Mitä on virtuaalitodellisuus? Ennen filosofista tarkastelua on syytä määritellä, mitä ymmärrämme virtuaalitodellisuudella. Tässä luvussa tarkastellaan virtuaalitodellisuuden terminologiaa ja määritelmiä. Tämän jälkeen tarkastellaan tietokoneella toteutetun virtuaalitodellisuuden toteuttamista, sovelluksia ja kehitysnäkymiä. Lopuksi määritellään puhtaan virtuaalimaailman malli, joka on lähtökohtana seuraavien lukujen filosofisessa pohdiskelussa.
Virtuaalitodellisuutta koskeville käsitteille eikä näiden suomenkielisille vastineille ole vielä vakiintunut yhdenmukaista käytäntöä. Asiayhteydestä riippuen puhutaan virtuaalitodellisuudesta, virtuaalimaailmoista tai -ympäristöistä, keino- tai tekotodellisuudesta, synteettisistä ymäristöistä, digitaalitodellisuudesta tai kyberavaruudesta. Kaikille näille käsitteille ja määritelmille on kuitenkin yhteistä, että ne koskevat inhimillisen havantokokemuksen stimulointia siten, että syntyy impressio jostakin, jota ei ole oikeasti olemassa. Laajoissa, kokemusta korostavissa määritelmissä virtuaalitodellisuuden pariin voidaan lukea myös unet, hallusinaatiot tai mukaansa tempaavien kirjojen ja elokuvien maailmat. Puhtaasti teknologiasta nousevissa määritelmissä virtuaalitodellisuus rajataan ainoastaan tietokoneen generoimaksi ympäristöksi tai kypäränäytöksi. Seuraavassa tarkastellaan ensin virtuaalitodellisuuden käsitettä yleensä sekä sen kahta painotusta: teknistä toteutusta korostavaa virtuaaliympäristöä sekä fiktiosta nousevaa kyberavaruutta.
Sana virtuaalinen (engl. virtual, lat. virtualiter) tarkoittaa näennäistä, keinotekoista tai todellisuutta jäljittelevää2. Sanan virtuaalitodellisuus keksijänä pidetään yleisesti VPL Research -yrityksen entistä pääsuunnittelijaa Jaros Lanieria, joka käytti sitä ensi kerran julkisuudessa Scientific American -lehden artikkelissa 19873. Suomenkielisissä käännöksissä virtuaalitodellisuus on toisinaan käännettu näennäistodellisuuksiksi. Omaperäisin käännösehdotus on Philippe Quéaun kirjan Le virtuel: vertus et vertiges suomentajan Osmo Pekosen käyttämä lumetodellisuus.
Virtuaalitodellisuuden määritelmä voidaan johtaa suoraan virtuaalisuuden määritelmästä: kyse on kuvitellusta, imaginaarisesta todellisuudesta - jostakin, mikä on olemassa keinotekoisesti, luonnollista malliaan mahdollisimman hyvin simuloiden5. Myös Hintikka korostaa määritelmässään, että kyseessä on ensisijaisesti todellisuuden mallinnus ja simulointi tietokoneella, vaikka virtuaalitodellisuus onkin käsitteellisesti laajempi ja kattaa esim. sähköisen taiteen, unimaailmojen simuloinnin ja virtuaalitodellisuuspelit6. Carr puolestaan puhuu synteettiseen havaintoon perustuvasta kokemuksesta, joka vastaa todellista havaintoihin perustuvaa kokemusta, jolloin abstrakti ilmenee konkreettisena ja intuitiivisena7. Todellisuuden simulointi on kuitenkin vain eräs virtuaalitodellisuuden piirre: virtuaalitodellisuus ei välttämättä pyri jäljittelemään todellisuutta. Simulaatiotodellisuus on vain eräs virtuaalitodellisuuden laji.
Useimmissa määritelmissä virtuaalitodellisuus rajataan koskemaan vain tietokoneella luotuja keinotodellisuuksia. Yleisesti käytetty virtuaalitodellisuuden määritelmä on "näkö-, kuulo- ja tuntoaistin aktivoiva simuloitu maailma, jossa käyttäjä voi liikkua tietokoneen luomassa digitaalisessa 'tilassa', erilaisia todellisuuden ilmiöitä ja maisemia jäljitellen"9. Tässä on kuitenkin huomattava, että virtuaalitodellisuudessa voidaan simuloida myös sellaisia maailmoja ja ympäristöjä, joilla ei ole vastinetta reaalitodellisuudessa10. Kaikkein tiukimmissa teknologisissa määritelmissä virtuaalitodellisuus sidotaan johonkin toteutustapaan ja siinä käyetettyyn laitteistoon. Esimekiksi Huhtamo puhuu "tilasta, joka muodostuu astuttaessa tietokonesensoreilla varustettuna ns. data-asuun tai ainakin datakypärään, datalaseihin ja datahanskoihin pukeutuneena sisään tietokoneen visualisointimahdollisuuksien avulla luotuun kuvaan"11 . Tämä on sikäli harhaanjohtavaa, ettei virtuaalitodellisuuden toteutuksessa välttämättä tarvita mitään datakypärää tai -hansikkaita.
Laajasti ymmärrettynä virtuaalitodellisuutta voidaan verrata mihin tahansa kokemukseen, jossa ympäröivä todellisuus kaikkoaa tilapäisesti. Jotkut ovatkin sitä mieltä, että elokuvat, televisio, maalaukset ja teatteri ovat kaikki virtuaalitodellisuuksia. Näiltä puuttuu kuitenkin eräs piirre, jota alan kirjallisuudessa pidetään virtuaalitodellisuudelle tunnusomaisena, nimittäin laaja vuorovaikutteisuus.12 Esimerkiksi Sherman ja Judgins asettavat virtuaalitodellisuuden minimivaatimuksiksi reaaliaikaisen, miltein ilman viivettä tapahtuvan vuorovaikutteisuuden sekä uskottavuuden. Todellisuuden uskottavuus on sinänsä hankalasti määriteltävä ominaisuus, mutta sen testaamiseksi voidaan käyttää esimerkiksi Myron Kruegerin esittelemää väistötestiä: käyttäjä kokee virtuaalitodellisuuden uskottavana, mikäli hän väistää päähänsä tähdättyä virtuaalikiveä.
Virtuaalitodellisuuden kokemusta on usein verrattu myös puhelimen tai tietokoneverkon käyttöön. Margaret Morse lähtee liikkeelle tilan käsitteestä. Virtuaalitodellisuus on täysin epätilaa, koska sillä ei ole paikkaa, se ei ole missään. Subjekti on osaksi sisäpuolella ja osaksi ulkopuolella. Myös puhelimessa ja tietokoneverkkoa käyttäessä käyttäjä on samalla tavalla virtuaalisessa epätilassa - paikka, jossa puhelimessa puhuja kohtaa keskustelukumppaninsa ei ole paikallistettavissa tähän maailmaan.14 Quéaun mukaan puhelimella ja virtuaalitodellisuudessa tapahtuvaa viestintää yhdistää samanlainen etäläsnäolo (telepresenssi): käyttäjä lähettää matkan päähän esityksen itsestään. Kuitenkaan virtuaalitodellisuudessa ei ole kyse samasta kuin puhelimen käytössä, koska lähetetyt ja vastaanotetut viestit eivät ole todellisuuden analogisia esityksiä, vaan kokonaan udentyyppisen todellisuuden numeerisia simulaatioita.
