Виртуальность оплачивается здоровьем, но у науки есть средства против киберболезни

Конечно, трехмерная видеокартинка, выходящая за плоскость экрана, не может не завораживать, а потому ряды любителей полного погружения в виртуальную реальность множатся. Приходит формат 3D и в науку, где без объемного портрета уже трудно представить, например, исследования сложных молекул в биохимии. Все это удовольствие настолько затягивает, что многие увлекаются им даже «через не могу». И, как выяснилось, зря. Потому что киберболезнь, как новую неприятность теперь называют, то есть дискомфорт, головокружение, тошнота, возникающие при просмотре «фантомного» кино, это вовсе не субъективные ощущения, которые случайно возникли и быстро пройдут, если на них не обращать внимания. Это естественное отторжение организмом явления, которое не предусмотрено природой и к восприятию которого мозг не готов.

По данным британских ученых, массово опросивших зрителей, которые при просмотре 3D-фильмов пользовались специальными очками, 80 % из них испытывали неприятные ощущения перед экраном. Очень многие при этом жаловались на снижение остроты зрения.

За рубежом наука, изучающая обратную сторону феномена 3D, уже накопала достаточно много негативного материала, который, впрочем, производители соответствующей видеотехники и создатели фильмов не очень охотно принимают к сведению. Бизнес, он и есть бизнес. Хотя прорыв все же наметился. Недавно японские производители 3D-телевизоров вынуждены были все же признать неприятный факт и совместно с правительством даже разработали справочник об опасностях, связанных с 3D-технологией. То же самое сделала и южнокорейская компания «Samsung». В некоторых странах разрабатывают также медицинские рекомендации для зрителей, которых просят отказаться от просмотра, если они ощущают недомогание. Создателей и пользователей видеотехники ориентируют, как должны быть настроены разные 3D-системы — от карманных приборов до экранов в кинотеатрах.

Начались исследования в этой области и у нас — в Белорусском национальном техническом университете и Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники.

— Надо понимать, что формат 3D предполагает несколько типов объемного видео, но доказано: вредным для зрения и мозга следует считать только стереоизображение, которое наиболее распространено сегодня, — поясняет доцент кафедры «Конструирование и производство приборов» приборостроительного факультета БНТУ кандидат технических наук Елена Зайцева. — Остальные технические системы, основанные не на синтезе одной или множества пар изображений, а на создании оптической модели, то есть отображении объекта в трехмерном пространстве, что безопасно для зрения, находятся еще в зачаточном состоянии, и о них мы поговорим позже. А пока я поясню, в чем же суть негативного эффекта стереоскопических методов. Основной их недостаток состоит в неестественном режиме восприятия изображений, так как, в отличие от обычных условий наблюдения, имеет место расхождение расстояний аккомодации (фокусировка глаза на объект) и конвергенции (поворот оптических осей глаз с пересечением на объекте). При восприятии стереоскопического изображения взгляд нацелен на плоскость экрана. В это время сигнал от мышцы, сжимающей по периметру и соответственно искривляющей хрусталик, поступает в мозг, который принимает решение о расстоянии до объекта. Оптические оси глаз пересекают «свои» точки изображения на экране и сами пересекаются за или перед плоскостью экрана. Процесс поворота глазных яблок осуществляется прямыми и косыми мышцами глазного яблока. Сигнал от этих мышц тоже поступает в мозг для принятия решения о расстоянии до объекта. Но так как пересечение осей глазных яблок происходит не в плоскости экрана и расстояния аккомодации и конвергенции не совпадают, то мозг оказывается в замешательстве. Ситуация для него — совершенно небезобидная, о чем говорят возникающее чувство дискомфорта и болевые ощущения.

Справедливости ради надо сказать, что в большей степени эти эффекты возникают все же не в кино, а при просмотре стереоизображений на мониторе компьютера или телевизора. Дело в том, что мышца, ответственная за аккомодацию, работает до расстояния примерно 3 метра, и если дистанция больше, то она отдыхает. В кинотеатре же расстояние до экрана гораздо больше, что и спасает глаза от перегрузки. Тем не менее она все же возникает и в кино, так как сказывается негативный эффект, связанный с использованием разноцветных для каждого глаза очков-светофильтров. Это, как выяснилось, тоже отнюдь не подарок для мозга, и он устает от такой дополнительной нагрузки. Меньше нареканий вызывают поляризационные очки, но и они проблемы не решают.

