Мультимедиа технологии. Часть 1. Основы Мультимедиа технологий

◆ виртуальные ощущения (сенсорные впечатления), получаемые на основе искусственно созданных представлений об этом предмете.

Восприятие пространства – чувственно-наглядное отражение пространственных свойств объектов (их величины и формы), их пространственных отношений (расположения относительно друг друга и воспринимающего субъекта и плоскости и в глубину) и движений. В восприятии участвуют все органы чувств человека [1].

Первичное возникновение ощущений обеспечивают рецепторы – молекулярные или клеточные структуры, воспринимающие действие факторов внешней или внутренней среды и передающие информацию о сигнальном значении раздражителя на следующие уровни обработки.

Сенсорные рецепторы воспринимают действие раздражителей и обеспечивают возникновение возбуждения в нервных волокнах.

Искусственно создаваемые средствами виртуальной реальности воздействия на сенсорные рецепторы как раз и создают упомянутые выше сенсорные впечатления.

Физиологические системы человека, обеспечивающие восприятие, проведение и анализ информации о состоянии внешней и внутренней среды и формирующие специфические ощущения, называются анализаторами.

По характеру ощущений, возникающих в результате воздействия на соответствующие рецепторы, выделяют анализаторы: слуховой, зрительный, осязательный (тактильный), обонятельный, вкусовой, вестибулярный, температурный, болевой и другие.

По анатомическому расположению рецепторов выделяют три основных класса ощущений.

1. Экстеро(ре)цептивные ощущения, возникающие при действии на рецепторы, расположенные на поверхности тела. Они, в свою очередь, подразделяются на

◆ дистанционные (зрительные, слуховые и обонятельные);

◆ контактные (осязательные или тактильные, вкусовые).

2. Проприоцептивные (кинестезические) ощущения, возникающие при действии на рецепторы, расположенные в мышцах, сухожилиях, суставных сумках и свидетельствующие о движении и относительном положении частей тела. Сюда же относятся и ощущения при работе органа равновесия и пространственной ориентации – вестибулярного аппарата.

3. Интероцептивные (органические) ощущения, обусловленные обменными процессами внутри организма.

Функциональные способности органов чувств лежат в определенных пределах. Для измерения их характеристик рассмотрим следующие понятия.

Возбудимость – свойство нервных и мышечных клеток отвечать на действие раздражителя возбуждением. Возбуждение – ответная реакция высокоспециализированных (рецепторных) клеток на действие раздражителей, характеризующаяся проявлением специфической функции и потенциала действия. Возбудимость при эволюции рецепторных клеток развилась из свойства раздражимости. Раздражимость – универсальное свойство всех клеточных структур отвечать на действие раздражителя изменением своей жизнедеятельности.

По признаку биологического соответствия раздражители делятся на

◆ адекватные (к восприятию которых чувствительные структуры приспособлены и отвечают возбуждением на малую силу раздражителя);

◆ неадекватные (не вызывают возбуждения даже при значительной силе возбуждения, а вызывают только при чрезмерной).

При разработке ММ оборудования важно учитывать допустимое влияние проектируемых раздражителей – будет ли оно адекватным и пороговым.

Порог чувствительности (интенсивности) раздражителя – минимальная величина интенсивности раздражителя, достаточная для вызова возбуждения. Предполагается, что сила воздействия лежит в адекватных пределах от минимального порога чувствительности до болевого порога для данного органа чувств. Величина порогового значения обратно пропорциональна времени действия раздражителя.

Порог времени раздражения – минимальное время действия раздражителя для вызова возбуждения. На акустические и оптические сигналы время реакции человека составляет 100-250 мс (из этого на глаз приходится 20-40 мс, срабатывание мышц руки – 30-50 мс), на более сложные задания: прочитать слово – 350-550 мс, назвать предмет – 600-800 мс.

Для большинства органов человека сила воздействия может меняться в широких пределах. Тем не менее, число интенсивностей раздражения, которые пользователь способен уловить одновременно, невелико. Например, зрение в среднем способно отследить всего лишь 100-150 различных цветов.

При проектировании различных ММ устройств можно избежать сильных болевых и шоковых воздействий раздражителя, меняя скорость нарастания силы и время воздействия. В первую очередь это касается яркости изображения и громкости звука [1].

