Виртуальная реальность: История, теория, практика

Уже само слово «виртуальный» имеет долгую и интересную историю – прилагательное это происходит от латинского virtus, что для древних римлян поначалу значило буквально «мужество» – то есть, качество, свойственное настоящему мужчине и храброму воину. Однако чуть позднее под этим стала пониматься, с одной стороны, вообще любая человеческая добродетель, а с другой – некоторое проявление силы и просто способность что-либо делать. В европейской философии эпохи Средневековья «виртуальным» стал называться особый вид реального существования: не просто бытие, а своего рода способность к бытию – как бытие, которого, строго говоря, нет в наличии, но которое уже существует в потенциальной форме. Например, для средневекового учёного дуб виртуальным образом всегда существует внутри жёлудя: не в каком-то отдалённом будущем времени и даже не как определённая степень вероятности появления на свет взрослого дерева, а в самом что ни на есть реальном настоящем – но просто в ином, недоступном для глаза «свёрнутом» виде.

Такое понимание виртуального – как того, что формально как бы отсутствует в обыденной действительности, но, тем не менее, существует в силу своей способности влиять на эту действительность – вполне широко стало использоваться и в ХХ веке: например, в физике «виртуальными» называются субатомные частицы, которые существуют лишь в качестве результата взаимодействия других частиц, но исчезают с прекращением подобного взаимодействия. Ничуть не меньше прав на первенство в употреблении и исследовании этого понятия оказывается у сферы искусства: так, знаменитый французский актёр, режиссёр и искусствовед Антонен Арто называл театр «виртуальной реальностью» за много лет до развития компьютерных технологий – ещё в 1938 году, в сборнике эссе «Театр и его двойник». Виртуальной реальностью именуют в наши дни и определённые типы психических состояний, которые существуют лишь актуально – здесь и сейчас, для конкретного человека, будучи порождением обыденной реальности, её отражением в психике, – а также, к примеру, и «виртуальные» пространства в области истории или географии: мифообразы какой-нибудь национальной традиции, согласно которым территории многих ныне существующих государств не совпадают с реальной политической картой. Однако, наиболее распространённым сегодня оказывается всё же технологическое представление о реальности, которая существует, пока работают производящие её приборы.

Технологии виртуальной реальности: тренировка парашютистов

Именно поэтому термин «виртуальный» начинает в последних десятилетиях ХХ века активно употребляться в кибернетическом контексте: в смысле понимания киберпространства как некоей целостной, «искусственной реальности», идея которой была выдвинута в 1973 году американским исследователем Майроном Крюгером (род. 1942): под этим он имел в виду полномерное и непосредственное вовлечение человеческого тела в телекоммуникационную среду, созданную при помощи компьютерных технологий. Собственно виртуальной такую среду первым назвал уже в восьмидесятых годах музыкант, писатель и философ Джерон Ланье (род. 1960), – ну а широкую популярность это понятие обрело уже в девяностые, благодаря работам таких теоретиков как Говард Рейнгольд, автор книг «Виртуальная реальность» (1991 г.) и «Виртуальное сообщество» (1993 г. – о зарождающихся сетевых социальных структурах) и Майкл Хейм (опубликовавший в 1993 г. фундаментальное исследование «Метафизика виртуальной реальности»). Так, согласно определению Рейнгольда, виртуальная реальность – это «революционная технология, которая погружает вас в произведённый компьютером мир вашего собственного изготовления – в комнату, в город, во всю солнечную систему или во внутренности человеческого тела».

Однако, до теоретиков-систематизаторов уже существовали первые практики, а до них – и первые мечтатели. В известном рассказе Рэя Брэдбери «Вельд», опубликованном в 1950 году, описана детская комната, способная материализовывать любую воображённую реальность. Но если в этом литературном произведении – как и в более поздних работах писателя Уильяма Гибсона, придумавшего слово «киберпространство» и изображавшего далеко не однозначное проникновение кибернетических технологий в повседневную человеческую жизнь, – такая реальность оказывается ужасной и разрушительной, то в куда более массовых телевизионных сериалах, таких как «Star Trek», постепенно утверждается образ сугубо положительный и даже образцовый. Как поясняет Майкл Хейм: «В своём грузовом отсёке, среди прочих сокровищ воображения, космический корабль «Enterprise» принёс нам Holodeck. Holodeck – привычный предмет меблировки в словаре пионеров виртуальной реальности. Для большинства людей Holodeck изображает идеальный интерфейс «человек – компьютер». Это виртуальная комната, преображающая речевые команды в реалистические пейзажи, населённые ходящими, говорящими гуманоидами и детализированными артефактами, которые настолько правдоподобны, что их невозможно отличить от реальности. Holodeck используется командой корабля «Enterprise» для посещения далёких времён и мест, таких как средневековая Англия или Америка 1920-х годов. В общем, Holodeck предоставляет экипажу отдых и развлечение во время длительных межзвёздных путешествий». А вместе с тем служит и своего рода «Святым Граалем» – идеальным прообразом, указывающим путь и для исследований в области компьютерных технологий.

