Gamle artikler‎ > ‎

2001 – Virtuell virkelighet

Publisert 08.07.01

Virtuell virkelighet eller Virtual Reality (VR) er et begrep som blir tillagt en rekke forskjellige betydninger. Mye av dette er spådommer, knyttet til fremtidig anvendelse av en teknologi som ikke eksisterer ennå.

Begrepet "Virtual Reality" ble lansert av Jaron Lanier, en av pionerene i bransjen. Lanier har imidlertid aldri brydd seg om å 

definere hva han egentlig mente med begrepet. Det har ført til at VR blir brukt i en lang rekke, høyst ulike sammenhenger.

Norsk Språkråd vedtok i for noen år siden "datarom" som en offisiell betegnelse, men dette er både snevert og svært missvisende. Virtuell virkelighet får derfor gjøre nytten inntil noen kommer på noe bedre.

En kan imidlertid gi begrepet et innhold ved å studere et beslektet begrep fra databransjen; Virtual RAM (Random Access Memory). Virtuell beskriver i denne forbindelsen en måte å illudere et større internminne, ved å utnytte kapasitet på datamaskines harddisk. Programvaren får det til å virke som om datamaskinen lever sitt eget liv, uavhengig av de begrensniger som maskinvaren setter.

Kontrollrommet er en modell av kontrollrommet på gassplattformen Åsgard B, og gir en prinsippiell illustrasjon på hvordan virtuell virkelighet kan tas i bruk i oppbyggings-, simulerings- og trenings- fasene.

I et forsøk på å knytte begrepet til humanistisk tradisjon kan man skjele til Duns Scotus, som levde så tidlig som på 1300-tallet. Scotus mente at reelle objekters mangfoldige, empiriske kvaliteter kunne sammenfattes til en enkelt enhet. Disse enhetens kunne ikke sanses empirisk, men eksisterte som virtuelle objekter.

Til toppen.Virtuell virkelighet og science-fiction

Virtuell virkelighet lar brukeren navigere i en verden av visualiserte data, som kan være alt fra grafiske fremstillinger av et tallmateriale, via spill og interaksjon med datamaskiner og andre brukere, til naturtro gjenngivelser av historiske hendelser e.t.c.
Dagens forståelse av virtuell virkelighet trekker også veksler på deler av science-fiction litteraturen. De fleste kjenner Juels Vernes fortellinger om fremtidig teknologi, fra midten av 1800-tallet. De står som konkrete eksempler på at det kan være relevant å studere fantasifortellinger når man forsøker å se inn i fremtiden. I forbindelse med virtuell virkelighet har forfatteren William Gibsons fantasier om Cyberspace og SimStim (Simulated Stimulation) hatt stor betydning.

sanse den fysiske opplevelsen til et annet menneske

Kort fortalt er Cyberspace datamaskinenes komplekse verden, som eksisterer parallelt med vår virkelige verden. Grensen mellom de to verdenene er flytende. Mennesken kan gå inn i, og delvis påvirke, Cyberspace via spesielle grensesnitt: Disse grensesnittene påvirker samtlige sanser slik at brukeren føler at hun fysisk er til stede.
Samtidig kan datamaskinene styre mange av funksjonene i den fysiske verdenen, fordi menneskene har gjort seg avhengige av dem. SimStim betegner et spesielt grensesnitt som lar brukeren, som er logget på i Cyberspace, sanse den fysiske opplevelsen til et annet menneske.
Gibsons fantasiverden lar seg neppe realisere i overskuelig fremtid, kanskje aldri. Ikke desto mindre har hans beskrivelser blitt noe mange samler seg om, når de skal beskrive hvilke muligheter som ligger i virtuell virkelighet. Slike scenarier er derfor utbredt, men de har i liten grad rot i de systemene som faktisk finnes.

På samme måte som hypertekst betegner virtuell virkelighet en gruppe grensesnitt, mellom bruker og datamaskin. Disse grensesnittene simulerer en verden som er knyttet til funksjoner i en datamaskin. Idealet er et system som kan kommunisere direkte med brukerens sanser, og tolke bevegelser og ansiktsuttrykk som kommandoer. Per i dag er brukeren stort sett henvist til å bruke tastatur og relativt primitive pekeredskaper, for å kommunisere med datamaskinen. Ideelt sett kan hun nå bruke hele kroppen, noe som åpner for raskere og mer kompleks kommunikasjon mellom bruker og maskin.