Tietokoneverkkojen käytössä rajaus on ongelmallisempi. Kyse on digitaalisessa muodossa tapahtuvasta etäläsnäolosta ja esimerkiksi Hintikka pitääkin sekä virtuaalitodellisuutta että tietoverkkoja digitaalitodellisuuden suuntauksina16. Jotkut pitävät verkossa pelattavia, monen käyttäjän samanaikaiseen vuorovaikutukseen perustuvia MUD:eja (Multi User Dungeons) virtuaalitodellisuuden esiasteena. Vaikka MUD:it ovatkin tekstipohjaisia, ne ovat vahvasti visuaalisia: monimutkaiset paikat, hahmot ja esineet ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa keskenään ja pelaaja voi kokea olevasa jossain toisessa todellisuudessa. Kolmiulotteiseen grafiikkaan perustuvissa MUD:eissa todellisuuden tuntu on vielä voimakkaampi.
Yllä esitetystä näemme, ettei virtuaalitodellisuudelle ole yhtä yhtenäistä määritelmää. Itse asiassa ei ole yhtä ainutta virtuaalitodellisuuttakaan, vaan joukko monenlaisia virtuaalitodellisuuksia - kuten Huhtamo toteaa - joista osa on realiteettejä, osa kuvitelmia ja fantasioita18. Tästä syystä monet tutkijoista ovat alkaneet käyttää muita tarkemmin määriteltyjä termejä niistä virtuaalitodellisuuden osa-alueista, joka kulloinkin on tarkastelun kohteena. Tutkimuslaboratorioissa puhutaankin mieluummin virtuaalimaailmoista kuin virtuaalitodellisuudesta, ja vielä mieluummin virtuaaliympäristöistä.
Siinä, missä virtuaalitodellisuudessa on kyse käyttäjän olotilasta ja kokemuksesta, on virtuaaliympäristön painopiste toteutuksessa. Virtuaaliympäristö on kokonaisvaikutelma todentuntuisesta, mutta teknisin keinoin luodusta ympäristöstä. Virtuaaliympäristön määritelmää ei ole sidottu yhteen toteutustapaan, mutta sen tulee täyttää tiettyjä ominaisuuksia. Ensinnäkin virtuaaliympäristön tulee olla vuorovaikutteinen. Keinotekoisen ympäristön on vastattava käyttäjän toimenpiteisiin. Minimissään tämä merkitsee sitä, että käyttäjän liikkuminen aiheuttaa katselupisteen siirtymistä ja näkymien vaihtumista vastaavalla, luonnollisella tavalla.
Toinen virtuaaliympäristöille asetettu vaatimus on autonomisuus. Ympäristö (laite, joka sen tekee) ei saa ennalta määrätä, mitä tulee tapahtumaan. Käyttäjällä tulee olla vapaus liikkua, toimia ja valita katselupisteensä virtuaaliympäristössä.21 Kolmanneksi ympäristöltä vaaditaan deterministisyyttä ja tarkkuutta. Ympäristön tulee perustua suunnitelmallisuuteen eikä sattumaan. Vuorovaikutuksen ja kaiken ympäristössä tapahtuvan tulee olla hallinnassa olevien säännöstöjen varassa.
Neljänneksi virtuaaliympäristöltä vaaditaan immersiivisyyttä. Immersiolla tarkoitetaan "sisäänsä sulkevuutta" tai "uppoutumista"; ympäristön tulee kokonaan tai osittain ottaa käyttäjä sisäänsä niin, että hän ilman ylimääräisiä ponnisteluja tuntee olevansa uudessa ympäristössä. Joskus nämä tuntemukset jaetaan edelleen uppoutumisen (immersion) ja läsnäolon (presence) tuntemuksiksi.
Virtuaalitodellisuuden sukuisia, tutkimuksessa käytettyjä termejä ovat myös Myron Kruegerin kehittämät keinotodellisuus (artificial reality) ja responsiiviset ympäristöt24 sekä synteettinen tai digitaalitodellisuus, jonka osa-alueina Hintikka luettelee mm. tietoverkot, virtuaalitodellisuuden ja simulaattorit25. Merkittävin virtuaalitodellisuuden rinnalla esiintyvä termi on kuitenkin kyberavaruus (engl. cyberspace), jota käytetään asiayhteydestä riippuen virtuaalitodellisuuden synonyymina, sen osa-alueena tai yliluokkana.
Sana kyber tulee kreikan sanasta "kybereo" - ohjata, opastaa, hallita. 1948 Norbert Wiener otti käyttöön sanan kybernetiikka kuvaamaan tietokoneita käyttäviä ohjausjärjestelmiä. Sen jälkeen etuliitettä kyber on käytetty tietokoneiden ja robottien yhteydessä. Sanan kyberavaruus puolestaan keksi tieteiskirjailija William Gibson 1984 kirjaansa Neuromancer.27 Tieteiskirjallisuudessa ja -elokuvissa gibsonilainen kyberavaruus - tai "matriisi" - esitetään globaalina informaation tietokoneverkkona, jossa data on koodattu kolmiulotteiseen, moniväriseen muotoon. Käyttäjä kytkeytyy kyberavaruuteen tietokonepäätteen kautta, jonka jälkeen hän voi "lentää" itseään edustavassa kyberruumiissa halki kyberavaruuden tai tutkia tiettyjä alueita kaupungissa menemällä dataa esittävien rakennusten sisään. Käyttäjien lisäksi kyberavaruudessa muunkinlaisia älykkäitä entiteettejä kuten aiemmin ladattuja (kuolleiden) ihmisten persoonallisuuksien konstrukteja tai itsenäistä tekoälyä (artificial intelligence, AI).
Nykyisin kyberavaruudella tavallisesti tarkoitetaan kolmiulotteisena näyttäytyvää tietoverkkoa, johon käyttäjä voisi kytkeytyä puhelin- tai kaapeliverkkoa pitkin ja liikkua siellä virtuaalisesti29. Kyberavaruus olisi toisin sanoen Internetin ja virtuaalitodellisuuden yhteensulautuma - monen käyttäjän virtuaaliympäristö. Kyberavaruuden käyttäjällä olisi eräänlainen kolmiulotteinen käyttäjätunnus, jonka hän voisi muokata haluamansa näköiseksi, valita sille haluamansa identiteetin, sukupuolen tai vaikka höyryveturin hahmon. Käyttäjä voisi olla kyberavaruudessa samanaikaisesti myös useilla eri identiteeteillä.
