Осенью 1997 года Нью-Йоркский Университет построил CAVE (Cave Automatic Virtual Environment — Пещеру Автоматического Виртуального Окружения) — комнату, в которой на все стены транслировалось изображение, при помощи 3D очков трансформируемое в виртуальную реальность. И вскоре обнаружилась странная вещь. У мужчин не возникало никаких проблем с использованием этой системы. В то время как женщины, даже графические дизайнеры и программистки, у которых никогда не возникало трудностей с визуализацией 3D-сцен, с трудом сдерживали тошноту при выполнении простейших заданий. Затем оказалось, что с похожими проблемами столкнулась и в армии при тестировании симуляторов виртуальной реальности — женщинам в них становилось плохо. И даже если им удавалось победить себя и адаптироваться, тошнота настигала их по возвращении в реальный мир.
В то время предположение, что при разработке компьютерных систем необходимо принимать во внимание биологические различия между мужчинами и женщинами, сразу же отвергалось. Эта тема казалась закрытой ещё в начале 90-х софтверной компанией Purple Moon, выпускавшей игры «для девочек», которую нещадно критиковали за пропаганду гендерных стереотипов. Тогда чем же могло объясняться то, что женщин в виртуальной реальности укачивает? Дана Бойд, исследователь в Microsoft Research и Нью-Йорксом Университете, озадачилась этим вопросом.
Тайны гендера
Дану эта проблема заставила начать одно из самых интересных междисциплинарных научных исследований в её карьере. В Нидерландах, в Утрехтском университете она опрашивала тренссексуалов (и мужчин, которые решили стать женщинами, и женщин, которые меняли пол на мужской) о том, что изменилось с началом их гормональной терапии. Многие из респондентов говорили о странных визуальных побочных эффектах. Например, они тянулись к дверной ручке и не могли её поймать.
В гендерной клинике проводилось немало интересных опытов в области пространственной геометрии. Обнаружилось, что люди, сменившие пол на мужской и принимавшие андрогены (группа мужских гормонов стероидного типа, к которой принадлежит и тестостерон) улучшили свою способность вращать в уме фигуры из тетриса, определяя является ли данная фигура повёрнутым вариантом другой. В то же время, у транссексуалов, принимавших женские гормоны, эта способность на время терапии ухудшалась.
Среди всего прочего, выяснилось, что на сетчатке глаза половых гормонов больше, чем в любом другом органе тела, кроме половых желёз. А исследование макулодистрофии (нарушения остроты зрения вследствие ухудшения питания жёлтого тела — центральной области сетчатки) показало, что гормоны крайне важны для сетчатки. Почему? И почему люди, проходящие через гормональные изменения, испытывают трудности с определением расстояния до тех или иных объектов?
Два типа восприятия глубины
По возвращению в Штаты, Дана начала серию экспериментов по визуальной психологии. Она создавала такие ситуации, где оценивать глубину (то есть, расстояние до различных предметов) нужно было опираясь на противоречащие друг другу подсказки. Были обнаружены два вида таких подсказок: «двигательный параллакс» и «форма теней».
«Двигательный параллакс» опирается на информацию об истинном размере объекта. Например, если поставить перед собой банку колы, а затем подвинуть её поближе, визуально банка увеличится. Мозг понимает, что банка не выросла, а просто приблизилась.
«Форма теней» — гораздо более тонкий инструмент. Если уставиться в одну точку на каком-нибудь объекте перед собой, и немного подвигать головой, станет заметно, как меняется видимость теней. Наши глаза всё время обновляют зрительную информацию, пересчитывая малейшие изменения в теневом рисунке, а мозг использует эти данные чтобы оценить дистанцию до объекта.
В реальном мире оба способа работают одновременно, чем обеспечивают способность человека ориентироваться в пространстве. А вот в виртуальности всё немного иначе.
Как виртуальность срезает углы
Когда пользователь входит в иммерсивную (с эффектом погружения) 3D реальность, компьютер пытается вычислить расположение его глаз, чтобы показать картинку такой, какой она видится из этой точки. Бинокулярные системы рассчитывают изображение для каждого глаза отдельно. А лучшие очки знают не только где глаз, но и где сетчатка, и поэтому их расчёты наиболее точны и реалистичны.
Если правильно вычислить фокальную точку и линейное преобразование матрицы (что для компьютера как конфету у ребёнка отобрать), визуализировать «двигательный параллакс» проще простого. Совсем другое дело с «формой теней». И хотя техники создания теней 3D моделей значительно улучшились за последние годы, и теперь мы можем воссоздать комплексное освещение объекта несколькими источниками света различных цветов и размеров, компьютер не может симулировать то, как наши глаза всё время пересчитывают тени. Так что любая машина ужасно эмулирует «форму теней».
Фокусы света
В своих экспериментах Дана пыталась обмануть человеческий мозг (что обычно не сложно). Она создавала такие ситуации, в которых «двигательный параллакс» говорил про одно расстояние до объекта, а «форма теней» утверждала, что объект на самом деле гораздо ближе. Целью таких опытов было выяснить какой из способов определения глубины является приоритетным. Ведь мозгу часто приходится выбирать одну версию из нескольких противоречащих. Например, если смотреть на собственный палец то левым глазом, то правым, будет казаться, что палец слегка меняет свою позицию. Но если посмотреть двумя глазами, то палец займёт то положение, которое видит доминирующий глаз.
Результат эксперимента был неожиданным. Несмотря на некоторые ситуации, выбивающиеся из общей картины, в целом биологические мужчины продемонстрировали склонность к «двигательному параллаксу». А биологические женщины больше полагались на информацию, полученную при помощи «формы теней». Другими словами, мужчинам проще использовать подсказку к определению расстоянию до объектов, которая лежит в основе систем виртуальной реальности.
Если это правда, то понятно почему женщин укачивало в CAVE — они были дезориентированы, так как их мозг просто не воспринимал посылаемые системой сигналы, призванные помочь разобраться на виртуальной местности.
Возможно на это влияет уровень гормонов в теле. Если так, люди, проходящие гормональную терапию, вроде тех из гендерной клиники в Утрехтском университете, могут испытывать трудности, связанные с переходом на другую систему ориентации в пространстве.
Требуются дополнительные исследования
Проблема с подобными экспериментами в том, что их результаты нельзя считать правдивыми, пока они не будут многократно воспроизведены. Не исключено, Дана что-то упустила, что также могло бы объяснить наблюдаемый эффект. Но то, что она узнала, о чём говорила с транссексуалами и какие выводы сделала из своих экспериментов, заставляет поверить в необходимость дополнительного изучения проблемы. Ведь тогда тошнота, которую испытывают многие люди при просмотре фильмов в IMAX или использовании шлемов виртуальной реальности — это нечто большее, чем проблема равномерности подсветки пикселей или задержки отклика.
И что самое интересное: насколько важна биология наших тел при использовании иммерсивной 3D реальности? И не являются ли системы виртуальности вроде шлемов Oculus Rift сексистскими в самой своей основе?
