Технологии виртуальной реальности

Четкого определения у этого понятия нет. Термин "виртуальная реальность", предложенный в 1989 году, обозначает искусственный трехмерный мир - киберпространство, созданное с помощью компьютера и воспринимаемое человеком посредством специальных устройств. Такие "синтетические среды" отличаются от обычных компьютерных анимаций более точным воспроизведением деталей и работой в режиме реального времени. В случае виртуальной реальности человек видит не изображение объекта на плоском экране монитора, но воспринимает объект объемно, точно так же, как это обычно происходит в реальном мире. При этом помимо зрения могут быть задействованы и другие органы чувств человека, что обеспечивает более полное его погружение в виртуальную реальность.

Не следует путать виртуальную реальность с дополненной. Их коренное различие в том, что виртуальная конструирует новый искусственный мир, а дополненная реальность лишь вносит отдельные искусственные элементы в восприятие мира реального. К примеру, когда вы наводите камеру своего смартфона на картину, а у вас на экране отображаются ее название, имя художника и другая информация, то вы имеете дело с дополненной реальностью. А при использовании специальных очков с дисплеями вы взаимодействуете уже с виртуальным миром.

Виды.

В зависимости от характера взаимодействия человека с виртуальной средой специалисты выделяют три ее вида: пассивную, исследовательскую и активную. Как следует из названия, в пассивной среде человек является простым зрителем: он получает информацию о виртуальной реальности, но не может управлять ею. Исследовательская виртуальная среда позволяет не только наблюдать, но и перемещаться внутри нее. Активная среда дает возможность взаимодействовать с ней, изменяя ее по своему усмотрению. Например, попав в салон виртуального самолета, вы можете включить освещение. сенсорама компьютер трехмерный киберпространство

Сферы использования

Чаще всего подобные технологии используются для обучения и развлечений. В первом случае они обычно применяются в ситуациях, когда моделирование чего-либо в реальной жизни оказывается или очень рискованным, или слишком затратным. Например, отключение половины двигателей самолета во время полета лучше имитировать на специальном тренажере, чем на практике. Подобных примеров можно привести множество - от безобидных симуляторов дорожного движения до сложнейших систем для имитации удаленных операций на мозге.

Впрочем, далеко не всегда процесс обучения подразумевает полное моделирование реального мира. Зачастую он имеет игровую форму, с помощью которой можно не только отработать поведение в определенных ситуациях, но и развлечься. В случае иногда такой подход может быть не просто вредным, а поистине катастрофическим. Ни для кого не секрет, что любые изобретения могут иметь как положительные, так и отрицательные последствия. Например, распад атомного ядра питает сотни городов, но в то же время способен уничтожить их за считаные секунды. Не надо думать, что виртуальная реальность совершенно безобидна. С технической точки зрения кажется, что негативных аспектов нет, но не стоит упускать из виду и психологический фактор взаимодействия с искусственной средой, с детьми это особенно актуально. Но вооруженные силы многих стран давно включили в свою программу подготовки отработку некоторых боевых действий в тактических симуляторах. Нередко они строятся на базе обычных компьютерных игр - от классических шутеров на военную тематику до авиасимуляторов.

С одной стороны, это действительно помогает проработать некоторые ситуации, которые могут возникнуть при ведении реальных боевых действий. С другой, это может привести к замещению понятия "реальная жизнь" понятием "игра". В СМИ неоднократно освещались случаи, когда люди слишком сильно погружались в игровой мир, после чего уже в реальности совершали необдуманные поступки - от самоубийства до массовой резни. Например, с постепенным внедрением беспилотных летательных аппаратов в вооруженных конфликтах образ и мышление людей, которые этим занимаются, начинает медленно изменяться. От тренировок на симуляторах идет постепенный переход к реальным действиям. Главная проблема состоит в том, что при активации вполне реального вооруженного робота перед оператором остаются все те же экран и элементы управления, которые использовались во время тренировок. Оператор нажимает на кнопку, выпускается ракета и т. д. - все как в игре. Таким образом, человек в данном случае не ощущает в полной мере результаты своих действий и абсолютно спокоен. В итоге мы можем говорить о замещении реальности виртуальностью.

Перечислим еще одни наиболее важные способы практического применения технологий ВР:

1) моделирование космических аппаратов и создание виртуальных лабораторий в космосе;

2) визуализация сложных инженерных сооружений (атомные электростанции, космические корабли, подводные лодки и т.д.);

3) конструирование и сборка сложных машин;

4) моделирование чрезвычайных ситуаций и катастроф при планировании устранения их последствий;

5) создание виртуальных музеев, планетариев и даже лекционных залов;

6) виртуальный туризм (путешествия по древним и современным городам).

Используемые средства

Любая виртуальная реальность представляет собой комплекс аппаратных и программных средств, относящийся к одному из следующих классов, которые различаются способом погружения: виртуальная реальность с использованием сенсорных устройств, проекционного оборудования, имитаторов и настольного монитора.

Первым устройством, обеспечивающим его обладателю погружение в виртуальную реальность, был головной дисплей (head-mounted display). В 1965 году его продемонстрировал Айвэн Сазерленд, однако коммерческим продуктом головные дисплеи стали только в 1989 году (устройства EyePhone компании VPL Research и CrystalEyes компании StereoGraphics). Обычный головной дисплей содержит два миниатюрных экрана и оптическую систему, формирующую перед глазами пользователя стереоизображение. Специальное устройство непрерывно отслеживает ориентацию головы человека, тем самым позволяя компьютеру, генерирующему изображение, согласовывать ее положение с видимым изображением.

Несмотря на то, что до сегодняшнего дня виртуальные миры воспринимаются в основном как визуальные, еще в 1985 году один из исследовательских центров NASA изготовил рабочую станцию VIEW (Virtual Interface Environment Workstation), объединившую головной дисплей, информационную перчатку (data glove), распознавание речи, объемный звук, компьютерную графику и видеоизображения.

Практически в любой системе виртуальной реальности можно найти следующие компоненты.

Математические модели различных объектов и их окружения. В памяти компьютера виртуальный мир во всем его многообразии существует в виде программных объектов, свойствами и поведением которых управляет заложенная в программу ВР математическая модель (ее можно считать аналогом графического движка 3D-игр). Проще говоря, это запрограммированный разработчиками набор формул и уравнений, воспроизводящих элементы реального мира. Чем полнее (а стало быть, и сложнее) математическая модель виртуальной вселенной, тем реалистичнее иллюзия присутствия. За высокую реалистичность ВР (достигаемую за счет сложности ее математической модели) приходится расплачиваться высокими требованиями к ресурсам компьютера, в котором "живет" виртуальная вселенная.

Программный модуль, преобразующий рассчитанные согласно математической модели параметры в видеоданные и управляющие команды для подсистемы отображения (см. ниже). Подсистема отображения, создающая и демонстрирующая пользователю объемное изображение модели.

Подсистема обратной связи оператора (пользователя) с моделями объектов и виртуальной средой. Этот компонент "сообщает" математической модели данные о действиях пользователя, необходимые для расчета ответных действий виртуальной среды. Подсистема обратной связи необходима только для интерактивных систем ВР.

Но есть и более сложные варианты, например CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) -собранные в одну систему три и более (до 6) экранов. CAVE-система с шестью отображающими поверхностями - это куб, куда заключен работающий в ВР пользователь, на внутренних гранях этого куба демонстрируются изображения элементов виртуального мира. Такая система дорого стоит, но обеспечивает максимальный эффект присутствия.

Cave Automatic Virtual Environment

Система CAVE была создана в лаборатории электронных средств визуализации Университета штата Иллинойс, занимающейся исследованиями в области интерактивной компьютерной графики. С момента своего основания в 1973 году лаборатория предложила в этой области ряд новых решений. В середине 70-х годов разработанное ею аппаратное и программное обеспечение использовалось для создания компьютерной анимации в первом фильме о звездных войнах. В 1976 году сотрудники лаборатории разработали недорогую и легкую "информационную перчатку", позволявшую контролировать движения руки. В конце 80-х годов лаборатория начала заниматься технологией виртуальной реальности, и это направление исследований в настоящее время остается для нее основным.