Kyberavaruus on tavallisin virtuaaliympäristöistä käytetty nimitys puhtaasti teknologisen tutkimuksen ulkopuolella. TeKes-raportin määritelmän mukaan kyberavaruus on "tieteisromaanityyppinen nimitys synteettiselle todentuntuiselle usean käyttäjän yhteiselle tilalle, jossa tietokonedataa esitetään jokaiselle ja useille aisteille".31 Kyberavaruus on siis eräs virtuaalitodellisuuden osa-alue, joka on kokonaan tietokoneen generoima32. Kyberavaruuden termiä käytetään kirjallisuudessa kuitenkin myös tästä poiketen virtuaalitodellisuuden yläkäsitteenä. Ferrowstonen ja Burrowsin poikkeuksellisen määritelmän mukaan kyberavaruus on yleiskäsite, jonka variantteja ovat "barlovilainen" kyberavaruus eli kansainvälinen tietokoneverkko, virtuaalitodellisuus eli tietokoneen generoima näkö-, kuulo- ja tuntoaistimukseen perustuva multimediaesitys sekä gibsonilainen tieteiskirjallisuuden kyberavaruus33. Myös Heim käyttää virtuaalitodellisuuden sijasta mieluummin yleiskäsitettä kyberavaruus, joka voi sisältää monia virtuaalimaailmoja.
Virtuaalitodellisuutta kyberavaruuden mielessä ei ole vielä olemassa. Sen sijaan rajattuja virtuaaliympäristöjä on toteutettu nykyteknologialla ja niiden sovelluksia on käytössä. Seuraavassa tarkastellaan virtuaaliympäristöjen toteuttamisen periaatteita, mahdollisia sovellusalueita sekä tulevaisuuden kehityshaasteita.
Virtuaaliympäristöjen toteuttamisen lähtökohtana ovat edellä mainitut neljä vaatimusta: vuorovaikutteisuus, immersio, autonomisuus sekä deterministisyys ja tarkkuus. Käyttäjän ja virtuaaliympäristön välinen vuorovaikutus ja immersio saadaan aikaan aisteja stimuloimalla sekä havainnoimalla käyttäjän reaktioita. Tässä luvussa tarkastellaan ihmisen eri aistein toteuttamista virtuaaliympäristöissä, nykyisiä laiteratkaisuja sekä virtuaalimaailman luomista.
Virtuaaliympäristöjen tekniikan tavoitteena on ihmisen ja koneen välisen vuorovaikutuksen parantaminen. Tällä kertaa lähtökohtana on kuitenkin ihminen ja hänen aistinsa. Ihmisen ja koneen välinen vuorovaikutus saadaan paremmaksi, kun käyttäjän ei tarvitse kiinnittää erikseen huomiota ihmisen ja koneen liitäntään. Tästä ihmisen ja koneen välisestä liitännästä käytetään nimitystä rajapinta (engl. interface, kr. "prosopon" - "kasvot kasvoja vasten"). Kun kaksi informaationlähdettä tulee vuorovaikutukseen keskenään, syntyy rajapinta. Ihmisen kytkeytyessä koneeseen, synnyttävät laitteisto ja ohjelmisto rajapinnan, jonka välityksellä ihminen ja kone voivat olla vuorovaikutuksessa keskenään. Virtuaaliympäristöjen tavoitteena on tämän rajapinnan häivyttäminen mahdollisimman näkymättömäksi.
Tästä seuraavana välillisenä tavoitteena on immersion, ympäristöön uppoutumisen kokemus. Koska kyseessä on nimenomaan tuntemus, ei puhdas tekninen lähestymistapa riitä, vaan liikkeelle lähdetään ihmisen aisteista, käsityksenmuodostusmekanismeista ja ominaisuuksista. Virtuaaliympäristöjen tekniikka tähtää perusteellisesti ja tarkasti mallinnettujen keinotekoisten aistimusten synnyttämiseen siten, että käyttäjä tuntee olevansa läsnä synteettisessä ympäristössä. Toisaalta samalla tekniikalla järjestetään ihmiselle myös toimintamahdollisuuksia kyseisessä näennäisympäristössä.
Virtuaaliympäristöjen toteutuksessa lähdetään liikkeelle ihmisen näköaistista.Tavoitteena on luoda vaikutelma kolmiulotteisessa tilassa olemisesta ja liikkumisesta. Näkymän projektio silmän verkkokalvolla liikkuu ja muuttaa muotoaan täsmälleen samoin kuin se tekisi tosioloissa ihmisen liikkuessa ja kääntäessä päätään ja katsettaan. Voisi puhua verkkokalvoaistimuksen syntetisoinnista, jolloin kuvaa ei enää "katsella", vaan se nähdään kaikkialla käyttäjän ympärillä.
Näköaistimuksen tuottamisessa on huomioitava eräitä silmän fysiologisia ominaisuuksia. Ensinnäkin ihmisen näkökenttä, avaruuskulma, josta silmän optiikka välittää verkkoaistimuksen, on varsin laaja. Molemmat silmät yhdessä kattavat vaakasuunnassa noin 200 asteen kulman. Näkökentän korkeus puolestaan on lähes 120 astetta. Näyttölaitteiden pitäisi kyetä tuottamaan verkkokalvolle projisoitavaa laajalta alalta kuvan vääristymättä sekä kyetä vielä päivittämään tätä kuvaa katseen liikkuessa.
Kuvan syvyysvaikutelma syntyy useista eri tekijöistä. Tärkein syvyysvaikutelman luovista tekijöistä on ihmisen stereoskooppinen näkö. Silmien keskinäinen etäisyys ja tästä johtuva verkkokalvoprojektioiden ero synnyttää syvyysvaikutelman. Eräiden arvioiden mukaan noin 10 prosentilta väestöstä puuttuu kuitenkin tämänkaltainen stereonäkökyky. Ihminen pystyy muodostamaan käsityksen syvyyssuuntaisista etäisyyksistä muutenkin ns. yhden silmän vihjeiden perusteella.
Liikeparallaksi on eräs tärkeimmistä syvyysvihjeistä. Silmien liike siirtää lähempänä olevia kohteita nopeammin ja enemmän kuin etäällä olevia kohteita. Käsityksen kohteiden syvyyssuuntaisesta sijainnista antaa myös kohteiden toistensa peittävyys. Tekstuuri eli kohteiden ja kappaleiden pintarakenne, sen muodot, suunnat ja yksityiskohtien määrät ovat vaistonvaraisesti käytetty vihje niin syvyyssuuntaisista mitoista kuin muodosta. Muita syvyysvihjeitä ovat perspektiivin aiheuttamat kohteiden näennäisten kokojen erot eri etäisyyksillä, valaistussuhteet kuten varjot, kiillot ja värierot, silmän tarkentuminen sekä silmäparin sisäänpäin kohdistuminen katsottaessa lähellä olevia kohteita.
Virtuaalinäyttöjen toteutuksessa pyritään käyttämään mahdollisimman monia vihejitä uskottavan kuvan luomiseksi. Tavallisesti näytöt ovat stereoskoopisia, mutta prosessointitehon säästämiseksi käytetään myös muita vihjeitä. Virtuaaliympäristöjen todentuntuisuus perustuu paljolti myös liikeparallaksin sekä erilaisten tekstuurien hyödyntämiseen.
Virtuaaliympäristöjen suunnittelussa pidetään kuuloa näön jälkeen tärkeimpänä aistina. Äänen merkitys kuvaa tukevana vihjeenä on huomattava. Kuulon perusteella ihminen voi muodostaa käsityksen tilan laajuudesta ja pintamateriaaleista. Virtuaaliympäristön äänimaailman voidaan ajatella muodostuvan äänikappaleista, jotka on tavallisimmin sidottu johonkin virtuaaliympäristön näkyvään komponenttiin. Näiden äänikappaleiden paikat ja etäisyydet havaitsijasta vaihtelevat ja äänikappaleet voivat myös peittää toisensa. Virtuaalitodellisuustekniikassa puhutaan äänikuvan näytöstä, joka synnyttää vaikutelman tilasta, äänilähteiden suunnista ja sijainneista. Ihmisen liikkuessa ja kääntäessä päätään on korvan tärykalvojen ja sisäkorvan rakenteiden värähtelyjen vastattava käsitystä suunnista ja tilasta. Tätä varten ääni tavallisimmin tuodan korvakäytävän suulle kuulokkeilla, mutta mahdollisesti voitaisiin käyttää myös ympäröivään tilaan sijoitettua monikanavaista kaiutinsysteemiä.
Audio-visuaalisin keinoin saadaan aikaan jo varsin hyvä vaikutelma virtuaalisista ympäristöistä. Luonnollinen kokonaisvaikutelma virtuaalisesta ympäristöstä edellyttää kuitenkin myös muiden aistien huomioimista. Luonnollinen käsityksen muodostamisen ja vaikuttamisen keino on koskettaminen. Virtuaaliympäristöjen käyttäjän pitäisi pystyä ainakin tarttumaan kohteisiin. Tämä on helposti toteutettavissa mittaamalla käden ja sormien sijainnit sekä asennot esimerkiksi datahansikkaalla ja laskemalla, milloin käsi kohtaa jonkin näennäisen esineen. Ihminen kaipaa kuitenkin myös koskettamisesta seuraavaa tuntoaistipalautetta, tuntemusta, että kädessä todella on esine, joka voi tuntua kylmältä, kuumalta, painavalta jne.
Tuntoaistilla (engl. haptic senses) tarkoitetaan väljässä merkityksessä kaikkea sitä, minkä kautta syntyvät kosketuksen, paineen, kylmyyden, kuumuuden, kivun jne. aistimukset. Tarkemmat erittelyt puhuvat termisistä aisteista (lämpöaisti) sekä kipuaistista. Virtuaaliympäristöjen tekniikassa on aluksi kuitenkin keskitytty vain kosketusaistimuksen tuottamiseen. Tavallisin ratkaisu on rakentaa tuntoaistipalautteen antavat laitteet osaksi datahansikasta. Esimerkiksi pietsovärähtelijöillä tai pumppaamalla ilmaa hansikkaan ilmarakkuloihin tuotetaan aistimus kosketuksesta näennäiseen esineeseen. Toisissa hansikkaissa on nivelistö, joka voidaan lukita siten, että syntyy tuntemus sormien liikkeen esteenä olevasta esineestä.
Ihon pinnan lisäksi myös ihmisen sisärakenteissa on aistimuksia lähettäviä hermopäätteitä. Näistä yhdessä muodostuu lihastunto (kinaesthetic sense), joka vastaa yhdessä muiden aistien kanssa suuresta joukosta asennon, liikkeen ja läsnäolon tuntemuksista. Lihastuntoon vaikuttaminen ei onnistu välittömin keinoin, mutta välillisiä keinoja kyllä on. Esimerkiksi tasapainoelimeen vaikuttavat, kallistamalla kiihtyvyyksiä aikaansaavat laitteet aiheuttavat lihastunnon kautta aistittavia asentomuutoksia. Samoin voimanpalautelaitteiden vastaanpanemiset ja väännöt aiheuttavat aistimuksia myös itse lihaksissa.
Sisäkorvassa sijaitseva tasapainoelin aistii kiertymät, kallistumat ja kiihtyvyydet. Tasapainoelimeen vaikuttaminen tapahtuu käyttäjää kokonaisuudessaan kallistelemalla. Virtuaaliympäristöissä siihen vaikuttaminen on simulaattorilaitteita lukuunottamatta ollut kuitenkin vähäistä. Kyseessä on kuitenkin erittäin voimakas toden tunnun lisääjä, jonka puuttuminen voi aiheuttaa pahoinvointia. Tutkimuksen alla ovat myös maku- ja hajuaisti, jotka ovat ihmisen aisteista ehkä vaikeimmin huiputettavissa.46
Virtuaaliympäristöt voidaan toteuttaa useilla eri tavoilla ja laitteilla. Perusvaatimukset ovat kuitenkin samat: totuudenmukaisuus, tarkkuus, deterministisyys ja toiston puhtaus oli kyseessä sitten kuva, ääni, kosketuspalaute tai mikä tahansa ihmiselle aistittavaksi tarjottu ärsyke. Lisäksi laitteistolta vaaditaan, ettei se saa rajoittaa käyttäjän autonomisuutta, vaan hänellä tulee olla vapaus liikkua, toimia, valita katselupisteensä jne. sekä kokea syntyvän vuorovaikutuksen ja toimiensa seuraukset.
Uppoutumisen (immersion) määrä ja siihen mukaan otettujen aistimusten määrä sekä vuorovaikutuksen ja mallinnuksen intensiivisyys ovat kaikkein luonnollisin virtuaaliympäristöjen jaotteluperuste. Immersiivisyyden perusteella laitteistot voidaan jakaa täysin sisäänsä sulkeviin (fully immersive), osoittain sisäänsä sulkeviin (partially immersive) sekä ei sisäänsä sulkeviin (non-immersive). Täysin sisäänsä sulkeva laitteisto ei jätä mitään mallinnuksen ulkopuolelle, vaan synteettinen näkymä on joka puolella ja käyttäjä tuntee kokonaisuudessaan olevansa kuvan sisällä. Osittain sisäänsä sulkeva ympäristö voi olla esimerkiksi stereoskooppinen kuvaruutunäyttö, johon on lisätty pään ja käden paikannus. Työntekijällä säilyy yhteys ulkopuoliseen fyysiseen maailmaan, mutta samalla hän voi katsella ja kosketella virtuaali-ikkunassa näkyviä esineitä. Tilanäyttö puolestaan on esimerkki ei-immersiivisestä näytöstä. Näyttö on akvaariomainen astia, jonka sisällä roikkuvaa kuvaa katsoja voi tarkastella eri suunnista.
