Лев Мельников - Виртуальная реальность: как это начиналось

Лев Мельников

Виртуальная реальность: как это начиналось

Лев МЕЛЬНИКОВ, академик Российской Академии космонавтики имени К.Э.Циолковского

Путь указал Циолковский

Со своей уникальной способностью мысленно моделировать события и обстоятельства космических полетов, совершенно неизвестные землянам, калужский мечтатель не мог пройти мимо такой проблемы, как ощущения человека, оказавшегося в космосе. Он первым поставил вопрос о неизбежности появления ностальгии по Земле, указав, что «космонавт будет подобен старику, скучающему по Родине». «Эту жажду, — писал он далее, — можно частью удовлетворить чтением книг о земной жизни и картинами Земли». Последние слова вполне можно считать зародышем идеи виртуальной реальности.

Программа изменений виртуального пейзажа в соответствии с режимом труда и отдыха космонавта-оператора. Соответствие изображений, освещенности и формы экрана таким пунктам распорядка дня, как завтраку (1); обеду (2); до- и послеобеденной работе (3, 4); ужину и вечернему отдыху (5), а также сну (6), подобраны в результате соответствующих психологических исследований.

Еще до первых космических полетов, не только из работ Циолковского, но и из опыта длительных авиарейсов, полярных зимовок, ряда производственных процессов (а еще раньше — тюремных камер-одиночек) был известен колоссальный вред, наносимый психике человека монотонностью внешних условий. Не случайно в подготовку первых космонавтов входили тренировки в сурдокамере — замкнутом объеме с минимумом внешних раздражителей. В действительности все оказалось не так страшно, скучать космонавтам в полете особо некогда, но проблема ностальгии по Земле осталась, и с ростом продолжительности и дальности полетов только усиливалась.

Виртуальный пейзаж

И потому, в преддверии эпохи орбитальных станций и межпланетных кораблей, примерно с начала 1967 г., я, как сотрудник Института медико-биологических проблем Минздрава СССР, начал разрабатывать средства борьбы с монотонностью и ностальгией. Конкретно, речь шла об имитации земного ландшафта в зоне (каюте, да хоть бы и на стене) психологической разгрузки космического корабля.

Создавалось «заоконное пространство» — иллюзия оконного проема с постоянной картинкой или меняющимися изображениями. Менялась освещенность «окна», имитируя смену дня и ночи (с восходами, закатами и сумерками), времен года (дождь, снег и метель, первая зелень). Было предусмотрено и звуковое сопровождение — вошедший в песню «шум дождя», шелест ветра, соловьиные трели…

Технически все это великолепие тогда реализовывалось при помощи слайд-проектора, и потому мне пришлось собирать полную годовую программу из 8760 изображений (365 суток по 24 ч, шаг смены изображений -1 ч).

Потом я разработал метеомодель года, учитывающую изменение пейзажа из-за перемещения небесных светил, влияния облачности, характера и продолжительности метеорологических явлений. В памяти компьютера может быть создан как один пейзаж, так и динамическая панорама с путешествием по тем или иным уголкам Земли. Шаг изменений погоды (определяемых не только календарем, но и генератором случайных чисел) и освещенности достаточно иметь 1–2 ч, растительности — 2–3 недели. В динамике можно изобразить качание веток от ветра, грозовые разряды, потоки ливня и т. д.

Принципиально важно, что на процессы в этом устройстве не влияет воля космонавтов. Как и на Земле, «вид из окна» будет восприниматься ими объективным, внешним фактором.

«Окно» должно иметь размеры примерно 1 х 1,5 м, необходимо обеспечить соответствующие яркость, контрастность и разрешение изображения. Сегодня это может быть уже не только проектор, но и, например, жидкокристаллический экран, имеющий высочайшее разрешение.

Голь на выдумки хитра

Увы, несмотря на то, что практические результаты были получены уже в первой половине 1970-х гг., на земных космических кораблях и орбитальных станциях «виртуального окна» пока нет. Между тем, проблема все равно требует решения, да еще и обостряется.

