Медицинский путеводитель по виртуальной реальности
- -
- 100%
- +
Посвящается VR – шлему Pico Neo 2, верному спутнику исследований и командировок.
© Иван Андреевич Розанов, 2024
ISBN 978-5-0064-1963-6
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
О чём эта книга и почему она так названа
В любой системе «человек – машина» самым слабым (лимитирующим) звеном является именно человек.
Любая виртуальная реальность существует только при взаимодействии человека со специальной техникой. Поэтому установки виртуальной реальности являются системами «человек – машина». Возможности виртуальной реальности, кажущиеся нам безграничными, с одной стороны лимитированы вычислительными возможностями компьютера, воспроизводящего эту реальность, а с другой – ограничены возможностями сенсорных систем человека.
Эта книга раскрывает нам психофизиологические эффекты восприятия VR.
Книга названа «Медицинский путеводитель» не ради броского заголовка. В книге подробно будут рассмотрены те механизмы, с помощью которых человек воспринимает VR и взаимодействует с ней – с позиций психофизиологии, то есть, устами медика. Прежде всего, VR оказывает влияние на зрительный и вестибулярный аппараты. После этого у человека развивается эффект присутствия и он чувствует себя вовлеченным в виртуальную среду. Эта среда оказывает влияние на биохимию крови и физиологию человека, в особенности на его двигательную активность. Одновременно с этим VR оказывает воздействие на эмоции, на процессы мышления (когниции), на восприятие времени. Наконец, человек приобретает определённые навыки взаимодействия с виртуальной реальностью благодаря процессам обучения – и эти навыки человек может «забрать» с собой в объективную реальность, что делает VR действенным средством дидактики, образования.
Именно таким «маршрутом» автор и предлагает провести читателя по «территории» «виртуальных миров».
Современные сугубо материалистические представления о виртуальной реальности с точки зрения психофизиологии, как я полагаю, позволяют максимально чётко понять, чем она является фактически, а чем не является. Это позволяет убрать сгустившийся над виртуальной реальностью туман неведения, порождённый фантастикой и квазинаучными домыслами.
Для успешности «путешествия» нужно понимать, что виртуальная реальность – реальна; она остаётся . Об этом будет изложено в начале книги; так мы обозначим «карту», по которой пройдёт «маршрут» текста книги, изложенных в ней фактов. объективной реальностью, данной нам в ощущениях
Отдельный вопрос составляет методология изучения эффектов виртуальной реальности. В особенности этот вопрос будет полезен психологам, педагогам и исследователям. Это – компас, позволяющий перемещаться по нашему маршруту уверенно и точно.
Принципы, позволяющие сделать виртуальную реальность более интерактивной и интуитивно понятной – это на карте путешествия «прибежище» для разработчиков, программистов и дизайнеров; это их «земли».
Рассказано будет и о новых путях развития виртуальной реальности, о нерешённых вопросах, новых гипотезах и перспективах.
Во многих разделах книга опирается на богатый материал экспериментальных исследований.
Желаю приятного путешествия!
Предисловие для психологов и медиков
Психологи и медики могут найти в книге описание конкретных психотерапевтических методик, основанных на VR, которые будут полезны их подопечным – клиентам и пациентам. Эти методики способны даровать управляемую релаксацию и гармонизировать эмоции пациентов и лиц, пребывающих на карантине или в экстремальной среде обитания.
Акцент в книге сделан на виртуальные среды релаксационной направленности, применение которых в психотерапевтических целях представляется крайне перспективным. (Моя работа как учёного-исследователя во многом заключается именно в изучении возможности применения VR в целях психотерапии.)
Я выражаю надежду, что психологам будет интересен описанный в книге методологический подход к изучению эффектов виртуальной реальности, основанный на бихевиористском принципе «стимул – реакция», который, к моему удивлению, сейчас стал непопулярен. Впрочем, всё новое – хорошо забытое старое. Психологам могут быть вдобавок интересны описанные здесь психофизиологических методы, – объективные и валидизированные, – применённые в наших экспериментальных исследованиях.
Предисловие для педагогов
Предполагаю, что педагогам будет интересно узнать, как технологии виртуальной реальности влияют на эмоциональных фон их подопечных и как проходит процесс обучения при использовании VR в качестве образовательной методики. Безусловно, интересна учителям и преподавателям и безопасность применения VR, ведь они несут ответственность за своих учеников, а потому педагоги наверняка заинтересуются вопросами укачивания.
