11. Virtuální realita

Přestože se ve smyslu těchto slov dá za virtuální (neskutečnou) realitu označit kdejaké počítačem realizované prostředí, je v poslední době tento název používán především jako označení nového a velice perspektivního oboru, který se zabývá využitím různých moderních technických zařízení pro realizaci zcela převratného způsobu komunikace s počítačem. Jedná se o úplně nové uživatelské rozhraní, jehož cílem je pokud možno co nejvíce přiblížit počítačové prostředí skutečnosti tak, jak ji zachycují naše smysly. Uživatel by měl být do tohoto prostředí co nejvíce vtažen (ponořen). Současné aplikace virtuální reality pracují se zrakem, sluchem a hmatem. Experimentuje se i s čichem a chutí. Nástroje (zařízení, pomůcky), které ve spojení s co nejrychlejším počítačem na úrovni pracovní stanice takovéto aplikace realizují, jsou základem úspěchu. Můžeme je rozdělit podle smyslů, na které působí.
Zraku je třeba předložit kvalitní trojrozměrný prostorový obraz. Aby byl reálný, to znamená pohyblivý, musí být zařízení schopno zobrazovat jednotlivé obrazovky tak rychle za sebou, že uživateli splývají v plynulý pohyb. Čím je tato frekvence vyšší (viz monitory), tím je obraz kvalitnější. Hranice, při které je lidské oko schopno zaregistrovat jednotlivé obrázky, leží okolo 20 obr./s, skutečně přirozený dojem vzniká až při použití frekvence okolo 50 obr./s. Má-li být obraz navíc prostorový, musí být pro každé oko poněkud odlišný (stereoskopický). Často se pro tyto účely používají speciální brýle, které pomocí filtrů zajistí, aby každé oko vidělo pouze to, co má. Tento způsob zobrazení (kina, televize, monitor počítače) má však dost daleko k dokonalosti. Zobrazovacím zařízením ve virtuální realitě běžně používaným jsou spíše různé stereoskopické displeje nejčastěji zabudované do přilby, aby byly v blízkosti očí. Pro každé oko je zde jeden LCD (tekuté krystaly) panel nebo miniaturní obrazovka. Speciální optika zajišťuje co nejširší zorné pole (horizontální rozsah vidění bez pohybu hlavy a očí). Dosahuje se okolo 120 ° ze 180 ° ve skutečnosti. Aby byl dojem reality pokud možno co nejdokonalejší, je třeba zajistit, aby se obraz příslušně měnil podle pohybu očí i celé hlavy. Zvláštní zařízení v přilbě zabudované předává počítači informaci o poloze hlavy a očí. Dojde-li ke změně, musí počítač v reálném čase nový obraz vygenerovat a zobrazit ho na displeji. Přestože se používají na urychlení těchto operací různé triky (detaily pouze ve středu obrazu, prostředí vektorově popsané modelem a generované počítačem), ani ty nejlepší současné počítače nejsou schopny dostatečně rychle reagovat na prudké pohyby hlavy a očí.
Zvuk se ve virtuální realitě řeší podobně jako obraz. Do přilby jsou zabudována sluchátka jako nezávislý zdroj zvuku pro každé ucho. Vystačit s klasickým statickým stereofonním zvukem však lze jen u těch nejprimitivnějších aplikací. Požadavkem dneška je dokonalý prostorový interaktivní zvuk. Prakticky to znamená, že počítač musí pracovat s co nejdokonalejším akustickým modelem daného prostředí včetně různých detailů. Pak je schopen vygenerovat výsledný zvuk v kterémkoli místě jako součet všech zdrojů, které v daném prostoru existují, navíc v závislosti na momentálním otočení hlavy uživatele. Nebudu zacházet do větších detailů, jen je třeba si uvědomit, že jedině takovýto způsob realizace zvuku dovoluje dostatečné přiblížení k realitě. Slyšíte-li nějaký zvuk za sebou, můžete se otočit a bude před vámi. Budete-li chtít, můžete se k němu i přibližovat a vzdalovat se.