Виртуальная реальность в представлении авторов «Star Trek»: искусственный мир, неотличимый от настоящего 

«Holodeck» – то есть, голографическая палуба, комната, способная выполнять все желания, почти как детская комната Брэдбери или даже комната «Сталкера» Стругацких и Тарковского, – появилась на экранах телевидения в 1974 году, в «Star Trek: the Animated Series», а затем и в «Star Trek: The Next Generation». Впрочем, сценарист сериала Джин Родденберри вдохновлялся не столько чтением научной фантастики, сколько знакомством с реальными практическими исследованиями: на мысль о таком чуде техники его навёл его тёзка Джин Долгофф, нью-йоркский изобретатель, увлечённый как раз голографией. Позднее Долгофф создаст первый цифровой видеопроектор и первый проектор на жидких кристаллах, разработает технологию голографической печати, ныне применяемую, кроме прочего, на кредитных картах, – и до сих пор он продолжает трудиться на ниве трёхмерного видео и трёхмерной анимации. Однако, ещё годом ранее, как раз в том же памятном 1973 году, в котором Майрон Крюгер сформулировал идею искусственной реальности, ничуть не менее впечатляющая технология фигурировала в другом, советском фильме – «Москва – Кассиопея», в котором фантастика была скорее детской и немного иронической – во всяком случае, далеко не такой серьёзной, как в телесериале американцев. Одно из помещений на звёздолёте «Заря», пилотируемом простыми отечественными подростками, называлось комнатой «Сюрприз» – и также выполняло любые функции, от спортзала или классной комнаты до реально смоделированного уголка природы или городской квартиры любого члена экипажа. В общем, идея явно витала в воздухе.

Практика при этом от теории и от фантастики не то, чтобы отставала – но развивалась своим чередом, хоть и несколько медленнее. Одним из первых опытов того, что ныне называют технологиями виртуальной реальности, были разработки американского фотографа, кинооператора и режиссёра Мортона Хейлига (1926–1997), который начиная с пятидесятых годов пытался усовершенствовать кинематограф до уровня максимально полного воздействия на все органы чувств человека, а не только на зрение и слух. Устройство под названием «Sensorama», продемонстрированное им в 1961 или 1962 году, было сугубо стационарным, размером с игровые автоматы: заплатив 25 центов и усевшись на подвижное сиденье, зритель мог посмотреть один из пяти двухминутных фильмов. Помимо цветного широкоэкранного стереоизображения и стереозвука, такие короткометражные ленты – среди которых были, например, демонстрации поездки по Нью-Йорку на мотоцикле или полёта на вертолёте – включали в себя и ощущения движения, с вибрацией и поворотами головы и сидения, и использование различных ароматов, и ощущение ветра, дующего в лицо.

Реклама «Сенсорамы»

Позднее Хейлиг разработает проекты как портативного индивидуального устройства, напоминающего нынешний шлем виртуальной реальности, только со встроенным генератором запахов, так и полномасштабного «синэстетического» театра уже для множества пользователей сразу, – но все эти идеи остались в итоге нереализованными: ни финансирования, ни широкого интереса публики изобретателю привлечь так и не удалось. Тем не менее, первое простейшее устройство, напоминающее такого рода шлем, было сконструировано уже в 1961 году в корпорации Philco: состояло оно из прикреплённого к шлему небольшого кинескопа и системы магнитного слежения за движениями головы. А уже несколькими годами позднее подобные приборы стали разрабатываться и на основе компьютерных технологий. Так, в 1968 году легендарный учёный в области информатики Айвен Сазерленд (род. 1938) создал в Гарвардском университете, при помощи своего студента Роберта Спрулла, один из первых шлемов виртуальной реальности в современном понимании этого термина.

