Животные в VR

Большой массив научных исследований обрушился на животных с появлением в руках человека удобных инструментов, изобретательных технологий, лабораторного оборудования. Свою лепту в этот массив внесла и виртуальная реальность (VR). Читатель, наверняка, видел хотя бы пару видеороликов про котиков, которые гонялись за мышкой или мухой на экране планшета. Это пример манипуляции животным с помощью примитивной VR в домашних условиях. Ученые ставят в своих исследованиях с помощью VR другие задачи: изучение зрения, познания или сенсомоторного контроля животного, его поведенческих паттернов а также стимулируют животное к чему-либо.

VR позволяет крайне упростить для исследователей моделирование внешней искусственной среды, привнося в нее не только статические, но и динамические объекты и сцены с обратной связью, отличающиеся разнообразием и легкостью настройки. До эпохи VR использовалось три вида искусственных раздражителей (stimuli) в поведенческих экспериментах: статические, абстрактные и видео. Как правило, это была имитация объектов, а не цельного визуального окружения.

Появление виртуальных раздражителей – революционный шаг. Это наиболее продвинутая категория стимулов для реакции. Содержание раздражителя создается виртуально, то есть с использованием технологии компьютерной графики и анимации. Достигаемая цель – повышение иммерсивности (погружения в искусственную среду) и устранение ограничения предыдущих методов.
В компьютерных графических раздражителях пользователь может настраивать детали, что обычно невозможно с видеораздражителями. Все компоненты программируются и могут быть изменены независимо, то есть форма, размер, цвет, фон и движение объектов могут быть индивидуально изменены для каждого эксперимента. Графический дизайн и рендеринг выполняются с использованием методов видеоигр.
В виртуальных раздражителях появился функционал, недостижимый ранее – интерактивность. Виртуальное окружение может программируемо меняться в реальном времени в зависимости от поведения объекта исследования. Если раньше раздражитель влиял на поведение животного, то сейчас и поведение животного стало влиять на состояние раздражителя, что кардинально повысило реалистичность. Если раньше животное могло привыкнуть к статическому раздражителю и перестать на него реагировать, то с появлением обратной связи от раздражителя все изменилось для экспериментаров в лучшую сторону.

Технически виртуальное окружение может конструироваться разными механиками:

• Механический дизайн. Насекомое находится внутри цилиндра с повторяющейся картинкой-паттерном. Движение насекомого с обрезанными крыльями по шару запускает вращение цилиндра, что в его визуальном поле является имитацией полета.
• Гибридный дизайн. Вместо цилиндра используются экраны и проекторы. А животное закрепляется на беговой дорожке, которая позволяет точно отслеживать его перемещение, и это используется для динамического изменения визуального окружения.
• Цифровой дизайн. В экспериментах с истинной виртуальной реальностью животное свободно передвигается в среде. Данные о его перемещениях поступают с нескольких видеокамер слежения. На окружающих животное экранах (в том числе изогнутых) изображение меняется синхронно с его движением.

В отличие от VR-приложений для людей, VR-окружение для животных имеют ряд особенностей. Так животные могут видеть в более широком спектре света или наоборот, быть дальтониками. Некоторые животные обладают более высоким порогом слияния последовательности изображений в непрерывное видео, т.е. если для человека достаточно 24 кадров в секунду, то для такого животного это значение нужно раза в три повышать. Острота зрения животного также может превосходить человеческую, и разрешение картинки надо увеличивать, иначе животное увидит пикселизацию.

Особо глубоких и продолжительных исследований не требуется в некоторых применениях VR в животном мире. Так фермер из Турции просто взял и надел на своих коров в коровнике во время дойки VR-очки, в которые транслировались виды зеленых лугов. Как результат, надои молока от каждой коровы повысились в среднем с 22 до 27 литров в сутки. Этому способствовало снижения уровня тревожности животных.

Решение MouseGoggles посложнее. Ученые создали VR-гарнитуру для мышей. В сборке оптической части применялись стандартные электронные элементы и распечатанные на 3d-принтере минидетали. Софтверная часть запускается на компьютере Raspberry Pi 4 и написана в игровом движке Godot. Сама мышь закрепляется на каркасе, устанавливается на подвижный шар, к ее голове подводится VR-шлем с двумя SPI-дисплеями, также прикрепленный к каркасу. Мышь бежит, оставаясь на месте в пространстве, шар крутится, являясь контроллером движения, изображение в очках меняется синхронно с движением шара. Есть опция, позволяющая отслеживать глаза мыши, которые тоже могут являться контроллером.

Ряд экспериментов требует от исследователей изобретательности. Чтобы максимально скрыть от чрезмерно глазастого подопытного двухмерность экранов требуется с помощью камер отслеживать зрачки животного, по размеру и размещению которых можно определить, на какую глубину и в каком направлении смотрит животное, и соответственно увеличить четкость изображение в этом направлении, а вокруг заблюрить. И на что только не пойдет человек, чтобы обмануть животное…

сентябрь 2026, Анатолий Опарин для компании "HBK "Kocмocoфт"