Til toppen.Teknologisk utvikling

Virtuell virkelighet er et nytt begrep, men selve fenomenet har røtter langt tilbake i tid. Blandt annet ble det gjort en rekke forsøk med filmmediet, kombinert med forskjellige mekaniske innretninger. Disse kan betraktes som klare forløpere til mange av dagens system.

Amerikaneren Fred Waller begynte å eksperimentere med flere kamera og fremvisere allerede på 30-tallet. Det førte frem til verdens første flysimulator bygd for det amerikanske flyvåpenet under andre verdenskrig. Waller sto også bak Cinerama-systemet, som ble lansert i 1952, hvor det ble brukt tre projektører for å fremstille et bilde tre gander så bredt og dobbelt så høyt som ved ordinær 35 mm film.

Alt sammen forsøk på å oppnå økt realisme
Før dette hadde Abel Gance brukt flere projektører til sin film Napoléon som hadde premiere i 1927. Gance kunne vise opptil 16 projeksjoner på lerretet samtidig og strekke det samlede billedformatet til tredobel bredde. Filmteknikkens historie kan se tilbake på en rekke forskjellige systemer som utvidet bildeformatet og ga tredimensjonale effekter. Alt sammen forsøk på å oppnå økt realisme i konkurransen med fjernsynet.

Det filmbaserte systemet som kan sees på som en direkte forløper til enkelte av dagens digitale systemer er Morton Heiligs Sensorama, patentert i 1962. Helig bygde flere prototyper til et Experience Theatre. Her ble tilskueren presentert et tredimensjonalt bilde, samtidig som det var lagt inn fysiske fasiliteter som lukt, vind og bevegelse. Systemet var imidlertid en ren forestillig, hvor tilskueren ikke hadde mulighet til å påvirke handlingsforløpet. Det skiller det fra virtuell virklighet, hvor datateknologien muligjør kommunikasjon mellom bruker og system.
Heilig er også mannen bak en annen betydningsfull ide, som er direkte knyttet til dagens VR-teknologi. I 1960 patenterte han nemlig hva han kalte Telesphere Mask. Den lot brukeren se et tredimensjonalt bilde fremstilt ved hjelp av to små fjernsynsskjermer, montert i en hjelm. Det første velfungerende systemet kom imidlertid ikke før i 1970 og tilskrives Ivan Sutherland. Dette er fremdeles det prinsippet som brukes i i mange av dagens komersielle system.

Det gjøres også en rekke forsøk hvor man prøver å frigjøre brukeren fra fysiske grensesnitt som datahjelmer, -hansker og -drakter. Forløperen til dette er Glowflow, presenter ved University of Wisconsin i 1969. Glowflow var et rom som reagerte på oppførselen til de menneskene som opphold seg i rommet. Systemet baserte seg ikke på grafikk, men skapte visuelle effekter ved å sende fluoriserende væsker gjennom en mengde rør, montert i et mørkt rom. Syntetiske lyd- og lyseffekter ble kontrollert av datamaskiner koblet til følere i gulvet.

Myron Krueger var en av dem som sto bak Glowflow. Han har senere eksperimentert videre med rom som reagerer på brukerens bevegelser. En av flere prototyper var Videoplace (1975) som kombinerte videobilder og datagrafikk til et miljø hvor flere brukere kunne operere samtidig. Brukerne kunne omgås representasjoner av hverandre, og påvirke grafiske objekter ved hjelp av en rekke sensorer som registrerte hvordan de beveget seg. Selv om brukerne kunne oppholde seg i rom langt fra hverandre delte de den samme audiovisuelle opplevelsen. Kruger kalte dette Artificial Reality - kunstig virkelighet.

Ideen med å skape et miljø hvor brukeren plasseres i et rom, som reagerer på hennes kommandoer, har siden blitt videreført. Som en av flere institusjoner kan jeg nevne at MIT har jobbet med det de kaller Spatial Data Managemen System. Det støtter flere forskjellige system hvor brukeren kan navigere, visuelt, gjennom store datamengder. Det finnes en rekke slike systemer på forsøksstadiet. Felles for dem er at de blir stadig mer avanserte med prosedyrer som regsisterer hva brukeren foretar seg, helt ned til detaljer som stemmebruk, blikkretning og ansiktsuttrykk.

