هر آنچه بايد در مورد واقعيت مجازي بدانيد (بخش اول)
وقتي لفظ واقعيت مجازي (VR) را مي‌شنويد چه فكري به ذهنتان خطور مي‌كند؟ آيا كسي را تصور مي‌كنيد كه كلاهي روي سرش گذاشته و با كابل به كامپيوتر وصل شده است؟ آيا تصاويري از ايده‌هاي مختلف به ذهن شما خطور مي‌كند؟ آيا ممكن است شما به راه رفتن در فضاي مجازي نئو و مورفيوس در فيلم ماتريكس فكر كنيد؟ و شايد هم از فكر كردن به واقعيت مجازي زياد خوشتان نمي‌آيد و ترجيح مي‌دهيد به موضوع ديگري فكر كنيد؟
اگر شما از واقعيت مجازي خوشتان نمي‌آيد، احتمالا يك دانشمند يا مهندس كامپيوتر هستيد، چراكه بسياري از اين افراد با اينكه ممكن است روي همين موضوع يعني واقعيت مجازي كار كنند، ولي از كلمه‌ي واقعيت مجازي خوششان نمي‌آيد و از آن لفظ استفاده نمي‌كنند. امروزه ممكن است شما كسي را ببينيد كه در مورد محيط مجازي (VE) صحبت كند، در حالي‌كه منظورش همان واقعيت مجازي است. ما در اين مقاله دو كلمه را به جاي هم استفاده مي‌كنيم.
اگر تفاوت‌هاي اين دو مفهوم را كنار بگذاريم، ايده‌ي اصلي پشت آنها يكسان است. آنها از فناوري كامپيوتري براي خلق يك دنياي سه‌بعدي شبيه‌سازي شده استفاده مي‌كنند. در اين دنياي مجازي، اين حس به متخصص منتقل مي‌شود كه گويي واقعا در آن دنيا قرار دارد. دانشمندان، انديشه متخصصينيه‌پردازان، و مهندسان ده‌ها دستگاه و برنامه‌ي متخصصدي را براي تحقق اين موضوع طراحي كرده‌اند. هم انديشي ها در مورد اينكه يك تجربه‌ي واقعي از واقعيت مجازي چيست، متفاوت است، ولي كليات امر به صورت زير است:
- تصاويري سه‌بعدي كه متخصص آنها را به همان اندازه كه در دنياي واقعي هستند مي‌بيند.
- توانايي دنبال كردن حركات متخصص، مخصوصا حركت سر و چشمان او و تغيير كردن محيط مجازي بر اساس همين حركات.
ما در اين مقاله قصد داريم ويژگي‌هاي واقعيت مجازي، چندين فناوري كه در سيستم‌هاي واقعيت مجازي استفاده مي‌شود، و چندين برنامه‌ي متخصصدي واقعيت مجازي را تعريف و معرفي كنيم، همچنين در تاريخچه مختصري از آن را ارائه دهيم.
غرق شدن در واقعيت مجازي
كاربر در محيط واقعيت مجازي به‌گونه‌اي غوطه‌ورمي‌شود تا جايي كه حس مي‌كند بخشي از آن دنيا شده است. او قادر است با محيط اطرافش در دنياي مجازي ارتباط برقرار كند. به اين دو ويژگي واقعيت مجازي، دو حضوري يا حضور از دور گفته مي‌شود. جاناتان استور، در اين مورد مي‌گويد:
فرد حس مي‌كند در محيطي واسط قرار دارد تا محيطي فيزيكي.
به عبارت ديگر، واقعيت مجازي باعث مي‌شود شما از دنياي واقعي اطراف خود غافل شويد و تنها بر محيط واقعيت مجازي تمركز كنيد. از انديشه متخصصين جاناتان غرق شدن در محيط از دو بخش تشكيل شده است: عمق اطلاعات و وسعت اطلاعات. عمق اطلاعات، مقدار و كيفيت سيگنال‌هايي است كه متخصص هنگام تعامل با محيط مجازي دريافت مي‌كند. اين سيگنال‌ها عبارتند از وضوح تصوير، گرافيك محيط، كيفيت صدا و برخي موارد ديگر. وسعت اطلاعات مجموعه‌ي احساساتي است كه همزمان به متخصص القا مي‌شود. وقتي شما درمحيط مجازي قرار مي‌گيريد تمامي حس‌هاي شما تحت تاثير محيط مجازي قرار مي‌گيرند. البته اكثر محيط‌هاي مجازي، حس ديداري و شنيداري را جزو اركان اصلي قرار مي‌دهند. دانشمندان و مهندسان دنبال راهي مي‌گردند تا حس لامسه را نيز وارد عمل كنند. سيستم‌هايي كه حس لامسه را مثلا با لرزش يا هر روش ديگري به متخصص القا مي‌كنند، سيستم لمسي نام دارند.
سيستم براي اينكه متخصص را در محيط غرق كند، بايد محيط را بر اساس اندازه‌هاي دنياي واقعي ساخته باشد و بتواند با تغيير وضع متخصص، محيط را نيز تغيير دهد. اگر در محيط مجازي ستوني در وسط يك اتاق قرار داشته باشد، محيط بايد طوري تنظيم شود كه متخصص از هر زاويه‌اي كه به ستون نگاه مي‌كند، ستون طبيعي به انديشه متخصصين برسد. دكتر فردريك بروك، يكي از پيشگامان در انديشه متخصصينيه و فناوري واقعيت مجازي، معتقد است كه نرخ فريم (frame rate) صفحه‌‌ي نمايش بايد حداقل ۲۰ تا ۳۰ فريم‌برثانيه باشد تا متخصص را راضي نگه دارد.
محيط واقعيت مجازي
ساير خروجي‌هاي سيستم محيط مجازي بايد مطابق دنياي واقعي باشد. اگر محيط به گونه‌اي است كه صدا به‌صورت سه‌بعدي در آن پخش مي‌شود، اين حس بايد به متخصص دست دهد كه صدا از جاهاي مختلفي به گوش او مي‌رسد و اگر مكانش را تغيير دهد، مكان و منشا صدا نيز تغيير كند. شبيه‌سازي حسي بايد قوي و مداوم باشد. مثلا وقتي شما در صحنه‌اي آرام قرار داريد، نبايد صداي باد شديد به گوش شما برسد و برعكس وقتي در وسط طوفان بوديد، نبايد اين حس به شما القا شود كه نسيم آرامي مي‌آيد و شما در حال استشمام بوي گل رز هستيد.
لگ يا وقفه‌ي زماني، بين حركات متخصص و واكنش محيط نسبت به اين حركت، تاخير (latency) ناميده مي‌شود. تاخير وقتي اتفاق مي‌افتد كه مثلا متخصص چشم يا سرش را تكان دهد، ولي واكنش و تغيير محيط نسبت به اين حركات كمي كند باشد. مطالعه‌ها نشان داده است كه انسان مي‌تواند وقفه‌ي ۵۰ ميلي‌ثانيه‌اي را تشخيص دهد. اگر محيط مجازي تاخير داشته باشد، متخصص حس مي‌كند كه در دنيايي مصنوعي قرار دارد و ديگر در محيط غرق نمي‌شود.
اگر متخصص از دنياي واقعي اطراف خودش اطلاع پيدا كند، حس غرق شدن او در محيط از بين مي‌رود. محيط مجازي بايد به‌گونه‌اي طراحي شود كه متخصص دنياي واقعي اطرافش را فراموش كند. سازندگان واقعيت مجازي براي القاي حس غرق شدن در محيط، از روش‌هايي استفاده مي‌كنند كه فكر مي‌كنند براي متخصص طبيعي‌تر است. تا زماني كه متخصص نسبت به محيط واقعي، آگاهي داشته باشد، نمي‌تواند غرق در دنياي مجازي شود.
تعامل در واقعيت مجازي
غرق شدن در محيط مجازي يك چيز است و تعامل با آن محيط چيز ديگري است. براي اينكه متخصص كاملا درگير دنياي مجازي شود، بايد بتواند با محيط مجازي تعامل داشته باشد. برنامه‌هاي متخصصدي كه از فناوري رايج در سيستم‌هاي محيط مجازي استفاده مي‌كنند، تجربه‌اي گذرا براي متخصصان فراهم مي‌كنند. متخصصان مي‌توانند با پوشيدن يك نمايشگر سربند (HMD)، يك فيلم از قبل ضبط شده را تماشا كنند. آنها مي‌توانند روي صندلي متحرك بشينند و در معرض محرك‌هايي مثل باد قرار بگيرند. در اين حالت با اينكه متخصصان تا حدودي در محيط غرق مي‌شوند، ولي تعاملشان با محيط كم است و تنها مي‌توانند به اطراف نگاه كنند.