Система CAVE рассчитана на восприятие виртуальной реальности сразу многими пользователями. Она представляет собой аудиторию в форме куба с ребром около 3 м, оснащенную тремя проекционными экранами, на которых с помощью трех проекторов Electrohome Marquis 8000 с разрешением 1024x768 (при частоте 96 Гц) создается непрерывная панорама с разрешением 2000x2000. Изображение, проецируемое на две стены и полкомнаты, рассматривается с помощью питаемых от батарейки стереоочков Crystal Eyes с ЖК-шторками, которые поочередно с частотой 60 Гц закрывают то один, то другой глаз. Работой проекторов управляет суперкомпьютер Onyx компании Silicon Graphics (SGI) с тремя модулями Reality Engine.

В настоящее время система способна следить только за одним человеком, поэтому среди зрителей выбирается "лидер". На него надевается легкий шлем, а в руках он держит "жезл" (трехмерный эквивалент мыши), с помощью которого осуществляется навигация в CAVE. (При этом управление жезлом определяется используемым приложением: различные кнопки или движения отвечают за выполнение различных операций - выбор объекта, перемещение, изменение режима отображения.) Положение головы и руки лидера отслеживается с использованием средства Flock of Birds компании Ascension Technologies. Сигналы с соответствующих датчиков подаются на компьютер, который согласует положение человека с проецируемыми изображениями. Другие зрители, находящиеся в помещении, с помощью стереоочков видят изображение как бы его глазами.

Несмотря на преимущества систем CAVE, пока они установлены лишь в нескольких промышленных компаниях. Среди них - General Motors, первая фирма, создавшая у себя CAVE, которая задействуется при проектировании интерьера автомобиля и приборной доски. Чтобы сделать технологию виртуальной реальности более доступной, лаборатория электронных средств визуализации Университета штата Иллинойс разрабатывает другие проекты недорогих устройств.

Реализация. Изображение

Плоское изображение монитора может обеспечивать небольшой стереоэффект за счёт разной скорости движения частей изображения. Полный стереоэффект обеспечивается предоставлением каждому глазу своей картинки. Изображение может формироваться монитором с цветовым смещением (анаглиф), или с попеременным показыванием каждому глазу своей картинки. Существуют ЖК-мониторы, формирующие объёмное изображение за счёт разного угла обзора.

Для индивидуального погружения в виртуальный мир важен широкий угол обзора и изменение направления взгляда вместе с поворотом головы, так, чтобы оно оставалось перед глазами, что обеспечивает шлем виртуальной реальности со встроенными гироскопами. Также используется виртуальный ретинальный монитор.

Звук

Многоканальная акустическая система, позволяет производить локализацию источника звука, что позволяет пользователю ориентироваться в виртуальном мире с помощью слуха.

Управление

С целью наиболее точного воссоздания контакта пользователя с окружением, применяются интерфейсы пользователя, наиболее реалистично соответствующие моделируемым: компьютерный руль с педалями, рукояти управления устройствами, целеуказатель в виде пистолета и т. д.

Для бесконтактного управления объектами используются как перчатки виртуальной реальности, так и отслеживание перемещений рук, осуществляемое с помощью видеокамер. Последнее обычно реализуется в небольшой зоне и не требует от пользователя дополнительного оборудования.

Перчатки виртуальной реальности могут быть составной частью костюма виртуальной реальности, отслеживающего изменение положения всего тела и передающего также тактильные, температурные и вибрационные ощущения.

Устройство для отслеживания перемещений пользователя может представлять собой свободно вращаемый шар, в который помещают пользователя или осуществляться лишь с помощью подвешенного в воздухе или погружённого в жидкость костюма виртуальной реальности. Также разрабатываются технические средства для моделирования запахов.

