Techniek voor dromers
De toegang tot een andere werkelijkheid
You must let the machine into your heart
quote van Rudy Rucker
Virtual Reality wordt gezien als de grote doorbraak in het
interactieve computergebruik; we laten de computer meer doen dan
wat met cijfers of letters stoeien, er wordt een hele interactieve
omgeving tot `leven' gebracht. De stap van rekenmachine naar
reality machine is gemaakt, de kunstmatige digitale werkelijkheid
is binnen bereik. In dit hoofdstuk gaan we in op een aantal
aspecten van de techniek en geven wat theoretische kaders, die
verderop in dit boek worden uitgewerkt.
De realiteit gevangen
Voor sommige mensen is het heel gemakkelijk om zich - met gesloten
ogen - voor te stellen dat ze in een bepaalde omgeving zijn. Ze
kunnen dan voorwerpen zien en rondwaren in een al bekende of juist
een fantasie-wereld. Anderen hebben grote moeite met die zogenaamde
visualisatie en zien niet veel meer dan wat vage patronen, ze
kunnen geen `andere werkelijkheid' projecteren op de binnenkant van
hun netvlies, maar weten dat ze af en toe wel dromen en dan toch
dingen zien en beleven. Kunstenaars van alle tijden hebben ons iets
laten zien van hun droomwereld, via boeken, gedichten, schilderijen
en kunst in het algemeen. Wie een roman leest wordt ook verplaatst
in een andere werkelijkheid of krijgt in ieder geval de elementen
aangereikt om voor zichzelf de fantasie van de schrijver te
herscheppen. De droom van de schrijver wordt herschapen in de geest
van de lezer.
Wat dat betreft is VR dus niets nieuws, ook daar wordt de droom van
de programmeur op een of andere manier weer tot leven gebracht. Het
gaat alleen een stuk verder dan wat we tot nu kenden, verder dan
een boek of zelfs een film. De VR-gebruiker krijgt veel input, hij
(of zij) wordt min of meer overdonderd met beeld en geluid. Hij kan
niet even wegkijken van het boek of beeldscherm, er is niets anders
te zien en te horen dan wat de computer genereert. Wat dat betreft
is het de ideale aanpak voor luie mensen die de dromen van anderen
wel eens willen beleven, ze krijgen zoveel zintuigelijke data
Štoegevoerd dat ze er zelf bijna niets hoeven bij de denken. Het is
een techniek voor dromers en dat is een enigszins dubbelzinnige
opmerking. Want zijn het de dromers die VR-ervaringen gaan maken,
of zijn het de dromers die er op tippelen? Gaat het om het vangen
van de realiteit of zouden we ons beter kunnen richten op dat deel
van de realiteit dat echt verschil maakt? We komen op deze vraag
terug.
Wat heb je, als je kijkt naar de praktische kant van de dingen, nu
eigenlijk nodig om een wereld om je heen te ervaren? Je wilt wat
zien, wat horen en dat moet zich ook nog aanpassen aan je
bewegingen en hoe je bijvoorbeeld je hoofd draait. Dat is de eerste
stap, en ongeveer het niveau waarop de huidige VR-techniek zich
richt. Natuurlijk is er meer, je wilt voelen, ruiken en eventueel
proeven en op een goede dag zal ook dat wel deel gaan uitmaken van
de VR experience. Voorlopig is het visuele aspect het belangrijkst.
Met de huidige stand van de techniek wordt dat bereikt door
relatief hoogwaardige beeldjes (scherp en qua beweging vloeiend) te
genereren met de computer, liefst zo dat je de ruimtelijke effecten
kunt zien. Dat kan met behulp van twee beeldschermen vlak bij je
ogen of door gebruik te maken van de diverse stereobeeldtechnieken
die er zijn. Erg belangrijk is daarbij dat het gegenereerde beeld
reageert op de hoofdbewegingen en eventueel op wat je via een hand
of op een andere manier doorgeeft aan het systeem. Anders is het
niet veel meer dan stereofilm en dat is er al tientallen jaren.
De basis van Virtual Reality
Hoe kunnen we de computer-gegenereerde omgeving, de kunstmatige
digitale werkelijkheid nu plaatsen? Hebben we hier te maken met
iets helemaal nieuws, een soort revolutie die niet te voorzien
viel, of was het te verwachten dat we hier zouden uitkomen.
Natuurlijk is VR een nog vrij nieuw begrip, maar je kunt het ook
zien als een combinatie en doorgroei van een aantal bestaande
technieken. Het feit dat verschillende SF-schrijvers al technieken
hebben beschreven, die min of meer op VR leken, geeft wel aan dat
het toch wel een soort logische ontwikkeling was. Daarbij moeten we
een onderscheid maken tussen de verbetering qua beeldvorming (3D en
high-resolution) en de toegenomen onderdompeling (immersion) aan de
ene kant en het principe van de directe interactie (feedback) dat
we eigenlijk als de echte verbetering van VR kunnen zien. Wil je
echt het gevoel krijgen dat je ergens bent, dan moet de omgeving
ook reageren op een `natuurlijke' manier. Het is natuurlijk leuk
dat je zomaar door muren en gebouwen van een VR-omgeving kunt
heenvliegen of -stappen, erg realistisch is het niet. Die
`feedback' is overigens een van de moeilijkste zaken in de hele
techniek, omdat het een combinatie is van alle zintuigen.
De vier karakteristieke elementen van VR zijn dus:
- beeldkwaliteit en stereo-effect;
- immersion of onderdompeling;
- autonomie, de mate waarin men de zaak kan besturen en invloed
kan uitoefenen;
- feedback of terugkoppeling.
Deze karakteristieken geven samen aan de VR-reiziger het gevoel dat
men echt `ergens anders' is. Hoe `diep' men zich in zo'n omgeving
voelt opgenomen is natuurlijk subjectief, maar hoe meer interactie
en autonomie er is en hoe minder storing er uit de `echte' wereld
is, hoe beter het gaat. Je kunt de kwaliteit van een VR-omgeving
dan ook uitdrukken in de componenten:
- autonomie;
- interactie;
- `presence'.
Dat laatste begrip heeft met de diepgang van de onderdompeling
en dus met de kwaliteit van beeld, geluid en systeemrespons te
maken.
De interactie tussen gebruiker en systeem is soms beperkt tot een
enkel zintuig, zoals het kijken naar een schilderij. Bij televisie
hebben we te maken met twee zintuigen (zien en horen), bij VR gaan
we nog een stapje verder teneinde de interactie en de realistische
beleving te verbeteren. De gebruiker wordt op een aantal fronten
benaderd en kan op verschillende manieren met het systeem omgaan,
dat heet formeel `multi-modale' of `multi-sense' interaction. We
Šonderscheiden:
Het visuele: Dit draait om het kijken, maar nog meer om het
zien. Uit de overvloed aan bits filteren we tenslotte het grootste
deel weg, maar hoe bepaal je wat cruciale informatie is en wat
nodeloze visuele overvloed.
Het auditieve: Horen is voor een aantal activiteiten
dringender dan zien, bijvoorbeeld bij alarmsignalen, maar kan ook
helpen voor de ruimtelijke positionering.
Het tactiele: We willen voelen dat we iets aanraken en het
verschil tussen de ene oppervlakte en de andere kunnen
onderscheiden, rots voelt anders dan textiel. Het voelen en vooral
de terugkoppeling bij het aanraken van voorwerpen en oppervlaktes
maakt het nog `echter'.
Het bewegingszintuig: Via ons evenwichtsgevoel, de krachten op
onze botten en door het trillen, draaien etc. weten we of we
bewegen.
Het belang van horen, zien en voelen samen is natuurlijk duidelijk,
zeker bij het hele feedback-mechanisme, maar welke daarvan nu het
belangrijkste is kan per situatie verschillen en hangt ook af van
de persoon. Bij een tripje in een donkere ruimte worden horen en
voelen relatief belangrijker. In het algemeen hebben mensen wel ‚‚n
zintuig, dat voor hen relatief het belangrijkste is. Zo zijn er
visueel ingestelde mensen, anderen reageren primair op geluiden en
er zijn ook `kinestetisch' of `haptisch' ingestelde mensen, die
vooral dingen willen voelen en aanraken. Voor sommigen is de kleur
en styling van een auto doorslaggevend, anderen tippelen op het
motorgeluid en er zijn ook mensen, die de bekleding, de atmosfeer
van het interieur en de `zit' doorslaggevend vinden. Je kunt dus
niet stellen, dat de visuele informatie het belangrijkste is voor
VR, dat kan van de persoon en de situatie afhangen. Dat de nadruk
voorlopig ligt op het visuele is duidelijk. Dat is waarom ik dan
ook het woord Visual Reality beter vind. Of dat zo blijft is een
kwestie van beschikbare techniek en de richting van de
ontwikkeling.