Virtuaaliympäristöjä voidaan luokitella myös laitteisiin kytkeytymisen perusteella. Ensimmäinen ja tunnetuin laiteratkaisu ovat päähän ripustettavat (head-mounted) ja muuten päällepuettavat laitteet. Kokoonpanon näkyvin osa stereokuvaa tuottava silmikko tai kypärä (HMD, head-mounted display). Tämä ns. datakypärä mittaa jatkuvasti pään sijaintia ja asentoa käyttäjän liikkuessa. Mittausten perusteella tietokone laskee muuttuneen kuvan, joka esitetään kypärän näytöllä. Kuuloaistimukset voidaan tuottaa samaan kypärään liitetyillä kuulokkeilla, jotka tuovat äänen suoraan korvakäytävän suulle. Datakypärän lisäksi käytössä on mitta-anturein varustettu datahansikas, joka mittaa käden sijaintia ja asentoa, jolloin käyttäjä pystyy tarttumaan näennäiskohteisiin. Datahansikas voi myös tuottaa tuntoaistimuksen kosketuksesta. Päällepuettavat, koko vartalon liikkeitä ja sijaintia rekistöröivät datapuvut ovat vielä harvinaisia.
Toinen laitteistotyyppi ovat puominäytöt (boom-mounted display). Myös puominäyttö seuraa pään liikeitä, mutta sitä ole rakennettu pään varaan. Itse näyttöosa muistuttaa sukellusveneen periskooppia tai kiikaria ja se kulkee katsojan pään liikkeiden mukana. Tämä näyttötyyppi ei edellytä päällepukemista ja virtuaalitodellisuuden katselusta on helppo palata arkityöskentelyyn.
Myös käyttäjää ympäröivät laajakangasprojektiot (multiscreen projections) sekä tilanäytöt (direct volume display devices) voidaan hyvin toteutettuina lukea eräänlaisiksi virtuaaliympäristöiksi. Kumpikaan näistä tavoista ei edellytä varsinaista laitteisiin kytkeytymistä. Laajakangasprojektiossa kuva projisoidaan laajalle, tavallisesti kaarevalle valkokankaalle, joka ympäröi käyttäjää huoneen tavoin. Vaikutelmaa voidaan tehostaa stereolaseilla. Tilanäyttöä puolestaan tarkkaillaan ulkoapäin akvaarion tapaan. Tyypillinen toteutus on koostuu esimerkiksi nopeasti pyörivästä kierrepinnasta, johon ammutaan laserilla tarvitut valopisteet. Lopputuloksena on "ilmassa roikkuva" kolmiulotteinen kuva, joka on täsmälleen oikean muotoinen katsoi sitä mistä suunnasta tahansa.
Virtuaaliympäristöjen kokreettinen arviointiperuste on myös yhtaikaisten käyttäjien lukumäärä. Laajakangasprojektioon ja tilanäyttöihin perustuvat ratkaisut ovat luonnostaan monen käyttäjän virtuaaliympäristöjä. Silmikko- ja puomimalliset systeemit ovat käytännössä olleet yhden käyttäjän sovelluksia, mutta myös niissä voitaisiin käyttäjien lukumäärää lisätä. Käyttäjien kyky nähdä toisensa on tosin rajattu, koska ainakin täyssynteettisessä tapauksessa eri henkilöistä saadaan näkyväksi vain viitteitä niistä kehon osista, joita pystytään anturein paikantamaan.
Täysmittainen virtuaalimaailma on sekä malli että simulaatio siitä maailmasta, jota ollaan kuvaamassa. Malli pyrkii kuvaamaan yksinkertaistaen monimutkaisia, vaikeasti hallittavia ilmiöitä. Simulaatio puolestaan tarkoittaa tavallisesti jonkin luonnonilmiön toistamista. Virtuaalitekniikoilla voidaan rakentaa tietysti myös maailmoja, joille ei ole vastinetta tosiolevaisessa ympäristössä. Virtuaaliympäristön ilmiöt eivät kuitenkaan saa liiaksi poiketa reaalimaailman ilmiöistä, jotta käyttäjällä säilyisi läsnäolon tunne. Sellainen kolmiulotteinen visualisointi, jota käyttäjä odottaa, vaatii mm. että maailma on tavanomainen tila, johon ihmisen liikejärjestelmä on sopeutunut ja että dimensiot joka suuntaan ovat yhtä pitkiä.
Virtuaalimaailman luominen koostuu neljästä vaiheesta. Ensin on selvitettävä sovelluksen vaatimukset, joiden pohjalta mallinnusta ja simulaatiota lähdetään toteuttamaan. Myös käytettävä laitteisto ja ohjelmisto valitaan näiden reunaehtojen puitteissa. Toiseksi sovitaan virtuaalimaailmassa vallitsevat luonnonlait, jotka määräävät objektien väliset vuorovaikutukset. Kyseessä ovat siis ne säännöt, joiden mukaisesti maailman simulointi kehittyy. Virtuaalimaailman "luonnonlakien" ei tarvitse vastata reaalimaailmassa vallitsevia fysikaalisia lakeja, vaan ne voivat olla fiktiivisiä. Virtuaalimaailmaan ei esimerkiksi tarvitse ohjelmoida painovoimaa tai kiihtyvyyttä.
Kolmanneksi luodaan maailma objekteineen. Usein on olemassa jokin erityisobjekti, universumiobjekti, joka sulkee sisäänsä kaikki muut virtuaalisen todellisuuden objektit ja jossa vallitsee rajattu joukko luonnonlakeja. Universumiobjekti on luonteeltaan staattinen referenssiympäristö, jonka suhteen muut objektit sijaitsevat. Neljäs ja viimeinen vaihe on simulaatio eli maailmassa vallitsevien luonnonlakien toteutus. Simulointi tarkoittaa käytännössä maailman objektien vuorovaikutuksen laskentaa ajan edetessä.
Virtuaalimaailmaa mallintaessa ja simuloitaessa on huomattava eräitä seikkoja. Ensinnäkään mallintamista ei kannata lähteä kehittämään todellisista fysikaalisista lähtökohdista, ellei sovellus sitä nimenomaan vaadi. Riittää, että objektien ulospäin näkyvä toiminta vastaa mallinnettavan objektin käyttäytymistä. Esimerkiksi voitaisiin ottaa vaikka virtuaalisessa huoneessa sijaitseva virtuaalinen kopiokone. Kopiokoneen toiminnan kannalta riittää, että siinä on asianomaiset painikkeet ja että se tuottaa kopion virtuaalipaperista. Sen sijaan ei ole tarpeellista rakentaa koneen sisälle virtuaalista värijauhetta ja vivustoja tai ryhtyä mallintamaan värijauheen kuumaprässäämistä paperin pintaan.
Toinen huomionarvoinen yksityiskohta on virtuaalimaailmaan rakennettu aika. Virtuaalimaailman luonnonlakien simulointi edellyttää jotain sovittua aika-askelta, jonka suhteen ilmiöt kehittyvät. Tuon valitun aika-askeleen ei kuitenkaan tarvitse vastata reaaliaikaa. Esimerkiksi voitaisiin ottaa atomien välisten sidosvoimien simulointi. Tutkija haluaisi katsella virtuaaliympäristössä, kuinka jonkin biologisen makromolekyylin tila muuttuu ajan myötä. Tällaiset tilanmuutokset tapahtuvat kuitenkin millisekunneissa, jolloin reaaliaikainen mallintaminen johtaisi siihen, että tietokoneiden laskentakapasiteetti loppuisi nopeasti kesken, eikä tutkija toisaalta ehtisi edes havaita muutoksia. Ilmiön havaitsemiseksi virtuaaliympäristössä kannattaisi aikadimensiota venyttää esimerkiksi tuhatkertaiseksi.
Virtuaaliympäristöjen käyttömahdollisuudet ovat lukemattomia - onhan kyseessä yleistyökalu, jota voidaan soveltaa lähes mille tahansa elämänalalle. Kolmiulotteisen tilan visualisointi on eräs ilmiselvistä käyttökohteista. Arkkitehtuurissa virtuaaliympäristöihin perustuvaa visualisointia on jo käytetty rakennusten suunnittelussa. Eräs tunnetuimpia digitaalitaideteoksia on ArtPlusComin virtuaalimalli Berliinistä. Visualisoinnille löytyy käyttöä myös tila-, tehdas-, rakenne- ja konesuunnittelussa, teollisessa muotoilussa, lääketieteessä, biologiassa, hiukkasfysiikassa jne.
Toinen merkittävä käyttöalue ovat koulutussimulaatiot. Koulutuksessa voidaan harjoitella todellisten välineiden käyttöä ja esimerkiksi vaaratilanteiden hallintaa virtuaaliympäristöissä. Lentosimulaattorit ovatkin virtuaaliympäristöjen vanhimpia sovelluksia. Simulaatiokoulutuksen etuja ovat edullisuus sekä mahdollisuus harjoitella vaarallisia, harvinaisia tai haitallisia tilanteita. Lisäksi simuloidut tilanteet ovat hallittavia, muunneltavia ja toistettavissa. Suoritusta voidaan tarkastella ja analysoida jälkikäteen sekä toistaa tarvittaessa.
Hajautetulla vuorovaikutteisella simuloinnilla tarkoitetaan useiden erilaisten ja eritasoisten koulutussimulaattorien liittämistä toisiinsa. Kyseessä ovat monen käyttäjän virtuaaliympäristöt, joissa harjoitellaan yhteistyötä simuloiduissa tilanteissa. Varsinkin sotaharjoituksissa on käyetty tällaisia simulaatioita joukkoharjoitusten toteuttamiseksi. Hajautetussa simulaatiossa on itse asiassa kyse eräänlaisesta etäläsnäolosta. Varsinaisesti etäläsnäolo (telepresence) on virtuaalitodellisuuden sukuinen, mutta paljon vanhempi tekniikka, jossa kerätään matkan päässä olevilla antureilla aistimuksia siirrettäväksi käyttäjälle niin tarkasti, että syntyy läsnäolon tunne. Kauko-ohjatun robotin avulla käyttäjä voi myös operoida kyseisessä ympäristössä. Virtuaaliympäristöt soveltuvat hyvin myös etäneuvottelujen tapahtumapaikoiksi.
Nanoläsnäolossa (nanopresence) erittäin pieniä kohteita tuodaan esimerkiksi mikroskoopilta tarkasteltaviksi sopivassa koossa virtuaaliympäristöissä. Lisätty todellisuus (augmented reality) on virtuaalitodellisuuden ja reaalitodellisuuden välimuoto, jossa varsinaiseen todellisuuteen lisätään tietokoneen luomia aistimuksia. Esimerkiksi sotilaslentäjien kypäränäytöt esittävät varsinaisen näkymän päällä maalitietoja. Virtuaaliympäristöjen tunnetuin sovellusalue on kuitenkin viihde: kolmiulotteiset multimediaesitykset, pelit, simulaattorit sekä virtuaaliympäristöt sinänsä.
Kyberpunk-kirjallisuus on täynnä visioita siitä, millaiseksi virtuaalitodellisuus voi kehittyä. Vaikka visot tuntuvatkin etäisiltä, on niillä taipumus muuttua itseääntoteuttaviksi ennusteiksi. Esimerkiksi Gibsonin käsite cyberspace on ohjannut virtuaalitodellisuuden tutkijoita konkretisoimaan kolmiulotteista tietoverkkoa ja edistämään sen syntyä.
Internet on kuitenkin parhaillaan voimakkaassa muutoksessa. Merkittävin muutos on kiinteä liittymä Internetiin sekä uusi tiedonsiirtotekniikka. Uusi noin 400-kertaa nopeampi ATM-väylä on syrjäyttämässä kapeakaistaisen ISDN-väylän myös kotikäytössä. Vaikka ATM ei olisikaan lähivuosien ratkaisu, niin siirtonopeudet joka tapauksessa kasvavat ja kiinteä yhteys ulottuu myös kotioloihin. Mielenkiintoinen kehityssuunta on, että televisio laitteena on korvautumassa tietokoneen näyttöpäätteellä.
Internetissä on kehitelty vuodesta 1994 alkaen standardia kolmiulotteiden datan esittämiselle. Sen pohjaratkaisu perustuisi WWW:n HTML:n tapaiselle kielelle VRML:lle (Virtual Reality Modelling Lamguage). Voi olla, ettei VRML ole kyberavaruuden lopullinen esitystapa, mutta jo nyt sillä on toteutettu kolmiulotteisia kaupunkeja, joissa käyttäjä voi liikkua modeemin välityksellä. Hintikka arveleekin, että jonkinlaista audiovisuaalista kyberavaruutta on nähtävissä kotioloissakin kymmenen vuoden sisällä. Tunto- ja hajuaistin liittäminen puheen, näön ja tekstiviestinnän oheen vie runsaasti enemmän aikaa.
Käyttöliittymien kehittyminen - ja häivyttäminen - ovat toinen tutkimusalue. Eräänä ratkaisuna olisi biofeedback, teknologisten järjestelmien ohjaaminen turvautumatta lainkaan ulkoisiin aistimiin. On jo mahdollista luoda suora linkki aivotoiminnan ja teknisen välineen välille. Tässä voi nähdä alun suoran symbioottisen yhteyden muodostumiselle tietokoneen ja ihmisaivojen välille. Ihmisen ja koneen välinen hybridisoituminen "kyborgeiksi" (cybernetic organism) merkitsisi rajapinnan täydellistä katoamista.
