Текст книги "Науковедческие исследования. 2014"

КВТ используются для создания трехмерных анатомических атласов, которые представлены, например, в Национальной библиотеке медицины в США. Эти атласы представляют различные органы и системы среднестатистических мужчины и женщины. Компьютер может воссоздавать не только внешние, но и механические параметры органов. Принципиальное отличие виртуальной анатомии состоит в том, что наблюдатель может быть помещен в любую точку как вовне, так и внутри организма, а также путешествовать вдоль тех или иных каналов и систем [17].

Используя электромагнитные, пневматические и гидравлические системы, возможно моделирование виртуального скальпеля или другого инструмента в виртуальной перчатке. Практиковаться на виртуальных пациентах не только дешевле, чем на реальных, но и более гуманно, чем на подопытных животных. Многие сложные операции требуют тщательной отработки. Малоинвазивные операции, например эндоскопия в условиях моноскопии, когда отсутствует ощущение глубины обзора, а восприятие картины идет в инверсном режиме (правое меняется на левое и наоборот), требуется проведение сотен операций, прежде чем хирург сможет научиться выполнять операцию. Никто из пациентов не хочет быть первым; другое дело – виртуальные пациенты [17].

КВТ, работающие по принципу силовой обратной связи, дают возможность хирургу или врачу не манипулировать инструментами и пациентом, а работать с виртуальной моделью человека. Манипулируя объектами в виртуальном мире, врач тем не менее чувствует человека и его ткани. А всю работу непосредственно над человеком выполняет робот, управляемый компьютером, посредством устройства с обратной связью, которым, в свою очередь, управляет врач. То есть эти устройства являются шлюзом между врачом, пациентом и виртуальным миром. Для медицины подобные устройства обеспечивают очень точные и реалистичные ощущения. Такие технологии очень важны для проведения хирургических операций. Хирург погружается в компьютерную виртуальную реальность, получаемую с помощью лазерных сканеров и ядерных томографов и преобразуемую в виртуальную модель с необходимой точностью, которая представляет пациента в объеме и насквозь. Хирург увеличивает изображение любой части тела и работает, не боясь случайно дернуть рукой со скальпелем. Используя микророботов, возможно проведение операции внутри человека, например в сердце. Кроме того, становится возможно проводить операции дистанционно, через Интернет. Пример: врач находится в США, пациент, например, в Уругвае, и врач тем не менее его ощущает и оперирует. Для этого необходимо обеспечение надежной цифровой связи [2]. Проектами в области виртуальной хирургии занимаются фирмы «Immersion Corporation», «Intuitive Surgical» и др.

Также компьютерные виртуальные технологии успешно применяются в психотерапии.

Разработан оригинальный подход к лечению страхов под руководством доктора Х.Б. Сибурга, основанный на принципах бихевиориальной терапии, с использованием Интернета и компьютерных виртуальных устройств − перчатки и шлема. Пациент и терапевт в ходе психотерапии могут находиться в собственных домах или других разнесенных в пространстве точках, будучи подключенными к компьютерной сети, включающей визуальный канал и систему тактильной обратной связи [7].

Для лечения нервных расстройств, при которых люди не могут спокойно переносить авиаперелеты, применяются тренажеры на базе КВТ. Полетав некоторое время в компьютерном виртуальном пространстве со шлемом на голове, человек может довериться настоящему авиалайнеру [17]. В данном типе лечения также перспективным является проект доктора Х.Б. Сибурга.

КВТ являются прекрасным средством для психологической реабилитации детей с физическими нарушениями и недостатками. У ребенка с ограниченными физическими возможностями (например, передвижения) появляется уникальная возможность перемещаться в компьютерном виртуальном мире и исследовать его, приобретая необходимый опыт. Ребенок может выбирать, куда ему пойти в таком мире, что увидеть и что делать. В этом плане КВТ являются прекрасным терапевтическим средством. Данный метод лечения был изучен в рамках проекта доктора Д. Симса «Multimedia camp improves disabled kids» [23].

