ДАНИЛОВ Сергій Михайлович ВІРТУАЛЬНА РЕАЛЬНІСТЬ ЯК СЕРЕДОВИЩЕ АПРОБАЦІЇ ІННОВАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ В АРХІТЕКТУРІ

Краткое содержание

У першому розділі «Онтологічні основи віртуальної реальності» проаналізовані спроби осмислення феномена віртуальної реальності у світовій архітектурній та філософській думці.
Латинське слово «virtus» означає «доблесть, незвичайна якість». Корінь «virt» означає дію, яка породжується зараз, у даний момент, чиєюсь активністю.
З появою методів віртуальної реальності в арсеналі архітектора з'явився новий інструмент, який здатний підняти на принципово новий рівень його практико-теоретичну діяльність. Цей інструмент – віртуальна реальність. Навіть при існуванні певних труднощів, віртуальне середовище є привабливим завдяки стиранню меж простору, меж часу, недоступною в реальності волею соціальних і фізичних рамок, волею дій, відсутністю більшості гравітаційних та інших фізичних обмежень.
Важлива властивість простору віртуальної реальності – це миттєвий доступ до будь-якої області простору, на відміну від простору справжньої реальності, де для цього потрібна витрата значних зусиль і часу на переміщення з однієї точки в іншу. Також важливою властивістю ВР є можливість багатократного програвання ситуації, можливість з детальною точністю відновити будь-який момент дії, що сталася.
Час у ВР є оберненим – там немає «точки неповернення». Будь-яку дію можна скасувати, повернутися на декілька кроків назад, зберегтися і почати все заново. При цьому причина і наслідок можуть не лише «зливатися», але і мінятися місцями. Один з можливих позитивних ефектів оборотності полягає в тому, що архітектурна творча діяльність набуває при цьому вільнішого, експериментаторського характеру.
Залежно від характеру взаємодії людини з віртуальним середовищем виділяють три її види: пасивну, дослідницьку і активну. При роботі з пасивною ВР користувач виступає як звичайний глядач, здатний отримувати інформацію, але не управляти нею. На відміну від пасивної, дослідницьке віртуальне середовище дозволяє переміщатися усередині неї. Активне середовище дає можливість взаємодіяти з нею, вносити які завгодно корективи в її роботу.
У дослідження основні підходи до розуміння віртуальної реальності поділені на три групи:
Перша група – філософське-гносеологічне визначення ВР. Це вкрай широке розуміння віртуальної реальності. У руслі цього підходу вважається, що реальність взагалі віртуальна, оскільки суб'єкт взаємодіє не стільки з об'єктивним світом, скільки з нематеріальними уявленнями про нього. В рамках цього напряму проаналізований пласт досліджень віртуальної реальності від середньовічних авторів (Фоми Аквінського, Сигера Брабантського, Миколи Кузанського), де поняття «віртуальний» і «віртуальність» використовувались при вирішенні фундаментальних філософських проблем, до сучасних, де визнається поняття поліонтичності реальності, яке отримало назву «віртуалістика».
Друга група – розуміння віртуальної реальності в контексті сучасних інформаційних технологій, для якої характерне включення у віртуальну реальність складної технічної системи — комп'ютера і його апаратного і програмного забезпечення. Предметом інтересу цього напрямку є віртуальні комп'ютерні світи, головна відмітна риса яких — можливість моделювання просторових форм, максимально наближених до реальності й неможливих за відсутності комп'ютера.
Це рівень «дослідницького» віртуального середовища, який дозволяє переміщатися усередині неї, а також частково «активного» середовища, що дає можливість взаємодіяти з нею, вносячи корективи до її роботи. Цей тип віртуальної реальності можна використовувати як середовище для апробації інноваційних технологій в аналізі та переосмисленні архітектурної форми, функції, конструкції. Об'єкти архітектури можуть бути створені, досліджені, осягнуті, випробувані та керовані.