Mielenkiintoinen alue on myös keinoelämän (artificial life) tutkimus. Se perustuu ajatukseen, että olisi mahdollista luoda virtuaalisten maailmojen alkioita, jotka voi laittaa kasvamaan itsestään. Näin voidaan tuottaa uusia "biosfäärejä", jotka kasvavat tietokoneen sisällä ja puitteissa.67 Virtuaaliympäristö voisi myös itsessään olla 'älykäs', varustettuna annoksella keinoälyä. Se ei ainoastaan vastaa ulkopuolisiin ärsykkeisiin, vaan kohtelee niitä arvaamattomilla tavoilla.
Keinoelämä on biologisen elämän mallintamista ihmisen tekemillä järjestelmillä. Tavoitteena on syntetisoida elämän kaltaista käyttäytymistä tietokoneilla ja muilla keinotekoisilla välineillä. Keinoelämän määrittelyn ongelma on kuitenkin se, mitä on elämä? Millä kriteereillä keinoelämää voidaan pitää elämänä? Lähtökohtana on elämä sellaisena kuin tunnemme sen maapallolla, mutta keinoelämätutkimus laajentaa näkökulmaa teoreettiseen suntaan: millaista elämä voisi olla?
Toistaiseksi kukaan ei ole pystynyt antamaan yhtä tarpeeksi kattavaa, mutta riittävän rajattua kriteeriä elämälle. Sen sijaan voidaan luetella ominaisuuksia, jotka ovat tyypillisiä elämälle. Ollakseen elävä, ei systeemillä tarvitse olla kaikkia ominaisuuksia, vaan riittävän monia niistä. Seuraavassa on lueteltu kahdeksan ominaisuutta, joita tavallisesti pidetään tyypillisinä elämälle.
1) Malli aika-avaruudessa. Elämä on ennemminkin materian organisaation ominiaisuus kuin materian ominaisuus. Se on dynaaminen prosessi, joka tunnistetaan elämäksi riippumatta materiasta, jossa se esiintyy.
2) Itsensä monistaminen.
3) Oman kuvauksensa informaatiovarasto. Esimerkiksi luonnolliset organismit sisältävät kuvauksen itsestään solujen DNA-molekyyleissä.
4) Aineenvaihdunta, joka muuntaa materiaa ja energiaa ympäristöstä organismin muodoksi ja toiminnaksi.
5) Toiminnallinen vuorovaikutus ympäristönsä kanssa. Elävä organismi osaa reagoida muutoksiin ympäristössään tai ennakoida niitä.
6) Osien välinen riippuvuus. Elävän systeemin rakenneosat riippuvat toisistaan ja ylläpitävät yhdessä organismin identiteettiä. Eräs tämän ominaisuuden ilmentymä on kyky kuolla.
7) Pysyvyys häiriöiden vaikutuksessa.
8) Kyky kehittyä. Kehityksen kannalta elämä ei ole yksitäisen organismin omininaisuus, vaan populaation ominaisuus.71
Keinoelämä, keinoäly ja keinotodellisuus liittyvät läheisesti toisiinsa. Olemassaoleva (todellisuuden), elämän ja älykkyyden välillä näyttäisi vallitsevan luonnollinen sisältyvyyssuhde: olemassaolo on elämän välttämätön edellytys ja elämä on älykkyyden tai ajattelun välttämätön edellytys (kaava 1). Jotta organismi voisi olla elävä, täytyy sen ensin olla olemassa. Älykkyys puolestaan ei tunnu relevantilta ominaisuudelta, ellei kyseessä ole elävä organismi.
Kaava 1 Älykäs ( Elävä ( Olemassaoleva
Mallista seuraa, että keinoelämän täytyy edeltää keinoälyä. Keinoelämä puolestaan edellyttää keinoympäristöä, jossa se on toteutettu.
Keinoelämän, keinoälyn ja keinotodellisuuden formaali määrittely on vaikeaa. Sen sijaan elämän, älykkyyden tai todellisuuden tunnistamiseksi on kehitetty toimivia testejä, jotka muistuttavat toisiaan. Kaikissa testeissä on ideana on etsiä toiminnallista määritelmää: millä kriteereillä keinoälyä, keinoelämää tai keinotodellisuutta voidaan pitää riittävän älykkäänä, elävänä tai todellisena.
Vanhin testeistä on Alan Turingin 1949 esittelemä imitaatiopeli keinoälyn älykkyyden riittäväksi testaamiseksi. Turingin testissä käytetään testihenkilöä, joka on vuorovaikutuksessa toisen aikuisen ihmisen sekä keinoälyn kanssa kaukokirjoittimen välityksellä. Kyselijän tehtävänä on päättää, kumpi on ihminen ja kumpi keinoäly. Hän voi kysyä tutkittavilta kysymyksiä, pelata pelejä, pistää heidät kertomaan vitsejä jne. Turingin mukaan mitä tahansa, joka selviäisi testistä yhtä hyvin kuin ihminen, tulisi pitää yhtä älykkäänä kuin ihmisvastustajaansa. Turingin oivallus oli, ettei riittäcä kriteeri olekaan objektiivinen vaan ennemminkin subjektiivinen. Riittävä ehto älykkyydelle on tulla hyväksytyksi yhtä älykkäänä kuin ne, joita jo pidetään älykkäinä.
Turingin kokeen tyylistä imitaatiopeliä voidaan käyttää myös keinoelämän testaamiseen. Idea on, että jos jokin keinotekoinen organismi pystyy huijaamaan eläviä olentoja kohtelemaan sitä elävänä, on meillä riittävästi takuita määritellä se eläväksi. Keeley esittelee kaksi tällaista keinoelämän testiä. Kehräystestin idean esitteli alkujaan Mark Tilden 1992. Testissä käytetään kissaa tutkijana. Ideana on tehdä biorobotti - esimerkiksi keinohiiri - joka kykenee vangitsemaan keskivertokissan huomion yhtä hyvin kuin jotkut elävät olennot. Kissan sijasta voidaan yhtä hyvin käyttää koiria, sammakoita tai apinoita. Kehräystesti on kuitenkin hyvin rajoittunut. Sen läpäisemiseksi riittää huijata kissaa pitämään biorobottia elävänä suhteellisen lyhyen ajan. Keinohiiri voi olla funktionaalisesti samankaltainen biologisen hiiren kanssa kissan aistijärjestelmän kannalta mutta ei sen ruoansulatusjärjestelmän kannalta.
Toinen Keeleyn testeistä on vaativampi. Se testaa funktionaalisen samankaltaisuuden lisäksi keinoelämän kompositionaalista samankaltaisuutta elämän kanssa. Ekologisen erottamattomuuden testissä ideana on, että keinoelämän organismin on kyettävä sekoittumaan olemassaolevaan ekolosysteemiin aiheuttamatta suurta häiriötä. Keino-organismin olisi kyettävä saamaan energia luonnosta: joko muista organismeista tai luonnollisista lähteistä kuten auringosta. Sen olisi kyettävä symbioottisiin suhteisiin olemassaolevien organismien kanssa. Lisäksi keinoelämän tulisi jatkua yksittäisen organismin elinikää pidemmällä aikavälillä, jolloin se saisi evolutionaarisia piirteitä.