Interactie
De mate van controle over de virtuele omgeving en daarmee de
autonomie van de cybernaut hangt af van de commando's die hij kan
geven en de reacties daarop. De commando's zijn in VR meestal geen
getypte computer-commando's, maar de signalen over positie, het
draaien van het hoofd, de beweging van de handschoen of joystick.
Commando's kunnen ook via bijvoorbeeld spraakinput gegeven worden,
maar gaan meestal via handbewegingen met een speciale
datahandschoen, joystick, muis of toetsenbord en door menu's of
iconen in de VR-omgeving. Commando's kunnen betrekking hebben op:
- de eigen beweging;
- het eigen gezichtsveld en -punt;
- de relaties met voorwerpen en objecten, zoals pakken, of
schieten;
- de bewegingen en reacties van objecten en andere `actors' in
de wereld.
Om dergelijke commando's te geven zijn allerlei structuren
ontwikkeld, die niet alleen met toetsen of handbewegingen werken,
maar ook op spraak of oogbewegingen reageren. Er zijn de klassieke
menu's, maar ook driedimensionale menu's met voorwerpen die je kunt
aanwijzen. De VR interactie en het geven van commando's gaat om
vijf elementen:
- de klassieke manier via toetsenbord, muis en andere controls;
- zien en kijken;
- horen en praten;
- tactiel voelen en aanraken;
- bewegingen maken (draaien/aanwijzen) en beweging voelen
(biomechanisch).
Er is steeds een passieve en actieve manier; dat is ook wel
nodig voor de terugkoppeling. Dat we de verschillende manieren om
commando's te geven en hun effect te ervaren moeten en kunnen
combineren ligt voor de hand. Met name bij complexe structuren is
bijvoorbeeld zien niet voldoende, maar `zien' we soms makkelijker
met onze handen. Commando's kunnen we geven met een toetsaanslag,
een handbeweging, maar ook door ergens naar te kijken of door iets
Šte zeggen.
Alles draait om de ervaring, wanneer we met minimale middelen toch
de bezoeker/gebruiker een intense ervaring kunnen meegeven, doet
het er niet toe hoeveel polygonen/mips/pixels daarvoor gebruikt
zijn. Juist in nieuwe en ongewone combinaties van visuele,
auditieve, tactiele en biomechanische ervaringen ligt de belofte
van dit nieuwe medium.
Niveaus van VR
In de artikelen over VR wordt meestal verwezen naar de VR-variant
met een helm en handschoen/DataGlove, maar er zijn een aantal
niveaus van Virtual Reality. Vanaf de `Vissekom'-VR waarbij je niet
veel meer ziet dan een televisie-achtig beeld, of de meer actieve
`walkthrough' op een computerscherm via 3D (driedimensionale)
beelden met een rood/groen of polarisatiebril, tot complete
immersion-systemen met multisense-interfaces. En laten we vooral de
simulatiesystemen voor meerdere gebruikers niet vergeten. Dat je
een en ander niet al te letterlijk hoeft te nemen, bewijst het
voorbeeld van de Wheelchair-VR van Hines R&D, waarbij de
walkthrough gebeurt vanuit een rolstoel met de bedoeling gebouwen
te ervaren vanuit de visie van een gehandicapte.
Through the Window (TTW)
Wanneer je naar een virtuele wereld kijkt op een scherm, waar je
doorheen kijkt naar de scene, dan noemt men dat wel TTW, je kijkt
als het ware door een raam naar binnen. Zit men in een helm, dan
noemt men dat `immersion'. Men spreekt wel over derdepersoon- en
eerstepersoon-simulaties. De derdepersoon-simulatie is wanneer men
een of ander poppetje of figuurtje ziet, dat `acteert' in de
computeromgeving. Wanneer men zichzelf speelt en dat ook als
zodanig voelt, dan is er sprake van eerstepersoon-VR.