КВТ в экспериментальной науке

На сегодняшний день КВТ активно применяются в научных экспериментах.

Очень интересным применением КВТ является виртуальная лаборатория. Она представляет собой инструментальную среду, поддерживающую создаваемый по желанию исследователя комплекс программно-аппаратных средств, различные сенсорные VR-системы управления и робототехнические системы, которые расположены в различных местах и объединены высокоскоростной цифровой сетью. Преимущества виртуальной лаборатории заключаются в том, что она распределена в пространстве (интерфейс к виртуальной лаборатории может находиться в другом городе или на другом континенте, при этом способность управлять оборудованием нисколько не уменьшается) и дает возможность уменьшения расходов (если одна из сторон хочет провести некоторые исследования, но не имеет достаточного оборудования для этого, она может заимствовать его у другой стороны, не закупая его специально, пользуясь при этом дистанционным доступом к нему с помощью компьютерных виртуальных технологий). В качестве примера такого рода лаборатории можно привести виртуальную лабораторию, созданную в США, состоящую из мобильного робота-манипулятора «PUMA 560», удаленного на сотни километров от пользователя, рабочей станции с инструментальными средствами «Onika» и «Chimera», имеющей доступ к Интернету и находящейся в местечке Sandia, библиотек программных средств и аппаратных средств, находящихся в университете Карнеги-Меллон. Виртуальные лаборатории изучались в рамках проекта докторов М.В. Гертса, Д.Б. Стьюарта и П.К. Хосла «A human-machine interface or distributed virtual laboratories»[12, 21].

КВТ также используются в математике. Созданы системы, позволяющие человеку решать сложные системы уравнений вместе с компьютером. Ученый в виртуальном шлеме, осуществляя навигацию в мире визуальных образов, помогает компьютеру выбрать ту область параметров решения системы уравнений, где, например, итерационный процесс идет наиболее быстро, а расчетная схема наиболее устойчива [1, 17].

Применение КВТ произвело настоящую революцию в биохимии и фармацевтике. Благодаря этим технологиям появилась возможность создавать и всесторонне исследовать виртуальные аналоги трехмерных молекулярных моделей. КВТ позволяют человеку погрузиться в микромир, состоящий из атомов и молекул. Получив в распоряжение трехмерные компьютерные модели тех или иных молекул и имея возможность управлять их движением, экспериментатор добивается совмещения моделей (когда «выпуклости» одной точно соответствуют «впадинам» другой). В это время происходит так называемая стыковка, которая имитирует реальные процессы при взаимодействии реальных биологических молекул. «Присутствуя» при этих процессах, ученые могут понять, как реальные молекулы связываются между собой посредством соединения определенных рецепторных участков, и, например, объяснить, как вирус проникает в клетку. Это позволяет, в свою очередь, попытаться синтезировать вещества, блокирующие активность вируса. В частности, одно из направлений поиска вакцины против вируса СПИДа − это проведение экспериментов с трехмерной компьютерной моделью этой молекулы [17].

КВТ в технической науке

Инженерные компьютерные системы виртуальной реальности используются в основном в проектировании сложных систем − чаще всего в авиационной, космической и автомобильной промышленности, т.е. там, где выработка концепции, увязка компонентов и даже тестирование должны быть проведены задолго до этапа создания физического прототипа.

Виртуальные прототипы позволяют отказаться от физических моделей и обеспечить связь между отдельными подразделениями корпораций, работающих над разными аспектами одной и той же задачи [17]. Также КВТ используются на предприятиях для распространения труднопередаваемых обычными способами представлений, идей и плохо определенных понятий [12].

Автомобильные компании используют КВТ для проектирования конструкции и интерьера автомобиля [9]. Только когда все детали доведены и состыкованы друг с другом, а виртуальные испытания подтверждают заданные аэродинамические и дизайнерские параметры, начинается физическое воплощение машины [10]. КВТ используют в своей работе такие компании, как «Ford Motor» и «Volvo».