Myös todellisuuden testaamiseen voidaan käyttää kehräystestin variaatiota. Myron Kreuger esittää virtuaalitodellisuuden testaamiseksi yksinkertaisen väistötestin. Mikäli virtuaalitodellisuuden käyttäjä väistää oikeasti häntä kohti heitettyä virtuaalikiveä, pitää hän sitä riittävän todellisena.75 Kenoelämän, keinoälyn ja keinotodellisuuden rakentamisessa voidaaankin käyttää funktionaalisia määritelmiä. Mikä toimii yhtä hyvin kuin aito esikuvansa, sitä voidaan pitää riittävän todellisena, elävänä tai älykkäänä.
Tämän tutkimuksen kohteena on virtuaalitodellisuuden ontologinen luonne. Virtuaalitodellisuuden käsite on kuitenkin varsin ongelmallinen, kuten ensimmäisessä luvussa selvitettiin. Teknisen tutkimuksen puolella puhutaankin mieluummin virtuaaliympäristöistä. Jatkossa puhutaankin virtuaalitodellisuuden sijasta virtuaalimaailmoista. Maailma voi olla reaalinen tai virtuaalinen. Heim määrittelee maailman inhimillisen osallistumisen totaaliksi ympäristöksi kuten "urheilun maailma" tai "ydinfysiikan maailma". Virtuaalimaailma on se näkymä tai kokemus, joka syntyy käyttäjän ollessa vuorovaikutuksessa tietokoneen ohjaamia syöttö- ja tulostuslaitteita. Virtuaalitodellisuus tai kyberavaruus on tällaisten virtuaalimaailmojen universumi.
Tässä tutkimuksessa käytetään sanaa virtuaalimaailma eräänlaisena mallina virtuaalitekniikoin luoduille maailmoille. Mallissa ei rajoituta toteuksen tämän hetkisiin rajoituksiin, vaan se edustaa sitä, mitä virtuaalimaailma voisi olla puhtaaksi vietynä. Tarkastelukohteena on puhtaasti virtuaalinen, ei-materiaalinen maailma. Reaalimaailmaa ja virtuaalimaailmaa yhdistävä lisätty todellisuus rajataan tutkimuksen ulkopuolelle.
Tärkein piirre virtuaalimaailman mallissa on täydellinen immersiivisyys. Rajapinta virtuaalimaailman ja reaalimaailman välillä on niin näkymätön, että käyttäjä voi todella tuntea olevansa toisessa maailmassa. Toteutuksen keinoja ei tässä rajata mitenkään. Liikkuminen virtuaalimaailmojen sekä virtuaalimaailman ja reaalimaailman välillä tapahtuu saumattomasti.
Toiseksi virtuaalimaailmalla ei ole lainkaan tilaa. Se on täydellinen epätila. Siinä missä Kant olettaa tilan olevan annettu a priori ja pitää sitä kaikkien havaintojen edellytyksenä, ei virtuaalimaailman tilaa olekaan annettu, vaan käyttäjän kokemus luo sen. Tilakin on vain mallinnettu kuva, joka koetaan, eikä lumeolioilla ole subtanssia.
Lisäksi virtuaalimaailmassa ei ole olemassa mitään, mitä sinne ei ole ohjelmoitu. Kaikki objektit ja luonnolait sekä aika on ohjelmoitu virtuaalimaailmaan. Virtuaalimaailmassa voi olla entiteettejä, joilla ei ole vastinetta reaalitodellisuudessa. Siellä voivat vallita fiktiiviset luonnonlait. Itse aika on myös ohjelmoitu, eikä sen tarvitse noudattaa reaaliaikaa. Virtuaalimaailman rakenne, luonnonlait ja aika-askeleet voivat myös muuttua. Virtuaaliatomin värähdys, jolla virtuaaliaikaa mitataan, voikin käyttäytyä täysin epädeterministisesti. Virtuaalimaailmassa voi olla keinoelämää ja keinoälyä, joka voi ilmetä maailmassa olevina älykkäinä olioina tai itse virtuaalimaailma itsessään voi olla älykäs. Viimeeksi mainittu merkitsee eräänlaista älykästä käyttöjärjestelmää, joka pystyy reagoimaan virtuaalimaailman tapahtumiin ennustamattomilla tavoilla.
Virtuaalimaailman rajat tulevat vastaan suhteessa fyysiseen. Virtuaalimaailman malli on vain virtuaalinen. Vaikka se antaakin laitteiston välityksellä aistihavaintoja ja reagoi käyttäjän liikkeisiin, puheeseen jne. ovat sen fyysiset vaikutukset rajallisia. Kaikki fyysiset vaikutukset käyttäjään rajoittuvat vain aistien hämäämiseen. Kuolema, sairastuminen tai vahingoittuminen virtuaalimaailmassa ei vaikuta fyysisesti käyttäjään, eikä virtuaalimaailmassa nautittu ruoka tai juoma myöskään täytä käyttäjän fyysisiä tarpeita.78 Virtuaalimaailman tapahtumat eivät tapahdu todella fyysisessä maailmassa, elleivät maailmat leikkaa toisiaan. Tällainen leikkaus voisi tapahtua esimerkiksi pankkiasioita hoidettaessa. Mikäli virtuaalipankilla on vastine reaalitodellisuudessa, tapahtuu virtuaalisesti tehty tilinsiirto myös todellisuudessa.
Virtuaalimaailman kokemukset tapahtuvat ihmisen aistien
ehdoilla. Tässä mallissa rajaan pois ihmisen aistit
ylittävät kokemukset, vaikka ne joskus saattavatkin olla
mahdollisia. Ihmisen aistien rajat tulevat vastaan
käyttäjän ottaessa virtuaalimaailmassa eläimen tai
koneen hahmon. Virtuaalimaailmassa jäniksen hahmon ottanut
ihminen ei kuitenkaan voi havaita kuin 200 asteen
näkökulman, vaikka jäniksen näkökulma on
melkein 360 astetta. Toinen rajoittava tekijä on inhimillinen
tapa ajatella. Ihminen voi ottaa virtuaalirotan hahmon, mutta
hänen ajattelutoimintansa ei pysty simuloimaan rottien tapaa
ajatella ja tiedostaa ympäristöään. Kolmas
rajoitus tietoisuuden kyvyttömyydessä jakautua. Vaikka
virtuaalimatkaaja voi liikkua virtuaalimaailmassa useana eri
representaationa, ei hänen tietoisuutensa kuitenkaan pysty
olemaan intensiivisesti kuin yhdessä paikassa ja hahmossa
kerrallaan.
78 Lisätyssä todellisuudessa ei
näitä rajoituksia olisi. Lisätty todellisuus voidaan
kuitenkin nähdä virtuaalimaailman ja fyysisen maailman
leikkauksesta, missä fyysisten tarpeiden täyttäminen
kuuluu fyysiseen maailmaan.