Posledním ze smyslů, na něž dokáží současné prakticky používané aplikace virtuální reality působit, je hmat. Vytvořit dojem, že prostředí, které vidíte i slyšíte, také cítíte, je velice obtížné a zdá se, že ještě dlouho zůstane nejslabším místem těchto aplikací. Zařízení, které se k těmto účelům používá, se nazývá datový oblek. Kvalitní datový oblek splňuje dvě základní funkce. Jednak informuje počítač o pohybu uživatele ve virtuálním prostoru a zároveň poskytuje uživateli zpětnou vazbu ve formě hmatové i silové informace o vlastnostech prostoru. Předmět, který zvednete, musíte nejen cítit v prstech, ale musíte mít též pocit, že něco váží. Skutečně realistické řešení tohoto problému včetně rozpoznávání změny teploty, přenosu silového působení z určitého místa na celé tělo nebo bolestivé reakce v případě prudkého nárazu, to vše současná technika dosud řešit nedovoluje. Datový oblek je velice drahý a mít ho na těle i s přilbou je dost nepříjemné. Proto se často používá pouze datová rukavice, v jednodušších případech dokonce bez zpětné vazby.


virtuální realita

Rozlišujeme tři základní stupně virtuální reality. Pasívní aplikace fungují podobně jako film. Takové prostředí můžete vidět, můžete ho slyšet a určitým způsobem třeba i cítit, ale nemůžete ho žádným způsobem ovlivňovat. Režie tj. řízení průchodu je plně v rukou programu. Typickým příkladem takové aplikace může být třeba představení stereoskopického filmu (s brýlemi) s mnohokanálovým zvukem a navíc ve specializovaném panoramatickém kině, kde se celé hlediště pro umocnění dojmu pohybuje. Ještě silnějším zážitkem mohou být některé atrakce v zábavních parcích. Jedná se o moderně vyhlížející kabinu o velikosti malého autobusu. Do té si sednete, připoutáte se a můžete si třeba virtuálně sjet Niagarské vodopády nebo zažít něco jiného podobně vzrušujícího. Do této kategorie by bylo možno zařadit snad také telekonference. Několik lidí, každý ve skutečnosti na jiném konci světa, sedí spolu v jedné místnosti. Přitom se navzájem vidí i slyší, takže jim nic nebrání řešit důležité problémy. Nemohou se ale neomezeně pohybovat, ani si podat ruce.
Druhým stupněm jsou aplikace aktivní. Zařízení v tomto případě dovoluje virtuální prostředí libovolně zkoumat. Je možno se v něm pohybovat, prohlížet si ho ze všech stran i slyšet odpovídající zvuk. Většinou zde však chybí hmatová zpětná vazba, a tak není možno toto prostředí žádným způsobem modifikovat. Nelze virtuálně přemisťovat předměty, otvírat dveře apod. Uživatel se pohybuje podobně jako duch. Může procházet stěnami i prostrčit ruku libovolným předmětem. I tak může být taková procházka nevšedním zážitkem. Prakticky se tento stupeň používá například k vyvolání dojmu, který může mít určitý léčebný efekt u pacientů postižených různými fobiemi (třeba strach z výšek) nebo duševními poruchami. Jinde může sloužit k prezentaci virtuálních uměleckých děl, k prohlížení dosud nepostavených budov, pro vizualizaci informací v bankovnictví, v meteorologii, v řízení letového provozu a v různých vědních oborech (trojrozměrné zobrazení funkcí více než dvou proměnných) nebo k hledání nepřítele v neznámém prostředí za účelem jeho likvidace. Zbraně u takových atrakcí použité jsou částečně skutečné (tvar a spoušť) a částečně virtuální (střela). Podobné mnohem dokonalejší systémy, kde se zčásti používá ovládání podobné skutečnosti ve spojení s virtuálním obrazem a zvukem, používají vojáci k simulaci střelby, v leteckých trenažérech nebo k ovládání robotů na dálku (zamořený prostor, hašení požáru).
Nejdokonalejšími a také technicky nejnáročnějšími jsou aplikace plně virtuálně interaktivní. Ty dovolují prostředí nejen zkoumat, ale také ho modifikovat. Je možno brát virtuální předměty do ruky a přemisťovat je, pracovat s virtuálními nástroji, mačkat různá virtuální tlačítka, psát na virtuální klávesnici apod. Za vrcholnou aplikaci v této kategorii lze považovat třeba virtuální cvičnou operaci, kterou může chirurg opakovaně uskutečnit na modelu určitého orgánu konkrétního pacienta dříve, než se do ní pustí ve skutečnosti. Nebo si zkuste představit architekta, který má možnost si svůj výtvor nejen prohlížet, ale též ho interaktivně měnit. Vezme stěnu a posune ji, přemístí dveře nebo okna. Totéž platí o nábytku. Přitom může výsledek okamžitě sledovat ze všech stran.