Доцент кафедры экологии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники кандидат технических наук Дмитрий Мельниченко разработал аппаратно-программный комплекс измерения функций организма «Интегратор» и провел с его помощью интересные тесты, в которых добровольно участвовали студенты. Задание, если не касаться сложностей с разработкой методик и подбором материала для тестирования, было простым. В течение минуты студентам необходимо было смотреть через стереоскопические очки на стереокартинку, причем до и после просмотра проверялась скорость психомоторной реакции с помощью специального компьютерного теста. Суть этого теста состояла в том, чтобы вовремя нажимать на нужную клавишу в ответ на появление на мониторе определенного символа. То же самое требовалось проделать и для обычной плоской картинки при рассматривании ее в течение минуты в красно-синих стереоочках. Результат не оставил сомнений в том, что даже одной минуты просмотра стереоизображения достаточно для снижения скорости реакции на 3—5,5 %. А как известно, скорость психомоторной реакции — это лучшая иллюстрация степени утомления нервной системы.

Кстати, любопытная деталь. Одним из тестовых изображений была знаменитая таблица Сивцева для проверки зрения, где, как помните, самые большие буквы — Ш и Б. Экспериментаторы сделали ее стереоскопической, добавив смещение изображения букв, чтобы в специальных очках возникала объемная картинка. Так вот — и я в этом убедился сам — никакого стереоэффекта не возникает. Мы настолько привыкли к тому, что буквы в этой таблице плоские, что мозг корректирует «неправильное» изображение и воспроизводит его именно двухмерным. Тем не менее, проделав эту «разоблачительную работу», нервная система, как оказалось, также устает в большей степени, чем после просмотра обычной плоской картинки без стереоочков.

Используя свой аппаратно-программный комплекс для оценки состояния основных функций, которые нагружаются в процессе работы за компьютером, ученые теперь экспериментируют не только с классическим стереоизображением, но и альтернативными технологиями создания эффекта 3D — оптическими моделями, которые должны быть безвредны для здоровья.

— Вообще-то самый перспективный путь — это голографическое видео, — поясняет Елена Зайцева. — Но современные компьютеры еще не могут справиться с тем колоссальным объемом информации, которую требуется обработать для съемки и воспроизведения такого динамического объемного изображения. Насколько мне известно, пока речь идет лишь о картинках размером около 10 дюймов, что явно недостаточно. Поэтому мы сейчас экспериментируем с интегральной фотографией, придуманной, кстати, еще в 1900 году. Тогда, на заре прошлого века, ее создатель Липман разместил в эмульсионном слое фотопластинки множество крохотных линз и получил в воздухе объемное изображение. Те опыты не получили развития, так как были слишком сложны. Но мы, используя вместо фотоэмульсии так называемые цифровые матрицы, то есть специализированные интегральные микросхемы, содержащие фотодиоды при записи и светодиоды при воспроизведении, смогли повторить опыты вековой давности на новом уровне и построили в воздухе объемное изображение. Пока это только макет, качество изображения низкое, но идея работает. Свое изобретение мы запатентовали и считаем, что эта технология, которую можно назвать дискретной голографией, очень перспективна для разработки объемного видео, не вызывающего болезненной реакции мозга. Запатентовали и еще одну свою идею — запись и воспроизведение инфракрасного изображения в формате 3D, которое может стать прекрасным инструментом науки. То есть мы научились видимое объемное изображение превращать в 3D инфракрасное и наоборот. Думаю, что в первую очередь такие объемные тепловые портреты, гораздо более информативные, чем плоские, можно будет использовать в медицинской и технической диагностике. Как знать, может быть, и художественные кинофильмы с такими ИК-спецэффектами мы когда-нибудь посмотрим?

Конечно, мировая наука сейчас отрабатывает и другие перспективные технологии оптических моделей, которые могут конкурировать с белорусскими предложениями. Например, к многообещающим и также безвредным для зрения и здоровья можно отнести и предлагаемые зарубежными исследователями технологии создания прозрачных многослойных экранов, на каждом из которых появляется только часть изображения. Например, нос человека может отображаться на одном экране, щеки — на втором, уши — на третьем, а совмещенные вместе картинки составят объемный портрет лица. Понятно, что и здесь для создания динамической картинки потребуются компьютеры, которых сегодня нет.

Есть также предложение подвешивать объемное изображение в воздухе за счет того, что каждый пиксель будет представлять собой светящуюся точку, возникшую на пересечении оптических лучей. Но, опять же, управлять этим «роем пчел» сможет только суперкомпьютер, далеко превосходящий по возможностям современные. Тем не менее технически это возможно, и не исключено, что зарубежная наука такой подарок людям когда-нибудь сделает. Причем, увы, сделает это, скорее всего, быстрее, чем отечественные исследователи.

Ведь успешно соперничая с зарубежными коллегами на уровне идей, патентов и лабораторных опытов, наши ученые пока не могут состязаться с ними на равных в части организации масштабных исследований и коммерциализации разработок. И дело даже не в разных финансовых возможностях. Чаще всего, если речь идет о прорывных технологиях, где положительный результат вовсе не гарантирован, трудно вообще приступить к серьезному научному поиску, так как права на проведение работы нужно еще добиться. Случай с тематикой, которую взялись развивать ученые БНТУ и БГУИР, — лишнее тому подтверждение. Пока со своим проектом они работают инициативно.

respublika.info