Het positieve scenario: overal toepasbaar


Verander de wereld, begin met Virtual Reality
Bijdrage van William Bricken

* Dit artikel, net zoals een aantal andere bijdragen, stamt uit de eerste editie van dit boek uit 1990 en is dus in zekere zin gedateerd. Toch menen we dit in de oorspronkelijke vorm te moeten handhaven, vanwege de historische waarde van de bijdragen van deze pionieers.

Dr. William Bricken, die het volgende artikel met een overzicht van allerlei VR-toepassingen schreef, is de `principal scientist' van het Human Interface Technology Laboratorium en het VR-programma daar van de Universiteit van Washington. Daarvoor werkte hij bij AutoDesk. Hij zoekt naar wetenschappelijke termen om VR ervaringen te beschrijven, maar doet dat met een brede visie.

Computers helpen de subjectieve werkelijkheid

Voor het eind van deze eeuw zullen de mensen de werkelijkheid om hen heen heel anders ervaren dan tot nu toe. Ze zullen werken met levensechte modellen en spelen met nagebouwde werelden. Het gebruik van computers zal hierin de essentiČle factor zijn. Volgens Alan Kay zullen daarbij `head-mounted' beeldschermen, die de ervaring van buiten ons naar binnen brengen, en simulaties van de werkelijkheid een grote rol spelen. Welke leuke dingen zitten er eigenlijk in het VR-vat? Wat kunnen we nu al verwachten op basis van de huidige computertechniek en individueel te gebruiken hardware zoals een hoofdtelefoon en een `beeldschermbril' of `Visor'?

VR-toepassingen

Hieronder volgen een paar soorten VR-toepassingen met enige voorbeelden.

Actieve Cyberspace-toepassingen

Sommige interactieve Cyberspace-uitingen zijn gericht op een beperkt publiek en toepassingsgebied:
  • De Exercise CyberCycle (van AutoDesk) biedt een digitaal landschap dat verandert naarmate je er langs fietst.
  • In CyberGolf kun je rondlopen op de golfbaan van je keuze; het geheel is geintegreerd met een (op een sensor vastgeplakte) golfbal die je echt moet raken. Er is ook een tredmolen, om naar de volgende hole te komen, want al te gemakelijk moet het niet worden.
  • WaterWorld speelt zich af in een tank met displays onder de zeespiegel. Het is geinstalleerd in het Marriot `Under Marine World Out Of Africa' recreatiepark. Het basin, dat men kan zien op schermen in de tank, wemelt van de vissen en andere exotische fenomenen. Tegen de muren van de tank staan Cyberports, waarvan elk verbonden is met een kijkstoel en een videohelm. Door de Cyberport wordt een gedigitaliseerd beeld geprojecteerd van het echte onderwaterleven, en de kijker kan zelfs virtueel voedsel aan de virtuele vissen voeren.

    Enorme databases

    Deze techniek is enorm data-intensief, we moeten denken aan heel grote databases, die ook nog interactief benaderd worden. Een paar voorbeelden, die dit soort enorme databergen illustreren.
  • De Tornado-database bevat informatie over ieder kubieke meter lucht van een echte wervelstorm, waar die vandaan komt, en hoe die lucht beweegt. Die gegevens zijn in VR te bestuderen, maar we kunnen ons ook laten meevoeren door de wervelstorm, de hele zaak omzetten in verschillende kleuren voor verschillende snelheden, of zien wat het effect is van de obstakels op het pad van de tornado, zoals bergen, huizen en auto's.
  • Met de Mars- en Maan-databases kunnen we daar gaan rondwandelen, de andere zwaartekracht bečnvloedt de dynamica van onze bewegingen.
  • De Body database is een driedimensionaal model van het menselijk lichaam, gedetailleerd tot op celniveau. Een trip in de bloedbaan of in het binnenste van organen is zo haalbaar.
  • De Library of Congress database is het terrein van de wetenschappers en historici. Op dit moment is het werken met al die gegevens nog een kunstvorm, alleen getrainde mensen weten er de weg in. Maar de stap van woord naar beeld kan die bergen gegevens gaan ontsluiten.