"CAVE" er et virtuelt miljø, utviklet av Christian Michelsen Reseach for Norsk Hydro. Brukeren kan "gå" gjennom en virtuell modell av et oljereservoar, modellert på grunnlag av seismiske data.

Målsetningen med slike systemer er at brukeren skal kunne sanse, og kontrollere, en virtuell verden uten å være avhengig av hjelmer og drakter som hemmer bevegelsene. I stedet for å montere små skjermer rett foran brukerens øyne plasserer man henne i et rom hvor store skjermer dekker veggene.
Det er mulig å skape svært troverdige tredimensjonale bilder på denne måten, forutsatt at brukeren beveger seg innenfor et lite område. Forskning på bruk av hologrammer kan imidlertid føre til at man unngår dette problemet. Et minus ved slike system er at dagens teknologi fremdeles ikke kan illudere fysisk påvirkning. Det å kunne føle det en ser og hører bidrar til å øke graden av realisme og følelsen av kontroll.

En mer primitiv måte, for å manipulere den virtuelle verdenen, er å knytte denne direkte til grensesnitt som brukeren har fysisk kontroll over. Ved å utstyre brukeren med sensorer kan man bestemme brukerens plassering i rommet langt enklere, og rimeligere enn når brukeren opptrer helt uten slikt utstyr. Hvis man utvider utstyret til å omfatte en heldekkende drakt, med forskjellige former for hydraulikk og pizo-elektriske elementer, kan en gi brukeren følelsen av kontakt ned virtuelle objekter.

Til toppen.Utviklingen av VR-brukergrensesnitt

Ser en på virtuell virkelighet som et brukergrensesnitt kan utviklingen deles inn i tre, hvor stadig mer overlates til datamaskinene :

    1. Manipulajon av livløse objekter der all handling er avhengig av operatøren
      - datamaskinen gjør menneskenes oppgaver, bare hurtigere
    2. Dialog mellom bruker og syste
      - datamaskinen overtar mer av kontrollen
    3. Systemet simulerer et spesielt miljø
      - datamaskinen tar til tider kontrollen, uten at brukeren kan påvirke dette

Utviklingen slik den er skissert ovenfor kan tjene som et utgangspunkt for en kategorisering av de systemene som finnes :

A. Systemer hvor brukeren har full kontroll over det som skjer. For eksempel er data-assisterte produksjonssystemer som oftest basert på at en operatør definerer alle trinn i en prosess.

B. Systemer som presenterer en fullstendig kunstig generert virtuell verden, kontra systemer der de virtuelle sanseinntrykkene blandes med inntrykk fra brukerens fysiske omgivelser.

C. Forsøker systemet å illudere et naturtro miljø, eller om det dreier seg om formidle rent abstrakte data. Under dette punktet hører også hvorvidt de forskjellige hjelpemidlene er utformet på en måte som lar brukeren trekke veksler på viten fra den fysiske verden.

D. Har brukeren mulighet til å navigere i det genererte miljøet. Hvis så er tilfelle, hvilke verktøy har hun da til rådighet.

E. Brukes systemet til kommunikasjon mellom mennesker, eller er én, eller flere, av kommunikasjonspartene en datamaskin.

F. Systemer der brukeren kan manipulere fysiske gjenstander, lokalisert et annet sted enn der brukeren befinner seg.

Et slikt forsøk på å oppsummere kvaliteter ved ulike system blir lett springende og ufullstendig. Det skyldes langt på vei at begrepet virtuell virkelighet brukes om et utall forskjellige systemer, med vidt forskjellige egenskaper. Alt fra relativt enkle dataspill uten spesialutviklet ekstrautstyr, til spesialutviklede systemer til titalls millioner kroner. Forskjellen mellom systemene kommer tydlig frem gjennom forskjeller i billedoppløsning, antall bilder i sekundet, høyst varierende grad av mekanisk påvirkning o.s.v. .