Passief of actief
Een duidelijk onderscheid in het gebruik van VR is dat tussen de
passieve VR, de half-actieve VR, de interactieve en de actieve of
creatieve VR.
De passieve VR is wat we kunnen beleven bij een demonstratie
van een VR `trip' op een beeldscherm, wanneer iemand anders de trip
maakt en we als het ware over de schouder meekijken. Dat komt min
of meer neer op een soort film, maar met een stereobril of
stereobeeldscherm zouden we dit ook 3D kunnen meemaken. Dit lijkt
een flauw aftreksel van de VR die we verder in dit boek
beschrijven, maar net als met voorbespeelde videobanden zou het wel
eens een commercieel haalbare vorm kunnen worden.
De half-actieve VR of `exploratory-VR' is wanneer we deelnemer
of bewoner zijn in een ruimte, die door een ander is bedacht en
geprogrammeerd, de `normale' VR van dit moment. Daar kan men vrij
in rondwandelen, maar alle objecten en mogelijkheden liggen vooraf
vast.
De interactieve VR is wanneer we zelf ook met de omgeving
kunnen communiceren, dingen kunnen verplaatsen. Nog verder gaat het
wanneer we ook die interacties zelf kunnen programmeren of daar
tenminste in kunnen kiezen. In alle actieve vormen van VR zouden we
die samen kunnen delen met andere bewoners, maar dan moeten er wel
regels worden opgesteld. Een virtuele moord is wel niet echt, maar
bij voldoende tactiele (gevoelszintuigen) feedback kan het toch
naar aankomen.
Creatieve VR is wanneer de gebruiker zelf werelden en scripts
kan gaan maken of aanpassen uit bestaand materiaal. Wanneer men
eigen vondsten en persoonlijke details kan gaan verwerken, dan pas
wordt VR echt een medium om een nieuwe werkelijkheid te gaan maken.
Voorlopig is dat gezien de kosten en benodigde deskundigheid niet
eenvoudig te realiseren.
Intelligente virtuele werelden
Je kunt een virtuele omgeving statisch maken, waarbij er behalve de
bezoeker niets beweegt, hij loopt alleen maar rond en het
perspectief verandert, dat maakt snel een `dode' indruk. Maar om
ook objecten in de virtuele wereld te laten bewegen vraagt om
Šandere structuren en daarom is het goed een onderscheid te maken
tussen:
Dode werelden, waarin naast de bezoeker niets beweegt of
verandert, zoals bij CAD-walkthroughs.
Werelden met bewegingen, waarbij voorwerpen reageren volgens
bepaalde wetten, zoals de zwaartekracht of voor die wereld geldende
fysische wetten.
Werelden met min of meer autonome objecten, die reageren op
situaties, ook wanneer die niet direct worden be‹nvloed door de
cybernaut. Het gedrag van objecten kan zodanig geprogrammeerd
worden, dat het lijkt alsof dingen min of meer automatisch
gebeuren.
Intelligente virtuele werelden, die reageren op gebeurtenissen
en commando's, waarbij de objecten een soort artificial
intelligence hebben. Dat niveau is er nog niet, maar er wordt aan
gewerkt.
Cyberspace en telecommunicatie: Internet
Het platform van de VR, de denkbeeldige ruimte waar het zich
afspeelt, wordt wel Cyberspace genoemd. Om alvast een beeld van
`Cyberspace' in de praktische hedendaagse implementatie te krijgen
(Bruce Sterling schrijft er in zijn bijdrage ook over), kunnen we
kijken naar de telefoonverbinding. Wanneer we iemand aan de lijn
hebben, vindt de echte communicatie, bij bijvoorbeeld een
satellietverbinding, in feite ergens in de ruimte plaats. Het
gebeurt niet echt bij het ene toestel, niet echt bij het andere, de
boodschappen ontmoeten elkaar ergens, in een ruimte, die we wel
kunnen aanvoelen, maar niet echt aanwijzen en die dan ook
`virtueel' genoemd kan worden. Denk maar aan een computer, waar we
de term virtueel geheugen gebruiken wanneer we net doen alsof er
een groot direct geheugen is, maar dat in feite nadoen door snel
van en naar de harde schijf stukken geheugeninhoud te `swappen'.
Tijdens zo'n telefoongesprek vindt de communicatie ook niet plaats
bij een van de twee deelnemers, maar het lijkt alsof ergens tussen
die twee een nieuwe ruimte is ontstaan, we communiceren in wat wel
`Cyberspace', zoals John Barlow dat ziet, genoemd wordt. Dat begrip
kan ook veel futuristischer worden ingevuld en dan praten we over
`full-bandwidth interactie' maar dan verliezen we de aansluiting
bij wat nu mogelijk is. Op dit moment wordt de Cyberspace nog
voornamelijk gevuld met zogenaamde e-mail of elektronische post.
Via snelgroeiende netwerken als Internet communiceren al tientallen
miljoenen mensen met elkaar, vaak over de grenzen en taalbarri‰res
heen. Het Engels is wat dat betreft duidelijk de taal van de
Cybernauten. De snelle groei van Internet, eigenlijk een soort
niet-commerci‰le wildgroei van een communicatiesysteem tussen
universiteiten, is verrassend. Het is nog beperkt, je kunt alleen
maar tekst en primitieve plaatjes oversturen, maar het succes ervan
doet vermoeden dat de impact van `bredere' communicatie met geluid,
spraak en beelden ook wel eens een rage kan worden.
Dan kom je op het terrein van de beeldtelefonie en videofoons,
waarvoor met de beschikbaarheid van ATM- en ISDN-netwerken ook een
betere infrastructuur komt, de befaamde Digital Highway. Je kunt
verder gaan en niet alleen beeld maar ook andere elementen delen en
dan samen iets beleven.
Netwerk-VR
Het is een van de fascinerendste mogelijkheden van VR om met
anderen te communiceren in zo'n imaginaire VR-wereld. Daarvoor
hoeft men niet pers‚ ter plaatse te zijn, men kan vanaf een andere
lokatie deelnemen en acteren in dezelfde VR-omgeving. Dit gaat veel
verder dan videotelefonie, men kan elkaar niet alleen zien en
aanraken, maar de deelnemers kunnen ook een ander uiterlijk kiezen,
zoals in de film `Lawnmower Man' werd gedemonstreerd.
Netwerk-VR is volgens velen waar het uiteindelijk om draait, met
name voor militaire training is dat nu al vrij praktisch en worden
in de VS infanteristen en cavaleristen (tanks) hiermee geoefend.
Met snellere telecommunicatie en lokale netwerken en goede
technieken om de bewegingen en lokaties over te dragen kan
netwerk-VR veel toepassingen vinden, denk maar eens aan VR-sex
(Cybersex). Net zoals het `chatten' in de e-mail cultuur een van de
Šgrote trekpleisters is, kan de heel persoonlijke en met een
technisch begrip `breedbandige' interactie van netwerk-VR
uiteindelijk de doorbraak naar VR als een massamedium
bewerkstelligen. Dit is een van de meest interesante richtingen van
de hele techniek.
Platform Based VR
Omdat de helmen en handschoenen voor gebruik in bijvoorbeeld een
attractiepark niet erg praktisch zijn, heeft men daarvoor andere
technieken ontwikkeld. Men gebruikt dan cabines of platforms, waar
meerdere bezoekers in kunnen zitten, voorziet die van beeldschermen
en zet de hele zaak op hydraulische cylinders. De meeste scenario's
voor zo'n `location based' VR-trip gaan over ruimteschepen,
onderzeeers en dergelijke. De bezoekers gaan op een korte tocht,
waarbij ze op de schermen beelden zien alsof ze werkelijk in de
ruimte of onderzee zijn, het hele geval schudt en trilt en er zijn
ook beperkte `controls' om bijvoorbeeld te kunnen schieten, zodat
men zich echt betrokken voelt bij de missie. Deze vorm van VR wordt
snel populair voor Disneyland-achtige `rides' en is ook commercieel
interessant.
Reizen in VR
We kunnen met de VR-technieken de computer gebruiken om `nieuwe'
werelden voor onze ogen te toveren en ons in ieder geval de illusie
te geven dat we daar ook echt kunnen rondkijken, bewegen en
`acteren'. Wat die nieuwe werelden inhouden is aan de ontwerper,
maar laten we beginnen met wat `aardse' voorbeelden.