    Praktische VR-toepassingen

    Er zijn toepassingen van VR, die duidelijk op de praktijk gericht zijn. Vergeleken met sommige visionaire ideeen over VR lijkt dat soms wat platvloers, maar dit is het gebied waar we de eerste commerciele successen zullen zien.
  • Luchtverkeersleiding, waarbij de informatie van de radar visueel en driedimensionaal wordt weergegeven. Het gezichtspunt van de verkeersleider kan dan een kilometer boven het vliegveld liggen, zodat hij al het verkeer kan overzien en zelfs op de stoel van de piloot kan gaan zitten in noodsituaties.
  • De architect ontwerpt en bouwt in cyberspace. Hij kan door zijn constructies wandelen, kijken naar de ruimtelijke effecten van kleuren, (laten) controleren of aan de bouwvoorschriften is voldaan en interactief wijzigingen aanbrengen.
  • De werktuigbouwkundige constructeur is vooral geinteresseerd in bewegende constructies en in het uitproberen van de werking van machines: waar gaan problemen optreden, wat zijn de zwakke plekken, welke temperaturen gaan er ontstaan? Hiervoor zijn gecompliceerde modelling-technieken en simulaties nodig, waarvan de resultaten dan weer duidelijk worden gemaakt door visualisaties van de temperatuur of wrijving.
  • De ruimtevaart-ingenieur kan rustig op de grond blijven, terwijl zijn robots het zware werk volgens zijn aanwijzingen doen. Zijn bewegingen worden nagedaan door het Telepresence-systeem in de voor hem toch vrij onvriendelijke ruimte. Dit soort zaken speelt ook bij atoomreactors en andere moeilijke omgevingen.
  • De zakenman kan het doen zonder al dat gereis over de wereld. Met virtuele conferentiekamers in verschillende steden kan hij communiceren met wie hij maar wil, zonder uit zijn stoel te komen. Een vergadering vindt plaats alsof iedereen in dezelfde ruimte is, terwijl de computer dan zorgt voor de omzetting van ieders gebaren en uitdrukkingen naar een soort internationale cross-culturele standaard om vergissingen te voorkomen.
  • De beursmakelaar en -handelaar kan op iedere beurs van de wereld zaken doen, 24 uur van de dag. Met de Japanse helm op kan de handelaar in Londen op de beursvloer in Tokyo staan. Met speciale programma's kan hij dan ook de enorme cijferberg aan steeds veranderende financiČle gegevens zichtbaar en hanteerbaar maken.
  • In themaparken, zoals Disneyland, beleeft men fantastische avonturen, die men bovendien kan aanpassen aan de leeftijd zonder dat er enorme installaties en achtbanen gebouwd hoeven te worden.

    Humane toepassingen

    Er zijn ook toepassingen die heel menselijk zijn en ons leven kunnen verrijken, of die heel indringend zijn en ons raken in heel essentiČle zaken.
  • Het familie-treffen, waar iedereen elkaar weer eens kan zien, maar dan zonder te reizen. Meer dan stem en beeld, we kunnen samen spelletjes doen, feestvieren, weer een familie worden. Samen dineren is wat moeilijk, even het zout doorgeven is er niet bij.
  • Voor gehandicapten kunnen virtuele ledematen helpen om dingen te beleven, die anders niet meer mogelijk zijn.
  • De psycho-analyse kan met Cyberspace alle kanten uit. We kunnen er depressies, dat gevoel van machteloosheid, effectief mee bestrijden en experimenteren met onze gevoelens. We kunnen traumatische ervaringen herbeleven en zo verwerken, fobieČn deprogrammeren en ons gedrag aanpassen.
  • De Personal Interaction VR kan gebruikt worden om beter te communiceren. We kunnen de relatie zichtbaar maken. Hier is mijn interpretatie van wat er aan de hand is; hoe zie jij het? Bekijk het eens van mijn kant, wat kunnen we doen om het eens te worden?
  • In de `Tranquil Ground' kunnen we ons terugtrekken om rustig te worden, te mediteren in een omgeving met rustgevende kleuren, met zonovergoten weiden of de maan boven een ruisende branding. De stap naar de leegte en de eenheid in drie dimensies.
  • De MetaMystic database is een Cellular Automata programma, een zichzelf voortplantende en steeds verder variČrende grafische afbeelding op wiskundige basis dat er uitziet als een extatische wereld in drie dimensies.