Инженеры авиакомпаний используют КВТ для виртуального проектирования. Инженер-оператор, надев стереоскопические очки, с помощью трекбола передвигает детали самолета с места на место, проверяя, удачно ли они сопряжены друг с другом в виртуальном пространстве. Программное обеспечение способно имитировать столкновение «детали» с «препятствием», поэтому проектировщики отлично чувствуют (по тактильному каналу), когда при сборке части самолета «упираются» одна в другую [12]. Другой пример – это имитация полетов, в рамках которых производится изучение удобства взаимодействия с тем или иным оборудованием кабины пилота [17]. Также КВТ используются для создания в компьютерной виртуальной реальности самолета целиком для демонстрации его виртуальной интерактивной модели потенциальным заказчикам. После прогулки по залу вылета виртуального аэропорта посетитель может подняться на борт виртуального самолета и осмотреть вход, кабину экипажа и кресла пассажиров. Такой подход помогает проектировщикам оценить различные варианты интерьера и отделки, не прибегая к созданию физического макета, и содействует установлению отношений с потенциальными заказчиками [9]. В авиастроении КВТ используют компании «Боинг» и «Аэробус».

КВТ сегодня активно применяются в космических инженерных разработках. В их рамках создается трехмерная компьютерная модель сложной конструкции космического корабля. С ее помощью конструкторы получают возможность опробовать отдельные компоненты космического корабля в нештатных ситуациях. Но самое главное – что КВТ позволяют координировать и проводить совместные разработки различных конструкторских центров, расположенных в разных уголках страны. Совместная деятельность существенно повышает производительность труда конструкторов [18]. В космических инженерных разработках КВТ используют лаборатории американского агентства NASA.

Экономические аспекты разработки и применения КВТ

Использование КВТ выводит на принципиально иной, более высокий уровень многие сферы человеческой деятельности. Поэтому крайне важными являются экономические аспекты, связанные с разработкой и применением КВТ.

По мнению сотрудников лондонской компании «Ovum», занимающихся исследованиями рынка, КВТ вполне способны оставить заметный след в бизнесе.

«При работе с КВТ многим компаниям удалось сэкономить более миллиона долларов благодаря сокращению времени сбыта, уменьшению, по сравнению с использованием CAD-технологий, количества ошибок, повышению эффективности методов работы и более высокому качеству конечных продуктов», − считает сотрудник компании Джин Лестон [8].

«Оvum» предсказывала, что рынок продуктов и услуг, связанных с КВТ, к 2001 г. вырастет со 135 млн долл. (объем 1995 г.) до 1 млрд долл., причем совокупный ежегодный рост составит 40%. Этот прогноз, данный на 2001 г., не сбылся, поскольку в то время было осуществлено недостаточное вливание денежных средств в развитие систем виртуальной реальности и их продвижение. Миллиардные доходы в данной сфере возможны сегодня, поскольку вливания в эту сферу исчисляются миллиардами долларов с 2010 г.

Самым быстрорастущим сектором рынка является программное обеспечение, где продажи авторских средств на базе КВТ и исполняемых программ, по предположению «Ovum», должны были увеличиться с 19 млн долл. в 1995 г. до 302 млн долл. в 2001 г. За этот же период объем услуг должен был возрасти с 40 до 276 млн долл.

В отчете «Ovum» отмечается, что КВТ по-прежнему будут использоваться, главным образом, в автоматизации проектирования и в обучении. Но к концу последнего десятилетия второго тысячелетия они должны были найти более широкое применение и в таких сферах, как навигация в базах данных, а также в качестве обеспечения работы трехмерной интерфейсной технологии для программного обеспечения бизнеса и Интернет.