В дидактическом плане эта книга может быть полезна, так как содержит в себе наглядно изложенные ответы на следующие вопросы: как мы воспринимаем VR? Как исследовать психофизиологические эффекты VR? Материальна ли виртуальная реальность и материально ли наше восприятие действительности в целом? Как с психологической точки зрения подходить к разработке виртуальных сред?
Надеюсь, что эта книга встретит тёплый приём среди педагогов и будет порекомендована ими в качестве дополнительной литературы («внеклассного чтения») для студентов – клинических психологов, экспериментальных психологов, медиков.
Студенты могут найти для себя в этой работе полезные факты не только о виртуальной реальности и её психофизиологических эффектах, но и о психологии восприятия в целом. «Тезисность» изложения может прийтись по нраву современным студентам, наделённым в массе своей так называемым клиповым мышлением. Разделы «Экспериментальные данные», содержащие в себе конспект результатов полноценных исследований, могут быть опущены при прочтении, но представят определённый интерес для студентов, желающих связать свою жизнь с наукой. В этих разделах они могут близко познакомиться со спецификой проведения научного эксперимента и к тому формату изложения данных, который принят в научных статьях.
Мне бы хотелось обратить внимание педагогов на ещё один аспект.
Многие из своих экспериментов с виртуальной реальностью я проводил со своими студентами и на своих студентах. Это был тоже своего рода эксперимент, только педагогический. Мне хотелось бы отметить, что изучение психофизиологических эффектов виртуальной реальности может быть интегрировано в педагогический процесс. Студенты, изучая виртуальную реальность и её восприятие человеком, могут освоить современные психофизиологические и некоторые медицинские методики и навыки, подспудно собирая научные данные.
Интеграция образовательного процесса с практическим изучением эффектов VR, по моему мнению, является существенным подспорьем для создания отдельной лаборатории, полезной для нужд и педагогики, и для нужд науки.
Пользуясь случаем, передаю тёплый привет всем своим ученикам, где бы они ни были.
Предисловие для исследователей
Есть научно-популярные книги, а эта книга – и научная и популярная. Некоторые её фрагменты изложены художественно, а другие представляют собой настоящий научный текст.
Многие разделы большинства глав заканчиваются результатами экспериментальных работ в области восприятия психофизиологии виртуальной реальности. (Научные разделы представляют интерес прежде всего для исследователей и могут быть пропущены при первом прочтении неподготовленными читателями.) Чаще всего эти работы проводились при непосредственном участии автора книги. Об их специфике необходимо отметить следующее.
Институт, в котором я проводил свои исследования в области виртуальной реальности (ГНЦ РФ – Институт медико-биологических проблем РАН), имеет отношение к космической отрасли. Он является головным учреждением в стране по части космических медицинских, биологических и психологических исследований. Наша лаборатория при сотрудничестве с ООО «Интеллектуальные системы здравоохранения» занимается разработкой специальных средств психологической коррекции на основе виртуальной реальности для космонавтов. Те, в свою очередь, в ходе полёта испытывают сенсорный «голод» и ностальгию по родной Земле, по той самой воспетой в известной композиции «траве у дома» – что можно частично компенсировать специально подобранными виртуальными средами. Таким образом, мы в виде прототипа аппаратно-программного комплекса воплотили идею «Голодека» из сериала Star Trek или комнату «Сюрприз» из замечательного фильма Ричарда Викторова «Отроки во вселенной». Всякая новая технология должна быть досконально изучена в особых условиях. Поэтому этот аппаратно-программный комплекс мы апробировали в экспериментах, моделирующих воздействие на человека неблагоприятных факторов космического полёта. Речь идёт либо о изоляционных экспериментах (когда, грубо говоря, мы запираем на несколько месяцев добровольцев в макет космического корабля и наблюдаем за ними), либо о экспериментах с «сухой» иммерсией (мы помещаем человека в ванну с водой на 3—7 суток, отграничиваем его специальной плёнкой от воды, чтобы он не намок, – и это позволяет нам изучать воздействие невесомости). В этих экспериментах мы применили современные и объективные исследовательские методики, позволившие нам установить – что именно происходит с человеком в процессе его «погружения» в виртуальную реальность.
Выражаю надежду, что представленные здесь экспериментальные данные не только послужат примером для проведения подобных исследований в других научных коллективах, но и будут полезны в качестве наглядной иллюстрации к механизмам восприятия виртуальной реальности человеком.
Читатели-исследователи также могут принять во внимание изложенную здесь подробно методологию исследования психофизиологических эффектов VR. По вопросам применения этой методологии в собственных научных работах эта группа читателей всегда может проконсультироваться у автора книги.
