Обучение при помощи компьютера (ОПК) на первых порах основывалось на принципе программированного обучения, где четыре фактора обучения -- учитель, ученик, знание и проблема -- располагались в непосредственной близости друг от друга. Такой подход осуществляется путем расчленения процесса обучения на легко усваиваемые единицы, которые выстраиваются в определенной последовательности таким образом, что обучаемый может легко передвигаться от одной единицы к другой. Единица знания представляется ученику, затем следует постановка проблемы в форме проверочного задания. Если обучаемый дает правильные ответы на поставленные вопросы, он передвигается к следующей порции знания и следующему тесту.

Другими словами, за знанием следует постановка проблемы, и, если обучаемый способен самостоятельно справиться с ее решением, значит, ЗБР отсутствует. В то же время, если обучаемый неправильно решает задачу, это говорит о том, что ЗБР имеет место и помощь преподавателя необходима. Эта потребность удовлетворяется на уровне вспомогательного контура взаимодействия, объясняющего суть взаимозависимости знания и проблемы, либо разбивает знание и проблему на еще более мелкие единицы деления. Основой объяснения в таких программах служит метод упрощения.

В последнем десятилетии XX в. по миру распространяется новая невиданная технология, которую называют “виртуальная реальность”. Такое впечатление, что именно она должна стать определяющим фактором развития в следующем тысячелетии. В настоящее время виртуальная реальность для большинства людей ассоциируется со специальным шлемом и перчаткой, которые способны погрузить надевшего их человека в фантастический мир компьютерной графики. Сравнивать нынешние представления о виртуальной реальности с тем, на что она будет способна к концу следующего века, -- это все равно, что сравнивать первые примитивные эксперименты с герцевыми волнами с современными технологиями спутниковой связи. Виртуальная реальность в том виде, какой она имеет сейчас, не представляет собой серьезной альтернативы традиционной учебной аудитории как системе общения, направленной на усвоение знаний.

Такой альтернативой она может стать лишь в следующем веке, когда технология создания ВР станет настолько совершенной, что возникнет настоятельная потребность в ее внедрении. Поэтому на данном этапе мы можем только попытаться определить, что такое виртуальная реальность, и понять, какими могут быть перспективы ее будущего применения в системе просвещения. Только после этого мы сможем предположить, какие изменения в самой природе и фундаментальных основах процесса образования произойдут при использовании этой технологии в целях обучения.

Виртуальная реальность развивается в совокупности с определенным набором других технологий, каждая из которых в отдельности обладает способностью уже в следующем столетии полностью изменить картину окружающего нас мира. Та виртуальная реальность, которую мы собираемся рассмотреть, -- это основанная на использовании компьютера технология, пределы развития которой не поддаются прогнозированию. В связи с этим напрашивается ряд вопросов, наиболее остро вставших в настоящее время: до какой степени и в какой форме технология компьютерной обработки информации способна генерировать искусственный интеллект (ИИ)? Будут ли созданные компьютерами виртуальные реальности населены существами, обладающими искусственным интеллектом? Смогут ли эти реальности сами стать продуктом искусственного интеллекта, который будет разрабатывать их и потом принимать решение, что с ними дальше делать? Виртуальная реальность будет привязана к проводным и беспроводным системам дальней связи. В настоящее время технология создания таких систем претерпевает коренные изменения, которые получат свое конкретное воплощение в следующем веке. Сейчас создаются информационные супермагистрали. Вскоре они вступят в строй, и это в значительной степени расширит возможности телекоммуникационных систем. В настоящее время они нашли свое применение в системах демонстрации видеофильмов по заказу, а также в обеспечении доступа к новым видам информационных услуг. В будущем они будут устанавливать связь между людьми посредством виртуальных реальностей.

Существует еще одна технология, имеющая непосредственное отношение к виртуальной реальности. Она находится в зачаточной стадии своего развития и называется “нанотехнология”. По убеждению Э. Дрекслера, суть ее состоит не только в тенденции к простой миниатюризации технических устройств. Можно будет говорить о настоящей технологической революции, когда человек станет способным создавать машины и компьютеры, а также управлять ими на молекулярном уровне. Именно в этот момент существование тотальной, реалистической среды виртуальной реальности станет действительно возможным.

