Таким образом, особое свойство самоподобия физического мира делает возможной науку и другие формы знания. Однако впервые это свойство признали и изучили вовсе не физики, а математики и теоретики в области вычислительных процессов. Они назвали это свойство универсальностью вычислений. Теория вычислений — наша третья нить.
5. Виртуальная реальность
По традиции теорию вычислений изучают почти исключительно абстрактно, как раздел чистой математики. Однако при этом теряется её смысл. Компьютеры являются физическими объектами, а вычисления — физическими процессами. То, что могут или не могут вычислить компьютеры, определяется только законами физики, а не чистой математикой. Одной из важнейших концепций теории вычислений является универсальность. Универсальный компьютер обычно определяют как абстрактную машину, способную имитировать вычисления любой другой абстрактной машины некоторого конкретного хорошо определённого класса. Однако важность универсальности заключается в том, что универсальные компьютеры, или, по крайней мере, хорошие приближения к ним, можно на самом деле построить и использовать для вычисления поведения не только друг друга, но и интересных физических и абстрактных сущностей. Тот факт, что это возможно, — часть самоподобия физической реальности, о которой я упомянул в предыдущей главе.
Самое известное физическое проявление универсальности — это область техники, которая обсуждалась в течение многих десятилетий, но начинает развиваться только сейчас, — виртуальная реальность. Этот термин относится к любой ситуации, когда у человека искусственно создаётся ощущение пребывания в определённой среде. Например, пилотажный тренажёр — машина, которая даёт лётчику ощущение полёта на самолёте без отрыва от земли, — это один из видов генератора виртуальной реальности. Такую машину (или точнее, компьютер, который ею управляет) можно запрограммировать, введя характеристики реального или вымышленного самолёта. В программе также можно задать окружающую самолёт среду, как то: погоду и схему расположения аэропортов. По мере того, как пилот отрабатывает перелёт из одного аэропорта в другой, тренажёр выдаёт определённые изображения в окна, имитирует возникающие при полёте толчки и ускорения, соответствующие показания приборов и т. д. Он может воспроизводить такие эффекты, как турбулентность, механическое повреждение и предлагаемые модификации самолёта. Таким образом, пилотажный тренажёр знакомит пользователя с широким спектром пилотажных ситуаций, включая такие, которые невозможно воспроизвести на реальном самолёте. Имитируемый самолёт может обладать техническими характеристиками, нарушающими законы физики (например, он может лететь сквозь горы, быстрее света или без горючего).
Поскольку мы воспринимаем окружающую нас среду через наши ощущения, любой генератор виртуальной реальности должен обладать способностью манипулировать нашими чувствами, изменяя или подавляя их нормальное функционирование, чтобы мы могли почувствовать заданную окружающую среду вместо реальной. Это может напомнить фантастику в духе романа Олдоса Хаксли
[14] «О дивный новый мир», но технологии искусственного управления человеческой сенсорикой, конечно, развивались тысячелетиями. Все методики предметно-изобразительного искусства и дальней связи можно считать «изменяющими нормальное функционирование чувств». Даже доисторические пещерные рисунки давали зрителю некоторое ощущение того, что он видит животных, которых на самом деле нет. Сегодня мы можем осуществить это более точно, используя фильмы и звукозапись, хотя и не настолько точно, чтобы имитацию можно было перепутать с оригиналом.
Я буду использовать термин генератор образов для обозначения любого приспособления, вроде планетария, аудиосистемы Hi-Fi или полочки со специями, способного по заказу формировать сенсорный ввод для пользователя: заданные картинки, звуки, запахи и т. п. — всё это будем считать «образами». Например, чтобы сгенерировать обонятельный образ (т. е. запах) ванили, нужно открыть баночку с ванилью, которая стоит на полочке со специями. Чтобы генерировать слуховой образ (т. е. звук) двадцатого концерта для фортепьяно Моцарта, нужно воспроизвести соответствующий компакт-диск на аудиосистеме Hi-Fi. Любой генератор образов — это рудиментарный вид генератора виртуальной реальности, но термин «виртуальная реальность» обычно оставляют на тот случай, когда присутствуют и широкий охват сенсорного диапазона пользователя, и существенный элемент взаимодействия («ответной реакции») между пользователем и имитируемыми сущностями.
Современные видеоигры обеспечивают взаимодействие между игроком и игровыми объектами, но, как правило, используют лишь небольшую часть сенсорного диапазона пользователя. Такая воссозданная «окружающая среда» состоит из изображений на небольшом экране и частично звуков, которые слышит пользователь. Однако уже существуют виртуальные видеоигры, более достойные этого названия. Обычно пользователь надевает шлем со встроенными наушниками и двумя телевизионными экранами (по одному для каждого глаза), иногда — специальные перчатки и другую одежду, оснащённую электрически управляемыми эффекторами (устройствами, создающими давление). Имеются также сенсорные датчики, которые регистрируют движение частей тела пользователя, особенно головы. Информация о том, что делает пользователь, передаётся компьютеру, который вычисляет, что должен видеть, слышать и чувствовать пользователь, и реагирует, посылая соответствующие сигналы генераторам образов (рис. 5.1). Когда пользователь смотрит налево или направо, изображения на двух телевизионных экранах смещаются, подобно реальному полю зрения, и показывают, что находится слева и справа от него в виртуальном мире. Пользователь может протянуть руку и взять виртуальный объект, который будет на ощупь как настоящий, потому что эффекторы перчатки генерируют «тактильную обратную связь», соответствующую положению и ориентации, с которыми виден объект.
В настоящее время игры и имитация средств передвижения — основные области применения виртуальной реальности, но в скором будущем предвидится огромное количество новых её приложений. Для архитекторов станет обычным делом создавать виртуальные прототипы зданий, по которым клиенты смогут пройтись и попробовать внести изменения на той стадии, когда их можно будет реализовать без особых усилий. Покупатели смогут пройти (или даже пролететь) по виртуальным супермаркетам, не выходя из дома, даже не встречаясь с толпой других покупателей и не слушая музыку, которая им не нравится. Но совсем не обязательно, что они останутся в виртуальном супермаркете в одиночестве: в виртуальной реальности за покупками могут пойти вместе сколько угодно человек, у каждого будут как изображения остальных, так и изображение супермаркета, но никому из них не придётся выходить из дома. Концерты и конференции будут проводить без назначения места встречи; и выгода здесь не только в экономии на стоимости аудиторий, гостиниц и перелётов, но и в том, что все участники смогут сидеть на самом лучшем месте одновременно.
