О «сексизме» систем виртуальной реальности

Виртуальная реальность
На заре разработки большинства прикладных компьютерных систем ученым  и инженерам даже в голову бы не пришло учитывать биологические различия между мужчинами и женщинами в плане восприятия этих систем и возможности нормальной работы с ними. С появлением первых систем виртуальной реальности ученым пришлось пересмотреть свои убеждения и во многом дополнить их новыми сведениями, полученными в процессе эксплуатации ряда устройств.

Осенью 1997 года группой инженеров Нью-Йоркского Университета была создана система CAVE (Cave Automatic Virtual Environment), что дословно переводится как «Пещера Автоматической Виртуальной Среды). Это была особая комната, в которой на каждую стену транслировалось изображение, а все «картинки» в комплексе при помощи очков виртуальной реальности превращались в восприятии оператора в практически полноценную виртуальную реальность. Первые же испытания обнаружили любопытную вещь. Мужчины при проведении тестов не испытывали никаких трудностей с восприятием и самочувствием. Женщины же, даже профессиональные программистки и дизайнера, имевшие опыт работы с визуализацией трехмерных изображений, при выполнении простейших действий испытывали дискомфорт, тошноту и головокружение. Позже оказалось, что точно такие же ощущения испытывают женщины при тестировании армейских симуляторов виртуальной реальности. И даже привыкнув к симулятору, испытательниц ждал все тот же комплекс неприятных ощущений уже по возвращении «в реальность».

Робкие предположения насчет того, что гендерные различия имеют вес, и их стоит учитывать при разработке столь сложных систем, в то время решительно отвергались. В частности, резкой критике подвергалась софтверная компания Purple Moon, которая разрабатывала специальные игры «только для женщин». Компании вменялась пропаганда гендерных стереотипов. В чем же тогда крылась причина того, что большинство дам в виртуальной реальности натурально «укачивало»? Этим вопросом всерьез занялась Дана Бойд, ведущий исследователь Нью-Йоркского Университета, параллельно работавшая в Microsoft Research.

Гендерные «заморочки»

Вышеописанная проблема подтолкнула Дану к началу одного из важнейших междисциплинарных исследований в ее карьере и жизни. Так, ее исследования началась с опросов транссексуалов в гендерной клинике Нидерландов (и мужчин, ставших «женщинами» и наоборот) насчет предполагаемых изменений восприятия мира после начала интенсивной гормональной терапии. Многие из опрошенных заметили, что действительно, после начала «трансформации» наблюдали различные визуальные эффекты. Некоторые даже утверждали, что эти эффекты находили яркое выражение в быту – к примеру, они не могли поймать дверную ручку или взять в руки простой предмет «с первого раза».

Клиника проводила немало интересных исследований в области пространственной геометрии. Так, обнаружилось, что пациенты, сменившие женский пол на мужской, после приема андрогенов существенно улучшили субъективную способность вращать в уме трехмерные фигуры из популярной игры «Тетрис». Ни легко могли определить, является ли та или иная игровая фигура повернутым в пространстве вариантом другой. Ровно в то же время пациенты, принимавшие женские гормоны, эту способность частично утратили на время терапии.

Кроме всего прочего, было обнаружено, что вторым местом в организме, где половых гормонов больше всего, является сетчатка глаза. На первом месте, естественно, половые железы. Исследования также показали, что гормоны очень важны для функционирования сетчатки (исследовались особенности макулодистрофии – нарушения остроты зрения, связанного с ухудшением питания центральной зоны сетчатки, так называемого желтого тела).

Что же происходило на самом деле и почему гормональные изменения столь ощутимо влияли на способность человека определять расстояние до объектов?

Различия в восприятии глубины

Вернувшись в Штаты, Дана Бойд инициировала проведение ряда экспериментов в условной области «визуальной психологии». В основу исследований были положены ситуации, когда оценить расстояние до объектов нужно было основываясь на противоречащих друг другу подсказках – «двигательный параллакс» и «форма теней».
«Двигательный параллакс» основывается на данных о реальных размерах предмета. Например, если поставить перед собой стакан воды, а потом пододвинуть его ближе, визуально он увеличится в размерах, но мозг будет прекрасно понимать, что стакан не увеличился на самом деле, а просто приблизился.

Что же касается «формы теней», то это гораздо более тонкий и неочевидный инструмент. Если долго смотреть на любую точку на объекте прямо перед собой, а затем немного подвигать из стороны в сторону головой, то будет заметно, как изменяется видимость теней. Информация, поступающая в мозг через глаза, непрерывно обновляется, просчитываются малейшие изменения. Все эти объемы данных мозг использует, чтобы определить расстояние до объекта и его параметры.

Так вот, в реальности оба эти способа работают параллельно и успешно обеспечивают человеку возможность ориентирования в пространстве. Но в виртуальной реальности дела обстоят несколько иначе.

Срезание углов в виртуальной реальности

При вхождении испытателя в иммерсивную виртуальную реальность (с эффектом погружения), система пытается определить расположение глаз, таким образом, показывая картинку в максимальном соответствии с тем, как бы она выглядела в реальности. В бинокулярных системах эти «картинки» транслируются разные для каждого глаза. В наиболее качественных системах предусматривается определение не только расположение глаза, но и сетчатки. Это дает максимальную точность и достоверность воспроизводимого изображения.

Если фокальная точка вычислена правильно и линейное преобразование матрицы тоже определено верно, то двигательный параллакс визуализировать довольно легко. С «формами теней» ситуация посложнее. Конечно, за последние годы техники моделирования теней в трехмерных моделях существенно улучшились и совершенствовались. Современные средства дают возможность воссоздать довольно точно комплексное освещение объекта из нескольких источников света разных габаритов и спектров. Но, несмотря на все это, компьютеры пока не могут даже приблизительно повторить тот процесс, когда наши глаза и мозг «пересчитывают» рисунок теней. Поэтому эмуляция «формы теней» пока далека от реальности.

Игра света

Дана Бойд в своих исследованиях всячески пыталась обмануть мозг человека. Она моделировала ситуации, когда «показания» формы теней и двигательного параллакса о расстоянии до объекта серьезно отличались. Целью экспериментов было определение ведущего, то есть приоритетного способа детектирования глубины. Все дело в том, что мозгу постоянно приходится иметь дело с противоречащими источниками. К примеру, если смотреть на собственный палец по очереди то левым то правым глазом, то будет казаться, что палец «прыгает» из стороны в сторону. Но если открыть оба глаза, то палец «окажется» на том месте, где его видит доминирующий глаз. Так и здесь, Дана хотела определить, кто «главнее», форма теней или двигательный параллакс.

Результаты экспериментов слегка удивили. Оказалось, что гендерная разница в восприятии все-таки «имеет место быть». Так, мужчины продемонстрировали четкую склонность к двигательному параллаксу, а женщины – к форме теней. Таким образом, оказалось, что способ моделирования расстояния до объекта, который лучше всего реализован в системах виртуальной реальности, более близок мужчинам и лучше воспринимается именно мужчинами.

После этих исследований стало понятно, почему женщин укачивало в CAVE. Они были просто дезориентированы, так как мозг отказывался воспринимать сигналы виртуального окружения. Также стало понятно, почему люди, меняющие пол и потребляющие «противоположные» гормоны ощущали странные побочные эффекты в  восприятии окружающей действительности.

Будущее

Несмотря на то, что данные исследования кажутся очевидными и логичными, их нельзя считать достоверными, пока они не будут воспроизведены многократно и в различных условиях. Вполне может быть, что в своей работе Дана что-то упустила или пренебрегла чем-то важным. Но главная ценность ее работы в том, что теперь явно обозначилась проблема, и многие видные ученые поверили в необходимость более глубокого исследования данного феномена. Ведь теперь можно под другим углом взглянуть на проблему тошноты и головокружения у людей в кинотеатрах IMAX или шлемах виртуальной реальности. Причиной дискомфорта может быть не только и не столько задержка отклика или равномерность подсветки.

Возможно, в самое ближайшее время мы узнаем, насколько важна сама наша природа при использовании иммерсивных средств виртуальной реальности, и не является ли тот же Oculus Rift «сексистом» в самой основе.

Обсудить на форуме