Занимаясь совершенствованием графического интерфейса дисплеев, Сазерленд ещё за три года до этого сформулировал идею «совершенного дисплея» как классическую «комнату, в пределах которой компьютер может контролировать существование материи». Впрочем, реальное воплощение такого замысла было намного более примитивным: шлем – а точнее, подключаемые к нему модули для замера позиции головы – оказались настолько тяжёлыми, что устройство пришлось привешивать к потолку. Отсюда и неофициальное название прибора – «Дамоклов меч» (официально он именовался менее живописно: «Надеваемый на голову трёхмерный дисплей»). Собственно дисплей был бинокулярным (включая в себя по одному миниатюрному ЭЛТ-монитору на каждый глаз), действительно надевался на голову – и передавал изображение с компьютерной программы, выводившей только проволочный каркас комнат, зато в перспективе, соответствующей взгляду пользователя – который мог, таким образом, «войдя» в комнату, осматриваться по сторонам, поворачивая голову.

Трёхмерный дисплей Сазерленда: схема и вид в действии

В те же годы, в конце шестидесятых, в университете штата Висконсин с системами взаимодействия человека с компьютером начинает экспериментировать и Майрон Крюгер. Поразмыслив над перспективами развития VR-шлемов – а точнее, согласно обозначениям того времени, надеваемых на голову дисплеев (HMD), – Крюгер решительно отказался от этого направления исследований. «Я пришёл к мнению, – вспоминает он, – что любая польза, которую они приносили в плане визуального вовлечения, сводилась на нет громоздким оборудованием, которое, как мне казалось, дистанцирует участников от мира, в который они должны были вовлекаться. Раздумывая над тем, как этот опыт должен был бы ощущаться на самом деле, я решил, что он должен быть неотличим от реального опыта. Его нельзя отделять от действительности процессом надевания костюма, ношения приспособлений и подключением к компьютеру невидимыми проводами. Вместо чужой планеты, куда нужно проникать через шлюз, он будет похож на дверь в мир фантазии, куда можно войти, просто занимаясь своим делом».

Все семидесятые, а отчасти и восьмидесятые годы Майрон Крюгер посвятил разработке нового способа взаимодействия человека с ЭВМ, получившего название VideoPlace и призванного максимально вовлечь всё физическое тело в «отзывчивую» среду, созданную компьютерными технологиями. На практике VideoPlace представлял собой несколько связанных между собой по сети комнат, в каждой из которых помещался большой экран с расположенным позади него видеопроектором: заходя в комнату, человек видел на экране своё собственное изображение – пусть и в виде несколько примитивного силуэта, – также как и подобные изображения людей в остальных комнатах. Можно было как передвигаться по комнатам, взаимодействуя с изображениями других людей, так и воздействовать на свой собственный силуэт, изменяя его цвет или размеры или присоединяя к нему визуально представленные объекты, полностью порождённые компьютерными технологиями, в свою очередь взаимодействуя и с ними как с предметами реального мира.

«VideoPlace» Майрона Крюгера: принцип работы и фотография устройства в действии

Нетрудно заметить, что VideoPlace представляла собой примерно то же самое, что и та реализация идеи дополненной реальности, которую несколькими десятилетиями позднее предложат массовому потребителю Nintendo Wii и Microsoft Kinect… Хотя наиболее распространёнными формами воплощения идеи виртуальной реальности стали для широкого пользователя компьютерных технологий всё же те самые шлемы, которые Крюгер отвергал по причине их громоздкости и неестественности. Как раз к началу девяностых годов относится очередной – после начала семидесятых – всплеск активности в этом направлении: уже в 1991 году SEGA анонсировала шлем Sega VR, призванный обеспечить новый уровень геймплея на игровых автоматах и консолях Sega Genesis. Увы, после нескольких лет дразнящей игроков рекламы и закрытых показов проект был отменён, так и не выйдя из стадии прототипа: по отзывам пользователей, испытавших на себе это устройство, изображение было размытым, неотзывчивым и малопривлекательным.

Дизайн Sega VR мало чем отличается от современных шлемов виртуальной реальности

Немного более удачливыми оказались стационарные устройства, внешне напоминающие «Сенсораму» Хейлига, – такие как система «Virtuality», встречавшаяся в начале девяностых среди американских игровых автоматов (и ставшая первым устройством виртуальной реальности, поступившим в более-менее массовое производство). Система эта состояла из нескольких соединённых между собой кресел, называвшихся «гондолами» и оснащённых, помимо шлема со стереоскопическим дисплеем и системой слежения, ещё и двумя джойстиками. Вся установка стоила примерно 73 тыс. долларов и позволяла играть в несколько многопользовательских игр различных жанров, таких как приключенческая RPG Legend Quest или боевик Grid Busters.

Virtuality – одна из немногих систем виртуальной реальности 1990-х годов, доживших до релиза

Предпринимались и попытки создания подобных устройств для индивидуального пользования: двадцать лет назад шлемы виртуальной реальности занимали в заголовках IT-новостей чуть ли не то же место, что и сейчас, но к настоящему широкому пользователю так и не приблизились. Качество оставалось низким и не соответствовало пафосной рекламе разработчиков, а цена оказывалась незаслуженно высокой – дисплеи соответствовали, в лучшем случае, стандарту VGA (640х480 пикселей), а то и 320х240, а предлагались никак не дешевле полутора тысяч долларов.

Так что ситуация сегодняшнего дня отнюдь не нова – Майкл Хейм называет её уже «третьей волной» виртуальной реальности. Смогут ли Oculus Rift, Sony Morpheus или Valve HTC Vive достичь того, что не удавалось их предшественникам в семидесятые и девяностые годы? Отвечать на этот вопрос пока что рано, но немалые сроки разработки Oculus Rift к оптимистическому взгляду на предмет особо не располагают – как и отзывы тестеров, указывающих на множество мелких недостатков рабочих прототипов VR-устройств: от перенагрева шлемов до неизбежной пикселизации, а то и чувства головокружения и даже тошноты.

Простейшая «виртуальная реальность» сегодня: картонные стереоочки для смартфона Google Cardboard

К счастью, по крайней мере, проблему завышенной цены некоторые из современных приспособлений вполне способны разрешить – путём использования смартфона в качестве дисплея. Картонные очки Google Cardboard можно создать своими руками или купить за двадцать долларов с доставкой по всему миру – одна компания, специализирующаяся на производстве специфического VR-контента для взрослых, даже предлагает их  бесплатно (правда, пока что только в пределах США). Разумеется, по качеству это устройство оказывается не более чем игрушкой. Но даже и более продвинутые аппараты такого типа, вроде Samsung Gear VR, строго говоря, особо не позволяют приобщиться к виртуальной реальности в её классическом понимании: даже если отвлечься от идеала отсутствия носимых на теле приборов и неотличимости искусственной реальности от настоящей, задействованными в любом случае оказываются только зрение и слух. О полном вовлечении всех чувств и всего тела в компьютерный мир речь может идти пока что лишь в контексте таких грандиозных многомиллионных аттракционов как проект The Void – увы, также пока что ещё далёкий от своего публичного запуска. Ну а что касается стереоочков – не является ли и это новое хорошо забытым старым, подаваемым под модным соусом «виртуальной реальности»?

Это не прототип Oculus Rift – это «Стереоскопическо-телевизионный аппарат для индивидуального пользования» Мортона Хейлига, поданный на патент в 1957 году и получивший его тремя годами позднее.

Технология для получения стереофотографий ничем, собственно, не отличается принципиально от обычной фотосъёмки – первый аппарат для неё был запатентован ещё в 1854 году русским изобретателем Иваном Александровским. Рассматривание стереофотографий было довольно распространённым развлечением наших предков в конце позапрошлого века – и бытовые устройства, позволяющие это делать, очень даже напоминали по внешнему виду современные VR-очки – которые, разумеется, добавляют к трёхмерному изображению не только звук, но и интерактивность.

Раскрашенная стереофотография: гейшы рассматривают стереофотографии. Фотограф Т. Энами, Иокогама, ок. 1898 г. (Фото: Flickr)

Анимация стереоэффекта старой фотографии

А потому можно всё-таки понадеяться на то, что пускай «третья волна» популярности идеи компьютерной виртуальной реальности никак не может считаться завершающей и вплотную приближающей нас к идеальному воплощению интерфейса «человек – компьютер», свой вклад в совершенствование этого интерфейса она непременно внесёт, какая бы коммерческая судьба ни ждала все громко рекламируемые сегодня устройства. Разрабатываются уже и первые социальные и командные игры в виртуальной реальности; остались за рамками нашего небольшого исторического обзора и те направления развития компьютерных технологий, которые привели к конструированию в 1983 году первой оптической перчатки, заложившей основы применения технологий виртуальной реальности в сфере медицины. Но это уже тема для отдельного рассказа.

Видео: «Videoplace» Майрона Крюгера, 1988 г.