По прогнозам КВТ должны были стать основным инструментальным средством поддержки принятия решений в бизнесе. Сейчас большую часть приложений КВТ представляют собой системы автоматизации проектирования: создание виртуальных прототипов, дизайн, а также архитектурное и инженерное проектирование. На рынке пока доминируют дорогие системы на базе рабочих станций, составляющие 43% рынка деловых программ [8].

Для того чтобы проиллюстрировать тот факт, что КВТ выходят на магистральный путь своего развития, в отчете приводится ссылка на компанию «Computer associates international». Эта компания работала над интерфейсом на основе КВТ для своих инструментальных средств управления системами «Ca-Unicenter», которые предоставляют пользователям возможность визуализировать всю сеть и затем обращаться к любому ее компоненту, спускаясь до уровня материнской платы ПК.

Как отмечается, на долю рынка бизнес-приложений в 1995 г. приходилось 65% общего числа продаж продуктов в области КВТ, однако это процентное соотношение будет меняться в пользу индустрии развлечений [8].

В 2014–2024 гг. основная доля рынка компьютерных виртуальных систем будет приходиться на домашние 3D-комплексы, стационарные 3D-кинотеатры и носимые системы дополненной реальности. Доходы от их продаж должны составить десятки миллиардов долларов.

Заключение

Можно утверждать, что в ближайшие несколько лет произойдет значительное уменьшение стоимости КВТ и появятся технические возможности для их совместного использования с сетью нового поколения Интернет-2. В результате КВТ, в число которых входит сеть Интернет-2, получат широкое распространение и станут неотъемлемой частью большинства сфер человеческой деятельности. Это приведет к еще большей глобализации нашей жизни, дистанционной коммуникации и совместной деятельности людей всего мира в рамках единого киберпространства. Массовое применение КВТ, в том числе сети Интернет-2, значительно повлияет на экономические, политические и общественные отношения, а глобальная культура перейдет на новый уровень. Но для того чтобы эта культура была достойна человеческого рода, ее нужно строить на серьезных правовых и высоких моральных принципах.

Литература

1. Ваганов А. Храните информацию в правом полушарии. Интервью с главой российского представительства компании Silicon Graphics (SGI) С.В. Кареловым // НГ – Наука. − М., 2001. − 21 фев. − Режим доступа: http://www.ng.ru/nauka/

2. Виртуальная реальность в действии / Н. Комарков, С. Козлов, И. Шевчук, А. Быстрицкий. − Режим доступа: http://www.ixbt.com/peripheral/virtuality.html

3. Гергиев: Мариинка должна задавать тон мировым тенденциям 3D-трансляций // РИА Новости. – 2010. – 20 мая. − Режим доступа: http://ria.ru/culture/20100520/ 236440467.html

4. Голова М. Disney и Discovery запускают 3D-телевидение // Infox.ru. − 2010. – 6 янв. – Режим доступа: http://www.infox.ru/hi-tech/tech/2010/01/06/Disney_i_ Discovery_z.phtml

5. Знаменская Т. Параллельный мир, или Цифровое зазеркалье. − М.: SGI, 1996. − 16 с.

6. Ильюшин А.В., Инвалев А.С., Кирьяков К.Р. Виртуальная реальность и стереографика // Технологии виртуальной реальности. Состояние и тенденции развития / Под ред. Н.А. Носова. − М.: ИТАР-ТАСС, 1996. − С. 117−130.

7. Колымба И. Виртуальная реальность в психотерапии. − Режим доступа: http:// marks.on.ufanet.ru/PSY/AVS2.HTM

8. Кондон Р. Бизнес интересуется виртуальной реальностью // Computerworld Россия. − М., 1996. − № 29. − Режим доступа: http://www.osp.ru/cw/1996/29/ 13203/

9. Кондратьев И. Технология − виртуальная, результат − реальный // Computer-world Россия. − М., 1997. − № 35. − Режим доступа: http://www.osp.ru/cw/1997/35/23625/

10. Курило А. Виртуальная реальность. Где? Как? Когда? // Мир ПК. − М., 1998. − № 3. − Режим доступа: http://www.osp.ru/pcworld/1998/03/158746/

11. Ланир Ж. Вы не гаджет. − М.: Астрель, 2011. −320 с.