Предисловие для разработчиков
Как писал философ Витгенштейн, «…при определенных обстоятельствах можно изобрести игру, в которую никто никогда не играл. А возможно ли такое: изобрести игру, в которую никто никогда не играл, при том, что человечество никогда не играло ни в какие игры?». Конечно возможно! Но, пожалуй, только в виртуальной реальности.
По мнению автора, развитие технологий виртуальной реальности, применяемых в психологии, образовании и медицине, возможно только при условии понимания VR-разработчиками основами восприятия VR человеком. Технологически можно создать практически любую виртуальную среду, но далеко не каждая виртуальная среда будет воспринята человеком.
Я надеюсь, что для разработчиков и дизайнеров эта книга послужит своего рода компендиумом по психофизиологии восприятия психологически иммерсивных сред, таких как VR.
Каждая глава этой книги завершается разделом «Выводы». Эта та краткая информация по психофизиологии восприятия виртуальной реальности, которая, как я надеюсь, будет полезна каждый рабочий день при разработке программных продуктов.
Под «Выводами» в каждой главе отведена область «Нерешённые проблемы». Уверен, что решить всё это можно будет только с вашей помощью – программисты, разработчики, дизайнеры.
Предисловие для эрудитов и любознательных
Когда не нуждающийся в представлении великий британский учёный Стивен Хокинг, известный своей усидчивостью, готовил к публикации свою ставшую бестселлером книгу «Краткая история времени», редактор обратил внимание Хокинга на обилие формул в тексте, которые могли бы отпугнуть неподготовленного читателя. Британский учёный согласился со своим редактором, сократил число формул до всего одной (e = mc) и написал: каждая формула сокращает число читателей вдвое. 2
Формул, математической статистики, в этом Путеводителе достаточно много, но почти всё это вынесено в разделы «Экспериментальные данные», которые нацелены на подготовленного читателя, ориентированного на науку.
Эрудиты, любознательные, ценители искусства в этой книге, как я полагаю, должны найти много полезного и интересного для себя – помимо цифр, которые могут показаться им нудными.
С точки зрения интереса к философии определённое любопытство представляют рассуждения о материальности виртуальной реальности и последовательно вводимое в книге представление о VR как отражении философской категории идеального.
С точки зрения гуманитарных наук, интерес представляет исторические аспекты и то, как работают современные учёные, как они изучают VR.
А с точки зрения искусств определённую значимость приобретают описанные в этой книге процессы восприятия VR. VR – это частное, а процессы восприятия и психического отражения – это общее; эти процессы едины и для виртуальной реальности и для других видов искусств. Пресловутый эффект погружения одинаково актуален и для «виртуалки», и для кинематографа, и для компьютерных игр, да даже и для театра.
Благодарности
Учителям и коллегам:
Р. Х. Абдюханову,
М. С. Белаковскому,
Ю. А. Бубееву,
В. И. Гущину,
Е. В. Жовнерчуку,
А. В. Иванову,
О. И. Карповой,
Г. В. Коврову,
Т. В. Митевой,
О. О. Рюмину,
В. В. Селиванову,
С. И. Степановой,
Л. Д. Сыркину,
Е. С. Томиловской
Ученикам:
М. М. Вайнштейн,
Д. В. Белицкой,
Е. С. Вдовиченко
К.А. Грунчевой,
Н. А. Забродину,
А. А. Егоровой,
М. А. Корниловой,
Е. П. Павловой,
М. А. Рак,
Н. Диас Рей,
В. Ю. Ратниковой,
А. И. Ульянкину,
К.С. Шишениной
Глава 1.
Границы изучаемой территории
Реальность для тех, кто не может придумать что-то получше.
– The Simpsons
В этой небольшой книге мне хотелось бы поведать читателям о тех эффектах, которые возникают у человека при восприятии виртуальной реальности – и о том, чем является виртуальная реальность фактически, с материалистической позиции современной психофизиологии.
Раскрывая те или иные аспекты виртуальной реальности, я буду опираться на экспериментальный материал и современные исследования. Я буду приводить практические советы, которые, я надеюсь, могут быть полезны и для постановки исследований и при разработке новых VR-приложений, и при практическом применении виртуальной реальности релаксационной направленности в психотерапевтических целях.
Моя цель: я хочу, чтобы книга «заряжала» читателя новыми идеями.
Общие вопросы
Виртуальная реальность – крайне популярная в настоящее время тема. VR захватывает всё новые и новые области применения: образование, медицина, развлечения. В обществе кто-то считает VR средством решения множества проблем; другие же – и среди них встречаются довольно-таки молодые люди! – воспринимают виртуальную реальность как источник невообразимых бед, потенциальных угроз масштаба всей цивилизации. (Возможно, они насмотрелись мрачных фантастических фильмов, таких как «Матрица» или «Газонокосильщик». )
Полярность этих точек зрения, на мой взгляд, может быть связана с тем, что в медицинской и психологической литературе восприятие человеком виртуальной реальности описано достаточно скудно. Парадоксально, но факт! И это несмотря на то, что устройства виртуальной реальности в современном их понимании производятся серийно уже более тридцати лет.
Мы прекрасно знаем, что длительное прослушивание музыки на большой громкости в наушниках может приводить к развитию тугоухости. Если много читать с экрана гаджета, то может снизиться острота зрения. Чрезмерно интенсивная эксплуатация компьютерной клавиатуры способствует болям в кистях и туннельному синдрому (как у автора этих строк). Отдельные виды компьютерных игр у некоторых восприимчивых людей могут вызывать игровую зависимость. Типографская краска, применяемая для печати газет, может повреждать кожу и приводить к развитию аллергических реакций. Это – давно установленные факты. Большинство из них стали доступны благодаря врачам-исследователям, деятельность которых позволила нормировать условия пользования гаджетами и другими передающими информацию вещами – и сделать «общение» с ними безопасным.
Но факты подобного рода о виртуальной реальности большая часть людей продолжает черпать из научной фантастики и слухов…
Учёные установили, что наше зрение обладает своего рода инерцией восприятия – любое изображение сохраняется в сетчатке глаза лишние сорок миллисекунд. Этот очень простой физиологический эффект («это не баг, это фича», как сказали бы программисты) позволяет нам смотреть кино, телевизор, компьютерную игру или YouTube. Наш слуховой анализатор способен воспринимать несколько звуковых волн одновременно, даже когда одна звуковая волна накладывается на другую (интерферирует), что предоставляет нам возможность слушать полифоническую музыку – будь то оркестр, голос диктора поверх музыкальной заставки или же «Богемская рапсодия». Мозг человека обладает способностью практически мгновенно «сфотографировать» строку текста, разбить её на отдельные слова, слова – на буквы, а затем провести сборку в обратной последовательности – чтобы с привлечением сложных зрительных, речедвигательных и слуховых связей понять прочитанное.
Таким образом, механизмы восприятия человеком большинства видов мультимедиа нам известны. Известны и психологические эффекты, порожадемые этими механизмами. Но не эффекты, возникающие при восприятии VR…
Помимо механизмов восприятия, есть ещё и эффекты восприятия – те эмоциональные, когнитивные, психофизиологические и даже физиологические (телесные) эффекты, которые возникают в процессе восприятия. Старик читал нудную статью в мятой газетёнке, сидя на скамеечке в парке – и вот он уснул. Шумный подросток играет в «стрелялку» – потеет, краснеет, громко ругается вслух к крайнему неудовольствию его родителей. Юная и ранимая девушка пускает искреннюю слезу на финальной сцене мелодрамы, а её отец брызжет слюной в экран телевизора, недовольный международной геополитической обстановкой. На рок-концерте, оглушенные громкой музыкой, зрители, не боясь повредить друг друга, двигаются почти в унисон, повторяя движения своих кумиров на сцене. А вот кто-то смотрел недавно фильм ужасов – и не убрал за собой последствия просмотра… Всё это – эффекты от восприятия мультимедиа.
Позволю себе повториться – суть настоящей работы заключается в последовательном разборе тех изменений, которые происходят в организме человека, как только он надел на себя шлем виртуальной реальность и нажал кнопку «вкл.»…
В мировой научной литературе описано четыре основные группы эффектов, возникающих при восприятии виртуальной реальности:
1) , или связанные с развитием эффекта погружения (он же – эффект присутствия, иммерсивность – это ещё один синоним); сенсомоторные
2) , вызванные тем, что виртуальная реальность вызывает у человека эмоциональный отклик, порою весьма бурный; эмоциональные
3) , связанные с тем, что сам процесс мышления и образ мозговой деятельности при погружении в «виртуалку» определённым образом меняются, притом меняется и восприятие пространства и времени, когнитивные
и, наконец,
4) , которые включают в себя все телесные реакции – от изменения пульса и давления вплоть до решительных перемен в характере двигательной активности вообще. физиологические
На народном (эзоповом) языке пословиц суть этих четырёх групп эффектов может быть передана так:
1) VR берёт тебя за душу.