Til toppen.Omsluttende system

Et mer prinsippielt skille kan trekkes mellom de systemene som kun gir brukeren en følelse av å titte inn i en virtuell verden og de som forsøker å skape en illusjon av fysisk tilstedeværelse, inne i et annet miljø. I praksis utgjør dette forskjellen mellom de systemene hvor brukeren sitter foran en skjerm og der hvor brukeren utstyres med databriller, -hansker og/eller -drakter. Dette innebærer også et skille mellom en ikke-immersiv og en immersiv virkelighet. Ettersom "immersiv" er et temmelig uforståelig ord foretrekker jeg å betgene slike systemer som omsluttende.

I en fullstendig omsluttende virtuell verden påvirkes alle brukerens sanser av ulike grensesnitt. Disse må kobles fra for at brukeren skal kunne sanse de fysiske omgivelsene. I ikke-omsluttende virtuell verden omfatter ikke de datagenererte sanseinntrykkene alle sanser. Brukeren kan dermed forhode seg til det som skjer i det fysiske rommet. Ikke-omsluttende system kan ikke gi brukeren følelsen av å påvirke virtuelle objekter direkte. Hun henvises i stedet til mus, trackball, pekeskjermer etc. Simuleringen kan imidlertid være svært troverdig og gi brukeren en sterk psykisk opplevelse.
Skillet mellom omsluttende og ikke-omsluttende sier ikke nødvendigvis noe om hvorvidt presentasjonen er naturalistisk, eller troverdig. Likevel kommer man neppe ut på dypt vann hvis man hevder at en mer naturalistisk presentasjon vil bidra til en mer omsluttende opplevelse.

Ikke-omsluttende systemer tillegges sjelden de samme mulighetene som de omsluttende. Fly- og skips-simulatorer, tredimensjonale grafiske programmer og avanserte dataspill plasseres gjene i denne kategorien. Ikke-omsluttende virtuell virkelighet vil imidlertid også inkludere systemer som Videoplace og videreutviklinger av dette. Slike miljø, som ikke omslutter brukeren fullstendig, inkluderer sanseinntrykk som ikke er styrt av en datamaskin, noe som kan gi slike systemer et fortrinn.
Ved å utnytte fysiske gjenstander hvor brukeren kjenner form og funksjon fra tidligere, kan den virtuelle opplevelsen gjøres mer troverdig, uten bruk av ekstra datakapasitet. Samtidig kan de samme gjenstandene skape en avstand mellom det virtuelle og det naturlige. Det kan være en fordel der hvor brukeren skal løse konkrete arbeidsoppgaver i det fysiske rommet.

Ved å skille klart mellom virtuelle- og naturlige sanseinntrykk kan man også utnytte brukerens fantasi i størst mulig grad. Det vil være av stor betydning hvis man ønsker å benytte et virtuelt system som fortellermedium.

Et annet forhold som kan tale for ikke-omsluttende løsninger er rent helsemessige betraktninger. At øyne og ører ikke har særlig godt av å få kildene tett innpå seg er opplest og vedtatt.

Til toppen.Telematisk tilstedeværese & televirtualitet

"Telepresence", eller telematisk tilstedeværelse, blir definert som "persepsjon av en tilstedeværelse i et eksternalisert rom 'utenfor det virkelige' og utenfor sanseorganenes umiddelbare nære omgivelser". Begrepet ble innført av Marvin Minsky i 1979 for å beskrive en teknologi som lot en operatør kontrollere avanserte roboter, i sann tid .
Imidlertid knytter man sjelden telematisk tilstedeværelse til industriroboter, hvor oppgaven består i å løse et relativt begrenset antall operasjoner. Vanligvis benytter man begrepet for å beskrive en kobling mellom et menneske og en robot som kan benyttes til flere formål. Hvorvidt en slik robot en fysisk eller virtuell spiller forsåvidt mindre rolle. Gibsons SimStim er ingen dårlig sammenligning, bortsett fra at her er det operatøren som har kontrollen. Telematisk tilstedeværelse kan betraktes som en blanding av omsluttende og ikke-omsluttende virtuelle systemer. Der hvor brukeren styrer en fysisk robot kan hun manipulere fysiske objekter, samtidig som selve brukergrensenittet kan omslutte henne fullstendig.