12. Литвинцева Л.В., Налитов С.Д., Тарасов В.Б. Технологии виртуальной реальности: Состояние, применения, перспективы // Технологии виртуальной реальности. Состояние и тенденции развития / Под ред. Н.А. Носова. − М.: ИТАР-ТАСС, 1996. − С. 87−106.

13. Мехед Н.Г., Юхвид А.В. Виртуальная реальность и проблемы национальной безопасности // Аналитический вестник Совета Федерации Федерального Собрания Российской Федерации. – М., 2001. – № 7. – C. 48−50.

14. Мирер П. Пресса третьего измерения. Вышла первая в Европе 3D газета. − Режим доступа: http://www.mediaport.ua/news/world/69714

15. Основные рынки SGI. − М.: SGI, 1999. − 7 с.

16. Основы концепции центров принятия стратегических решений. − М.: SGI, 2000. − 8 с.

17. Прохоров А. Реальность о виртуальной реальности. − М.: SGI, 1997. − 12 с.

18. Хэррелд Х. Конструкторов объединяет компьютерная сеть // Computerworld Россия. − М., 1997. − № 35. − Режим доступа: http://www.osp.ru/cw/1997/35/23625/

19. 3D-телевидение: Открыт российский канал цифрового спутникового 3D-вещания. − Режим доступа: http://www.thg.ru/technews/20100203_190900.html

20. A virtual cockpit for a distributed interactive simulation / W.D. McCarty, S. Sheasby, P. Amburn, M.R. Stytz, C. Switzer // IEEE computer graphics and applications. − L.A., 1994. − Jan. − P. 49−54.

21. Gertz M.W., Stewart D.B., Khosla P.K. A human-machine interface or distributed virtual laboratories // Robotics & automation magazine, IEEE. − 1994. − Vol. 1. − N 4. − P. 5−13. – Mode of access: http://ieeexplore.ieee.org/search/searchresult.jsp? newsearch=true&queryText=Gertz+M.W.%2C+Stewart+D.B.%2C+Khosla+P.K.+A+human-machine+interface+or+distributed+virtual+laboratories

22. Hamit F. Virtual reality and the exploration of cyberspace. − N.Y.: Carmel Indiana sams publishing, 1993. – 449 p.

23. Sims D. Multimedia camp improves disabled kids // IEEE Computer Graphics and Applications. − L.A., 1994. − Jan. − P. 13−15.

Сведения об авторах

Адлер Юрий Павлович, Образование в XXI в.: Проблемы, перспективы, решения, Московский институт стали и сплавов, Москва Adler Yuri P., Education in the XXI century: Problems, perspectives and solutions, Moscow institute of steel & alloys, Moscow, [email protected]

Гиндилис Наталья Львовна, От Советской к Российской академии наук: Конец 80-х – 90-е годы, Институт истории естествознания и техники им. С.И. Вавилова Российской академии наук, Москва

Gindilis Natalya L., From Soviet to Russian academy of science: The end of 80 th – 90 th years, Institute for history of science and technology of Russian academy of science, Moscow, [email protected]

Грановский Юрий Васильевич, В.В. Налимов и российская наукометрия, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва

Granovsky Yury V., V.V. Nalimov and Russian scientometrics, M.V. Lomonosov Moscow state university, Moscow, [email protected]

Дрогалина Жанна Александровна, В.В. Налимов и российская наукометрия, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва

Drogalina Jeanna A., Nalimov and Russian scientometrics, M.V. Lomonosov Moscow state university, Moscow, [email protected]

Князева Марина Данииловна, Социально-экономическая эффективность информатизации образования в России, Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, Москва