    Creatief gebruik

    Er zijn ook dynamische en actieve toepassingen, die onze creativiteit prikkelen.
  • De Virtual Decorator helpt bij het inrichten van ons huis, met andere kleurtjes en ander behang. Wanneer ons huis, voor een zacht prijsje, eenmaal gedigitaliseerd is tot computermodel, kunnen we experimenteren met de inrichting, meubels verplaatsen en eens wat anders proberen. Een slim meubelbedrijf biedt dit soort diensten gratis aan in de hoop ook in het echt de meubels te mogen leveren.
  • Een zelfde aanpak bij de Virtuele Klerenwinkel, zie je eigen Cyberzelf in verschillende kleren.
  • Bij het Virtuele Concert is iedere plaats een ereplaats, iedereen zit vooraan en hoort het meest perfecte geluid. Maar je kunt ook een echo horen in de virtuele Grand Canyon of experimenteren met je favoriete band. Zet er nog eens een drummer bij, of stap zelfs letterlijk in de drum, of desnoods in het stokje van de dirigent, als je dat aankunt.
  • Het Virtuele Reisburo heeft digitale versies van alle bestemmingen als voorproefje, dat wil zeggen als je echt nog wilt reizen. Het is toch makkelijker om lekker warm en gezellig een trip naar de Noordpool te maken, de hele ervaring staat op een paar laserdiscs. En wie van vliegen houdt, kan dat via een telescoop met afstandsbediening onder een echt vliegtuig ook op afstand meebeleven.
  • De `Cyberdromen' zijn favoriet bij de kinderen. Zelf een wereld maken, met een magisch driedimensionaal krijtje, dat is pas echt leuk. `Hup, teken een maan en vertel het systeem dat ie wat helderder mag schijnen. Teken met gebaren, en vraag als achtergrond om je eigen Taj Mahal, die je gisteren al gemaakt hebt!'
  • De Virtuele School is een revolutie in het leren. De leerlingen bouwen een basiskennis op en gaan dan hun begrip ervan testen. Ze kunnen zelf ervaren hoe de geschiedenis in elkaar zit, weg met die stoffige boeken. De scheikundeles wordt een trip in een wereld vol atomen en moleculen, wiskunde wordt een grafische ervaring. Ze lezen niet meer, maar beleven in Hypertexts en beelden.
  • De Virtuele Kunstenaar schept werelden en emoties voor zichzelf en anderen. Alle tools voor digitaal schilderen, in eindeloze variaties en miljoenen kleuren, realistisch of impressionistisch, alles is mogelijk. Schoonheid, reproduceerbaar met een druk op de knop en letterlijk toegankelijk voor iedereen.
  • De Virtuele Sportwedstrijd maakt teamsport tot een heel nieuwe ervaring. We kunnen tegen iedere tegenstander spelen door bijvoorbeeld bij tennis te spelen met de zwaartekracht, die voor de ene speler wat lichter kan zijn. Kruisingen tussen videogames en denkspelletjes, maar met de juiste sensors ook actieve sporten met de VR als onpartijdige scheidsrechter. Iedereen kan meedoen aan de Tour de France of Wimbledon.
  • Natuurlijk zullen het vooral de Cyberspace Fantasy en Cyberspace Adventures zijn, die een groot publiek bereiken, om nog maar te zwijgen over het wat volwassener vermaak in de erotische sfeer.

    Wat heb je er voor nodig?