Каналы восприятия. В целом восприятие информации человеком проходит по 5 основным каналам, в число которых входят [7-8]:

1) зрительный – восприятие цветных изображений в трехмерном пространстве и на плоскости. Зрительный аппарат человека является важнейшим источником получения информации о внешнем мире (до 70-80 %);

2) слуховой – восприятие звуков в трехмерном пространстве. Звук представляет второй по значимости после зрения источник информации, но, как и цвет, требуется не всегда;

3) осязательный (тактильный) – восприятие прикосновения телом, рукой, пальцами, а также ощупывания. Это сенсорное (чувствующее) восприятие. В его основе лежит раздражение различных рецепторов кожи, некоторых слизистых оболочек (язык, губы). Осязание включает различные виды восприятия: тактильное – восприятие прикосновения и давления, а также восприятие боли, тепла и холода;

4) обонятельный – восприятие запахов. Обоняние – вид чувствительности, порождающий специфические ощущения запаха.

5) вкусовой – восприятие вкуса пищи. Вкусовые ощущения имеют 4 основные модальности: сладкое, соленое, кислое и горькое. Все остальные ощущения вкуса представляют собой разнообразные сочетания упомянутых основных.

Кроме того, часто обсуждается интуиция и некий шестой интегральный канал – экстрасенсорный – обостренное комплексное восприятие (биополя, или чего-то еще), всевидение.

В дополнение к основным каналам, используются еще два канала восприятия:

1) мышечный – восприятие силы и сопротивления (например, сопротивления повороту), веса и давления, сжатия и растяжения;

2) вестибулярный – восприятие положения в трехмерном пространстве.

3) Некоторые ученые утверждают, что при наличии звукового сопровождения уровень запоминания информации составляет около 20 %, при наличии звука и видео – 30 %, а при использовании интерактивных презентаций с обратной связью – 60 % [1, 3].

1.1.3. Оцифровка информации мультимедиа

Чтобы речь, музыка, видеокадры и анимации могли быть использованы компьютером, они должны быть представлены в цифровой форме, допускающей компьютерную обработку. Для хранения подобной информации в цифровой форме требуется довольно много места.

Так, одна минута музыки даже при 8-битном формате занимает до 0,645 Мбайт (а в стереозвучании – 1,29 Мбайт). При переходе к 16-битному формату объемы удваиваются.

Видеоинформация требует для хранения еще больше места, чем звуковая. Специфической особенностью телевизионного (TV-) приемника является то, что при приеме изображения от передатчика он не запоминает полученного изображения, а сразу воспроизводит его на экране способом «точка за точкой». ПК же наоборот выдает на экран дисплея изображение в виде прямоугольной сетки элементов рисунка (точек), называемых пикселами (picture element – элемент картины, сокращенно – pixel). Изображение хранится в памяти ПК как яркость и цвет для каждой точки экрана. Изображение сохраняется в оцифрованном виде [5].

Подсчитаем затраты памяти для хранения одной неподвижной картинки экрана. Экран (VGA) содержит 640×480=307200 пикселов. Если используется 256 цветов, то для хранения пиксела потребуется 8 бит. Значит, всего потребуется 0,29 Мбайт. А при высококачественной передаче цветовой палитры (24-битный цвет) потребуется в 3 раза больше – 0,87 Мбайт. Данные для мониторов с разным разрешением приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Телевизионный стандарт предполагает представление изображений последовательностью кадров, сменяющихся 25 раз в секунду. Для хранения секундного видеоролика в этом случае может потребоваться (из табл. 1) при 24 бит/пиксел скорость 21,75-93,75 Мбайт/с, а при 32 бит/пиксел – соответственно 29-125 Мбайт/с.

При этом видеофильм длительностью, например, 1 час 33 мин 50 с займет, как минимум, 119,58 Гбайт при 24 бит/пиксел и частоте 25 кадров/c или 191,33 Гбайт при 32 бит/пиксел и частоте 30 кадров/c. Столько не вместит и самый емкий цифровой многофункциональный диск (Digital Versatile Disk, DVD) [9, 10], а самые быстрые каналы Internet не обеспечат передачу таких объемов информации.

Скорость передачи неподвижного изображения объемом в 1 Мб из видеопамяти ПК на экран при частоте регенерации 60-100 Гц составляет 60-100 Мбайт/c, а объемом 3,75 Мбайт (24 бит/пиксел), как следует из табл. 1.1, – соответственно 225-375 Мбайт/с.

Такими объемами памяти, а также требуемыми для передачи изображений в режиме РВ высокоскоростными каналами современные ПК пока не обладают. На преодоление именно трудностей хранения и воспроизведения в режиме РВ звуковой и видеоинформации как раз и направлены в настоящее время усилия многих разработчиков средств ММ. Проанализируем типовые варианты решения этой проблемы.