Прямое подключение к нервной системе

Описанные выше устройства воздействуют на органы чувств человека, но данные могут передаваться и непосредственно нервным окончаниям, и даже напрямую в головной мозг посредством мозговых интерфейсов. Подобная технология применяется в медицине для замены утраченных чувствительных способностей, но пока она слишком дорога для повседневного применения и не достигает качества передачи данных, приемлемого для передачи виртуальной реальности.

Философское понятие

Философия абстрагирует идею виртуальной реальности от её технического воплощения. Виртуальную реальность можно толковать как совокупность моделируемых реальными процессами объектов, содержание и форма которых не совпадает с этими процессами. Существование моделируемых объектов сопоставимо с реальностью, но рассматривается обособленно от неё - виртуальные объекты существуют, но не как субстанции реального мира. В то же время эти объекты актуальны, а не потенциальны. "Виртуальность" (мнимость, ложная кажимость) реальности устанавливается по отношению к обуславливающей её "основной" реальности. Виртуальные реальности могут быть вложены друг в друга. При завершении моделирующих процессов, идущих в "основной" реальности, виртуальная реальность исчезает.

В этом свете идеальный внутренний мир человека можно считать виртуальной реальностью, моделируемой электрохимическими процессами взаимодействия нейронов. Психологическими проблемами виртуальной реальности занимается виртуальная психология, предметом которой является система "человек-виртуальная реальность".

Известные реализации

Second Life - сетевой трехмерный виртуальный мир с элементами социальной сети, который насчитывает свыше 1 млн активных пользователей. Самая популярная на сегодняшний день реализация виртуальной реальности.

Active Worlds

Фильмы: Газонокосильщик 2: За пределами киберпространства, Матрица, Авалон, Нирвана, Аватар, Трон: Наследие, Мозговой штурм.

3. Виртуальная корпорация и распределенная корпорация

Виртуальная корпорация зародилась в воображении футуристов, превратилась в вероятность для теоретиков управления и теперь стала экономической необходимостью для общества. Это сообщество функциональных партнеров, управляющих проектированием, производством и реализацией продуктов и услуге использованием современных информационных технологий и системы контрактов, с независимыми рабочими группами и структурами.

Виртуальная корпорация - это организация, которая создается для выполнения какой-либо работы или реализации возникающей потребности. Это позволяет избежать постоянных изменений организации и в то же время использовать возникающие возможности. Если бюрократия имеет внутреннюю направленность целей, органичные организации больше говорят о своем предназначении, миссии, и цели направлены вовне, то ВК не имеет цели, она сама есть цель. Она появляется в нужное время, в нужном месте для реализации возможностей и потом исчезает. Такая "сверхбыстрота" технологически уже возможна, вопрос за организацией, людьми, задачами, способами и приемами управления, а здесь на первое место выходят доверие, дисциплина и взаимопонимание, на чем строятся отношения между людьми.

Виртуальная корпорация (ВК) представляет собой электронное объединение капиталов (ресурсов) различного типа - финансового, технологического, человеческого (в частности, интеллектуального) в интересах выполнения сложных уникальных проектов, создания продукции мирового класса и максимально полного удовлетворения требований заказчика. Она способствует решению двух фундаментальных проблем рыночной экономики:

1. привлечению капитала для выполнения уникальных проектов или распределению бизнес-процессов с целью повышения конкурентоспособности продукции;

2. распределению риска в инвестиционных проектах.

Основная внешнеэкономическая цель создания ВК - объединение ключевых технологий и опыта партнеров разных стран для проведения более эффективных действий на мировом рынке. ВК характеризуется определенной независимостью от участников (возможностью легкой смены партнеров), наличием опосредованного механизма управления (делегированием полномочий), переходом от индивидуальной к коллективной ответственности партнеров. Она предполагает договорные взаимоотношения между всеми узлами организационной сети и формирование их совместной собственности. Нередко ВК формируется в виде материнского виртуального предприятия с сетью дочерних виртуальных филиалов, отделений и т.п.

Структура виртуальной корпорации, ее отличительные черты

Для виртуальной организации структура содержания является более важной, чем само содержание. Так как грамотное построение гибкой и развивающейся структуры, предполагает возможность структуры самостоятельно реорганизовываться под различные задачи.

