ЗНАНИЕ Серия "Знак вопроса". 1989 №2

Человек или машина?

автор - Анатолий Георгиевич Абинов

Путешествие в мир, которого нет

«Дисплей, подключенный к ЭВМ, представляется мне окном в Алисину Страну чудес, где программист может изображать либо объекты, описываемые хорошо известными законами природы, либо чисто воображаемые объекты, подчиняющиеся законам, записанным в программе. С помощью дисплеев я сажал самолет на палубу авианосца, следил за движением элементарной частицы в потенциальной яме, летал в ракете с околосветовой скоростью и наблюдал за таинствами внутренней жизни вычислительной машины», – так заметил однажды А. Сазерленд – пионер применения компьютеров для построения и обработки изображений. И попал, что называется, в самую точку. А ведь началось все как будто с пустяков.

Поначалу дисплей подсоединили к ЭВМ только потому, что он оказался наиболее подходящим устройством для. ввода в электронную память и вывода из нее всевозможных сведений, как в тестовом, так и графическом виде. Однако вскоре два. молодых человека, два Стива – Возняк и Джобс – сыграли с миром довольно милую первоапрельскую шутку. Они соединили персональный компьютер с дисплеем, экран которого решили использовать прежде всего для компьютерных игр.

И вот начиная с 1 апреля 1976 года маленькие компьютеры с эмблемой, изображающей зеленое надкусанное яблоко – еще одна шутка веселых приятелей, – стали заполнять мир. К каждому такому компьютеру предлагалось несколько программ на гибких дисках – дискетах, используя которые вы могли, например, заставить рисованную кошку гоняться за мышами или, напротив, убегать от злых собак…

Возможно, мир и сегодня играл бы в эти, однажды придуманные, игры, если бы людям не были свойственны такие черты, как любознательность и наблюдательность. С одной стороны, персональные компьютеры стали использовать не только для игр, но и для вполне серьезных расчетов. С другой – с помощью дисплеев и ЭВМ стали рисовать движущиеся картинки не только для домашнего развлечения, но и для настоящего кинематографа.

Первый шаг к компьютерным киномирам, сами того не подозревая, сделали те режиссеры и операторы, которые при комбинированных съемках вместо полномасштабных натурных объектов стали снимать их небольшие модели-копии. Миниатюризация позволила без особых расходов значительно расширить арсенал киночудес. С помощью моделей режиссеру почти уж ничего не стоило отправить своих героев в иные миры или заставить их стать свидетелями вселенской катастрофы. Наибольшей известности достиг в подобных трюках американец Дж. Лукас – автор знаменитых «Звездных войн».

Однако со временем и такая технология перестала устраивать деятелей кино. «Лукас-фильм» и другие фирмы стали обзаводиться своими компьютерными отделами. Потому что выяснилось: гораздо дешевле и в то же время зрелищнее создавать подобные модели не в натуре, а в памяти компьютеров.

Считается, что эру компьютерного кинематографа открыли кинематографисты студии У. Диснея, создавшие фантастический игровой фильм «Трон». Впрочем, первый блин вышел комом–. «Трону» весьма далеко по своим художественным достоинствам до знаменитой «Белоснежки». Но неудача не обескуражила энтузиастов нового направления в кинематографе. С помощью компьютерной техники в последние годы создаются настолько достоверные фильмы, что порой даже оторопь берет: «Уж не посылали ли в действительности киносъемочную группу куда-нибудь на Сатурн?..»

Впрочем, за всякое удовольствие приходится платить. В данном случае речь идет о плате в самом прямом смысле этого слова: каждая секунда 20-минутного научно-фантастического боевика «Последний „Старфайер“» обошлась создателям около двух тысяч долларов. Однако учтите, расходы возросли бы во много десятков, а то и тысяч раз, если бы пришлось строить макеты звездолетов.

Какова же технология таких съемок? Какие роли в них играют компьютеры и какие люди?

