и на протяжении многих лет думали, что виртуальные объекты можно заставить парить в воздухе в любом месте реального мира и для этого не нужны специальная оптическая поверхность или шлем.
Но этого не может быть!
Ну ладно, я знаком со знаменитым утверждением Артура Ч. Кларка о том, что, если эксперт говорит о невозможности чего-либо, в конечном итоге он почти всегда оказывается неправ. Может, когда-нибудь у нас получится управлять искусственным гравитационным полем невероятной силы, которое сможет взаимодействовать с фотонами, выверенно отклоняя их внутри помещения и не разнося наблюдающих за этим людей на кусочки. Не то чтобы это было абсолютно невозможно, но при нынешних технологиях это нельзя себе даже представить.
И вот почему. На сегодняшний день физики довольно неплохо изучили фотоны. Квантовая теория поля, описывающая их, настолько приблизилась к идеалу, что может прогнозировать поведение фотонов в ходе каждого поставленного эксперимента.
Тридцать четвертое определение VR: инструментарий, который, возможно, когда-нибудь обеспечит обмен честными сигналами.
Мы знаем, что у фотонов нет никаких регистров памяти, за счет которых они сохраняли бы инструкции о смене траектории, которая произойдет в будущем. Если они движутся в каком-то направлении, то будут нестись вперед, пока не встретятся с объектом, который заставит их отклониться.
Это значит, что фотон нельзя заставить совершить запланированный поворот на девяносто градусов и влететь вам в глаз, чтобы вы смогли его увидеть. Обязательно должен существовать физический объект, с которым соприкоснется фотон перед тем, как попадет на сетчатку вашего глаза.
Этот последний оптический объект может быть и светящимся пикселем на экране, который сам производит фотоны. Таково положение дел с обычным экраном телевизора или компьютера. А может быть, волна фотонов оттолкнется от стекла с амальгамой. Именно это происходит, когда вы видите себя в зеркале.
А может быть, несколько фотонов пробьется через толщу стеклянной линзы и разлетится в разные стороны. Это происходит с обычными очками и называется рефракцией. А может, фотон последует за микроскопической структурой внутри решетки или голограммы. Это называется дифракцией.
Но виртуальные объекты, если смотреть на них невооруженным глазом, не могут парить в воздухе перед заставленным колбами и пробирками столом лаборатории сумасшедшего ученого или в помещении, где хранится оружие секретных агентов.
Знаю, это ужасно неутешительное откровение[85].
Можете представить мое отчаяние? Почему таким умным людям, как изобретатели и военные стратеги, так сложно это понять? Это сродни тому, как отговаривать людей принимать фальшивое, но дорогое шарлатанское снадобье. Люди любят верить в невозможное.
Меня утешает лишь то, что существует множество способов создать работающие дисплеи для виртуальной реальности. Думаю, что какую бы стратегию виртуальной реальности мы ни изобрели, обязательно появится кто-то, кто предложит новую странную идею. Возможное оказывается куда более интересным и увлекательным, чем невозможное, стоит только дать ему шанс.
Спектр устройств
Вот рисунок, на котором я собрал различные оптические методы виртуальной реальности (в противоположность невозможным парящим в воздухе голограммам). За основу я взял расстояние, с которого начинают работать устройства виртуальной реальности. Я нарисовал простую схему, как рисовал ее в самом начале существования VPL, чтобы попытаться решить, нужно ли нам выпускать шлемы или какие-то иные визуальные приборы.
Указанные здесь дисплеи виртуальной реальности подразделяются на девять классов, и всего можно насчитать семнадцать способов воплотить визуальный аспект виртуальной реальности, и это еще не полный список! Понимаю, что этот перечень может напугать людей, далеких от технологий, но на самом деле вам нужно понять лишь несколько важных моментов.
Мне больше всего нравится работать с дисплеями, расположенными около глаз (знакомыми уже шлемами виртуальной реальности, как старые EyePhone или современные HoloLens), так что мнение о них я поместил в рамочки, но я работал почти со всеми категориями устройств, которые тут упоминаю. Я называю этот список неполным потому, что мы с коллегами надеемся добавить в него новые устройства, но я еще не готов о них рассказывать.
Почему эта схема такая сложная? Зачем в ней столько пунктов? Дело в том, что единого совершенного инструментария виртуальной реальности не существует. Каждый день средства визуального отображения виртуальной реальности хорошо справляются с одними задачами и не слишком хорошо – с другими. Я надеюсь, что все эти многочисленные устройства виртуальной реальности найдут свое место в мире.
