KUNSKAPENS KRONA III SEMINARIE 1

KUNSKAPENS KRONA III SEMINARIE 1 Anförande av Anders Ynnerman & Staffan Truvé Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademien representeras av min kollega Anders Ynnerman, professor i vetenskaplig visualisering, och mig själv, Staffan Truvé. 1. Vi är visuella varelser Vi människor är visuella varelser. Så långt tillbaka som vi kan följa mänsklighetens kultur och historia ser vi exempel på att det visuella är av fundamental betydelse för oss: i form av grottmålningar, hällristningar och teckningar kommunicerar vi - både med våra samtida och med våra efterlevanden. Varför detta fokus på det visuella? Jo, våra ögon ger bredband till hjärnan hela 70 % av kroppens sinnesceller finns i ögonen, och synen producerar alltså mängder av information. Vissa forskare hävdar att hälften av vår hjärnkapacitet används till att tolka synintryck. Det är därför inte underligt att synen är vårt viktigaste sinne för att förstå och uppleva naturen. Detta gör också att när vi med modern informationsteknik försöker förstå naturen, både i stort och smått, så blir visualisering av information en allt viktigare teknik. Eftersom vi skapar allt mer information och måste kunna tolka den effektivt så måste vi utnyttja denna bredbandskanal till hjärnan. Visualiseringstekniken utnyttjar datorernas förmåga att skapa bilder från stora informationsmängder, och kombinerar detta med vår egen fantastiska förmåga att tolka bilderna och då uppstår oanade möjligheter! Vi vill gärna ägna några minuter åt att förmedla ett antal exempel på hur detta kan gå till! 2. Att synliggöra det osynliga Mänskligheten har alltid strävat efter att utforska det universum som ligger bortanför det som vi direkt kan uppfatta. Teleskop och mikroskop är exempel på instrument som förstärker våra sinnen. För att tolka infångade data använder vi ofta bildmetaforer. Med hjälp av datorteknik skapar vi realistiska och interaktiva bilder som representerar informationen. Vi kan då utforska den osynliga naturen på samma intuitiva sätt som vi utforskar den synliga. Tekniken ger oss nya avancerade glasögon för att synliggöra det osynliga. Moderna teleskop samlar nu in enorma datamängder och visualisering gör det möjligt för oss att förstå och förmedla mycket komplexa astronomiska fenomen. Vi färdas nu virtuellt från jordens yta ut i rymden. Bilderna är mycket realistiska men är helt syntetiska och gjorda utgående från insamlade satellitdata tillsammans med simuleringsteknik. Vi kan också förstärka bilden av vår jord genom att visualisera de kommunikations, navigations och vädersatelliter som

kretsar kring jorden och få en uppfattning om hur långt mänskligheten kommit i sin permanenta närvaro utanför jordens atmosfär. Med visualisering kan vi på samma sätt som vi upplever en färd över jordens yta på bråkdelen av en sekund förflytta oss till Mars och virtuellt flyga över Valles Marineris (Mars Grand Canyon). Vi befinner oss på ungefär samma höjd som ett högflygande passagerarplan skulle färdas och känner oss mycket närvarande i denna främmande miljö. Data är infångade av olika sonder som sänts till Mars under många år och sammansätts till konsistenta världar som vi virtuellt kan besöka utan att någon människa ännu varit där. Vi kan även förflytta oss vidare ut i rymden och se vårt eget solsystem försvinna i fjärran och solen blir en av de miljarder stjärnor som utgör vår galax, vintergatan. Vi rör oss med hastigheter långt över ljusets och noterar att i den virtuella representationen av universum sätter inte relativitetsteorin någon gräns för hur fort vi kan åka. Vi ber Albert Einstein om ursäkt och fortsätter att accelerera. Allteftersom vi förflyttar oss ut i universum ser vi våra närmaste galaxgrannar och hur kartan över universum spelas upp i tre dimensioner för oss. När vi åker utåt i universum åker vi också bakåt i tiden och närmar oss nu snabbt universums begynnelse. Vi kan se unga ljusstarka galaxkärnor, s.k. kvasarer, och till sist når vi ut till gränsen för det kända universum, Big Bang, som i denna representation är en sfär som innesluter hela det kända universum. På samma sätt som vi kan resa ut i rymden kan vi resa inåt i människokroppen. Med hjälp av röntgen- och magnetkameror kan vi få mycket detaljrik information om hur människans kropp ser ut inuti. Utvecklingen går mycket fort och den information som ställs läkare till förfogande ökar snabbt. Visualisering blir ett allt viktigare verktyg även inom hälso- och sjukvård. Med de senaste visualiseringsmetoderna kan vi på vanliga PC datorer interaktivt navigera i kroppens inre. Vi ställer in våra visualiseringsparametrar för att välja ut det som ska studeras. Muskler, ben, organ, tumörer, men vad är det som skall synas och vad skall vara genomskinligt? Vilka färger skall användas för att representera de olika organen? Det krävs skicklighet för att producera inte bara estetiskt vackra utan också användbara bilder. En spektakulär ny tillämning är genomförande av virtuella obduktioner där man kan leta efter t ex benbrott eller kulfragment som är svåra att finna. Dagens visualiseringsteknik är bara början på hur vi kan förstärka våra sinnen för att se det som finns inuti levande organismer och förstå vilka funktionella samband som råder Metoderna är inte bara begränsade till att studera människor. Djurens anatomi kan också utforskas med samma apparater och metoder. På helt nya vis kan vi skapa en förståelse för hur djuren ser ut inuti. I visualisering använder vi oss av bildspråk för att förmedla information, men vi kan också utnyttja våra andra sinnen. I detta exempel använder vi oss av känsel

och låter användaren känna på data. Genom en mekanisk penna kan man stöta på virtuella objekt och känna deras motstånd. I detta fall är det ett slående hjärta infångat från en verklig patient. Med den virtuella pennan kan man interaktivt undersöka hjärtat och känna hjärtats rörelser i handen medan det arbetar. Nästa steg inåt i det osynliga universum är att studera hur celler, proteiner och mindre molekyler samverkar att visualisera livets byggstenar. Information från många olika källor visualiseras och en pedagogisk bild av cellens komplexa förlopp förmedlas. Det är viktigt att ifrågasätta vilka metaforer som används. Förenklingar som görs kan leda till övertolkningar. Men visualiseringen är ett oerhört kraftfullt hjälpmedel för att förmedla kunskap om svårbegripliga biologiska fenomen. 3. Att verkliggöra det overkliga Förutom att synliggöra det osynliga kan visualisering också användas till att synliggöra det overkliga, det vi har tänkt men ännu inte har realiserat. Sedan länge har vi gjort detta genom teckningar och målningar, men kombinationen av visualisering och simulering skapar också möjligheter för oss att på helt nya sätt uppleva världar som inte finns. Datorn kan simulera spelreglerna för en påhittad värld och se till att den beter sig på rätt sätt, och visualiseringen låter oss förflytta oss i den och interagera med den. Redan i början av 90-talet pratade man mycket om VR - virtual reality/virtuella verkligheter, och svenska forskare var världsledande inom området. Men av olika anledningar avstannade entusiasmen både forskningsmässigt och industriellt. Så för ett par år sedan återkom intresset med Second Life, en virtuell värld som fick mycket stor uppmärksamhet t.ex. byggde Sverige en ambassad i denna värld som invigdes med pompa och ståt. Nyhetens behag gick dock återigen över ganska snabbt som vi ser här är det idag en ganska ödslig värld, där vi kan vandra runt länge utan att hitta någon att prata med. Second Life visar dock på ett intressant fenomen: hur bundna vi är vid våra uppfattningar om världen hus och annat som byggs i Second Life har nästan alltid väggar och tak precis som vanliga hus trots att de befinner sig i en virtuell värld där det aldrig regnar! De virtuella världar som verkligen har fått trogna invånare är i stället spelvärldarna. World of Warcraft har idag fler invånare än Sverige 11 miljoner. Här blir alltså en påhittad värld högst påtaglig med hjälp av simulering och visualisering, men framför allt genom sin stora befolkning av människor som gör världen intressant att vistas i även virtuella världar blir faktiskt intressanta först när vi kan träffa andra människor där. Idag är det många framför allt ungdomar men också allt fler äldre som lever och umgås en fjärdedel av sin tid i en virtuell värld; vilka konsekvenser detta får på sikt för synen på det virtuella och det verkliga återstår ännu att se, men en kvalificerad gissning är att det leder till att gränserna suddas ut.

De virtuella världarna kopplas också allt mer till de verkliga. I den riktiga världen handlar man redan idag med föremål från den virtuella världen, och till exempel i den svensk-skapade världen Entropia har man en valuta som kan växlas till dollar, euro och kronor. Det finns idag många människor som försörjer sig i den verkliga världen genom att tjäna pengar i den virtuella, till exempel genom att skaffa och sälja saker, bygga hus mm. Ibland ställer man sig frågan om inte detta bara är handel med luftslott, men som vi har sett inte minst i den senaste tidens finanskris är detta kanske en frågeställning som gäller i den verkliga världen precis lika mycket som i den virtuella! 4. Att blanda det verkliga och det overkliga Det blir också allt vanligare att det verkliga och det påhittade blandas det vanligaste förekommande exemplet är kanske specialeffekter i filmer, där vi t.ex. kan få se riktiga människor interagera med flockar av virtuella vargar. Vi kan här se hur vår syn på vad som är verkligt och overklighet håller på att blandas ihop. Naturen simuleras allt oftare i filmer det är både för dyrt och för komplicerat att använda den verkliga naturen om det ens går. Naturfenomen som vatten och eld simuleras, liksom allt fler av rollkaraktärerna som till exempel sköldpaddan Josef här, den första helt digitala svenska skådespelaren! Här blandas verklighet och overklighet i fiktionens namn och vi slukar denna förbättrade eller expanderade verklighet med god aptit och utan att reflektera alltför mycket över vad som är vad våra ögon och våra hjärnor samspelar och låter oss lura oss själva! Men att som åskådare till en film bara passivt konsumera denna blandning av verkligt och overkligt är inte nog för oss. Nu börjar vi också kunna interagera med den utökade verkligheten. Inom spelvärlden har man börjat experimentera med detta, och i så kallade pervasive games blandas den fysiska verkligheten med den digitala ett föremål har kanske egenskaper vi kan se på vanligt sätt, och andra egenskaper som vi bara kan förnimma genom hjälpmedel som t.ex. speciella glasögon, handskar eller liknande. Detta är ännu så länge ganska omogen teknik som befinner sig på forskningsstadiet, men det råder ingen tvekan om att detta kommer att utvecklas vidare. Detta skapar i sin tur nya intressanta sociala frågor hur kommer till exempel samspelet mellan människor att fungera om vi som går runt på samma gata har olika utökade bilder av gatan? Hur skall vi kunna veta om något som händer är på riktigt eller en del av ett spel som inte vi men våra grannar på gatan medverkar i? Frågan om vår syn på naturen (eller verkligheten) ställs här på sin spets vad är verkligt och vad är overkligt?

6. Avslutning Vår förutsägelse är att vi i framtiden till en allt större del kommer att uppfatta den osynliga delen av naturen som en del av vår verklighet. Tekniken är nu så sofistikerad att det är svårt att avgöra vad som är foto och video och vad som är en syntetisk och tolkad representation av verkligheten. På samma sätt kommer vi att uppfatta de simulerade världarna som en gångbar verklighet genom att vi översätter dessa till vår egen begreppsvärld. Detta leder oss till ett nytt expanderat natur- och verklighetsbegrepp som även inkluderar en digital verklighet. Gränserna suddas ut allt mer, och vi får en större och rikare värld att leva i. Den virtuella världen skapar kreativa möjligheter: här kan envar vara kung i sitt eget rike!