Een goed voorbeeld van `Virtual Reality' is het rondreizen in
bijvoorbeeld vreemde landen. Via de speciale helm met een
stereovideodisplay (twee schermpjes, ‚‚n voor ieder oog) met een
ruimtelijk effect (stereobril) kan men gaan rondwandelen of
tenminste rondkijken in een 3D-projectie, bijvoorbeeld van een
exotisch land. Zonder uit de stoel te komen kan men daar, al naar
gelang het programma het toelaat, interactief in bewegen. Via een
speciale sensor worden de hoofdbewegingen van de stereobril
namelijk vertaald in draaibewegingen in die wereld en kan men
verder via een joystick de richting van de beweging aangeven. Het
verplaatsen gaat moeiteloos, men kan iets van alle kanten en
standpunten bekijken en in net zo veel detail als de programmeurs
erin hebben gestopt. Is dat geen interessante manier van reizen?
We hoeven ons niet te beperken tot rondlopen of vliegen als een
soort VR-geest, maar kunnen ieder voertuig `simuleren'. We kunnen
in VR dus in een auto rijden, maar ook een raket besturen. De
meeste gebruikers van een PC hebben wel eens met een
simulatieprogramma zoals Flight-Simulator gespeeld. Daarbij zit men
als het ware (virtueel) in de stoel van de piloot en vliegt door
een wereld met nagebootste vliegvelden, andere vliegtuigen,
contacten met verkeersleiders etc. Bij dergelijke simulators is er
sprake van gesimuleerde bewegingen in een bekende, niet abstracte
ruimte, maar men kan alleen zo vliegen als in het echt ook kan,
anders stort men neer en mag opnieuw beginnen.
Men kan echter in de VR-omgeving natuurlijk wel uit de `aardse'
beperkingen stappen en naar niet bestaande omgevingen overstappen
in bijvoorbeeld een simulatie van een ruimteschip, en ook trips
maken naar planeten waar nog nooit iemand geweest is. Dat gebeurt
in de spelletjessfeer, ook bij de huidige generatie `platte'
videospelletjes, nog duidelijker. Denk maar eens aan de ruimteschip
shoot-out varianten, dan bestuurt men een ruimteschip of raket en
bevecht ergens in het universum andere ruimteschepen.
Zelf maken
Net als de computerspelletjes dat in de jaren tachtig deden, vormt
VR een creatieve (en commerciele) uitdaging van de eerste orde voor
de computer-hackers en `afficionado's'. De ontwerpers en
programmeurs kunnen hun wildste fantasieen uitleven en omdat de
gemiddelde gebruiker toch wel de voorgekookte werelden zal gaan
gebruiken, is er vast wel een markt voor. Dit kan aan de ene kant
heel praktisch worden, het nabouwen van een `echte' omgeving of
reis, maar er zit ook een kant aan, die zal uitgroeien tot een
echte kunstvorm. Een nieuw beroep zit in de lucht dat artistieke en
Štechnische talenten vraagt. Er wordt nu al gesproken over het vak
van `VR-engineer' en voor de praktische uitvoering en ontwerpen
over `spacemakers', mensen die dergelijke werelden en reizen
opzetten.
Net als bij bijvoorbeeld de videocamera, waarbij men in principe
zelf films kan maken maar vrijwel niemand dat echt serieus doet,
zit het erin dat VR een voornamelijk passief medium zal blijven.
Men gaat de avonturen van anderen nabeleven, ronddwalen in de
werkelijkheid die is gemaakt door professionele mensen,
VR-kunstenaars en specialisten. Zelfs als de barriere van de
software-deskundigheid die nu nog nodig is, zal zijn verdwenen
blijft voor het maken van een leuke VR-omgeving veel inspiratie en
waarschijnlijk ook veel werk te doen. Het beste wat we voorlopig
kunnen verwachten is dat de makers van commerciele VR-environments
de gebruiker de keus geven om wat zaken aan te passen en
bijvoorbeeld te kiezen wat voor kleuren, thema, figuren en
dergelijke voorkomen. Er zullen zeker zogenaamde VR Construction
Sets komen, waarin men enige keus heeft qua figuren, setting en
scenario.