Technika virtuální reality se rychle zdokonaluje. Brzy bude možno ve virtuálním prostoru potkat virtuálního člověka, prohlížet si ho ze všech stran, mluvit s ním a třeba ho vzít i za ruku. Ten člověk přitom nemusí být zas tak úplně virtuální. Může to být model dokonale simulující skutečnou osobu, která se fyzicky vyskytuje někde hodně daleko, momentálně se též pohybuje virtuálním prostorem a všechny její pohyby včetně mimiky obličeje a hlasu jsou digitalizovány a pomocí sítě přenášeny do vzdáleného počítače, který tato data zobrazuje. Stačí, aby virtuální prostor, kde se obě postavy pohybují byl stejný a mohou se setkat skoro jako ve skutečnosti. Zní to možná dost fantasticky, ale takové experimenty se již provádějí. Cena potřebných zařízení je dosud tak obrovská, že jsem sám zvědav, kdo si bude moci dovolit tyto možnosti prakticky využít. Mohou to být třeba virtuální porady vedení nějaké bohaté banky nebo centrální celosvětová burza cenných papírů nebo setkání hlav světových mocností. Nevím, jak se těchto možností zmocní zábavní průmysl, doufám však, že tak daleko, aby bylo možno někomu virtuálními pomůckami skutečně ublížit, nikdy nedojdeme. Hodně se též mluví o virtuálním sexu. To bude panečku senzace, až bude dívka měsíce na serveru Playboje třírozměrná a hmatatelná. Ke skutečnosti to však bude mít jistě ještě hodně daleko. Nevím, jestli vás to uklidní, ale již dnes začíná být zřejmé, že se hned tak nepodaří přiblížit virtuální realitu skutečnosti podobně, jako se dosud nepodařilo vytvořit umělou inteligenci, která by se mohla srovnávat s lidskou. S tvůrcem přírody soutěžit nelze.
Jednou věcí jsem si docela jist. Ve školství se s virtuální realitou ještě hodně dlouho nesetkáme. Zamysleme se přesto alespoň teoreticky nad tím, jak by se zde dala využít. Virtuální realita se jednou nepochybně stane docela přirozeným uživatelským rozhraním konstruktivních výukových aplikací. Není problém si s trochou fantazie představit, jak děti v programu Explores the Human Body, který byl v kapitole pojednávající o výukových programech popisován, zkoumají lidské tělo zevnitř trojrozměrně a s využitím hmatu. Nebo jak cestují po planetách sluneční soustavy a zkoumají je zblízka. Nesrovnatelně názornější bude ve virtuálním prostoru modelování a experimentování. Zkuste si třeba představit model počítače, který bude možno za chodu zkoumat zevnitř s možností názorného zobrazení funkce jednotlivých dílů. Fantastické možnosti jednou přinese virtuální fyzikální laboratoř. Zde bude možno nejen modelovat, ale též pomocí experimentů ověřovat různé jevy. Možnost prostorového zobrazení zjištěných závislostí spolu s interaktivní změnou parametrů dovolí mnohem snadnější pochopení principů a může přispět třeba i k objevu zcela nových netušených souvislostí. Virtuální realita se uplatní i ve zpřístupnění informací dostupných prostřednictvím vzdálených sítí. Taková síť bude (podobně jako v programu Creative Writer) ulicí, kde budou jednotlivé domy představovat datové servery nebo různé služby, kam bude možno vejít podobně jako do knihovny, na poštu, do trafiky pro noviny nebo do jiného obchodu, na návštěvu k firmě, jejíž výrobky nás zajímají apod. Zkuste si na závěr představit třeba virtuální návštěvu archeologického muzea. Zde bude nejen možno si prohlížet a třeba vzít i do ruky různé vzácné archeologické nálezy, ale též zblízka zkoumat současný stav vykopávek na různých místech světa a třeba i rekonstrukci významných památek v různých obdobích a to včetně tehdejšího způsobu života. Doufám, že si každý umí představit, jak by mohlo vypadat třeba geografické muzeum nebo jakékoli jiné a jak by se dalo využít ve výuce.
Byl bych neobyčejně šťasten, kdyby naše děti měly šanci podobné vymoženosti co nejdříve využívat. Cesta k tomu však bude ještě dlouhá a trnitá. Je však mnoho věcí, které pro zlepšení zapojení informačních technologií do výuky můžeme udělat již teď.

©BoBr 1995