امروزه ترن‌هاي هوايي وجود دارند كه از همين فناوري استفاده مي‌كنند. ديزني‌كوست در اورلندوي فلوريدا مكاني به نام CyberSpace Mountain تعبيه كرده است كه افراد مي‌توانند با توجه به سليقه‌ي خود، يك ترن هوايي طراحي كنند و آن را در دنياي مجازي سوار شوند. اين سيستم افراد را بسيار خوب در خود غرق مي‌كند؛ ولي به جز در مرحله اول كه متخصص ترن را طراحي مي‌كند، تعامل ديگري بين متخصص و محيط مجازي وجود ندارد. بنابراين اين نوع سيستم، يك محيط مجازي كامل نيست.
تعامل به عوامل زيادي بستگي دارد. جاناتان سه عامل را به ما معرفي مي‌كند: سرعت، دامنه و برد، و نقشه‌كشي. سرعت همان‌طور كه از نامش برمي‌آيد، ميزان سرعتي است كه فعاليت‌هاي متخصص وارد سيستم كامپيوتري مي‌شود و به او باز مي‌گردد؛ به‌گونه‌اي كه متخصص كاملا آن را حس كند. برد و دامنه، تعداد خروجي‌هايي است كه با توجه به حركات مختلف و احتمالي متخصص به وجود مي‌آيد. نقشه‌كشي، توانايي سيستم در توليد نتايج طبيعي در پاسخ به حركات متخصص است.
تعامل واقعي وقتي رخ مي‌دهد كه متخصص بتواند محيط را تغيير دهد
مسيريابي در محيط مجازي نيز نوعي تعامل است. اگر متخصص خودش مسيرش را در محيط تعيين كند، نوعي تعامل با محيط داشته است. از آنجايي كه متخصص پس از چند دقيقه گشت‌و‌گذار ممكن است از محيط مجازي خسته شود، بايد راه‌هاي تعاملي جديدي به كار گرفته شود. ماري ويتون، دانشمند علوم كامپيوتر، معتقد است محيطي كه از انديشه متخصصين تعامل ضعيف باشد، حس غرق شدن در محيط را نيز به‌طور چشمگيري كاهش خواهد داد. وقتي محيط مجازي جذاب و درگيركننده باشد، متخصصان بيشتر در محيط غرق خواهند شد.
همچنين تعامل واقعي وقتي رخ مي‌دهد كه متخصص بتواند محيط را تغيير دهد. تغييرات به‌وجود آمده بايد از مانديشه متخصصين متخصص بامعني باشند و اگر بدون معنا باشند به متخصص حس بيگانگي خواهند داد.
هدست واقعيت مجازي
امروزه اتصال سيستم‌هاي واقعيت مجازي به كامپيوتر‌هاي شخصي آسان شده است. كامپيوتر‌هاي شخصي به‌اندازه‌ي كافي براي اجراي اين نوع محيط‌ها قوي هستند و از آنجايي كه كارت گرافيكي آنها براي بازي‌هاي ويديويي طراحي شده است، مي‌توانند از پس پردازش‌هاي واقعيت مجازي نيز بربيايند. كارت گرافيكي كه براي بازي واركرافت طراحي شده است، مي‌تواند محيط‌هاي مجازي پيشرفته را نيز اجرا كند.
سيستم‌هاي واقعيت مجازي بايد بتوانند تصاوير را به متخصص بدهند. بسياري از اين سيستم‌ها از HMD استفاده مي‌كنند. HMD هدستي است كه از دو نمايشگر براي دو چشم تشكيل شده است. تصاوير به‌دليل وجود اين دو نمايشگر به‌صورت سه‌بعدي ظاهر مي‌شوند. HMDهاي اوليه از نمايشگرهاي پرتوي كاتدي يا CRT استفاده مي‌كردند. اين نمايشگرها بزرگ بودند، ولي از وضوح و كيفيت خوبي برخوردار بودند. در ادامه از نمايشگرهاي LCD استفاده شد كه ارزان‌تر بودند؛ ولي كيفيت نمايشگرهاي CRT را نداشتند. نمايشگرهاي LCD كه امروزه مورد استفاده قرار مي‌گيرد، بسيار پيشرفت كرده است و وضوح و اشباع رنگ آنها بهبود يافته است.