Knyazeva Marina D., Socio-economic effectiveness of the informatization of education in Russia, Plekhanov Russian university of economics, Moscow, [email protected]

Крылова Татьяна Александровна, Тенденции библиометрических характеристик отечественной высшей школы и влияние на них конкурсного финансирования по БД «Web of Science» за 2006–2011 гг., Всероссийский институт научной и технической информации Российской академии наук, Москва

Krylova Tatyana A., Bibliometric characteristics’ trends of the Russian higher education sector and impact on it of the competitive funding agencies by «Web of Science», 2006–2011, All Russian institute for scientific and technical information of the Russian academy of sciences, Moscow, [email protected]

Либкинд Александр Наумович, Тенденции библиометрических характеристик отечественной высшей школы и влияние на них конкурсного финансирования по БД «Web of Science» за 2006–2011 гг., Всероссийский институт научной и технической информации Российской академии наук, Москва

Libkind Alexander N., Bibliometric characteristics’ trends of the Russian higher education sector and impact on it of the competitive funding agencies by «Web of Science», 2006–2011, All Russian institute for scientific and technical information of the Russian academy of sciences, Moscow, [email protected]

Либкинд Илья Александрович, Тенденции библиометрических характеристик отечественной высшей школы и влияние на них конкурсного финансирования по БД «Web of Science» за 2006–2011 гг., Финансовый университет при Правительстве РФ, Москва

Libkind Ilya A., Bibliometric characteristics’ trends of the Russian higher education sector and impact on it of the competitive funding agencies by «Web of Science», 2006–2011, Financial university of the government of RF, Moscow, [email protected]

Маркова Елена Владимировна, В.В. Налимов и российская наукометрия, Москва

Markova Yelena V., Nalimov and Russian scientometrics, Moscow, [email protected]

Маркусова Валентина Александровна, Тенденции библиометрических характеристик отечественной высшей школы и влияние на них конкурсного финансирования по БД «Web of Science» за 2006–2011 гг., Всероссийский институт научной и технической информации Российской академии наук, Москва

Markusova Valentina A., Bibliometric characteristics’ trends of the Russian higher education sector and impact on it of the competitive funding agencies by «Web of Science», 2006–2011, All Russian institute for scientific and technical information of the Russian academy of sciences, Moscow, [email protected]

Михайлов Олег Васильевич, Новый индекс цитируемости для оценки эффективности научной деятельности исследователя, Казанский национальный исследовательский технологический университет, Казань

Mikchailov Oleg V., Novel citation index in order to valuate the effectiveness of researcher’s scientific activity, Kazan national research technological university, Kazan, [email protected]

Пройдаков Эдуард Михайлович, 3D-печать как новое научно-техническое направление, АНО «Модернизация», Москва

Proydakov Eduard M., The 3D printing as the new scientific and technical direction, Autonomous non-commercial organization «Modenization», Moscow, [email protected]

Ракитов Анатолий Ильич, Реальность и наука, Институт научной информации по общественным наукам Российской академии наук, Москва

Rakitov Anatoly I., The reality and science, Institute for scientific information in social sciences of Russian academy of sciences, Moscow, [email protected]

Тодосийчук Анатолий Васильевич, Нормативно-правовое обеспечение и перспективы развития российской науки, Комитет Государственной Думы по науке и наукоемким технологиям, Москва Todosiychuk Anatoly V., Regulatory support and development prospects of Russian science, Committee of State Duma on science and the high technologies, Moscow, [email protected]

Шпер Владимир Львович, Образование в XXI в.: Проблемы, перспективы, решения, Московский институт стали и сплавов, Москва Shper Vladimir L., Education in the XXI century: Problems, perspectives and solutions, Moscow institute of steel & alloys, Moscow, [email protected]

Юхвид Алексей Владимирович, Компьютерные виртуальные технологии в современной науке, Москва

Yukhvid Alexey, Computer virtual technologies in modern science, Moscow, [email protected]