнитивная графика

Реализует информационное моделирование для создания виртуальной реальности

сразу увидеть решение либо подсказку для его нахождения. Она реализует информационное моделирование для создания виртуальной действительности.

Когнитивная графика используется в интеллектуальных информационных технологиях, в обучающих образовательных системах, системах поддержки принятия управленческих решений, прогнозирования биржевого рынка и т. д.

Примеры использования возможностей виртуальной реальности. Рассмотрим понятия киберпространства и параллельного мира.

Киберпространство — искусственно создаваемая программно-аппаратными средствами объемная область — пространство для размещения объектов и действий виртуальной реальности.

Параллельный мир — это искусственный мир, основанный на представлениях создающих его людей о реальной действительности. Используется в экспертных системах для моделирования разнородных процессов, происходящих в реальной предметной области. Путем задания и изменения начальных условий, при которых протекают исследуемые процессы, проводится поиск оптимальных решений или оценка последствий возможных вариантов развития событий [7].

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 
Популярные страницы