ВК создается из различных предприятий на контрактной основе, не имеет единой юридической организационной структуры, но зато обладает общей коммуникационно-информационной структурой, которая обеспечивает интеграцию усилий партнеров при выполнении какого-то проекта. ВК можно рассматривать как своего рода метапредприятие, объединяющее цели, ресурсы, традиции и опыт нескольких предприятий для производства и предоставления инновационных услуг или изделий. В общем случае ВК представляет собой сложную систему, образованную из удаленных друг от друга групп людей (виртуальных коллективов), объединяемых на основе симбиоза ведущих сетевых и интеллектуальных технологий, например, Интернета и средств управления знаниями. Электронным путем формируется искусственное сообщество, которое существует и развивается в виртуальном пространстве. С одной стороны, происходит слияние сетевых и интеллектуальных технологий, поскольку сеть, будучи одной из важнейших форм коллективного интеллекта, тесно связана с процессами самоорганизации, спонтанного возникновения новых структур.

С другой стороны, речь идет о формировании единой системы поддержки коммуникативных процессов на ВК. Структура виртуальных корпораций позволяет компаниям отказываться от неэффективных или неприбыльных участков работы (путем их передачи другим компаниям) и концентрироваться на том, что отвечает их основной компетенции. Виртуальные корпорации все чаще заключают субконтракты с внешними структурами с тем, чтобы использовать преимущества организаций малых размеров, их гибкость и адаптивность. Внешних контрактов заключается так много, что они становятся каркасом, "зонтом" организации. Это и определяет ее основное качество - широкую распространенность в пространстве и времени. Нередко случается, что виртуальная организация благодаря информационным технологиям и телекоммуникациям распространяется по всему миру.

Отличительными чертами ее являются:

1. - непостоянный характер функционирования;

2. - осуществление связей и управленческих действий на основе интегрированных и локальных информационных систем и телекоммуникаций;

3. - взаимоотношения со всеми партнерскими и другими заинтересованными организациями через серию соглашений, договоров и взаимное владение собственностью;

4. - образование временных альянсов организаций в смежных областях деятельности;

5. - частичная интеграция с материнской компанией и сохранение отношений совместной собственности до тех пор, пока это считается выгодным;

6. - договорные отношения работников с администрацией во всех звеньях.

Выделяют три вида виртуальных предприятий:

1) с централизованным типом управления, при котором координирующие функции передаются "головному" предприятию, а знания и ресурсы доступны всем "агентам";

2) с распределенным типом управления, где знания и ресурсы распределяются между "агентами", но сохраняется общий орган командного управления, принимающий решения в конфликтных ситуациях;

3) с децентрализованным типом управления, при котором все управленческие процессы осуществляются только за счет локальных взаимодействий между "агентами".

Появление новых типов организаций предполагает пересмотр старых схем управления. Одним из главных изменений системы управления является стирание иерархических рамок в структуре корпорации. Вместо должностной иерархии на первое место выходят интеллектуальное сотрудничество и сетевая кооперация менеджеров. Главным фактором, обуславливающим эти изменения, становится переход от капитала к знаниям, интеллектуальным активам как критическим ресурсам организации.

Для иерархической структуры управления характерно то, что каждая новая ситуация выносится на высший уровень рассмотрения, где и принимаются решения. Такой механизм управления становится неработоспособным в современном быстроменяющемся мире. Именно поэтому возникают ВК с сетевой структурой, где каждый доступен для каждого, а функции руководящих менеджеров ограничиваются организацией совместной работы, подбором персонала, обучением.

В узком смысле классическим примером виртуальной корпорации является Internet. Его роль и охват рынка столь стремительно развиваются, что становятся фактором развития не какого-то отдельного государства, а всей планеты.

Для виртуальной корпорации характерно выделение проектной группы (групп), разрабатывающей и продвигающей проекты в среде такой виртуальной корпорации (все эти группы могут иметь свои задачи и свои стратегии).