Виртуальная реальность разрабатывается для людей и тесно связана с человеческим мозгом, так что я собрал воедино различные способы организации виртуальной реальности вокруг мозга. С точки зрения исследователя, восприятие сосредоточено в областях, опирающихся на расстояние и расположение, причем каждая область сосредоточена на своей разновидности внимания и восприятия.
Например, то, как вы видите объекты реальности, которыми можете управлять при помощи рук, отличается от того, как вы видите объекты, которые находятся от вас слишком далеко, чтобы до них дотронуться. Для этого разделения важно объемное зрение.
Дальше следует разделение по принципу сосредоточенности – объекты, которые прямо перед вами, и те, что в стороне, в поле периферического зрения, которое требует другого вида сосредоточенности. Вы куда более восприимчивы к определенным разновидностям движения на периферии, к горизонту и даже к едва уловимым различиям в оттенках цветов, особенно в темноте. При конструировании хорошего шлема виртуальной реальности учитываются все эти пять моментов.
На рисунке есть длинная вертикальная линия. Слева от нее расположены версии виртуальной реальности, в которых видны только виртуальные объекты. Справа располагается смешанная реальность, также известная как «дополненная реальность». В этих случаях виртуальные объекты видны наряду с реальными.
Внутренний предел диапазона
Давайте для начала рассмотрим крайний справа вариант, поскольку он объясняет один из аспектов практической философии виртуальной реальности: с помощью электрической стимуляции можно довольно долго создавать восприятие видимого света.
Уже проводились предварительные эксперименты со стимуляцией зрительной зоны коры головного мозга и зрительного нерва, а также предпринимались попытки создать искусственную сетчатку. Результаты до сих пор ничтожны. Работа проводится в рамках медицинского исследования, и обычно пациент видит только несколько точек. Большинство экспериментов инвазивные. Но все же наблюдается устойчивый прогресс, так что вполне вероятно, что со временем незрячие люди получат искусственные глаза лучше настоящих.
Значит ли это, что все закончится тем, что виртуальная реальность будет напрямую подключаться к мозгу человека? Это один из вопросов, которые мне задают с самого начала существования виртуальной реальности.
Возможно, что в некоторых случаях потребуется прямая стимуляция мозга, но сам вопрос неверный. Он предполагает, что органы чувств человека не играют серьезной роли, хотя на самом деле их придется моделировать для имитации чувственного восприятия. Мозг и органы чувств являют собой единое органичное целое. У эмбриона они дают друг другу указания о том, какую форму принять, а в период детства тренируют друг друга.
Помните о том, что глаза – это не USB-камеры, которые просто подключаются через разъемы к мозгу Мистера Картофельная Голова; это порталы на шпионской подводной лодке, исследующей незнакомую вселенную. Исследование – это восприятие.
Так что вопрос о том, не лучше ли обойти глаза и подключиться напрямую к мозгу, неправилен. Правильный вопрос звучит так: «Когда будет полезно имитировать присутствие глаз, их способ смотреть, испытывать, исследовать?» Это различие может показаться формальным, но оно крайне важно, потому что глаза – часть локуса власти пользователя, который ими управляет; прямое подключение к мозгу передаст власть источнику подключения.
Внешний предел
Большая часть оптических стратегий, приведенных на рисунке, располагаются вне тела человека и организованы в зависимости от того, на каком удалении от глаз они должны работать. Их характерная форма обусловлена этим расстоянием. Крайние слева, самые удаленные от глаз, дисплеи виртуальной реальности превращаются в сферические пространства с удивительным инструментарием. Канонический пример пространства виртуальной реальности – CAVE (камера автоматической виртуальной среды), стены которой – сплошные 3D-дисплеи. Однако для того, чтобы ими пользоваться, нужно надеть стереоочки.
(В фантастике есть подобная вымышленная конструкция – это Holodeck из «Звездного пути».)
Камеры CAVE дают потрясающие ощущения, но тело при этом не изменяется, и виртуальные объекты располагаются слишком далеко, чтобы до них дотронуться. В эту категорию входят научные визуализации, позволяющие побывать внутри огромных скульптур из данных. Например, можно оказаться внутри большой модели мозга и понаблюдать трехмерные комбинации возбужденных нейронов. А можно парить над огромными конструкциями в центре города.
CAVE – изобретение Каролины Круз-Нейры. Она придумала эту камеру, когда училась у Дэна Сэндина и Тома ДеФанти в Иллинойском университете. Сейчас она заведует страной чудес – несколькими складами на территории Арканзасского университета в Литл-Роке, где хранятся разновидности экспериментальных камер CAVE. Еще один пример – Allosphere, разработанная на базе Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Это сферическая камера с подвешенным в центре помостом[86]