У дослідженнях, котрі належать до третьої групи, поняття віртуальної реальності застосовується до реальності когнітивних і соціальних моделей, абстрактних понять і категорій, яким не завжди відповідають реальні фізичні процеси. Моделювання цих категорій в реальному житті або занадто дорого, або неможливо.
Цей рівень взаємодії людини з віртуальним середовищем має назву «активний». У рамках цього підходу аналізується одна з основних для архітектора властивостей віртуальної реальності, яка визначається як «віртуаль-на реальність занурення» або «імерсійна віртуальна реальність». Цей тип реальності характеризується тим, що користувач, включений в цю реальність, занурюється в якийсь штучний світ, який сприймає завдяки діям на органи почуття і з яким взаємодіє.

У другому розділі «Віртуальна реальність в апробації архітектурної форми, функції, конструкції» виявлені цілі та функції віртуальної реальності як середовища для апробації інноваційних технологій у моделюванні й аналізі архітектурної форми, функції, конструкції.
Виявлені цілі й функції віртуальної реальності в дослідженні формальної складової архітектурної форми.
Віртуальна реальність в архітектурному формоутворенні проаналізована в двох значеннях, що частково перекриваються.
Перший випадок — архітектура, отримана за допомогою віртуального моделювання. Рівень роботи архітектора з цим типом ВР – дослідницький і частково активний, на якому він на основі своїх естетичних уявлень має можливість за допомогою засобів ВР створювати достовірні тривимірні моделі. За своїми віртуальними властивостями ці моделі близькі до реальних об’єктів. У рамках аналізу дослідницького типу віртуальної реальності в архітектурі проаналізовано розуміння цифрових технологій як мову архітектури.
Сучасна архітектура неможлива була б без попереднього створення детально проробленої 3D моделі. Нелінійна архітектура з'явилася не лише унаслідок розвитку будівельних технологій, але й завдяки появі можливості створення віртуальних моделей високої точності відображення. Створення такої гнучкої оболонки – це робота з антигравітаційними ефектами, відхід від традицій тектоніки убік атектонічності. Граматика вертикалі та горизонталі скасована, пряма лінія не зажадана. Комп'ютер забезпечує роботу з формою, яка є немислимою в межах раціональної евклідової геометрії. Створити і розрахувати подібні структури поза цифровим середовищем просто не уявляється можливим, а, отже, їх не можна було запроектувати і побудувати. Сучасний комп'ютер дозволяє розрахувати будь-яку систему. Можна сказати, що з приходом комп’ютера в сучасній архітектурі здійснилась революція, подібна тій, яка здійснилася у світі математики з відкриттям «неевклідової» геометрії.
Другий випадок – архітектура об’єктів, існуючих не інакше, як у віртуальній реальності, – віртуальна архітектура.
В історії архітектури багато прецедентів, які породили віртуальну архітектуру. Леду, Булле, Піранезі, Брунто Таут, Ель Лисицький, «паперова архітектура» 80-х років – лише небагато представників професії, чиї пророцькі роботи у сучасному контексті вважаються ранніми, дуже важливими прикладами віртуальної архітектури.
Архітектура, як і будь-який інший вид мистецтва, на етапі осмислення концепції проекту носить усі ознаки віртуального простору. Вона існує у задумі, але її немає у матеріальному світі. Звичайна архітектура заснована на постійності та незаперечності принципів традиційної геометрії. На відміну від неї, системи віртуальної реальності перетворюють реальний архітектурний ландшафт у набір вузлових точок і зв'язків між ними.
Віртуальний світ зруйнував традиційні погляди на архітектуру, тим самим створивши передумови для формування нового стилю. Художній пошук у ВР не має кордонів і не пов'язаний з дорогим матеріальним світом. Тому вона може розумітися як "гіпертекст" – система багатошарової нелінійної організації просторового тексту. Така модель з’єднує суперечні тенденції – порядок і хаос, прагнення до стійкої фіксації архітектурного образа і прагнення до розвитку, постійного процесу написання та переписування текстуальних просторів усередині гіпертекстуальної структури.
У віртуалі архітектор може відтворювати різні образи предметів, явищ, з якими раніше не зустрічався, – нову реальність, нові системи, концепції нових видів мистецтва, нові архітектурні форми, конструкції, простори, тобто будувати наочний образ не лише того, що може бути матеріалізоване, упредметнене, але і того, що не може бути матеріалізоване. Проект може бути здійснений, а може бути і не здійснений у вигляді реальної споруди. Але навіть у такому віртуальному існуванні він може зробити вельми істотний вплив на майбутні проекти.
У цьому аспекті виявлені два зустрічні, взаємопідтримуючі напрямки, згідно до яких стає реальною зміна вектора формоутворення в архітектурні від первісного «технологія – образ» (інноваційні технології є об’єктом образно-художнього осмислення) до зворотного «образ – технологія» (архітектурний образ стає стимулом для пошуку технічних можливостей його здійснення).
Виявлені цілі та функції віртуальної реальності в дослідженні конструктивної складової архітектурної форми.
З появою комп'ютерів різко змінився набір інформації, яким повинен володіти конструктор для ухвалення оптимальних рішень при виборі конструкції та її розробці. Комп'ютер не лише допомагає виконати розрахунок споруди, але і відкриває нові можливості для творчих фантазій автора. Комп'ютерні методи дозволяють розрахувати конструкцію самої довільної форми. Так був відкритий шлях для створення величезної різноманітності нових конструктивних систем.
При цьому вироблення концепції, ув'язка компонентів і тестування об'єкту як свого роду краш-тест мають бути проведені на моделі віртуального прототипу. У зв'язку з цим у цій частині дослідження застосовуються методи віртуального прототипування, яке дозволяє створювати і сприймати конструктору віртуальний прототип як реальний і змінювати його в реальному часі. Середовище віртуальної реальності дозволяє відмовитися від натурних моделей і забезпечити зв'язок як між окремими конструктивними схемами споруди, так і між окремими підрозділами крупної корпорації або різними субпідрядниками, які працюють над різними аспектами одного завдання. Це дозволяє підвисити якість проектування, значно знизити час розробок і зробити дешевшим процес конструювання.
У середовищі віртуальної реальності є можливим моделювання з високим ступенем точності процесів випробування конструкції на її деформації, виникнення руйнувань, зміну жорсткості конструкцій і так далі, доводячи її до віртуального руйнування. Завдяки засобам віртуальної реальності архітектор може бути не тільки користувачем технічних новин, але й замовляти будівельну технологію, яка буде максимально відповідати його творчій задумці.
Виявлені цілі та функції віртуальної реальності в дослідженні функціональної складової архітектурної форми.
При цьому застосовуються методи імітаційного моделювання як інструмента дослідження складних систем і процесів, що не піддаються формальному опису. Імітаційне моделювання – метод, який дозволяє будувати моделі, котрі описують процеси так, як вони проходили би у реальності. Таку модель можна «програти» в часі як для одного, так і для комплексу випробувань. При цьому перед архітектором постає завдання розроблення простору віртуальної реальності як інтерфейсу взаємодії людини з середовищем імітаційної моделі.
Масштаби споруд, що проектуються сучасними архітекторами, такі, що їх функціональна організація потребує серйозної апробації та налагодження. У даному аспекті розгляду проблеми важливу роль може зіграти ВР як середовище апробації функціональних аспектів життєдіяльності життєзабезпечення архітектурного об'єкта. На основі його віртуальної моделі може проводитися апробація як оптимального функціонування всіх компонентів і структур, що проектовані, так і можливих екстремальних ситуацій (захоплення заручників, пожежа, громадські заворушення, паніка, прибуття VIP персон і т.д.) і, на основі аналізу отриманих результатів, проектувальник може внести необхідні коректування в проект.
Будь-яка архітектурна споруда – це не просто система, це конгломерат систем різного призначення, важливості, протяжності і структури; всі вони зобов'язані працювати незалежно один від одного і в той же час забезпечувати одночасний доступ до них.
Вся ця складна система вимагає апробації та налагодження в ВР.
В даний час існують окремі, слабко пов'язані між собою програмні платформи, що мають, у своїй сукупності всі необхідні властивості для виконання нових поставлених завдань. Це поперше ГІС - геоінформаційна система, призначена для збору, обробки, моделювання та аналізу просторових даних, їх відображення та використання при прийнятті містобудівних рішень. У цій платформі використовуються такі властивості віртуальної реальності, як інтерактивність, можливість підключення необмеженої кількості інформації до будь-якій точці простору, миттєвість перенесення в просторі. Але для повноцінного аналізу розвитку міста необхідні не просто накопичувальні, а динамічні моделі управління .
Також існують системи Smart City (розумне місто), які передбачають модернізацію програмного керування інфраструктурою міста з принципово новим рівнем наданих сервісів. Завдяки цій системі стало можливим отримання унікальних результатів з оптимізації життєдіяльності архітектурних об'єктів і міського середовища в цілому. Однак, для адекватної оцінки міста або окремого об'єкта як динамічної системи вказаній платформі не достає прогностичних складових як управлінських технологій. За допомогою використання методів прогностики можлива розробка і практична апробація методології побудови сценаріїв і стратегій довгострокового розвитку міста, науково-методологічне обґрунтування та визначення стратегічних пріоритетів і сценаріїв оптимальних шляхів розвитку міського середовища.
Елементи прогностики містять містобудівні симулятори, типу SimCity – це комп'ютерна гра, в якій симулюється управління містом, в першу чергу його будівництвом. Метою гри є сам процес облаштування міста. Програма володіє гнучким зворотним зв'язком, реагуючи в реальному часі на всі зміни, що відбуваються. Фактично містобудівні симулятори мають ознаки програм що розробляють прогностичні моделі.
У дослідженні вперше пропонується концепція об'єднання в єдиному програмному полі ключових властивостей вищенаведених програм. Це дозволить отримати унікальний продукт, здатний на принципово новому рівні здійснювати реальний і прогностичний аналіз життєдіяльності міського середовища. При цьому стає можливим отримання прогностичної статистики, яка візуально і в табличній формі продемонструє, залежно від заданих обмежень, практично будь-які дані, необхідні для адекватного аналізу динамічних змін архітектурного середовища. Завдяки чому ми можемо отримати той інструмент, який дозволить не тільки зібрати всі аспекти такої системи в єдиній моделі, але й розв’язати її внутрішні конфлікти. На основі аналізу отриманих результатів проектувальник може внести необхідні коректування в проект.
У цьому ж розділі визначено роль віртуальної реальності як інноваційного засобу реконструкції, консервації та реставрації архітектурних споруд. Це в першу чергу комп'ютерне моделювання історичних міст, архітектурних об'єктів та їх деталей з метою: а) каталогізації й можливого відновлення. б) віртуального туризму і так далі.
Роль віртуальної реальності як інноваційного засобу реконструкції, консервації та реставрації архітектурних споруд полягає ще і в тому, щоб відтворити хронологію розвитку і функціонально-історичну інтерпретацію архітектурного об'єкта, що відкриває можливість наочно відтворити вигляд досліджуваного об'єкта в різні періоди його існування, провести зіставлення, оцінити ракурси сприйняття, відтворити архітектурний контекст і т.д.
Визначено роль віртуальної реальності в процесах екологізації архітектурного середовища. При цьому пропонується розробка алгоритмів апробації у віртуальній реальності інноваційних екологічних технологій в архітектурі: інноваційні технології з утилізації відходів, еко-нейтральні системи, альтернативна енергетика, енергозберігаючі технології, енергогенеруючі системи, системи утилізації відходів і так далі.
Наприкінці другого розділу розроблено рівні оперування віртуальною реальністю: а) рівень моделювання; б) рівень аналізу, в) рівень коригування; в) рівень футуристичних розробок.

У третьому розділі «Віртуальна реальність і зовнішні інформаційні системи» виявлені цілі та завдання зовнішніх інформаційних систем (функціональних вимог та знань суміжних дисциплін – психології, екології, педагогіки і так далі). Цей рівень взаємодії людини з віртуальним середовищем має назву «активний». Активне середовище дає можливість взаємодії з ним, уносячи які завгодно корективи в його роботу.
Виявлено перспективи застосування засобів ВР у реабілітації людей з обмеженими можливостями здоров'я
У даний час актуальним є формування системи комплексної багатопрофільної реабілітації, спрямованої на відновлення і реалізацію потенційних здібностей інвалідів. Метою реабілітації є реінтеграція інвалідів у суспільство, поліпшення їх матеріального становища, підвищення рівня незалежної життєдіяльності.
Сучасний рівень розвитку інформаційних технологій дозволяє створити такі комп'ютерні програми, використання яких зможе забезпечити людям з обмеженими можливостями здоров'я (ОМЗ) доступність середовища та інформації, а також компенсувати практично будь-яке обмеження по взаємодії людини зі зовнішнім середовищем.
Найважливіша роль при цьому належить архітектору, який повинен розробляти форми і типи віртуального простору, котрий сприйматиметься як реальний і в якому користувач, включений у цю реальність, відчуває себе там повноцінною людиною. Найважливіше завдання, яке постає при цьому перед архітектором, полягає в тому, щоб професійно грамотно опрацювати візуальні характеристики цього простору з максимальним проявом фізичного відчуття часу і простору.
У цьому аспекті перспективним уявляється розробка архітекторами 3D оболонок-просторів для дослідження закономірностей взаємодії людини й середовища.
Проаналізовано принципові можливості застосування засобів ВР у психології та психотерапії. На підставі фундаментальних праць у галузі теорії психологічних віртуальних реальностей можлива розробка принципово нового виду психологічної практики. При цьому засоби ВР дають можливість розробляти процедури об'єктивного експериментального аналізу та управління віртуальними подіями.
Переваги використання ВР у психотерапії: можливість занурювання у середовища, малодоступні в реальності; можливість контролювати і перепрограмувати середовища залежно від ситуації; почуття безпеки (незважаючи на те, що при використанні ВР виникає стійке почуття реальності, що відбувається, підсвідомо людина пам'ятає, що знаходиться в безпечному місці, і це дозволяє їй розслабитися і звернути увагу на роботу зі своїм страхом); застосування технологій ВР у психотерапії дозволить організувати дистанційне лікування; вартість лікування і так далі.
Експериментатор за допомогою архітектора може закласти в сценарій усі необхідні для дослідження параметри, створити будь-яке середовище: реалістичне, фантастичне або малоймовірне, а також отримати необхідну інформацію про різні стани випробуваного за допомогою різноманітних засобів зворотного зв'язку. Наприклад, можна знімати електроенцефалограму під час знаходження випробуваного в кімнаті віртуальної реальності. При цьому архітектор може пропонувати такі форми і типи просторів, моделювання яких у реальному житті або занадто дорого, або неможливо.
Усі ці властивості ВР можливо використовувати не тільки в психотерапії, але і в навчанні та реабілітації дітей з різними ступенями аутизму навичкам пересування і дій у великих торгових центрах і т.д. Застосування ВР дозволяє контролювати зміну будь-яких змінних, добавляти або видаляти їх.
Проаналізовано можливості застосування засобів ВР в когнітивній психології на декількох рівнях: сприйняття, розпізнавання образів, увага, пам'ять, уява, мова, психологія розвитку, мислення і прийняття рішень, штучний інтелект і т.д.
Застосування засобів ВР в когнітивної психології дозволяє дослідити когнітивну систему людини, слідкуючи за зовнішнім стимулом, отримати цю інформацію, її обробити, зберегти, а потім управляти нею. Застосування засобів віртуальної реальності в моделюванні просторів з необхідними властивостями допоможе проводити дослідження, які дадуть відповіді на запитання: які просторові чинники покращують запам'ятовування і привертають увагу, які з них найбільш сприятливо впливають на людину, допоможе проводити теоретичні та експериментальні дослідження асоціативної та інших видів пам'яті і так далі.
За допомогою віртуального моделювання можливо проводити дослідження з орієнтації людини у просторі, переваги сприйняття різних властивостей архітектурних форм і просторів, проводити дослідження різних антропометричних властивостей архітектурного простору (розміри, геометрія, статичність і так далі).
Перспективним є використання засобів віртуальної реальності для роботи з когнітивними картами. Когнітивні карти дають можливість людині орієнтуватися в просторі, рухатися і здійснювати свою діяльність. Процес утворення когнітивних карт проходить низку психологічних трансформацій, завдяки яким людина отримує, зберігає, згадує і використовує інформацію про просторове оточення.
З точки зору психофізичного підходу та використання засобів ВР в когнітивній психології основним питанням є відповідність між характеристиками реального простору і його суб'єктивної репрезентації.
ВР і когнітивно-поведінкова психотерапія. Когнітивно-поведінкова психотерапія припускає, що проблеми людини випливають зі спотворень реальності, заснованих на неправильних уявленнях, які, у свою чергу, виникли в результаті неправильного навчання у процесі розвитку особистості. Терапія за допомогою віртуального моделювання реальності полягає в пошуку спотворень у мисленні і в навчанні альтернативному, більш реалістичному способу сприйняття.
ВР і комфортне архітектурне середовище. Використання засобів ВР дозволяє ширше поглянути на планування та проведення експериментів зі зорового сприйняття людиною архітектурного середовища. Важливою різницею «віртуального» підходу від попередніх методів комп'ютерного моделювання процесів є більш повне використання знань про особливості поведінки людини, про процеси обробки образної інформації, про формування у людини цілісного образу архітектурної форми.
Найбільш перспективними уявляються технології, що дозволяють прив'язати тривимірну модель архітектурного простору до реально існуючої ситуації (зчитування координат користувача по закладеним радіомаякам), у результаті чого за допомогою окулярів віртуальної реальності можливо здійснити накладання тривимірної віртуальної моделі існуюче міське середовище і здійснити максимально об'єктивний аналіз візуальних властивостей проекту прямо на місці. Ці методи дадуть можливість проводити експерименти з аналізу візуальної комфортності віртуального архітектурного простору, а за допомогою цього можливо буде корегувати простір реальний.
Виявлено перспективи застосування ВР в аналізі та моделюванні розвиваючого середовища для дітей.
Проаналізовано роль архітектора як організатора віртуального простору, який був би основним «полігоном» для розвиваючих навчальних комп'ютерних ігор, які, в свою чергу, є одним з методів корекції інтелектуальних, рухових і мовних дефектів у дітей. Створене таким чином середовище дозволить дитині проявляти творчі здібності, пізнавати способи образного відтворення світу і мови мистецтв, реалізовувати пізнавально-естетичне і культурно-комунікативні потреби.
У рамках цього ж пункту можлива розробка просторово-предметного розвиваючого віртуального середовища, яке повинне послужити засобом «ігротерапії» - створенню віртуальних умов, які моделюють ситуації, пов'язані зі страхами людини, наприклад, віртуальний простір кімнати для боротьби з клаустрофобію. Дослідник спочатку створює таку ситуацію, а потім за допомогою віртуальної моделі показує людині шляхи виходу зі стану неконтрольованого страху.
Найбільший методологічний інтерес у розробці такого ігрового простору викликає факт варіативності, що розвивається всередині обмеженого правилами ігрового простору. Ці властивості ріднять ігрову реальність з віртуальною архітектурою. Гра задає принципово відкритий простір, де вирішальну роль відіграє фактор випадковості. Виявлені перспективи застосування ВР в освітній діяльності. При цьому архітектурними завданнями тут є забезпечення багатофункціональності, мобільності, рухливості, адаптивності простору, можливості зміни в реальному часі його геометрії, площі, кольору та інших параметрів.