Работа виртуальной корпорации

Первым импульсом к образованию виртуального предприятия является поступление рыночного заказа, для выполнения которого формируется виртуальная сеть из партнеров по производству товаров и услуг. Все участники, исходя из своих ключевых компетенций, предоставляют в распоряжение новой организации необходимые ресурсы (кадры, сырье, управленческие структуры, финансовые средства и пр.) и способности ("ноу-хау", специальные знания).

Информационные и коммуникационные услуги оптимизируются в соответствии с новыми требованиями посредством сети электронно-технических средств, благодаря чему заказ клиента исполняется быстрее, лучше, дешевле, гибче. Для осуществления последующих заказов на базе уже действующего предпринимательского пула создаются много преимуществ перед традиционными новые виртуальные сетевые конфигурации.

Процесс функционирования ВК хорошо виден на примере всемирно известной корпорации "Найк". Компания "Найк" осуществляет продажу спортивной обуви и одежды. Основная деятельность "Найк" - разработка моделей продукции, маркетинг и торговля. На протяжении всего своего существования компания не занималась производством своих продуктов. Эти продукты производятся более эффективно с помощью большого числа компаний-поставщиков, расположенных в Азии или других регионах и специализированных на одежде и обуви. Все компании, образующие альянс, связаны между собой договорными отношениями. Эти отношения могут включать частичное владение собственностью родительской компании, но они продолжаются до тех пор, пока родительская компания и компании-поставщики считают это выгодным (прибыльным). Данная система организации бизнеса сделала возможным для "Найк" сосредоточить большой объем капитала на инвестировании в производственное оборудование для других компаний и в то же время разгрузить основную компанию в интересах обеспечения эффективных продаж, а так же для концентрации на деятельности, которую она выполняет лучше всего: проектировании, маркетинге и продаже продуктов.

Важнейшим условием эффективности ВК служит интеллектуализация производства и менеджмента у предприятий партнеров. Для ее достижения необходимо систематизировать корпоративные знания и опыт, создавать распределенные и большие базы производственных знаний, разрабатывать интеллектуальные производственные системы, в которых подсистемы способны к автономным оценкам, рассуждениям и действиям. То есть, виртуальная корпорация требует нового мышления руководителей, а именно: отказа от всестороннего контроля, перехода от соподчиненности к неформальной координации, взаимного доверия, преобладания деловитости над карьерными устремлениями, преодоления пережитков иерархического управления. Эффективное решение этих проблем требует разработки моделей и систем управления производственными знаниями. С их помощью решается двуединая задача:

1) приобретение знаний, поднимающих уровень деятельности организации;

2) их хранение, распределение и преобразование в форму, удобную для внутрифирменного пользования.

Этого можно достичь с помощью тщательно разработанной концепции централизации, институционализации и практического использования накопленных знаний. В практике компаний известны случаи введения должности штатного эксперта (так называемого брокера знаний), который вступает в роли координатора между сферами предложения и потребления знаний. В интересах управления знаниями образуются межфункциональные проектные группы, создаются специальные компьютерные системы, такие как система совместной фильтрации Grape-vine или Fulcrum - система управления знаниями масштаба предприятия.

Заключение

ВК бесспорно являются как причиной, так и следствием процесса мировой экономической глобализации. С одной стороны их существование не представлялось бы возможным без развития телекоммуникационных технологий, предопределенное все теми же традиционными формами объединения. С другой стороны в настоящее время ВК сами активно принимают участие в процессе интеграции различных национальных экономик и рынков.

Успех виртуальных организаций очевиден, а шансы на успех формируемых виртуальных сетей вполне реальны, но в более широком контексте остается открытым ряд вопросов. Они касаются философских, психологических, социальных, правовых, общехозяйственных и некоторых других аспектов развития общества. Социальные последствия растущей виртуализации вполне представляемы уже сейчас. Вполне возможно, что на смену классической модели индустриального общества придет не информационное, а общество, не знающее границ.

В заключение хотелось бы отметить, что, несмотря на грядущую е-экономику и появление виртуальной организации, другие организационные формы сохранят свою актуальность в силу сложившихся потребностей и отношений между людьми.

Размещено на Allbest.ru