Forbindelsen mellom brukeren og det virtuelle rommet kan illustreres slik :

Brukeren kan påvirke en rekke forskjellige sensorer og dermed styre marionettens bevegelser i det virtuelle rommet. Marionetten kan være en fysisk- eller en virtuell robot. Tredimensjonal grafikk, genererte lyder, lukt og fysisk påvirkning gir brukeren tilbakemelding på alt han foretar seg.

Kommunikasjonen mellom datamaskin og bruker skjer ved at brukerens bevegelser registreres av forskjellige typer sensorer som overfører dette til handling i den virtuelle verdenen. Brukeren får tilbakemelding fra forskjellige former for tredimensjonale bilder og fysisk påvirkning gjennom datahansker eller -drakter. På denne måten ønsker en å gi brukeren en følelse av å oppholde seg i en datagenerert verden.

Telematisk tilstedeværelse blir også knyttet til det man populært kaller for cybersex. Det innebærer et grensesnitt som muliggjør alt fra simulert hudkontakt til -samleie mellom personer som knyttes sammen via telenettet.
Enten man liker det eller ikke er det få områder her i livet som er bedre egnet, for kommersialisering, enn seksuallivet. Da videospillere for hjemmebruk ble lansert sto pornoindustrien for halvparten av de ferdiginnspilte kassettene på markedet. Mange var villig til å betale en høy pris for noe som ikke var lett tilgjengelig på annen måte. Senere da teknologien ble en komersiell suksess gikk pornofilmenes andel av markedet betydelig ned. På samme måte så mange på cybersex bli en "trigger service" for telematisk tilstedeværelse og virtuell virkelighet. At så ikke har skjedd føyer seg inn i rekken av "skuffelser" knyttet til virtuell virkelighet.

Televirtualitet betegner kombinasjonen av virtuell virkelighet og datakommunikasjon. Via telenettet, Internettet og andre datanettverk kan flere brukere møtes i samme miljø, til tross for at de godt kan befinne seg på fullstendig forskjellige steder på kloden. Televirtualitet må ikke forveksles med ordinære telekonferanser. Et virtuelt konferansesystem lar deltagerne møte datagenererte representasjoner av hverandre som virtuelle, ikke videobilder som i en telekonferanse. Slektskapet til tekstbaserte MUDs er derimot mer enn åpenbart. Virtual Polis, som er nevnt tidligere, er et klart eksempel på det.

Det amerikanske forsvaret har også her vist seg å være en pådriver. Utviklingen av ny teknologi krever store økonomiske ressurser, noe som ikke ser ut til å være mangelvare inne det militære. På 1990-tallet utviklet amerikanerne SIMNET, et nettverk som lar opptil 1000 virtuelle enheter leke krig, i sanntid. Aktørene befinner seg i en ikke-omsluttende virtuell virkelighet, ikke ulik den en finner i flysimulatorer.
Også i Norge har det blitt forsket på dette området. Blant annet ble det utviklet en serie felt-datamaskiner med støtteutstyr - Odin II - , tilgjengelig for det norske feltartillertiet.

Ved hjelp av et videokamera, montert i front av robotflyet kan en pilot styre Boeing X-36 fra en virtuell cockpit (Head-Up Display) , trygt plassert på bakken. Piloten styrer flyet som om han hadde vært i en normal cockpit, men menneske og robot er fysisk adskilt.

Moderne krigføring gjør i stadig større grad bruk av datateknologi, noe som fjerner aktørene fra virkelighetens verden. Jeg vil sent glemme en episode fra Gulfkrigen, betegnende nok formidlet av CNN, til alle verdens land, live. En amerikansk pilot ble intervjuet etter det første bombetoktet over Bagdad. Foruten å bekrefte at alt hadde gått greit, sett med hans øyne, hadde han følgende kommentar til selve bombingen ; ".. it was just like watching a videogame". Et grotesk eksempel på hvor fremmedgjørende teknologien kan være. Mye har skjedd siden den gang; nå utvikler amerikanerne roboter som skal erstatte soldatene i felten .....
Hvorvidt forskjellige former for virtuell virkelighet vil ha en lignende effekt på mellommenneskelige forhold gjenstår å se.

Jon Hoem 2001