Архивы: по дате | по разделам | по авторам

О виртуальном смысле жизни, или 3D-философские заметки

Архив
автор : Переберин Антон   18.05.1999

Антон Переберин - выпускник факультета ВМиК МГУ, аспирант ИПМ им. М. В. Келдыша РАН. Занимается проблемами обработки, оптимизации и сжатия графической информации.


Спешу успокоить читателя. Смысл жизни в общефилософском понимании мы искать не будем. Наша задача проще. Давайте поговорим о... компьютерной графике. Это направление сейчас интенсивно развивается. Однако многие думают, что компьютерная графика - это в первую очередь игры с виртуальной реальностью и рекламные ролики, а "нужность" и "полезность" как того, так и другого очевидна далеко не всем.


   Меж тем, компьютерная графика - это наука. Кто не согласен с этим, согласится хотя бы, что это инструмент. Сам по себе инструмент не может быть ни хорош, ни плох, ни вреден, ни полезен, ни даже бесполезен. Все зависит от конкретных приложений.

   Возникшая еще в 1950-х (!) годах компьютерная графика некоторое время существовала именно как "чистая наука", не имевшая конкретных практических применений. Графику того времени называли "лекарством от неизвестной болезни", "решением в поисках проблемы" [1].

   В наши дни, пожалуй, даже непосвященным уже очевидно, что компьютерная графика свои приложения имеет. Но вот представления об этих приложениях часто оказываются весьма расплывчатыми, однобокими, а то и просто неверными.

   Как уже было сказано, компьютерная графика зачастую ассоциируется с виртуальной реальностью и, в частности, с 3D-играми. И есть мнение, что эти вещи представляют определенную опасность для человека, его психики, развития и т. д. Мне как-то попалась на глаза статья (к сожалению, ни ее названия, ни издания я не помню), где виртуальная реальность рассматривалась как наркотик нового поколения, потенциально более сильный, чем любое известное на данный момент наркотическое средство. Там же говорилось и о возникновении соответствующей "наркомафии", которая будет контролировать индустрию производства и рынок "виртуальных миров".

   Так ли это? С моей точки зрения, опасения подобного рода небеспочвенны (да простят меня горячие поклонники этого направления). Само понятие "виртуальная реальность" заставляет насторожиться: существующую объективную реальность пытаются подменить некоторой искусственной, "нереальной" реальностью. Нет ли опасности в том, что человек, оказавшись в не-реальности, может не захотеть возвращаться в обычный человеческий мир? И тут действительно улавливается определенная аналогия с механизмом действия наркотика.

   В свое время Запад пережил довольно неприятное явление среди молодежи - "телевизионную болезнь". Подростки все свободное время проводили у экранов телевизора и так "вживались" в мир по ту сторону экрана, что боялись выходить из дома, реальный мир начинал их пугать (подобные случаи встречаются повсеместно и в настоящее время, но характера эпидемии это явление сейчас, кажется, не носит). А тут предлагается нечто куда как превосходящее обычный телевизор по силе воздействия на человека. Не говоря уже о возросшей степени реалистичности "компьютерных миров", ими, оказывается, можно управлять; вместо пассивного наблюдателя человек становится активным участником событий. Этот мир идеален. Проблемы, беспокоящие человека "здесь", "там" отсутствуют. Но благотворно ли повлияет на человека такое конструирование мира под себя?

   Можно возразить, что человек - существо разумное, контролирует себя и должен быть в состоянии не "провалиться" в "тот" мир. Это верно, если говорить о сильном взрослом человеке со сформировавшимся характером и устойчивой психикой. Но виртуальная реальность наступает в первую очередь на детей и подростков, а защищены они гораздо слабее.

   Еще одна заметка [2]. Очаровательная молодая особа, восходящая поп-звезда Японии, имеющая массу поклонников, которые пишут ей письма и признаются в любви, оказывается... плодом творчества группы специалистов по "виртуальной реальности". Это может показаться забавным, однако такие опыты чреваты драматическими последствиями. Сложные чувства вызывают сообщения о девочках, покончивших с собой из-за неразделенной любви к Майклу Джексону. Но он хоть живой, реальный человек, а от возможности проявления глубоких чувств к набору пикселов на экране становится совсем грустно.