– Сначала художники делают эскизы к основным сценам будущего фильма, – пояснили мне на «Союзмультфильме», где тоже проводятся эксперименты по использованию компьютерной графики. Затем делают подробные рисунки отдельных объектов, участвующих в фильме. Иногда эти рисунки делаются в нескольких ракурсах и проекциях с тем, чтобы машина могла себе наглядно «представить», с каким именно объектом она имеет дело, могла затем трансформировать его изображение в том ракурсе, который будет задан ей режиссером…

Правда, понятливость ЭВМ еще далека от идеала. Поэтому порой уходят недели, а то и месяцы на то, чтобы «втолковать» компьютеру, как выглядит, скажем, некий сверхсветовой суперзвездолет. Как тут не вспомнить старый анекдот: «Объясняешь, объясняешь, самому уже ясно, а он все не понимает…»

Но, как говорится, все имеет свой конец, в том числе и всякие мытарства. Программисты все же «втолковывают» компьютеру что надо, и можно двигаться дальше. Авторы картины рассматривают варианты сцен, корректируют те или иные зрительные Эффекты. Как и в настоящем мультфильме, создаваемом людьми по традиционной технологии, «местность», «актеры» и прочие детали пока еще не выглядят натурально – на экране дисплея проступают лишь их черно-белые контуры. Компьютеру легче обрабатывать такие упрощенные изображения, а значит, быстрее будет готов «костяк» снимаемого фильма.

Когда первый вариант «прогнан» от начала до конца, связаны между собой все эпизоды и сглажены шероховатости сюжета, компьютер начинает насыщать изображения цветами, очерчивать тени и полутона. Надо сказать, что это вовсе не легкая работа. Чтобы рассчитать, какие изменения видеоряда должны произойти за 1/24 долю секунды, окрасить все объекты в нужные цвета и оттенить их в полном соответствии с замыслом режиссера и законами оптики, даже одному из мощнейших на сегодня суперкомпьютеру «Крей» требуется от 2,5 до 15 минут. А ведь он способен выполнять более миллиарда операций в секунду.

При всем этом компьютерная графика не лишена многих недостатков. Например, если мы изобразим на компьютерном горизонте горную вершину и станем приближаться к ней, скажем, на воображаемом ковре-самолете, вся бутафория тут же откроется. Без специальных указаний художника-человека, укрупняя горную вершину по мере приближения к ней, компьютер все же не догадается одновременно и детализировать изображение – показать отдельные камни, трещины, растительность… Словом, все то, что мы наверняка бы увидели на реальной горе по мере приближения к ней.

Пришлось специалистам обратить на это специальное внимание. Сотрудники калифорнийской фирмы «Пиксар», которую иногда называют Меккой компьютерной графики, разработали программу, позволяющую ЭВМ самостоятельно придумывать и рисовать-ландшафты, оснащая их по мере надобности недостающими деталями.

Однако и такое нововведение все же не позволяет создать достаточно реалистичную картину. Поэтому основным заказчиком компьютерной графики стала на сегодняшний день все же не художественная кинематография, а. телестудии и рекламные, фирмы. Именно для них создаются короткие ролики-заставки, которые мы все чаще видим и на экранах отечественных телевизоров.

Впрочем, не думайте, что компьютер так уж бесталанен. Он и здесь ухитрился отличиться до такой степени, что сумел заморочить головы миллионам телезрителей. Скажем, в США и Великобритании большой популярностью пользуется Макс Хедрум – музыкальный видеокомментатор, или видеодиск-жокей, который представляет в эфире последние музыкальные записи, проводит интервью и конкурсы. И мало кто из зрителей обращает внимание на одну характерную деталь – Макса никогда не показывают в полный рост. Почему? Да потому, что его… попросту не существует в натуре! А специалисты по видеотехнике А. Джанель и Р. Мортон не сочли необходимым изображать тщательно продуманный персонаж в полный рост.

– И это лишь один из способов затуманивания мозгов, – предупреждают обывателя некоторые специалисты. – «Оживленные фотографии» могут принести с собой опасность потери у многих зрителей чувства реальности, поскольку в скором будущем даже дотошному глазу окажется невозможно определить, что есть в реальном мире, а что придумано в недрах компьютера…

Как может выглядеть такая опасность, зримо показано в фантастическом рассказе итальянского писателя Л. Алдани «Онирофильм»:

«…Одиночество, мягкая полутьма в тесных стенах комнаты и кресло с укрепленным аппаратом. Человечество не желало ничего другого. В жертву возвышенной привлекательности сновидений была принесена гордость обладания комфортабельным домом, элегантной одеждой, автовертолетом и другими удобствами. Зачем утомляться ради достижения реальных целей, когда дешевый онирофильм дает возможность прожить целый час, когда великолепные женщины восхищаются и благоговеют перед тобой, прислуживают тебе?..»