رشد و توسعه فناوري رديابي نسبت به بقيه فناوري‌هاي مربوط به واقعيت مجازي كند است، چراكه بازار اين تكنولوژي تنها منحصر به واقعيت مجازي است
سيستم‌هايي از واقعيت مجازي وجود دارند كه تصاوير را روي ديوار، كف زمين و يا سقف منتقل مي‌كنند. به اين سيستم‌ها، CAVE مي‌گويند. دانيشگاه ايليوي شيكاگو اولين نمايشگر CAVE را طراحي كرد. آنها با استفاده از تكنيك rear projection، تصاوير را روي ديوار، كف زمين، و سقف يك اتاق كوچك مي‌اندازد. متخصصان مي‌توانند با گذاشتن عينك مخصوص، جلوي نمايشگر CAVE حركت كنند و اين حركت آنها در دنياي مجازي نيز اعمال شود. اين نمايشگرها زمينه‌ي ديد بيشتري براي متخصصان فراهم مي‌كنند كه باعث مي‌شوند متخصص بيشتر در محيط غرق شود. اين نمايشگرها بسيار گران هستند و به‌فضاي زيادي نسبت به بقيه نياز دارند. سيستم‌هاي رديابي با فناوري نمايشگرها ارتباط نزديكي دارند. اين سيستم‌ها جهت نگاه متخصص را تجزيه‌وتحليل مي‌كنند تا كامپيوتر تصاوير صحيحي از طريق نمايشگر به متخصص بدهد. اكثر سيستم‌ها از طريق كابل به متخصص متصل مي‌شوند كه اين امر دامنه‌ي حركتي متخصص را كاهش مي‌دهد. رشد و توسعه فناوري رديابي نسبت به بقيه فناوري‌هاي مربوط به واقعيت مجازي كند است، چراكه بازار اين تكنولوژي تنها منحصر به واقعيت مجازي است.
دستگاه‌هاي ورودي نيز نقش مهمي در سيستم‌هاي واقعيت مجازي ايفا مي‌كنند. در حال حاضر دستگاه‌هاي ورودي زيادي وجود دارند، از دسته‌هايي با ۲ يا ۳ كليد گرفته تا دستكش‌هاي الكترونيكي و نرم‌افزار تشخيص صدا. سيستم كنترل استانداردي وجود ندارد. مهندسان و دانشمندان واقعيت مجازي در حال كشف راه‌هاي جديدي براي وارد كردن ورودي‌هاي متخصص به سيستم هستند و هر چه اين ورودي‌ها طبيعي‌تر باشند، حس طبيعي‌تري به متخصص القا خواهد شد. برخي از رايج‌ترين شكل‌هاي دستگاه‌هاي ورودي عبارت‌اند از:
- دسته بازي (Joysticks)
- توپ‌هاي رديابي يا توپك (tracking balls)
- دستگيره‌هاي كنترل كننده (Controller wands)
- دستكش داده (datagloves)
- تشخيص صدا
- ردياب حركتي
- تردميل
بازي‌هاي واقعيت مجازي
دانشمندان در تلاشند تا حسگرهايي زيستي براي واقعيت مجازي بسازند. حسگر زيستي مي‌تواند فعاليت‌هاي عصبي و عضله‌اي را شناسايي كند. اگر اين حسگر زيستي به‌خوبي طراحي شود، كامپيوتر خواهد توانست با استفاده از آن حركات متخصص را تشخيص دهد و آنها را در دنياي مجازي پياده كند. اين حسگرهاي زيستي ممكن است مستقيما به پوست متخصص وصل شوند يا اينكه در دستكش‌ها يا لباس‌هاي مخصوص تعبيه شوند. محدوديتي كه اين حسگرها ممكن است داشته باشند اين است كه بايد براي هر متخصص به‌طور اختصاصي ساخته شوند و ممكن است حسگرها روي هر شكلي از بدن قرار نگيرند.
ادامه دارد...
هم انديشي ها