    Voordat we ingaan op allerlei details over interfaces, hardware en software is het misschien goed om eerst eens een vrij simpel systeem voor Virtual Reality te beschrijven. Daarbij valt te denken aan een eenvoudig ontwikkelsysteem. Wil je alleen maar `genieten' dan zijn er al videospel-achtige VR-uitbreidingen voor Sega en 3DO-videogames voor een paar honderd gulden. Je hebt dan een computer nodig en speciale interfaces, zoals een helm en software, maar helaas is nog niet alles bij de computerzaak op de hoek te halen. VR heeft de naam een heel duur speeltje te zijn. Een compleet systeem met een snelle Silicon Graphics Onyx als basis en een 1280x1024 stereohelm met handschoen en sensors kost bijvoorbeeld meer dan 150.000 dollar, maar het kan ook bescheidener. Voor de meeste componenten zijn wel relatief eenvoudige alternatieven; de programmatuur is er en de kosten zijn betrekkelijk gering. De ontwikkelingen gaan natuurlijk snel, de prijzen worden lager, maar laten we eens uitgaan van wat er medio 1995 voor zo'n vijftienduizend dollar realiseerbaar is. Voor dat geld koop je een grafische cyberspace-kaart met twee i860 graphics processors voor een snelle PowerPC, Pentium of Alpha PC, die zo'n 5 tot 10.000 gekleurde en `shaded' polygonen (veelhoeken) 20 maal per seconde op het scherm kan toveren in twee stereoskopische beelden. Dat is een draaglijke kwaliteit die in de buurt van een TV-beeld komt. Met zo'n kaart is betrekkelijk eenvoudige omzetting mogelijk tussen de diverse video-aansturingen: RGB en Sequentieel RGB, NTSC, PAL, HDTV enz., en wel zo dat kleuren, stereoskopie en aan de beelden gekoppelde geluiden onveranderd blijven. De kaart heeft voldoende rekenkracht (drijvende komma en symbolische functies) voor matrixvermenigvuldiging, patroonvergelijking en parametrisering van de denkbeeldige ruimte. Het kan eenvoudiger, met aparte omzetter voor PAL-signalen en eenvoudiger LCD's, maar de kwaliteit van het beeld is dan ook minder.

    Het stereobeeld kan via een videohelm worden bekeken, maar ook op een gewone monitor. Wil men dat toch in 3D, dan worden de links/rechts beeldjes afgewisseld en krijgt men een bril met een LCD-sluiter, die afwisselend links en rechts dicht en open gaat. Een `stereobril' (head-mounted display) met twee high-resolution schermen kost minimaal zo'n 2000 dollar. En voor de wat betere modellen ben je 7000 dollar kwijt. Bij zo'n helm hoort een positiesensor (tracker), stereo-oortelefoons en een spraakmicrofoon. En nog eens tweeduizend dollar zijn we kwijt voor de sensors en de tactiele interface, zoals een `magic wand'; een soort toverstokje dat handbewegingen kan overdragen, een joystick of trackball (spaceball) met tegenkracht voor de feedback en een `body tracker' voor de lichaamsbewegingen. De `wand' zendt een soort `virtuele' straal uit, die het ons mogelijk maakt naar virtuele objecten te wijzen, in de richting te `vliegen' die we aanwijzen, ons vast te klampen aan voorwerpen of daarmee te manipuleren. Het is een eenvoudige uitvoering van een DataGlove, niet zo natuurgetrouw, maar de spelletjesmakers zullen hier wel een dodende laserstraal van weten te maken. De speciale feedback-joystick stelt ons in staat een denkbeeldige auto of vliegtuig te besturen, hij laat ons bewegingen voelen, maar ook botsingen. De body tracker pikt onze bewegingen op. De computer genereert dan een afbeelding van ons lichaam in de virtuele omgeving, onze bewegingen en plaats worden in relatie met ander virtuele objecten berekend.

    Software, om met al dit moois te werken, kunnen we kopen bij bedrijven als Sense8 of VREAM of met wat meer moeite kunnen we werken met public domain programma's als VRS of Rend386. Omdat men vaak ontwerpen van andere programma's zoals AutoCad kan gebruiken als basis voor een `wereld' is er wat dat betreft al een zekere standaardisatie op gang gekomen. De interface met de helm en joystick is wat moeilijker. De software interface voor al de speciale input werkt via een `bewegingstaal' (gesture language). Onze acties worden vertaald in een set van virtuele effecten die we als de bewegingen, gereedschappen en bedieningsorganen, de `effectors' van de VR kunnen zien. Alle controls en input-apparatuur dienen natuurlijk naadloos gečntegreerd, stevig en betrouwbaar te zijn. Er zijn tegenwoordig bedrijven, die complete kits leveren voor wie zelf aan de gang wil met VR.