Виртуальная реальность не есть нечто новое. На протяжении веков человек стремился получить доступ к ней. То, что мы будем называть создаваемой компьютером виртуальной реальностью (КВР), -- это всего лишь новый способ делать то, чем люди уже занимаются на протяжении длительного времени. Познание действительности, которая кажется реальной, но на самом деле таковой не является, так же старо, как мечты, и люди пытались применять различные технологии осуществления этого процесса с тех самых пор, когда они начали рисовать на стенах пещер и употреблять действующие на сознание наркотические вещества.

Язык может вызывать в сознании образы явлений, не существующих в реальном мире, так же, как это делают волны видимого спектра, испускаемые экраном телевизора, или танцующие сполохи пламени костра. Отличие технологии ВР состоит в том, что с ее применением виртуальные реальности начинают вырабатываться компьютером, в отличие от тех виртуальных реальностей, которые создаются текстом, изображением или химическими препаратами и которые стали уже привычными для нас. Вопрос состоит в том, может ли КВР с точки зрения процесса обучения составить альтернативу тем технологиям ВР, которые представлены книгами и изображениями, используемыми в традиционной учебной аудитории.

2.2 Внешнее и внутреннее генерирование виртуальной реальности

2.3 Генераторы виртуальной реальности

2.4 Эволюция создаваемой компьютером виртуальной реальности

Истоки компьютерной технологии лежат в попытках представить конкретную реальность в виде чисел. Физики используют компьютеры для разработки моделей физического мира. Лингвисты используют их для количественного моделирования процессов, связанных с языком. При проведении содержательного анализа в научных разработках коммуникационных систем применяют компьютеры для сопоставления виртуальных миров средств массовой информации с реальным миром. Компьютер -- это генератор виртуальной реальности, но есть одно отличие.

Самолеты, автомобили и холодильники суть продукты технологии, которые появились в результате человеческой деятельности, но не эволюции. Между современным аэробусом и первыми летательными аппаратами пролегает технологическая пропасть, но они были созданы с одной и той же целью -- осуществление воздушных перевозок, только теперь появилась возможность делать это быстрее, выше, дальше и с большим количеством пассажиров на борту. Летательные аппараты так и не эволюционировали в автобусы или автомобили. А те, в свою очередь, не пошли по пути эволюции, чтобы обрести функции пишущей машинки или холодильника с тем, чтобы далее постепенно превращаться в кухонную плиту.

Компьютеры, напротив, развивались в процессе исторической эволюции, которая очень напоминает биологическую в том смысле, что ее участники обретают новые функции при прочном сохранении старых. ПК имеют цифровую клавиатуру и могут использоваться в качестве калькуляторов, что напоминает об их происхождении от устройств для производства расчетов. Они уже приняли на себя роль печатной машинки и теперь освоили функции телевизора и видеомагнитофона. В процессе такого поглощения новых функций они также впитывали связанные с этими функциями технологии. Компьютер собирает в одном месте все необходимое, предлагая выбор и открывая свободный доступ к разнообразной информации. Текстовые редакторы сейчас имеют в своем составе словари и тезаурусы. Программы проверки орфографии есть не что иное, как адаптация одной из функций словаря, с той лишь разницей, что они выявляют также и ошибки, сделанные самим автором текста, увеличивая, таким образом, словарный запас пользователя. Программный продукт Pagemaker в совокупности с новым поколением печатного оборудования полностью взял на себя функции книгопечатания. В настоящее время технология компакт-дисков позволяет компьютеру осваивать функции библиотеки.

Сейчас ПК осваивают способность преобразовывать изображения и звук, а также распознавать и синтезировать речь. Мы можем разговаривать с компьютерами, подключать к ним видеокамеры и микрофоны, сканировать изображения и переводить их в цифровой формат. После этого можно манипулировать изображением. С развитием компьютерных технологий мы приобретаем невероятно гибкое, многофункциональное средство связи, которое сейчас само начинает совершенствовать свои уникальные коммуникационные функции. ПК можно использовать для письма, живописи и выполнения логических операций. Он также способен осуществлять абсолютно новые коммуникации, такие, как мультимедийная связь и виртуальная реальность.

Одновременно с постоянным усложнением своих коммуникационных функций компьютеры продолжают эволюционировать с точки зрения эргономики. Они уменьшаются в размерах, система их распределения постоянно совершенствуется, они становятся все более доступными. Сейчас размеры ПК настолько уменьшились, что стали сравнимы с форматом книги. Какой будет следующая метаморфоза персонального компьютера? Не возьмет ли он на себя функцию очков? Если такое произойдет, то именно в этот момент он станет носителем виртуальной реальности. Она может даже стать основным режимом умолчания. Представьте себе, что вы включаете режим загрузки компьютера и тут же оказываетесь в виртуальной реальности, где можете вызвать такие функции, как текстовый редактор, редактор изображений, игры или школу. Как окна имели своим прообразом лист бумаги, лежащий на столе, так же и виртуальная реальность по умолчанию -- это производная от помещения, в котором хранятся книги, где вы можете читать или диктовать письмо, отправить факс, посмотреть видео, написать картину, послушать музыку либо принять решение о перемещении в другую обстановку. В настоящее время КВР -- это всего лишь экспериментальная периферийная функция компьютера. Станет ли она его основной функцией, каковыми являются видеодисплей и клавиатура в нынешней его ипостаси, или так и останется необязательным придатком, подобно современным принтерам?

Теоретически миниатюризация может происходить вплоть до молекулярного уровня. Может быть, функции ПК растворятся на фоне окружающей действительности? Вместо всезнающих, всевидящих и все слышащих очков не превратится ли он в интеллектуальную комнату, подобную пещере “Плато”, стены которой могут сами собой трансформироваться и превращаться в библиотеку, в которой можно покопаться, в книгу, которую можно почитать, в мультимедийные экраны, в галерку театра, в учебную аудиторию?

Кино и театр являются погружающими ВР-технологиями. Затемнение зала во время спектакля осуществляется, чтобы максимально исключить присутствие реальной действительности. По-видимому, создаваемая компьютером виртуальная реальность идет именно в этом направлении: свести к минимуму и, в конце концов, окончательно подменить раздражители, относящиеся к физической реальности. Это похоже на то, как если бы предыдущие технологии виртуальной реальности постепенно совмещались, становились все ближе и ближе к аппарату непосредственных чувств человека, в конечном итоге возобладали над ним и полностью подчинили себе его восприятия. В современной создаваемой компьютером ВР наиболее распространенной конфигурацией устройства является так называемый блок головного дисплея (ГД), внутри которого имеются два малоразмерных видеодисплея, расположенных прямо напротив глаз пользователя. Они предназначены для создания стереоскопического изображения и обеспечивают сектор обзора более 60 градусов, поэтому все, что человек видит в них, имеет объем и проецируется под характерным для человека углом зрения. Видимые черты реального мира, таким образом, отсекаются и подменяются образами виртуального мира. Естественно, неуправляемый ГД и низкое качество графики напоминают зрителю, что это искусственно созданная ситуация. В то же время оптическая система становится все проще и легче, и если когда-нибудь она приобретет форму очков, то люди смогут забыть, что их голову венчает сложное технологическое устройство. Развитие телевидения с высокой степенью разрешения, по всей вероятности, отразится на качестве графики и сделает изображение более правдоподобным. Существуют разработки в области сетчаточной визуализации, основанной на применении лазеров для непосредственного раздражения сетчатки глаза и сканирования изображений прямо на зрительные рецепторы нервной системы человека. В этом случае картинка будет получаться более выразительной и четкой, нежели образы реального мира, которые должны, прежде всего, пройти через хрусталик глаза и подвергнуться в нем обработке, которая имеет определенные недостатки.

Что особенно удивительно в КВР, так это способность пользователя находиться внутри виртуальной реальности и при этом смотреть по сторонам. В настоящее время эта функция системы обеспечивается при помощи ГД и системы позиционирования, которую обеспечивает информацией о положении головы пользователя специальный процессор реальности, имеющийся в компьютере. Процессор реальности сопоставляет координаты положения вашей головы с виртуальной реальностью и в соответствии с этим формирует картинку, совпадающую с расположением точки визирования ваших глаз, затем передает ее по кабелю на видеоэкраны внутри ГД. Система кибернетического реагирования на положение головы должна действовать с такой скоростью, чтобы система зрительного восприятия человека не успевала замечать отставания и пользователь воспринимал происходящие изменения как реальную действительность. Восприятие виртуальной реальности в качестве подлинного явления зависит от четкости и достоверности картинки, которые, в свою очередь, определяются объемом памяти и быстродействием компьютера.

Шаг за шагом мы вступаем в альтернативный мир КВР. Сначала мы просовываем в него голову, чтобы видеть и слышать, что там происходит. Потом мы надеваем информационную перчатку и начинаем размахивать ею внутри виртуальной реальности, как символической рукой, которая существует сама по себе и может взаимодействовать с виртуальным окружением. Эта рука может манипулировать виртуальными предметами и позволяет пользователю передвигаться внутри КВР при помощи специальных жестов. Потом мы даем руке почувствовать силу ответной реакции, и перчатка становится осязательной. Вскоре в ВР можно будет оперировать при помощи двух пар осязающих и подвижных рук и ног. Но действительно революционным скачком обещает стать информационный костюм. Тот, кто наденет его, получит возможность перенести свое тело в заманчивые миры КВР.

Представьте себе, что информационный костюм -- это ваша вторая кожа, которая отключает раздражители внешнего мира и подменяет их раздражителями, созданными компьютером. То, что мы осязаем, соответствует теперь генерированным компьютером звукам и изображениям. У Б. Шермана и П. Юдкинса есть описание разработок, проводимых с целью создания такого костюма. В нем используются наполненные сжатым воздухом полости, вибрирующие под воздействием электрического тока кристаллы и наборы штырьков. Оптическое волокно, опутывающее весь информационный костюм наподобие нервных окончаний человека, соединяется в жгут, который связывает информационный костюм с ГД и компьютером. Развивающаяся миниатюризация в области компьютерной обработки данных в сочетании с технологией параллельной обработки означает, что компьютер, создающий виртуальную реальность, станет частью костюма. Э. Дрекслер в своей книге “Двигатели созидания” так описывает космический костюм, появление которого станет возможным в будущем благодаря развитию нанотехнологии:

“При соприкосновении костюма с кожей кажется, что он сделан из чего-то еще более нежного, чем самая мягкая резина. У него гладкая внутренняя поверхность. Он легко надевается, а места соединений наглухо застегиваются прикосновением пальцев. Костюм плотно облегает ваше тело, наподобие тонкой кожи, которая по направлению к плечам постепенно утолщается и в области груди становится равной толщине руки. За плечами подвешен едва заметный ранец. Голову закрывает почти невидимый шлем. Сзади на шее поверхность костюма облегает вашу кожу так равномерно и нежно, что вскоре вы перестаете это ощущать. Вы встаете и начинаете ходить, чтобы привыкнуть к костюму. Вы приподнимаетесь на цыпочках и почти не чувствуете веса костюма. Вы сгибаете и разгибаете конечности, но не ощущаете скованности, ограничения подвижности, давления. Когда вы сжимаете пальцы, то чувствуете, как они соприкасаются друг с другом. Создается ощущение, что на руке нет перчатки, только кисть слегка пополнела.

Все эти и некоторые другие свойства обеспечиваются за счет сложных процессов, происходящих во внутренних покровах костюма, имеющих почти такую же замысловатую организацию, как живая ткань. Материал перчаток толщиной в один миллиметр состоит из множества микронных слоев, созданных с помощью наномеханизмов и наноэлектроники. Участок размером с мелкую монету вмещает в себя миллиард механических нанокомпьютеров, при этом 99,9 % пространства костюма остается свободным для размещения других элементов.

В частности, это пространство используется для размещения активной структуры. Средний слой материала костюма содержит трехмерную ткань из волокна на алмазной основе, выполняющего в основном роль искусственных мышц, способных как сокращаться, так и растягиваться. Это волокно занимает существенную часть пространства костюма и делает его прочным как сталь. Привод от микроскопических электромоторов и управление посредством нанокомпьютеров придают материалу упругость и заставляют изменять форму в зависимости от необходимости. Ранее вы почувствовали, что костюм очень мягкий, -- это потому, что он запрограммирован на мягкое воздействие на вашу кожу. Он снабжен системой, компенсирующей давление, оказываемое массой костюма на ваше тело, и в точности имитирующей все ваши движения, не создавая ощущения запаздывания и какого-либо противодействия. Это одна из причин, по которой вы почти не ощущаете, что на вас надет костюм.

Вам кажется, что вы берете предметы голыми руками, потому что вы ощущаете их фактуру. Это происходит благодаря сенсорам давления, покрывающим костюм снаружи, и активным структурам, выстилающим его изнутри: перчатка фиксирует очертания всего, к чему вы прикасаетесь, и детальный отпечаток прикосновения в виде шаблона давления передается на ваши кожные рецепторы. Этот процесс имеет и обратную направленность: даже самое слабое усилие, возникающее в ваших мускулах, в виде силового шаблона передается на предметы, к которым вы прикасаетесь. Таким образом, создается впечатление, что на вас нет перчаток и вы действуете голыми руками.

Костюм обладает прочностью стали и гибкостью вашего собственного тела. Система управления костюмом предусматривает различные варианты взаимодействия между вами. Например, она может передавать прикладываемые вами или воздействующие на вас усилия с коэффициентом 1:10. В таком костюме вам не страшен поединок с гориллой”.

Идеи, содержащиеся в данной главе, многим педагогам могут показаться крайне странными. Тем не менее, если мы действительно стремимся сократить разрыв между миром науки и техники и учебными аудиториями, то нам нужно принимать во внимание такие радикальные посылки, как применение космического костюма Дрекслера в качестве школьной формы будущего.

Если мы допускаем возможность технологической состоятельности костюма Дрекслера как средства независимого существования человека в космосе, основанного на передаче раздражителей с поверхности костюма, то у нас появляется прекрасное средство для погружения в виртуальную реальность, поскольку описанный костюм почти полностью исключает воздействие раздражителей из внешнего мира и силы гравитации, напоминающих нам о реальной действительности. И хотя костюм Дрекслера предназначен для того, чтобы передавать человеку, находящемуся внутри, информацию о внешнем мире, он легко может послужить в качестве средства передачи информации, поступающей через системы телекоммуникаций из любого места.

Рукопожатие в процессе непосредственного общения.

Встреча в современной КВР:

Синхронная дальняя конференц-связь, или телеконференция, в настоящее время существует в трех формах: конференц-связь по телефонному каналу, аудиографическая конференц-связь и телевизионная конференц-связь. Любая форма телеконференции представляет собой попытку использования системы телекоммуникаций для воспроизведения определенных видов синхронного общения, происходящего в учебной аудитории. Таким образом, в идеальном варианте, даже если участники телеконференции будут находиться в разных местах, они получат возможность:

· слышать и говорить друг с другом:

· видеть человека, с которым разговаривают;

· видеть то, что написано на доске, а также писать и рисовать на ней так, чтобы все остальные могли это рассмотреть;

· видеть любые используемые аудиовизуальные материалы, такие, как видеосюжеты, слайды или мультимедийные демонстрации;

· манипулировать и взаимодействовать с любым объектом, механизмом или оборудованием, имеющим отношение к процессу обучения;

· получить копию или запись того, что изучалось в течение урока.

Все перечисленные выше функции осуществляются на базе традиционного класса при условии присутствия в нем обучаемого в установленное время. Заметьте, однако, что здесь существуют некоторые ограничения: в классе можно изучать ветки, но не целые деревья. Несмотря на то, что в лекционных аудиториях стали использоваться аудиозапись и переносные компьютеры, всё же еще очень редко учащиеся фиксируют то, что изучается в классе, в форме, отличной от рукописных заметок. Исходя из этих ограничений, можно определить пути улучшения аудиторной работы за счет внедрения телеконференции. Тем не менее, несмотря на то, что современные технические средства связи способны решить транспортную проблему, они всё же не могут обеспечить наличие полного набора средств коммуникации в учебной аудитории. Более того, приобретение каждого нового элемента для осуществления телеконференции будет означать дополнительные затраты на обучение.