   Пару слов об играх. Стандартный ответ тем, кто критически относится к компьютерным играм: игры развивают, игры тренируют внимание и реакцию, игры помогают отдохнуть, расслабиться и т. д. Я с этим полностью согласен и сам люблю немного "побегать и пострелять". Что касается развития и тренировки... Может быть, я покажусь старомодным, но мне хотелось бы, чтобы мой сын (если он когда-нибудь у меня будет) учился по книгам, а внимание и реакцию развивал во дворе на велосипеде.

   Справедливости ради следует заметить, что у "ходилок", "стрелялок", "леталок" есть близкие родственники - различные симуляторы и тренажеры. Но при кажущемся сходстве у таких программ совершенно иная идеология: создаваемая ими "реальность" призвана облегчить человеку освоение настоящего мира, не подменяя его.

   Тема угрозы человечеству со стороны созданных им виртуальных миров в настоящее время стала, кажется, весьма популярной. Пишутся романы, снимаются фильмы. Однако авторами таких произведений часто движет стремление не проанализировать проблему серьезно, а отдать дань моде, подзаработать на "горячем" материале. Из тех же, кто действительно предупреждал об опасности "суррогатных" миров, причем задолго до их появления, стоит упомянуть, например, Рэя Брэдбери. Вспомните его "451њ по Фаренгейту" или, скажем, "Вельд".

   Поймите меня правильно. Я вовсе не против виртуальной реальности. Мало того, как у специалиста и исследователя, это направление вызывает у меня большой интерес, так как оно постоянно стимулирует развитие компьютерной графики, ставит очень интересные задачи. Я только хочу сказать, что к виртуальной реальности, как к инструменту отдыха и развлечений, нужно относиться серьезно, ответственно и осторожно.

   Теперь самое время поговорить о том, что компьютерная графика - это не только средство создания нового "опиума для народа".

   Очень важное направление современной графики - синтез реалистических изображений. Причем под реалистичностью понимается не просто "чтобы было узнаваемо", а чтобы синтезированная модель практически не отличалась от оригинала. Это направление позволит сделать новый шаг в области компьютерного моделирования. Известно, что правильно построенная математическая модель самолета позволяет проверить его летные качества даже без макета. Но и внешний вид объекта часто оказывается характеристикой, которую хотелось бы оценить до того, как сам объект построен. Причем не только форму объекта (это как раз самое простое), а то, как он будет смотреться при соответствующем освещении, в движении, как будет выглядеть материал, из которого объект сделан, и т. д.

   Приведу пример одного приложения. На сегодняшний день его можно считать неким идеалом, к которому стоит стремиться, но который пока не достижим. Назовем его "виртуальной манекенщицей". Такой выбор идеала, возможно, покажется странным. И, тем не менее, это очень серьезный пример. Во-первых, даже интуитивно понятно, как важна реалистичность модели. Ведь недостаточно просто изобразить человека, демонстрирующего какую-то одежду. Нужно быть уверенным, что реальная одежда на реальном человеке будет выглядеть точно так же. Тогда можно будет создавать модели тканей, "шить" из них модели одежды, "надевать" эту одежду на модель человека и только после этого, имея возможность посмотреть, как изделие смотрится на модели, решать вопрос о начале производства. Посмотрим, какие задачи потребуется решить.

   Задача первая: создать реалистическую модель движущегося человека. Те, кто верит во всесилие компьютеров и программистов, возможно, считают, что такая задача уже давно решена. Ничего подобного! Несомненно, прогресс велик. Но в движениях даже наиболее сложных моделей человека видна неестественность. Нам же нужно увидеть одежду на естественно двигающемся человеке. Вторая задача. Посмотрите на одежду реального человека. Она изгибается, провисает и морщится очень сложным образом. Платье не должно выглядеть сделанным из картона. И, наконец, третья задача - создание реалистической модели освещения человека и надетого на него платья. Причем и эта задача реально делится на две: освещение фигуры человека как целого объекта и освещение нанесенной на его "тело" "ткани". Ткань может иметь очень сложную структуру; промоделировать законы отражения света бывает непросто. А если это сделать неправильно, то исказится информация о фактуре ткани, и вместо бархата или шелка мы увидим мешковину или клеенку. Даже сейчас, несмотря на огромные усилия очень умных людей и современную технику, результаты далеки от идеальных.

   Можно долго перечислять области, где подобное "визуальное моделирование" очень нужно. Изготовители лакокрасочных материалов хотели бы увидеть, как смотрятся их новые красители на разных объектах (например автомобилях). Театральные художники и режиссеры могли бы смоделировать декорации и "поставить свет" на экране компьютера и, только выбрав лучший вариант, приступить к изготовлению реквизита.

   Возможно, потребность в подобных технологиях кому-то покажется надуманной, высосанной из пальца. Обходились ведь люди раньше без этого! Ну, во-первых, раньше люди обходились без телефона и горячей воды. А во-вторых, стоит подумать, сколько такие технологии позволят сэкономить человеческого труда, материалов, денег, нервов, в конце концов.

   Еще одно очень интересное приложение - интерактивное телевидение, ждать которого придется не так уж долго. Суть в следующем. Показывают, например, футбольный матч (не виртуальный, а самый настоящий). Но вы - зритель - хотели бы увидеть его не так, как считает нужным режиссер, а как считаете нужным вы сами. Скажем, хотите вы весь матч следить за игрой одного лишь любимого вашего игрока и видеть только его и крупным планом. Пожалуйста! Или посмотреть на игру глазами вратаря. Вам достаточно только ввести соответствующую команду. Теоретически реализовать это не так уж сложно. Нужно "просто" уметь по нескольким снимкам с разных позиций восстанавливать геометрию трехмерного объекта, а потом строить изображение этого объекта под произвольным углом зрения. Причем все это должно происходить в реальном времени. Пока такое невозможно. Нет даже универсального (то есть одинаково хорошо работающего в любых условиях) алгоритма восстановления геометрии по стереопаре (двум изображениям). Да и скорость расчетов пока весьма далека от реального времени.

   Без графики трудно представить себе современный научный мир. Здесь в первую очередь стоит сказать о визуализации, которую разные люди понимают по-разному. Изначально визуализация определялась как возможность изобразить то, чего в природе изобразить нельзя. Визуализация стала неотъемлемой частью современного компьютерного математического моделирования. Визуализируют векторные поля, в том числе в динамике, визуализируют течение жидкостей, газов, ход химических реакций и т. д.

   Выше я говорил, что наука может представлять интерес уже просто как предмет исследования. Но помимо этого изучение одного предмета часто инициирует исследования в самых разных областях, тем самым благотворно влияя на развитие Науки вообще. И компьютерная графика не является здесь исключением. Очевидно, что графика не может существовать без математики. Но не только математики. Для создания той же "манекенщицы" требуется знать анатомию, физику, оптику и многое другое. Моделирование освещенности - это тоже в первую очередь физика и оптика. Современные методы обработки (и особенно сжатия) графической информации используют знания об особенностях восприятия света и цвета человеческим глазом. Но исследователи идут дальше. Они изучают особенности восприятия человеком зрительной информации на основе знаний о строении мозга, психофизических факторах восприятия и т. п. [3]

   Графика - один из тех инструментов, которые способны наиболее сильно приблизить компьютерный мир к миру человека. Пользу такого сближения сейчас осознает все больше и больше людей. Но и самое лучшее средство, созданное для помощи человеку, может принести вред. И забывать об этом не следует!





1 (обратно к тексту) - См., например, очерк по истории компьютерной графики: Carl Machover. Four Decades of Computer Graphics. IEEE Computer Graphics and Applications, Nov. 1994, pp. 14-19.

1 (обратно к тексту) - Я заранее приношу извинения за возможные неточности в пересказе содержания заметок. Экземпляров у меня не сохранилось, информацию приходится черпать из собственной памяти. Тем более, я не собираюсь обсуждать, насколько соответствуют действительности публикуемые в этих материалах факты. То, что сегодня может оказаться шуткой или "уткой", завтра может стать реальностью (уже не виртуальной).

1 (обратно к тексту) - См. статью "Еще один взгляд на компьютерную графику" ("Компьютерра" #269).



© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2022
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.