Рекордная продолжительность полета наших космонавтов на «Салютах» и «Мире» обеспечивается, в том числе, регуляоными. длительными и монотонными физическими тренировками на беговой дорожке и велоэргометре. Причем, во время полугодовой экспедиции, каждый ее участник должен уделять этому полтора-два часа в сутки! Не удивительно, что сами они пришли к тем же выводам, и постарались, в меру своих возможностей, создать «виртуальную реальность» из подручных материалов. Вот отрывок из репортажа специального корреспондента «Правды» В.Губарева: «Леонид Кизим отправился в «картинную галерею»… Так космонавты называют спортивный комплекс станции, потому, что во время тренировки они ставят перед глазами фотографию березовой рощи или репродукции с картин художников. Если одновременно включить беговую дорожку и воображение, то можно представить, что начинается прогулка по подмосковной роще…».

Целебная сила искусства

Еще известный советский психолог Л.С. Выготский утверждал, что искусство имеет компенсаторную функцию. Это делает его особенно важным для стабилизации и коррекции психофизического состояния космонавта. Наиболее эффективными в таком случае представляются синтетические формы искусства, в которых затрагивается не только зрение, но и слух, обоняние, осязание и т. д.

Так выглядит график метеомодели месяца (январь). По вертикали — часы суток, по горизонтали — числа, условные обозначения: 1 — восход и заход Солнца; 2 — граница сумерек; 3 — степень облачности; 4 — снег обложной; 5 — снег ливневый; 6 — метель; 7 — туман; 8 — мгла; 9 — иней; 10 — ледяные иглы.

Идея такого синтеза принадлежит А.Н. Скрябину, но — для концертного воплощения. Мною же, в 1975 г., предложено медицинское и психотерапевтическое применение синтеза искусств в виде «функциональной цветомузыки для космонавтики». Сегодня оно используется в кардио- и неврологических реабилитационных центрах, а также в комнатах психологической разгрузки. на цветовом органе — цветовариаторе — и отснял на кинопленку лунные блики на воде, движущиеся в меланхолическом темпе. В результате получилась программа с седативным эффектом.

Наоборот, «Вступление к 3-му действию оперы «Лоэнгрин» Вагнера — неистовство, огонь. И моя картина к нему — вспышки, всполохи света, взрывы огня на горячем, красно-оранжевом фоне (характерно, что сам Вагнер писал при красном освещении). Полученная программа активизирует психику.

Психолог ГА. Березина, исследуя деятельность оператора, имитирующую работу космонавта, показала, что применение моих цветомузыкальных программ повышает производительность труда на половину, число же ошибок сокращает на четверть!

А известный психолог Ю.А. Петров, возглавлявший в 1970-е гг. лабораторию инженерной психологии ИМБП (в которой я вел исследования по цветомузыке), предлагал творческое участие находящихся на орбите космонавтов в разработке визуального сопровождения звуковых программ. Правда, для этого на борту нужно иметь портативный цветовариатор…

Киберкресло

Нашлемный стереодисплей, тактильные перчатки (а то и комбинезон), ложемент-лопинг — неотъемле-мые составные части терминала виртуальной реальности высокого уровня, созданного с использованием последних технологических достижений.

А ведь начинать следует с идей С.М. Эйзенштейна, высказанных им в 1930-х гг. Потом, в середине XX в., группой исследователей под руководством Н.М. Гольцмана было показано, что панорамный кинематограф вместе с биоэлектрическим воздействием на мышцы «зрителя» создает эффект не присутствия уже, а участия.

И во второй половине 1970-х мы с Юргисом Вилламанисом, тогда — сотрудники ВНИИ медицинского приборостроения, предложили «киберкресло». Изображение; свет, цвет, наконец, звук — это все известно. Но по нашему предложению они должны были сопровождаться электромиографическими воздействиями от специальных электродов на поручнях кресла.

Робот-интерьер

Как часто мы страдаем из-за того, что окружающие не замечают нашего состояния! Да и сами мы его не всегда адекватно оцениваем, а когда спохватываемся, может быть уже поздно. В космическом полете ситуация резко осложняется: организм космонавта — важнейшая система космического корабля, и «отказы» в ней чреваты гибелью не только заболевшего!

Виртуальный пейзаж. Изображения 1 предполагалось формировать путем слайдпроекции 2 — не забудем, разработка датирована 1968–1970 гг. Экран 3, на который проецировались пейзажи, совмещался в зоне отдыха космонавтов 4 с цветомузыкальным экраном 5.