2) У тебя как гора с плеч свалилась. Или же наоборот – кровь стынет в жилах и душа ушла в пятки – в зависимости от того, какую виртуальную реальность включили.
3) Ты диву даёшься. Ты оказываешься будто на седьмом небе.
4) Увидел и остолбенел – и тебя за уши не оттащишь. Или, наоборот, бежишь как угорелый, как будто с цепи сорвался.
Описывая все четыре группы эффектов, я буду опираться не только на литературу, но и на собственные экспериментальные данные. В некоторых случаях я буду ссылаться на опыт других исследователей.
Приглашаю читателя к путешествию по крайне увлекательному миру реакций человеческого организма, возникающих при восприятии виртуальной реальности. Я полагаю, что такая «экскурсия» может быть полезна не только медикам и учёным, расширяющим свой кругозор знаний. «Карта» этих изменений может быть полезна компьютерным специалистам, разработчикам игр и других виртуальных сред. Они, как никто другие, на мой взгляд, должны понимать, что изменяется в человеке, пока на нём надета VR-гарнитура.
Надеюсь, что именно вам, дорогие читатели, после прочтения этого Путеводителя, предстоит и благоустраивать территорию, и находить новые точки на карте – а то и вовсе расширять её границы. Карта всегда меньше, чем территория.
Давайте обозначим имеющиеся на данный момент времени «границы» изучаемой нами «территории» – территории виртуальной реальности.
Чем является виртуальная реальность?
VR – это замкнутый образ искусственного «мира», созданный посредством технических средств и передаваемый человеку путем воздействия на сенсорные системы человека (зрение, слух, осязание, с недавнего времени ещё и обоняние). Термин «виртуальная реальность» стал применяться преимущественно для обозначения особых компьютеров, предоставляющих пользователю стереоскопическое изображение компьютерного интерфейса, с которым можно интерактивно взаимодействовать.
Технически порождённая виртуальная реальность обладает следующими основными качествами:
– (виртуальная среда изменяется при взаимодействии с пользователем); интерактивности
– (VR существует исключительно во время работы оборудования и взаимодействия с ним человека); актуальности
– (VR программируется человеком путем использования компьютерных технологий); порождённости
– (посредством создания активного источника афферентации); интенсивности
– (VR воссоздает привычные образы предметов и позволяет перенести в свою среду привычные способы взаимодействия с этими предметами); интуитивности
– (информация представляется пользователю в максимальном наглядном виде); иллюстративности
Ключевая особенность виртуальных сред заключается в возможности полимодальной стимуляции: системы VR способны одновременно воссоздавать зрительные, тактильные, слуховые образы (с недавнего времени ещё и обонятельные образы).
При этом нужно строго помнить, что виртуальная реальность никогда не возникает сама, а создаётся (творится, порождается) и поддерживается объективной реальностью (включающей в себя наши ощущения и технические средства, воспроизводящие VR, такие как, например, шлем виртуальной реальности).
VR обладает следующими свойствами, помимо способности создавать эффект присутствия:
– (изменяется при взаимодействии с пользователем); интерактивностью
– (существует только во время работы оборудования и взаимодействия с ним человека); интенсивностью (с разной силой воздействует на разные элементы сенсорной системы); актуальностью
– (информация представляется пользователю в максимально наглядной и эмоциональной форме, облегчающей ее восприятие на чувственно-эмоциональном уровне); иллюстративностью
– (возможностью достраивания восприятием схематичных информационных образов), созданных VR. достраиваемостью
Приведём значения основных терминов, которые необходимы нам для того, чтобы понять, чем является виртуальная реальность.
– искусственно созданные информационные среды, которые создают эффект присутствия. К ним следует отнести и среды виртуальной реальности. Под погружением в информационную среду следует отнести ощущение человеком своего физического присутствия в нефизическом мире, которое создается искусственно сформированными внешними зрительными образами, звуками или другими стимулами. При этом устройства VR формируют эту среду как динамически изменяющуюся в ходе интерактивного взаимодействия пользователя с этими установками, являющимися источниками искусственной афферентации. Психологически иммерсивные среды
– это постоянный поток нервных импульсов, поступающих в центральную нервную систему от органов чувств, воспринимающих информацию. Эти импульсы поступают как от внешних раздражителей, так и от внутренних органов. Очевидно, что в случае виртуальной реальность речь идёт о том, что внешние источники информации заменяют естественную афферентацию на искусственную, созданную этими источниками. Это и порождает развитие психофизиологических эффектов виртуальной реальности, включая и эффект присутствия. Афферентация