Тяготение к подобной жизни ради дешевых удовольствий оказывается настолько сильным, что, как показано в рассказе, даже суперзвезда таких фильмов, так сказать «живьем», оказывается менее привлекательной для потребителя, чем ее видеообраз.

Что фантасты в очередной раз могут оказаться не так уж далеки от истины, показывают опыты, проводимые в настоящее время. Как сообщает научная печать, подопытные крысы, которым вживлены электроды в так называемый центр удовольствия в мозге, отказываются и от еды, и от воды, все нажимают и нажимают лапкой рычаг, включающий электростимулятор этого центра, до тех пор, пока не падают в полном изнеможении, а то и замертво.

Однако в конце концов это не первое предупреждение, которое получают наука и техника на путях прогресса. Вспомните, сколько было шума из-за первых опытов в области генной инженерии? А до этого многие ученые указывали на опасность овладения атомной энергией… Да, как показывает хотя бы печальный опыт Чернобыля, порою события вырываются из-под контроля разума. Но главная причина тут, как правило, не в чьей-то злой воле, а в самой элементарной расхлябанности, халатности и безалаберности.

Возвращаясь к основной теме нашего разговора, заметим, что специалисты уже сегодня, сейчас обязаны подумать и о том, какие негативные последствия может принести с собой компьютерная революция. И они об этом думают.

Компьютеры же, проявляющие себя мастерами иллюзии, при таком подходе все больше зарекомендовали себя с самой лучшей стороны. Например, в наши дни ЭВМ все чаще используются для создания космических, авиационных и автомобильных тренажеров. Такие тренажеры позволяют заранее «проигрывать» все опасные ситуации, не подвергая опасности ни человека, ни дорогостоящую технику. Космонавт, летчик или водитель таким образом получают нужную тренировку и в случае необходимости встречают «пиковую» ситуацию во всеоружии навыков и выучки.

В будущем, возможно, подобные компьютеризированные системы позволят людям совершать прогулки – по другим планетам, не покидая Земли. Надел шлем и оказался, скажем, на Венере, где 500-градусная жара и колоссальные давления вовсе не благоприятствуют жизнедеятельности. Роботу же, специально сконструированному для таких условий, ни жара, ни давление будут нипочем. И как бы «спрятавшись в его шкуру», человек сможет спокойно заниматься научными исследованиями, геологическими изысканиями или чем там еще…

Почему это дело не доверить полностью автомату? Как показывает практика, автоматы еще долгое время, а быть может и никогда не смогут быть настолько гибкими, так быстро приспосабливаться к изменяющейся обстановке, как это делает человек. Автомату свойственно действовать по алгоритму. А каким должен быть такой алгоритм? Этого во многих случаях нельзя сказать заблаговременно.

Чтобы наше «присутствие» на чужой планете было как можно более полным, конструкторы уже в настоящее время принимают специальные меры. Общение человека с машиной все чаще происходит не при помощи клавиатуры дисплея, а голосом (об этом мы подробно поговорим в следующей главе) и посредством очков-мониторов и так называемого джойстика – устройства, создающего эффект обратной силовой связи.

Такие очки, а то и просто шлем, надеваемый на голову оператора, интересны тем, что выдают для каждого глаза отдельное изображение, несколько отличающееся по углу зрения, как это видим и в действительности. Стереоскопия в сочетании с высоким качеством изображения уже создает довольно сильную иллюзию непосредственного присутствия. Эта иллюзия еще более усиливается за счет того, что мониторы снабжены датчиками, реагирующими на каждый поворот головы оператора. В итоге, благодаря вмешательству ЭВМ, создается чудесный эффект: вы поворачиваете голову вправо или влево, и соответственно меняется разворачивающаяся перед глазами панорама.

Насмотревшись на нее вдоволь, вы захотели поднять заинтересовавший вас камень. Нет ничего проще, протяните руку и возьмите его, поднесите поближе к глазам, т. е. к телемониторам. Сделать ваши действия понятными машине помогут интерфейс-перчатки. Они преобразуют движение рук и пальцев в электрические сигналы, понятные компьютеру. ЭВМ передаст соответствующие сигналы на другой конец канала связи, и робот послушно скопирует ваши действия.

Причем в тот момент, когда вы будете брать камень, то почувствуете его тяжесть, шершавость, ощутите теплый он или холодный. Информацию об этом передадут тактильные датчики и специальные устройства, которые будут давить на ладонь и кончики пальцев, имитируя тяжесть, нагревать или охлаждать кожу. Причем степень давления и нагревания можно соответствующим образом регулировать. И человек без особого труда сможет поднять камень весом в полцентнера, раскаленный до температуры 200–300 °C. Потому что коль уж современные конструкторы справились с интерфейс-перчатками, то для них не составит особого труда смонтировать этакий экзаскелетон – своеобразный силовой скафандр. Подобное устройство уже испытывалось в Корнельской авиационной лаборатории г. Буфало (штат Нью-Йорк). Испытатель, помещенный внутрь такого скафандра, автоматически увеличивал мощь своих мускулов в 25 раз.

В дальнейшем такие скафандры будут совершенствоваться, наделяться более компактными и надежными устройствами. И к середине следующего века, наверное, подобная прогулка по другим планетам станет столь же обычным делом, как для нас сегодня привычно времяпровождение у телевизора.

...Но мы с вами несколько, отвлеклись от основной темы нашего разговора в этой главе. Она ведь посвящена особенностям машинного зрения. Так способна ли машина превзойти по этой части человеческие глаза и мозг? Да, в некоторых областях способна.

Представьте себе: на экране телемонитора у вас на глазах совершается некое таинство. Невзрачное поначалу, черно-белое изображение с расплывчатыми контурами становится все более четким, обретает цвета. И вот уже ясно виден участок голубой ленты Москвы-реки, на которой четко просматривается извилистая коричневая полоска – это аппарат зафиксировал сброс промышленным предприятием горячей воды. А в том месте, где происходит сброс, пятно даже стало желто-зеленым, наглядно показывая, что здесь температура выше всего.

Такие преобразования снимков, полученных с орбиты, в считанные минуты производит вычислительный комплекс для обработки изображений, созданный в Институте космических исследований АН СССР. Называется он «СВИТ» – самостоятельный видеоинформационный терминал.

Поначалу предназначенный лишь для сопоставления нескольких фотоизображений, их раскрашивания в условные цвета для удобства анализа и трансформации этого изображения в разных масштабах, со времени СВИТ оказался пригоден для решения и гораздо более серьезных проблем. Например, сотрудники лаборатории нелинейных задач вычислительной физики Научного совета «Кибернетика» АН СССР доктор физико-математических наук А. Мигдал и аспирант М. Агиштейн использовали видеотерминал для того, чтобы заглянуть под землю!

Идея разработки на редкость проста. Издавна известно, как слепые распознают предметы – ощупают пальцами и тотчас называют, что это такое. Ту же технологию воссоздания целого по контрольным-точкам ученые предложили использовать для надобностей геологии. Впрочем, сами геологи интуитивно используют ее довольно давно. Сначала по поверхности данного района проходит человек и по косвенным, – Порой еле заметным признакам определяет, что здесь, возможно, в глубинах земли скрываются залежи нефти и газа. Потом «прощупывание» становится более тщательным и глубоким – через определенные промежутки закладываются разведочные шурфы и скважины… Наконец, накопив определенное количество информации, геологи на основании разрозненных данных пытаются составить геологическую карту месторождения.

…Как видите, уже в наши дни компьютеры создают трехмерные объемные фильмы о других планетах, позволяют подробно изучить не только их поверхность, но и заглянуть вглубь. Машина, таким образом, не только примеряет к себе зрительные способности человека, но и ищет (с помощью людей же!) способы значительно расширить их, приобрести новые уникальные качества.

Книги читать онлайн

Содержание раздела: