Виртуальный человек

Виртуальная реальность не ограничивается миром развлечений. Ее берут на вооружение и в более практичных сферах — например, для сборки частей автомобильного двигателя или чтобы люди могли «опробовать» новомодные тренды, находясь у себя дома. И все же эта технология до сих пор с трудом решает проблемы человеческого восприятия. Очевидно, что у виртуальной реальности есть довольно классные приложения. В Университете Бата ее применяют для упражнений; представьте, что отправляетесь в зал, чтобы принять участие в «Тур де Франс» и покататься наравне с лучшими велосипедистами в мире.

Виртуальная реальность в техническом смысле плохо уживается с человеческим восприятием. То есть с тем, как мы воспринимаем информацию о мире и строим понимание о нем. Наше восприятие реальности определяет наши решения и по большей части полагается на наши органы чувств. Следовательно, создание интерактивной системы должно подразумевать учет не только аппаратного и программного обеспечения, но и самих людей.

Очень сложно решить проблему проектирования систем виртуальной реальности, которые будут переносить людей в новые миры, с приемлемым чувством присутствия. Чем сложнее становится опыт виртуальной реальности, тем сложнее становится количественно оценить вклад каждого элемента опыта в чье-то восприятие в гарнитуре виртуальной реальности.

При просмотре фильма в 360-градусном обзоре в виртуальной реальности, например, как бы мы определили, что больше способствует вовлечению в просмотр фильма: компьютерная графика (CGI) или технологии объемного звука? VR приходится изучать методом ножа и топора, отсекая ненужное и отрубая лишнее, прежде чем добавлять новые элементы, оценивая эффект их появления на восприятие человека.

Существует теория на стыке компьютерных наук и психологии. Оценка максимального правдоподобия объясняет, как мы объединяем информацию, которую получаем ото всех своих чувств, интегрируя ее с целью информирования своего понимания окружающей среды. В своей простейшей форме, теория утверждает, что мы оптимально сочетаем сенсорную информацию; каждое чувство способствует оценке окружающей среды, но в общем это довольно шумный процесс.

Шумные сигналы

Представьте себе человека с хорошим слухом, идущим в ночное время в тихом переулке. Он видит мрачную тень на расстоянии и слышит отчетливый звук шагов, приближающихся к нему. Однако этот человек не может быть уверен в том, что видит, из-за «шума» в сигнале (потому что темно). Он полагается на слух, потому что тихое окружение означает, что звук в этом примере будет более надежным сигналом.

Этот сценарий показан на изображении ниже: как оценка с участием глаз и ушей человека совмещается, чтобы дать оптимальный вывод где-то посередине.

Разумеется, это не может остаться незамеченным для разработчиков виртуальной реальности. Ученые из Университета Бата применили этот метод для решения проблемы оценки людьми дистанций при использовании гарнитур виртуальной реальности. Симулятор вождения, на котором люди учатся водить, может приводить к сжатию дистанций в виртуальной реальности, а это чревато неправильным использованием в среде, в которой стоит учитывать фактор риска.

Понимание того, как люди интегрируют информацию из своих чувств, имеет решающее значение для долгосрочного успеха VR, потому что это не только визуальная часть. Оценка максимального правдоподобия помогает смоделировать, насколько эффективно системе виртуальной реальности нужно рендерить мультисенсорное окружение. Лучшее знание человеческого восприятия приведет к еще более погружающему опыту VR.

Проще говоря, вопрос не в том, как отделить сигналы от шума; вопрос в том, чтобы воспринимать все сигналы с шумом и получить максимально качественную виртуальную среду.

Взаимодействие человека
с компьютером
Человеко-компьютерное
взаимодействие (HCI) — это изучение,
планирование и разработка
взаимодействия между людьми
(пользователями) и компьютерами.
Взаимодействие между пользователями и
компьютерами происходит на
уровне пользовательского интерфейса (или просто
интерфейса), который включает в
себя программное и аппаратное обеспечение;
например, образы или объекты, отображаемые на
экранах дисплеев, данные, полученные от
пользователя посредством аппаратных устройств
ввода (таких как клавиатуры и мыши) и другие
взаимодействия пользователя с крупными
автоматизированными системами, такими как
воздушное судно и электростанция.
Основной задачей человеко-компьютерного
взаимодействия является
улучшение взаимодействия между человеком и
компьютером, делая компьютеры более
удобными (usability) и восприимчивыми к
потребностям пользователей.
В частности, человеко-компьютерное взаимодействие
занимается:
• методологией и развитием проектирования интерфейсов (т. е.,
исходя из требований и класса пользователей,
проектирование наилучшего интерфейса в заданных рамках,
оптимизация под требуемые свойства, такие как обучаемость и
эффективность использования);
• методами реализации интерфейсов (например, программные
инструментарии, библиотеки и рациональные алгоритмы);
• методами для оценки и сравнения таких интерфейсов;
• разработкой новых интерфейсов и методов взаимодействия;
• развитием описательных и прогнозируемых моделей;
• теорией взаимодействия.
Обмен информацией между человеком и компьютером можно
определить как узел взаимодействия. Узел взаимодействия включает в
себя несколько аспектов:
• Область задач: условия и цели, ориентированные на пользователя.
• Область машины: среда, с которой взаимодействует компьютер, то
есть ноутбук студента в комнате в общежитии колледжа.
• Области интерфейса: непересекающиеся области, касающиеся
процессов человека и компьютера, не относящиеся к сфере
взаимодействия.
• Входящий поток: поток информации, который начинается в
области задач, когда пользователь имеет несколько задач, которые
требуют использования компьютера.
• Выходной поток: поток информации, который возникает в машине.
• Обратная связь: узлы взаимодействия, проходящие через
интерфейс, оцениваются, модерируются и подтверждаются, так как
они проходят от человека через интерфейс к компьютеру и обратно.

В романе «Лавина» Нила Стивенсона описывается применение виртуальной реальности для нарушения работы мозга человека – кибернаркотик «Лавина» использует бинарные структуры головного мозга программиста для его «перепрошивки». Конечно, это всего лишь фантастическое произведение, однако именно фантастов привлекает DARPA для формирования перспективных исследований, в частности в военной сфере. В конце концов, и компьютерный вирус был впервые описан на страницах фантастического рассказа, а спустя некоторое время математикам удалось реализовать его.

Виртуальная и дополненная реальность (VR и AR соответственно) находят свое место на промышленных предприятиях, в сервисных компаниях, позволяют решать самые разнообразные бизнес-задачи – от обучения персонала до технического обслуживания сложного оборудования. В то же время виртуальная и особенно дополненная реальность достаточно убедительны, чтобы стать основой для новых компьютерных атак и социальной инженерии. Конечно, «перепрограммировать» человека так, как это описано в «Лавине», пока не получается, но ввести его в заблуждение и спровоцировать опасные для компании действия виртуальная реальность уже позволяет. Чтобы понять, как именно вмешательство в работу VR/AR-систем может помочь злоумышленнику в нападении на корпоративные ресурсы, нужно сначала рассмотреть, для чего эти технологии используют.

Корпоративный VR и AR

Сейчас VR-технологии постепенно становится популярными для решения самых разнообразных задач. Наиболее частыми стали следующие применения VR-технологий.

Инженерное моделирование. Виртуальная реальность все чаще используется для совместной разработки инженерных моделей, проведения виртуальных экспериментов с последующей передачей их в производственные подразделения. Эти модели являются достаточно дорогой интеллектуальной собственностью предприятий, как инженерных, так и производственных. Утечка подобной электронной документации может вызвать серьезные проблемы у компаний, участвующих в процессе ее разработки и изготовления. Поскольку в решениях виртуальной реальности удобно применять беспроводные технологии, то именно они могут стать источником утечки ценной инженерной информации. Например, если компания использует для передачи данных на очки виртуальной реальности корпоративный Wi-Fi, то хакер может его подслушать и перехватить ценную информацию о готовящейся разработке.

Если у хакеров есть возможность вмешаться в процесс обсуждения проекта с помощью виртуальной реальности, то они могут исказить качество полученной модели. Все чаще возникают слухи о том, что разработчики решений для виртуальных полигонов в некоторых случаях намеренно искажают математические модели, чтобы построенный в результате образец имел худшие потребительские качества. Доказательств подобных случаев пока не было, однако без верификации построенных моделей индустрия обойтись уже не может. Впрочем, искажения в математику вносить не обязательно – хакеры, проникнув в информационную систему разработчиков, могут просто изменить отдельные характеристики моделей, что может привести к самым серьезным последствиям, вплоть до падения самолета или взрыва ядерного реактора. Понятно, что речь здесь идет о хакерах, спонсируемых государством и имеющих достаточно широкие возможности.

Виртуальные продукты. Виртуальная реальность все чаще используется и для маркетинга сложных продуктов, таких как недвижимость, корабли, автомобили. В том числе для обмана доверчивых покупателей – реальные объекты могут отличаться от своих виртуальных моделей либо требовать дополнительных услуг, например по ремонту сложных агрегатов или очистке территории от мусора. После просмотра виртуальной модели не стоит отказываться от всестороннего изучения реального объекта для поиска расхождений с виртуальным образом. За примерами далеко ходить не нужно – уже сейчас на avito.ru можно найти «виртуальную» мебель, которую фишеры используют для выманивания денег у доверчивых посетителей. Сейчас это просто картинки, но виртуальная реальность даст возможность сделать подобные фейковые объявления о продаже еще более убедительными.

Обучение. Виртуальную реальность используют и для обучения персонала пользованию сложным технологическим оборудованием, для тренингов реагирования в критических ситуациях и проведения виртуальных учений. Понятно, что это дешевле, чем организация полноценных учений, и компании, которые занимаются эксплуатацией сложных устройств и сооружений, все чаще реализуют подобные проекты в своей практике. Однако злоумышленники, проникнув в информационную систему учебного центра, в состоянии вмешаться в процесс обучения, чтобы выработать у сотрудников неправильные навыки реагирования. Выявить это можно только в случае наступления соответствующей ситуации. Инфраструктура обучающего центра обычно защищается слабее, чем основные критические системы, что и позволяет хакерам осуществить косвенное вмешательство в работу критических объектов через виртуальную реальность.

В частности, операторы ядерных станций обучают своих сотрудников работе в «грязных» помещениях с помощью виртуальной реальности, чтобы лишний раз не облучать персонал. Если постороннему удастся исключить из обязательного списка действий что-то очень важное, то и при реальном обслуживании реактора сотрудник может забыть совершить исключенное действие, и это может привести к серьезному ущербу для станции или для сотрудника.

Техническая поддержка. Для этих целей обычно используется дополненная реальность, которая позволяет инженеру технической поддержки ориентироваться в сложных агрегатах или сооружениях при помощи привязки виртуальной модели к реальному миру. Для компаний такое решение вроде бы должно давать возможность нанимать персонал без жестких требований к компетенции, однако это может сыграть злую шутку. Если хакер вмешается в работу подобной системы дополненной реальности, то некомпетентный персонал, не задумываясь, выполнит подсунутые хакером инструкции, что может привести к серьезным проблемам. Персонал технического обслуживания и используемая им система дополненной реальности обычно не включаются в контур защиты предприятия.

Например, если сотрудник оператора связи занимается коммутированием кабелей в кросс-панелях с помощью подсказок системы дополненной реальности, то хакер может подобрать и показать инженеру такую маркировку проводов, при которой защищенные сегменты сети подключатся к общедоступным коммутаторам. Такие атаки можно отнести к популярному сейчас направлению атак через посредника, к которому у жертвы есть определенный кредит доверия.

Следует отметить, что основной целью атак через виртуальную реальность является не сам человек, как в «Лавине», а защищенные технологические процессы или информационные системы. Компаниям – владельцам объектов критической инфраструктуры стоит оценивать также возможность опосредованного влияния на критические процессы через некомпетентный персонал либо искаженную электронную документацию. Причем вектор подобной атаки направлен через информационные системы учебных центров и сервисных подразделений, которые не всегда относятся к критическим ИС.

В целом можно заключить, что виртуальная реальность позволяет злоумышленникам делать людей своими агентами влияния – достаточно навязать им искаженную, но очень убедительную виртуальную модель. В этом смысле манипулирование с виртуальной реальностью можно отнести к разряду атак посредством социальной инженерии, когда сами сотрудники атакуемой компании становятся невольными помощниками хакеров. При этом не всегда можно разобраться, что именно произошло. Например, при расследовании аварии с самолетом выяснилось, что был выставлен слишком большой угол атаки, – двигатели не справились, т. е. имеются все признаки ошибки пилота, однако вполне возможно, что ошибка была заложена еще на этапе обучения в результате неправильно построенной виртуальной модели поведения самолета, на которой пилот обучался. С появлением технологий VR и AR не все ошибки людей обусловливаются человеческим фактором – некоторые из них могут быть связаны с посторонним воздействием через агента-человека.

