Мультимедиа и виртуальные миры - Андреас Шменк

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.

Как создаются виртуальные миры?

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.

Тем не менее, если в новых моделях компьютеров скорость вычислений и далее будет увеличиваться вдвое каждые 18 месяцев, как это происходит в последние годы, нам не придется долго ждать, когда появятся системы, способные создавать виртуальную реальность в полном смысле слова.

Фильм «Кто подставил кролика Роджера?» — пример комбинирования анимации и играющих «вживую» артистов. Это стало возможным благодаря средствам мультимедиа.

Динозавров из фильма «Парк юрского периода» компьютер сначала трехмерно смоделировал, а затем скопировал в фильм.

Где будут применяться системы виртуальной реальности?

Первыми, кто применит доступные «рядовому- человеку системы виртуальной реальности, отвечающие предъявляемым к ним требованиям, скорее всего, станут производители игр. Конечно, игры, переносящие вас по первому желанию в виртуальный мир, найдут громадный спрос. Несколько играющих смогут подключать свои компьютеры к одному общему — серверу — и в искусственно созданном мире выступать друг против друга или действовать единой командой.

Для этого им нет необходимости находиться в одной комнате и сидеть за одним компьютером: если на их компьютеpax нет какой-то игры, а она есть, например, на сервере в Internet, ее можно загрузить на время.

Но, вероятно, еще интереснее окажутся путешествия по виртуальным мирам с познавательной целью. Почему бы, сидя дома, не спланировать отпуск или не отправиться на Крит или в другие части света и не полюбоваться местными достопримечательностями. Это экономит и время, и деньги. Кроме того, заметно поредевшие толпы туристов будут наносить меньше вреда окружающей среде. Уроки географии или истории изменятся до неузнаваемости. Школьники будут виртуально забираться на вершину Эвереста, заседать в курии вместе с сенаторами Древнего Рима, выслеживать мамонтов с охотниками каменного века.

Искусственный человек «Виртуальный Джек». С его помощью в компьютерном моделировании, например, автомобилей разработчики проверяют, насколько удобна будущая модель.

Конечно, систему управления устройствами, формирующими виртуальную реальность, можно использовать по-разному, например, для добычи полезных ископаемых со дна океана — сейчас разрабатываются технологии для дистанционного управления роботами, транспортными средствами и другими сложными машинами. А какую неоценимую услугу оказали бы эти средства ученым-натуралистам! Представьте, сколько интересного мог бы увидеть управляемый мини-робот, оснащенный телевизионной камерой, в ходах муравьиной кучи. Сколько новых открытий было бы сделано с помощью таких роботов!

Как ни увлекательны виртуальные миры, но они таят в себе и немалую опасность. Они дарят человеку гораздо более яркие впечатления и острые ощущения, чем действительность, поэтому для легко увлекающихся людей они могут стать своеобразным наркотиком. Вероятно, многие, особенно недовольные своей жизнью, предпочтут искусственный рай серым будням и будут снимать электронный шлем только во время еды и сна. Последствия могут оказаться самыми печальными: действительность и вымысел так перепутаются в их головах, что и в обыденной жизни они будут вести себя как в виртуальном мире, где путь к достижению цели нередко сопровождается насилием.

Цех виртуальной фабрики, где человек в электронном шлеме и перчатках управляет виртуальным роботом-манипулятором.

БУДУЩЕЕ МУЛЬТИМЕДИА

Что смогут делать компьютеры будущего?

Мечта о машине, которая будет выполнять всю тяжелую или неприятную работу за человека, стара как мир. Вряд ли бы кто-нибудь отказался от такого «слуги». Он бы готовил домашние уроки, убирал в доме, покупал продукты, стирал, гладил, выполнял другие обязанности. Конечно, в будущем компьютер сможет делать очень многое, Ведь в конце концов, например, когда вы чистите ковер пылесосом, вы просто-напросто перемещаетесь по полу с устройством для удаления пыли, при этом не задевая и не опрокидывая стоящую в комнате мебель.

Подобную рабочую инструкцию, вероятно, можно ввести в компьютер или в робот-пылесос. (Правда, неизбежно возникает вопрос: в какую сумму обойдется универсальный компьютер для выполнения домашних работ?) Тем не менее и в будущем важнейшей областью применения компьютеров, разумеется, останется обработка информации. Уже сегодня компьютеры совмещаются с другими устройствами — телефонами, факсами, телевизорами, видеомагнитофонами, проигрывателями компакт-дисков. Возрастает эффективность компьютерных сетей. Уже планируется создание высокоскоростных линий связи, по которым за доли секунды с континента на континент можно будет передавать, например, видеокадры. В компьютерной сфере уже укоренились термины «магистраль данных» или «информационная магистраль».

Стремительно растут скорость вычислений и емкость памяти компьютеров. Постепенно будут увеличиваться размеры экрана монитора, его разрешающая способность, а сам экран станет более плоским. Для управления многофункциональными машинами вряд ли будет применяться современная клавиатура, скорее всего, ее заменит пульт дистанционного управления с рядом кнопок. Через несколько лет специальные устройства, вероятно, будут воспринимать обычную речь, поэтому ими можно будет управлять голосом. Уже сейчас некоторые компьютеры понимают устные команды.