Віртуальність як спосіб вивчення реального світу

Урок-лекція

1. Реальні і віртуальні світи

Що таке реальний світ? а віртуальний? де слід прокласти межу між ними? Ті об'єкти, які ми бачимо навколо себе: чашку, кота, монітор можна помацати руками, змінити їх. Значить вони цілком реальні. Навіть вітер цілком реальне явище, адже його вплив може змінювати об'єкти. Але ось ми дивимося в монітор і бачить там зображення людини, що біжить кудись. Це зображення рухається, підкоряючись нашим наказам, що віддається з клавіатури, і ми в цей час можемо відчувати досить великий спектр емоцій і відчуттів. Невже те, що з нами відбувається в комп'ютерних іграх, - реальність? А може бути, визначати об'єкт в розряд «реальних» за ознакою його відчутності для людини невірно? Тоді що ж слід визнати критерієм реального об'єкта?

Знову подивимося на монітор. Той, що біжить там людина стрибає на дах багатоповерхового будинку, далі на сусідній дах. зривається. і біжить далі. А тепер вугільної у вікно. Часто ми таке можемо побачити? Людина, що впала з великої висоти без парашута, навряд чи побіжить далі. Причина: деформація об'єкта (зазвичай необоротна) в наслідок дії сили гравітації. Чому ж у комп'ютерній грі на людини не подіяла гравітація? Відповідь очевидна: так вирішив програміст, який створив гру. У його влади було скасувати фізичні закони в створеному ним світі. Однак навряд чи він зможе скасувати їх за вікном. Реальні об'єкти завжди підкоряються фізичним законам. Програміст створює лише математичні описи (подання) об'єктів і явищ реального або вигаданого ним світу, але не самі об'єкти і явища. Такі уявлення і називають віртуальними об'єктами, тому що вони існують лише в пам'яті комп'ютера (поза пам'яті віртуальних об'єктів просто немає).

Незважаючи на те, що віртуальні світи можуть бути якими завгодно і в них можуть діяти будь-які (навіть найнеймовірніші) «закони», найбільш якісними слід визнавати ті, які схожі на реальність, подібні їй. Ще б. адже з дитинства ми звикли до того, що вогонь обпікає, гумовий м'яч кинутий об стіну відскакує, перо і камінь падають з різною швидкістю і т.д. Якщо все це «відтворити» у віртуальному просторі, то і людина «потрапив» в цей простір буде відчувати себе як в реальному світі.

Звичайно, подібність реальності не настільки принципово, якщо мати на увазі лише комп'ютерні ігри. Однак подібність фізичного світу має важливе значення в вивченні навколишнього середовища і прогнозуванні. Уявіть собі, що будується місто в районі, де часто відбуваються урагани. Будинки який міцності слід будувати тут? Як не прорахувати і не зробити помилку, ціною якої можуть стати людські життя? Можливо слід змоделювати будинку, «заклавши» їх фізичні характеристики в комп'ютер. Потім, також змоделювати порив вітру певної сили і подивитися його руйнівний вплив на будівлі. Якщо віртуальний ураган зруйнує віртуальні будинки, нічого страшного, - можна просто поміняти характеристики будівлі і спостерігати вплив знову. Може виявитися так, що будувати будинки в обраній місцевості економічно не вигідно. І краще це знати заздалегідь, ніж побудувати, а через якийсь час прийти до плачевного висновку. Стає очевидно: уявлення реальності за допомогою комп'ютера може мати цілком практичне значення.

2. Моделювання

Тепер поговоримо про моделювання. В процесі моделювання створюються об'єкти-моделі, мета яких замістити об'єкт-оригінал при вивченні. При цьому модель повинна містити значущі для даного дослідження (досвіду) риси (властивості) оригіналу, а незначні для даного дослідження можна опустити (ігнорувати). В даний час широко застосовується комп'ютерне моделювання, коли опис об'єкта або явища зберігається у пам'яті комп'ютера, при цьому використовуються спеціальні програми. Як і будь-яке інше моделювання, комп'ютерне моделювання може бути різним. Наприклад, математичним, коли будь-яке явище або процес описується за допомогою математичних формул, а вести обчислення по ним без комп'ютера дуже складно. Також слід виділити графічне моделювання, коли вирішується завдання візуалізації явища або процесу. Таке моделювання буває необхідно, коли існує потреба в наочному поданні явища через його складності.

Окремо слід виділити моделювання в реальному часі, при якому моделируемая система реагує на вплив із зовні, іншими словами - взаємодіє з об'єктами реального світу. Прикладом системи реального часу може служити гра (коли на дію користувача в тугіше секунду настає зміна поведінки героя). Однак область застосування моделювання в реальному часі набагато ширше і має важливе практичне значення (телебачення, ядерна фізика та ін.).

3. Чотиривимірний простір і середовища тривимірного моделювання

Відомо декартово уявлення простору як трьох взаємно перпендикулярних осей (вимірювань): X, Y і Z. Це відповідає сприйняттю людиною довжини, ширини і висоти об'єктів. Однак, крім володіння цими характеристиками, об'єкти можуть ще й змінюватися. Зміна об'єктів відбувається уздовж четвертого виміру - часу. Таким чином, ми отримуємо чотиривимірний простір, в ньому й існують реальні об'єкти.

Для того, щоб змоделювати чотиривимірний простір на комп'ютері існують середовища тривимірного моделювання. Таке середовище дозволяє моделювати область простору, спостерігати його з різних точок (змінювати кут зору), пересувати і змінювати об'єкти. У багатьох середовищах тривимірного моделювання можна не тільки створювати об'єкти, але і анімувати їх (змінювати їх положення і властивості в часі).

Комп'ютерних програм, що дозволяють створювати тривимірну графіку досить багато. Однією з них є Blender, вивчення деяких основ роботи з яким присвячений даний курс. Blender, по-порівнянні з іншими середовищами тривимірного моделювання, володіє двома видимими перевагами. По-перше він поширюється під ліцензією GNU General Public License, що для кінцевого користувача означає безкоштовність його поширення і свободу копіювання. По-друге, в ньому є движок дозволяє створювати анімацію реального часу (інтерактивні моделі).

Запитання і завдання