Защита VR и AR

Основной защитой от манипуляций с помощью виртуальной и дополненной реальности является верификация, т. е. процесс проверки соответствия между используемыми моделями и реальными объектами. В частности, в понятие цифрового двойника входит разница в поведении модели и объекта – она не должны превышать 5%. Если на массиве показателей модель демонстрирует большее отклонение, то ее необходимо уточнять или искать ошибки в математике, которые можно обнаружить при выполнении расчетов на другом инженерном ядре. Верификация моделей – одна из ключевых проблем, по которым не стоит внедрять проекты виртуальной и дополненной реальности слишком быстро и на ответственных направлениях. Перед запуском решения в промышленную эксплуатацию необходимо провести верификацию модели с действительностью. Это относится и к маркетинговым материалам, которые следует тщательно сравнивать с реальностью.

Когда модель проверена и верифицирована, необходимо обеспечить ее целостность. Для этого обычно применяются криптографические алгоритмы, которые не позволяют посторонним безнаказанно искажать модель. При подготовке проектов с использованием виртуальной реальности нужно предусмотреть меры по защите модели как от искажения, так и от утечки. Подобные механизмы будут гарантировать, что верифицированная модель не была искажена в процессе эксплуатации. Требования по верификации моделей и контролю их целостности необходимо закладывать для любых проектов с виртуальной и дополненной реальностью.

Аналогичные требования следует предъявлять и к партнерам. Если они используют виртуальную реальность для обслуживания ваших устройств и агрегатов либо для подготовки ваших специалистов, то стоит проверить, насколько они способны соблюдать требования по верификации моделей и сохранению их целостности. В случае технического сопровождения с помощью дополненной реальности необходимо также контролировать передачу данных между инженером технического сопровождения, который использует дополненную реальность, и хранилищем моделей, чтобы посторонние не могли вмешаться в этот процесс. Понятно, что атака с использованием виртуальной реальности – достаточно сложная процедура, реализовать которую способны только продвинутые хакерские группировки или спецслужбы иностранных государств, но это не означает, что не стоит тратить средства на анализ подобных векторов атак.

Заключение

Часто инновационные подразделения, разрабатывающие новые цифровые сервисы, не задумываются о безопасности своего творения – им нужно выдать хоть какой-то результат. А вот если проект «взлетит», тогда уже можно заниматься и другими его характеристиками, такими как безопасность. Однако в реальности даже на уровне ранней разработки инновационных сервисов хотя бы в виде эскиза стоит требовать от «цифровизаторов» набор возможных мер защиты, которые они должны будут включить в окончательное промышленное техническое задание. Именно инновационные изменения могут снизить комплексную безопасность предприятия и привести к большему ущербу для предприятия, чем преимущества, которые компания получит в результате внедрения инновационных сервисов.

Что же касается проектов с использованием виртуальной и дополненной реальности, то от их авторов необходимо требовать, как минимум, верификации моделей и применения механизмов контроля целостности. Сейчас многие говорят о цифровых двойниках, но мало кто может доказать, что предложенная его компанией имитационная модель способна отклониться не более чем на 5% от поведения реального объекта. Еще меньше компаний дают возможность самим пользователям настраивать имитационные модели. Это относится и к образовательному использованию виртуальной реальности. Да, виртуальный тренинг действительно дешевле, но есть ли доказательства того, что он позволяет закрепить навыки реагирования в чрезвычайной ситуации на уровне, сопоставимом с физическим полигоном или реальной работой? Инновации не должны идти во вред.

Валерий Коржов, Connect

ВИРТУАЛЬНАЯ РЕАЛЬНОСТЬ – термин, характеризующий особый тип взаимодействия между разнородными объектами (располагающимися на разных иерархических уровнях), а также специфические отношения между ними – порожденности и интерактивности. Объекты виртуального уровня порождаются объектами нижележащего уровня, но, несмотря на свой статус порожденных, взаимодействуют с объектами порождающей реальности как онтологически равноправные. Совокупность виртуальных объектов относительно порождающей реальности и образует виртуальную реальность. Виртуальные объекты существуют только актуально, только «здесь и теперь», пока в порождающей реальности происходят генерирующие их процессы; с окончанием процесса порождения соответствующие виртуальные объекты исчезают. О виртуальной реальности как реальности имеет смысл говорить еще и потому, что в виртуальной реальности существуют свои «законы природы», свои характеристики времени и пространства, несводимые к законам, времени и пространству порождающей реальности. Примером такого рода объектов являются виртуальные частицы в физике. В виртуалистике, занимающейся виртуальными реальностями, порождающая реальность называется константной, поскольку относительно виртуальной реальности она существует постоянно.

Виртуальность и константность образуют категориальную оппозицию, не имеющую определенной субстанциальной отнесенности: виртуальная реальность может породить виртуальную реальность следующего уровня, став относительно нее константной реальностью. Константная реальность первого уровня может «свернуться», став виртуальным объектом новой константной реальности. Количество порождений виртуальных реальностей, сворачиваний константных реальностей в виртуальные объекты и последующего их разворачивания в принципе не ограничено. Виртуальные реальности могут быть самой разной природы – психологическими, физическими, социальными, химическими, политическими и т.п.

Во 2-й пол. 20 в. идея виртуальности возникла одновременно в нескольких сферах науки и техники. В квантовой физике стали говорить о так называемых виртуальных частицах, характеризующихся особым статусом существования (в отличие от других элементарных частиц). В авиационной технике была разработана виртуальная кабина самолета, особым образом предоставляющая летчику информацию о полете и окружающей обстановке. В эргономике была создана модель виртуального полета самолета, фиксирующая особый тип взаимодействия летчика и самолета в отдельных режимах полета. В психологии были открыты виртуальные состояния человека. И, наконец, был предложен термин «виртуальная реальность» для обозначения особых компьютеров, дающих пользователю интерактивное стереоскопическое изображение. В результате в массовом сознании термин «виртуальная реальность» стал ассоциироваться именно с компьютерами.

Идея виртуальности в явном виде использовалась в схоластике, где она вводилась через противопоставление, с одной стороны, субстанциальности, а с другой – потенциальности: виртуальный объект существует, хотя и не субстанционально, но реально, и в тоже время – не потенциально, а актуально. С помощью понятия виртуальности в схоластике решались такие проблемы, как возможность сосуществования реальностей разного уровня, образования сложных вещей из простых, энергетическое обеспечение акта действия, соотношение потенциального и актуального. Эти проблемы решались за счет полагания реальности второго уровня (в пределе – божественной реальности), в которой виртуально присутствует энергия (virtus), дающая силу для разворачивания акта.

В научной картине мира, возникшей в Новое время, признавалась лишь одна реальность – природная, сохранялась идея силы (схоластического virtus) и различались физические, психические и др. силы. Однако эта картина мира была внутренне противоречива. Если в случае простых событий (напр., притяжения двух предметов) еще можно апеллировать к тому, что таков закон всего космоса (всемирный закон тяготения), то для более сложных событий (напр., отношения двух людей) требуется признание каких-то промежуточных уровней реальности, которые объясняли бы, почему в одном случае отношения соответствуют одному типу законов, а в другом – другому. Возрождение идеи виртуальности в 20 в. явилось реакцией на затруднения новоевропейской науки. См. также статью Виртуальность.

Литература:

1. Носов Н.А. Виртуальный человек. М., 1997;

2. Труды лаборатории виртуалистики, вып. 1–4. М., 1995–98;

Virtual Reality

Виртуальная реальность

Не так давно компьютеры считались удивительным изобретением. Сегодня они составляют часть нашей повседневной жизни. Самая последняя новинка сегодня — это виртуальная реальность. Система виртуальной реальности может переносить пользователя в экзотические места, такие как пляж на Гавайях, или внутрь человеческого тела.
Система виртуальной реальности пока еще на начальных стадиях разработки. В настоящий момент, чтобы увидеть фантастический мир, необходимо надеть большой шлем на голову; чтобы манипулировать объектами, которые вы там видите, нужно надеть специальную перчатку на руку. Линзы и два маленьких демонстрирующих экрана внутри шлема создают впечатление, что экраны окружают вас со всех сторон.
Вы можете сопровождать предметы в компьютере, поднимать и изучать их, прохаживаться и видеть вещи под разными углами зрения.
Уже сегодня виртуальная реальность используется в медицине. В больницах хирурги могут планировать операцию, вначале «путешествуя» по мозгу, сердцу или легким, не вредя телу. Она также используется в милицейских школах. Ученики в школах могут изучать великую пирамиду или молекулы изнутри. Основатели виртуальной реальности говорят, что у нее мощный потенциал.
Слово, которое близко описываемой виртуальной реальности, — симулятор. Технология виртуальной реальности напоминает симуляторы полета, которые используются, чтобы тренировать пилотов. Но, конечно, у нее есть преимущества и недостатки. В плохих руках виртуальная реальность может быть использована для неудержимых фантазий и порнографии.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *