واقعیت مجازی و افزوده

نوشته شده در نویسنده 112

واقعیت مجازی (Virtual Reality)

واقعیت مجازی چیست، چه کاربردهایی دارد و ابزارهای مورد استفاده در آن کدامند؟

به صورت ساده می‌توان گفت که واقعیت مجازی یک تکنولوژی کامپیوتری است که به وسیله هدست‌های مخصوص و یا ابزاری مشابه، با ترکیب جهان واقعی و مجازی، به خلق یک دنیای مجازی برای کاربر می‌پردازد.

واقعیت مجازی VR یا  (Virtual Reality)  یک تکنولوژی مدرن کامپیوتری بوده که با استفاده از هدست‌های طراحی شده برای این منظور و یا دستگاه‌های خاص، با ادغام واقعیت به کمک تصاویر کامپیوتری طراحی شده، ایجاد اصوات و یا سایر مدیوم‌های ارتباطی حواس پنج گانه انسان، یک محیط جدید و غیر واقعی را شبیه سازی می‌کند.

عبارت واقعیت مجازی در زبان انگلیسی از دو کلمه Virtual و Reality تشکیل شده است. Virtual در این عبارت به معنی “نزدیک” و Reality نیز به معنی حقیقت است. به این ترتیب معنی این عبارت در واقع “تجربه‌ای نزدیک به واقعیت  خواهد بود.

 

انسان‌ها به استفاده از حواس پنج‌گانه خود با جهان ارتباط برقرار کرده و اتفاقات و رویداد‌های به‌وقوع پیوسته در آن را درک می‌کنند. علاوه بر این حواس پنج‌گانه، انسان‌ها ارتباطاتی دیگر با محیط نیز داشته که به عنوان مثال می‌توان به حس تعادل اشاره کرد. این احساسات در واقع مجموعه‌ای از اطلاعات بوده که با استفاده از ترکیب حواس پنج‌گانه به مغز انسان ارسال شده و درک بهتری از محیط اطراف را به ما می‌دهد. هرآنچه که انسان از واقعیت پیرامون خویش درک می‌کند نیز بر پایه این مجموعه از احساسات پایه و یا پردازش شده است.به عبارت دیگر می‌توان براساس شرایط و شبیه سازی حواس و اطلاعات ارسال شده به مغز، واقعیت را تغییر داده و بر اساس اطلاعات ارسال شده به شبیه سازی واکنش‌ها و عکس العمل‌های مغزی پرداخت. به این ترتیب مغز انسان در واقع به نوعی فریب خورده و اطلاعات ارسالی را به عنوان واقعیت فرض کرده و بدین ترتیب مفهوم واقعیت مجازی پایه گذاری می گردد.

از لحاظ فنی، واقعیت مجازی در واقع یک محیط سه بعدی طراحی شده توسط کامپیوترها و نرم افزارهای وابسته بوده که با ارسال اطلاعات غیر واقعی به مغز، یک محیط مجازی را برای کاربر فراهم نموده و با مهیا کردن تصور حضور فیزیکی در یک محیط خاص، وی را وادار به انجام واکنش مناسب و منطقی در مقابل این اطلاعات شبیه سازی شده می‌‌کند. در سیستم واقعیت مجازی، فرد جزئی از این سیستم شبیه سازی غیر واقعی و یا به عبارت صحیح‌تر، نزدیک به واقعیت شده و توانایی ارتباط با اجزا و یا دستکاری اشیا موجود در آن را خواهد داشت.

واقعیت مجازی چگونه ایجاد شد؟

واقعیت مجازی برخلاف تصور تاریخچه‌ای طولانی داشته و استفاده از مفهوم آن، ریشه در قرن ۱۹ میلادی دارد. از اولین استفاده‌ها از مفهوم واقعیت مجازی می‌توان به ایده‌های نقاش آوانگارد فرانسوی، Antonin Artaud اشاره کرد که عقیده داشت مرز مشخصی مابین واقعیت و رویا وجود ندارد. اولین ارجاعات به مفهوم واقعیت مجازی در دنیای مدرن نیز در دهه ۱۹۶۰ میلادی و در بخش هنر سینما بود که با استفاده از دستگاه ویژه‌ای به نام سنسوراما “Sensorama” علاوه بر پخش فیلم، به وسیله صدا، بو و حس لامسه، محیطی شبیه سازی شده بر اساس واقعیت مجازی را برای بیننده فراهم می‌کرد.

در اواخر دهه ۱۹۸۰ میلادی نیز یک ابرنقشه مدرن توسط دانشگاه MIT ایالات متحده طراحی شد که با شبیه سازی محیط شهر آسپن (Aspen) در ایالت کلرادو (Colorado) و استفاده از فیلم‌های ویدیویی تهیه شده متعدد از جزئیات و ساختار، قابلیت گشت و گذار به صورت مجازی را در این شهر به کاربر می‌داد. در اواسط دهه ۱۹۹۰ میلادی و با پیشرفته تکنولوژی کامپیوترهای خانگی و ساخت ابزار و ادواتی مانند دستکش‌ها و عینک‌های مدرن، واقعیت مجازی پیشرفت بیشتری کرد و علاوه‌بر استفاده در سیستم‌های شبیه ساز آموزشی و نظامی، به دنیای بازی‌های کامپیوتری نیز وارد شد.

نحوه عملکرد واقعیت مجازی

در حال حاضر، سیستم‌های مبتنی بر واقعیت مجازی با استفاده از ابزارهایی مانند هدست‌های واقعیت مجازی، سطوح مجهز به گیرنده‌های حرکتی و دستکش‌های مخصوص کار می‌کنند. این دستگاه‌ها به همراه نرم افزارهای مدرن کامپیوتری دست به تحریک حواس پنج‌گانه انسان زده و با ترکیب‌ آنها، تصوری از واقعیت را برای کاربران فراهم می‌کنند.

البته فرایند واقعیت مجازی به دلیل عملکرد هماهنگ مغز انسان و حواس، بسیار پیچیده‌تر از آنچه که در نگاه اول به نظر می‌رسد، است. مغز انسان تفاوت واقعیت با توهم را درک کرده و درصورتیکه موضوعی با واقعیت ثبت شده در مغز انسان تطابق نداشته باشد، به سرعت متوجه آن خواهد شد. سیستم‌های مبتنی بر واقعیت مجازی با استفاده از ابزار مدرن و پیشرفته خود وظیفه تطابق ویژگی‌های فیزیولوژیکی انسان با رابط های کاربری کامپیوتری را دارند.

به عنوان مثال زاویه دید انسان مانند یک تصویر و یا فریم ویدیویی نبوده و توانایی پوشش محیطی در حدود ۱۸۰ درجه را دارد. البته تمامی این محیط تحت پردازش مستقیم مغز نبوده و تنها در صورت تحریک و توجه و یا وجود موضوعی خاص در اولویت پردازش قرار می‌گیرد. همین امر در مورد گوش و حس شنوایی نیز صادق است. در صورت تحریک نامناسب، حس تعادل فیزیولوژیکی بدن برهم خورده و با تداخل اطلاعات دریافت شده، حس ناخوشایندی مانند حالت دریازدگی در انسان به وجود می آید و این یکی از مهمترین مسائلی است که باید در خصوص ابزار و ادوات واقعیت مجازی مورد توجه قرار گیرد.

قابلیت‌های واقعیت مجازی

دستگاه‌های مبتنی بر سیستم واقعیت مجازی در اشکال مختلف و کاربردهای متفاوت طراحی و ساخته شده اند. اما همگی بر پایه اصل فعالیت می‌کنند: نمایش تصاویر سه بعدی در ابعاد و اندازه واقعی برای کاربر. با حرکت کاربر در محیط شبیه سازی شده در سیستم واقعیت مجازی زاویه دید شخص نیز تغییر کرده و با هماهنگی کامل بین دو حس بینایی و شنوایی و همچنین وضعیت سر کاربر، علاوه بر مشاهده تصاویر و مناظر شبیه سازی شده غیر واقعی، حس راحتی را نیز به استفاده کننده القا

می‌کند.

طراحی محیط شبیه سازی شده در تکنولوژی واقعیت مجازی نیز باید بسیار دقیق و با جزئیات کامل صورت گرفته و پردازش آن به نحوی باشد که به صورت آنی و بدون تاخیر، واکنشی مناسب نسبت به تغییر وضعیت حواسی مانند بینایی و شنوایی را از خود به نمایش گذارد. وجود وقفه و تاخیر بین کنش کاربر و واکنش محیط علاوه بر  ایجاد تجربه‌ای ناخوشایند، مانع از فریب مغز شده و کاربر بلافاصله متوجه غیر واقعی بودن تصاویر خواهد شد.

ابزارهای واقعیت مجازی

برای استفاده از قابلیت‌های سیستم‌های مبنتی بر واقعیت مجازی به ابزارهایی خاص نیاز داریم. پر استفاده ترین ابزار موجود برای واقعیت مجازی عبارتند از:

  1. هدست های واقعیت مجازی

  2. دستکش‌های واقعیت مجازی

  3. کنترلرهای دستی واقعیت مجازی

۱. هدست‌های واقعیت مجازی

هدست‌های واقعیت مجازی قدیمی‌ترین ابزار مورد استفاده در این تکنولوژی به حساب می‌آیند. از نمونه هدست‌های واقعیت

مجازی می‌توان به Playstation VR شرکت سونی، وایو (Vive) شرکت اچ تی سی و دی دریم ویو (Daydream View) شرکت گوگل و گیر وی آر (Gear VR) شرکت سامسونگ اشاره کرد.

 

 

۲ .دستکش‌های واقعیت مجازی

یکی دیگر از پیشرفته‌ترین ابزارهای تکنولوژی واقعیت مجازی ، دستکش‌های مخصوص این تکنولوژی است. دستکش‌های واقعیت مجازی با استفاده از سنسورهای مختلف قابلیت‌هایی مانند ردیابی حرکت‌های دست و یا شبیه سازی احساساتی مانند لرزش و یا حرارت را دارند.

۳. کنترلرهای دستی واقعیت مجازی

این ابزار موجود برای تکنولوژی واقعیت مجازی امکان تعامل کاربر با اجزا و اشیای دنیای مجازی موجود در واقعیت مجازی را فراهم کرده و با توانایی تشخیص وضعیت دست مانند باز و یا بسته بودن، قابلیت انجام اعمالی مانند در دست گرفتن یک وسیله و یا رها کردن اشیا را در واقعیت مجازی برای کاربر فراهم می‌نماید.

  1. کاربردهای واقعیت مجازی

واقعیت مجازی کاربردهایی بسیار متنوع در بخش‌های مختلفی از زندگی انسان دارند. تفریح و سرگرمی یکی از شناخته شده ترین کاربردهای این تکنولوژی بوده که بازی‌های ویدیویی و فیلم‌های تعاملی پر استفاده‌ترین نمونه‌های آن هستند. اما گذشته از بخش سرگرمی و هنر، موارد استفاده واقعیت مجازی بسیار جدید و حساس بوده و این تکنولوژی نقشی حیاتی در بسیاری از دستگاه‌های مدرن و سیستم‌های پیجیده امروزی ایفا می‌کند. به طور خلاصه می‌توان کاربردهای واقعیت مجازی را در بخش‌های زیر طبقه بندی کرد:

  • بازی‌های کامپیوتری
  • سینما و ابزارهای سرگرمی
  • علوم پزشکی
  • آموزش
  • هنرهای زیبا
  • مهندسی
  • موسیقی
  • بازاریابی
  • ادبیات علمی و تخیلی

۱. بازی‌های کامپیوتری

همانطور که اشاره شد از دهه ۱۹۹۰ میلادی و به دلیل گسترش استفاده از کامپیوترهای خانگی با قدرت پردازش بالا، واقیعت مجازی به عرصه این صنعت بسیار همه گیر و درآمدزا وارد شد. هدست‌های واقعیت مجازی با نام “صفحات نمایش قرار گرفته بر روی سر (HMD)” طراحی شده و در دسترس عموم قرار گرفت. کنسول بازی Virtual Boy شرکت نینتندو، عینک‌های iGlasses شرکت Virtual IO و Cybermaxx شرکت Victormaxx و هدست VFX1 شرکت Forte Technologies نمونه‌هایی از ابزار واقعیت مجازی در اواسط دهه ۱۹۹۰ میلادی بودند.

از نمونه‌های مدرن سیستم‌های واقعیت مجازی نیز می‌توان به کنسول بازی Wii Remote شرکت نینتندو، کینکت (Kinect) شرکت مایکروسافت و سیستم‌های Playstation Move و Playstation Eye شرکت سونی اشاره کرد که با ارسال اطلاعات جمع آوری شده از حرکت فیزیکی کاربر به یک کنسول بازی و ایجاد واکنش ها و عکس العمل‌های متناسب، تجربه‌های جدیدی را برای کاربران بازی‌های کامپیوتری رقم زدند.

با گسترش استفاده از تکنولوژی واقعیت در دنیای بازی‌های کامپیوتری، شرکت‌های مطرح تولید بازی نیز سرمایه گذاری بیشتری در این بخش نموده و عناوین خود را با این تکنولوژی هماهنگ نمودند. بازی Vendetta Online محصول شرکت Guild Software اولین بازی تحت شبکه در سبک نقش آفرینی (Role Playing Games یا RPG) بود که از هدست واقعیت مجازی Oculus Rift پشتیبانی می‌کرد.

در سال ۲۰۱۳ میلادی نیز شرکت Virtuix دستگاه مبتنی بر واقعیت مجازی خود با نام Virtuix Omni را به بازار عرضه نمود که علاوه‌بر استفاده از هدست واقعیت مجازی، با استفاده از یک سطح متحرک حساس و سنسورهای حرکتی مختلف و کفش‌های مخصوص، قابلیت حرکت در یک دنیای سه بعدی مجازی را برای کاربر فراهم می‌نمود. این دستگاه هماهنگی کاملی با هدست‌های واقعیت مجازی موجود در بازار مانند HTC Vive و Oculus Rift داشت.

در سال‌های اخیر برخی از فعالان در عرضه تکنولوژی واقعیت مجازی با استفاده و بهینه سازی این سیستم، دست به تولید ابزاری برای ورزش و آمادگی جسمانی نیز زدند. دستگاه ورزشی ICAROS یکی از مشهورترین نمونه‌ها در بخش استفاده از ابزارهای واقعیت مجازی در عرصه ورزش است.

۲. سینما و ابزارهای سرگرمی

فیلم‌های سینمایی ساخته شده بر اساس تکنولوژی واقعیت مجازی جذابیت بسیار زیادی داشته و قابلیت تجربه یک محیط کاملا سه بعدی و ۳۶۰ درجه را برای تماشاگران فراهم می‌کنند. شرکت‌های بزرگ فیلمسازی مانند Fox Searchlight Pictures و Skybound با استفاده از دوربین‌های مخصوص، فیلم‌های سینمایی ۳۶۰ درجه تولید کرده با استفاده از عینک‌های واقعیت مجازی قابل مشاهده است.

در اواخر سال ۲۰۱۶ میلادی نیز واقعیت مجازی وارد مسابقات ورزشی شد و رویدادهایی ورزشی مانند مسابقات قهرمانی شطرنج جهان و مسابقات ورزشی شبکه فاکس (Fox Sport) به صورت ۳۶۰ درجه و با استفاده از گوشی‌های تلفن همراه هوشمند و هدست‌های واقعیت مجازی به نمایش عمومی درآمد.

از واقعیت مجازی در پارک‌های تفریحی نیز استفاده شده و در سال ۲۰۱۵ میلادی این تکنولوژی در قطارهای شهربازی‌‌ها پیاده سازی شد. اولین شهربازی مجازی نیز که با استفاده از تکنولوژی واقعیت مجازی و یکی از زیر مجموعه‌های آن واقعیت افزوده (Mixed Reality – ترکیبی از اشیا مجازی و محیط واقعی) فعالیت می‌کرد، با نام The Void در ایالات متحده آمریکا دایر گردید.

۳. علوم پزشکی

تکنولوژی واقعیت مجازی بستری بی خطر و کم هزینه را برای تحقیقات و آزمایش‌های دانشمندان و محققین علوم پزشکی و روانشناسی فراهم کرده تا در محیطی کنترل شده به بررسی تئوری‌های علمی خود بپردازند. علاوه بر این تکنولوژی واقعیت مجازی این امکان را به جراحان و پزشکان داده که با استفاده از آن به شبیه سازی اعمال جراحی خطرناک بپردازند.

علاوه بر این تکنولوژی واقعیت مجازی و ابزار و ادوات آن قابلیت استفاده در انجام اموری مانند تمرینات فیزیوتراپی و ریکاروی را نیز دارند. یکی دیگر از تئوری‌های واقعیت مجازی در علم پزشکی نیز در رابطه با مدیریت درد ناشی از بیماری‌های مختلف بوده که با استفاده از سنسورهای مختلف و نرم افزارهای پیشرفته، موجب کاهش درد بیمار می گردد.

۴. آموزش

واقعیت مجازی این امکان را به استفاده‌کنندگان می‌دهد که با استفاده از آن بدون نیاز به قرار گرفتن در محیط‌های خاص و خطرناک و بدون نگرانی از شکست و تحمل صدمات فیزیکی، به آموزش و فراگیری فنون مختلف بپردازند. در کشور ژاپن و در مدرسه آنلاین N Highsvhool واقعیت مجازی نقشی اساسی داشته و با استفاده از آن دانش آموزان با استفاده از هدست واقعیت مجازی و بدون نیاز به حضور فیزیکی در محل مدرسه، در مراسم و کلاس‌های آن شرکت می‌کنند.

واقعیت مجازی در بخش نظامی نیز کاربردی قابل توجه دارد. از اولین استفاده‌های واقعیت مجازی در نیروهای نظامی می‌توان به شبیه ساز هواپیماهای جنگی اشاره کرد که در اواسط دهه ۱۹۷۰ میلادی توسط نیروی هوایی ایالات متحده آمریکا به کار گرفته می‌شد. سازمان هوافضای ایالات متحده آمریکا، ناسا (NASA) نیز یکی از استفاده کنندگان اصلی تکنولوژی واقعیت مجازی است. در این سازمان تمرینات و آموزش‌های فضانوردان بیش از دو دهه است که توسط سیستم‌ها و تکنولوژی واقعیت مجازی برگزار می‌گردد.

شبیه ساز‌های پرواز، رانندگی، دریانوردی و مواردی مانند این نیز بر پایه تکنولوژی واقعیت مجازی فعالیت کرده و بدون نیاز به استفاده از ابزار و ادوات

و محیط واقعی، گام مهمی در آموزش مهارت‌های مرتبط به دانشجویان برداشته است. همان طور که اشاره شد، در عرصه علوم پزشکی نیز واقعیت مجازی حضوری پر رنگ داشته و بدون نیاز به استفاده از اندام‌های طبیعی انسانی و حیوانی، نقشی کلیدی و انکار ناپذیر در آموزش اعمال جراحی به دانشجویان ایفا می‌کند.

۵. هنرهای زیبا

دیوید ام (David Em) یکی از اولین هنرمندانی بود که در دهه ۱۹۷۰ میلادی با استفاده از تکنولوژی واقعیت مجازی دست به خلق آثاری در حوزه هنرهای زیبا زد. ویرتوپیا (Virtopia) نیز یکی از اولین نمونه‌های استفاده از واقعیت مجازی در عرصه هنرهای زیبا بود که در یک جشنواره فیلم به نمایش درآمد. این فیلم که توسط ژاکلین فورد موری (Jacquelyn Ford Morie) ساخته شده بود، در جشنواره فیلم فلوریدا در سال ۱۹۹۲ میلادی به نمایش عمومی درآمد.

از دیگر آثار هنری ساخته شده توسط تکنولوژی واقعیت مجازی می‌توان به Osmose و Ephemere از هنرمند کانادایی، شار دیویس (Char Davis)، Is GOD Flat محصول سال ۱۹۹۴ میلادی و  Is DEVIL Curved محصول سال ۱۹۹۵ میلادی از آثار مائوریس بنایون (Maurice Benayon) اشاره کرد. تعدای از موزه‌های مطرح دنیا نیز از واقعیت مجازی و ابزار و ادوات وابسته به آن برای نمایش آثار خود استفاده کرده که به عنوان نمونه می‌توان به موزه‌ های British Museum و Guggenheim اشاره کرد.

۶. مهندسی

استفاده از ابزارهای سه بعدی طراحی بوسیله کامپیوتر (CAD) تا اواسط دهه ۱۹۹۰ میلادی تنها در صفحات نمایشگر تخت و دو بعدی ممکن بود. اما استفاده از ویدیو

پروژکتورهای مدرن، دستگاه‌های ردیابی و حسگر سه بعدی و تکنولوژی مدرن کامپیوتری، طراحی سه بعدی به وسیله واقعیت مجازی را ممکن نمود.

شرکت‌های مهندسی مانند VRcom و IC.IDO با استفاده از عینک‌های سه بعدی و ویدیو پروژکتورهای چند سطحی و تکیه بر تکنولوژی واقعیت مجازی توانستند علم طراحی را از روی کاغذ و ساختار دو بعدی به محیط مجازی و سه بعدی منتقل نمایند. در حال حاضر با استفاده از تکنولوژی واقعیت مجازی مهندسین توانایی مشاهده ساختمان‌ها و ساز‌ه‌ها در محیطی سه بعدی را داشته و با قابلیت مشاهده از تمامی زوایا، امکان بهینه سازی و بازسازی بخش‌های مختلف نقشه‌های مهندسی را دارند.

۷. صنعت و هنر موسیقی

واقعیت مجازی با قرار دادن مخاطب در یک کنسرت موسیقی و در برابر هنرمندان محبوب خود، تجربه‌ای جدید و هیجان انگیز را رقم زده و وی را در موقعیت یک اجرای زنده موسیقی قرار می‌دهد.

علاوه بر این واقعیت مجازی در موزیک ویدیوها نیز حضور داشته و موجب تاثیرگذاری و جذابیت بیشتر آنها می‌گردد.

از نمونه‌های استفاده از تکنولوژی واقعیت مجازی در زمینه موسیقی می‌توان به تجربه گروه پاپ نروژی a-ha اشاره کرد که با همکاری با استودیوی Void ویدیوهایی ۳۶۰ درجه را بر روی آرشیو ویدیویی یوتیوب قرار داد که کاربران با استفاده از هدست‌های واقعیت مجازی امکان تجربه‌ موسیقایی جدید و جذابی را پیدا کردند.

۸. بازاریابی و تبلیغات

واقعیت مجازی یک فرصت طلایی و متفاوت در بخش بازاریابی و تبلیغات را در اختیار صاحبان مشاغل قرار می‌دهد تا از زاویه‌ای جدید و متفاوت با مخاطبان ارتباط برقرار نماید. شرکت‌هایی مانند کوکاکولا، شرکت سینمایی پارامونت، والت دیزنی و رستوران‌های زنجیره‌ای مک دونالدز از واقعیت مجازی در تبلیغات خود استفاده می‌کنند.

موسسه‌های عام المنفعه‌ای مانند یونیسف، بنیاد جهانی طبیعت (WWF) و سازمان عفو بین الملل (Amnesty International) نیز با استفاده از تکنولوژی واقعیت مجازی و با قرار دادن مخاطبین در فضای موردنظر خود و برداشتن فاصله مابین دو طرف، بدون نیاز به حضور فیزیکی در محل، به ارائه مستندات و شواهد موردنظر خود پرداخته و نظر مخاطبین را به واضح‌ترین شکل ممکن به خود جلب می‌نمایند.

بسیاری از شرکت‌های معماری و دفاتر معاملات املاک نیز با استفاده از تکنولوژی واقعیت مجازی و بدون نیاز به حضور مشتری در محل، محل مورد معامله را به نمایش گذاشته و امکان یک تور مجازی را برای آنها فراهم می‌کنند.

۹. ادبیات علمی تخیلی

رمان‌ها و داستان‌های زیادی بر اساس واقعیت مجازی به رشته تحریر درآمده‌اند. در بسیاری از این نوشته‌ها به بیان ماجراهایی در خصوص اسیر شدن شخصیت‌ها در واقعیت مجازی اشاره شده است. از نمونه‌های شاخص این رمان‌ها می‌توان به بازیکن شماره ۱ آماده (Ready Player One) اثر ارنست کلاین (Ernest Cline) نویسنده آمریکایی و سقوط برف (Snow Crash) اثر نیل استفنسون (Neal Stephenson) نویسنده آمریکایی اشاره نمود.

در دهه‌ها ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ میلادی نیز نوشته‌های سبک سایبرپانک (Cyberpunk – یکی از زیر مجموعه‌ها رمان‌های علمی-تخیلی) از تکنولوژی واقعیت مجازی به عنوان مسیری برای تغییر سبک زندگی اجتماعی یاد می‌کردند.

واقعیت مجازی ؛ نگرانی‌ها و چالش‌ها

واقعیت مجازی با چالش‌هایی مانند خطرات ایمنی و تاثیر منفی بر سلامت استفاده کنندگان، حفظ حریم خصوصی و مشکلات فنی و تکنیکی روبرو بوده و از این رو مخالفانی را در برابر خود می‌بیند. با توجه به مدرن بودن و حضور تازه در بازار، اثرات دراز مدت استفاده از تکنولوژی واقعیت مجازی بر سیستم عصبی و حواس پنجگانه انسان هنوز ناشناخته است.

کاربران واقعیت مجازی ممکن است با مشکلاتی نظیر اختلال در سیستم تعادل مواجه شده و یا با توجه به عدم وجود موانع فیزیکی در سیستم‌های مبتنی بر واقعیت مجازی ، احساس رضایت کافی از دنیای واقعی را از دست بدهند. علاوه بر این اعتیاد به واقعیت مجازی نیز می‌تواند یکی دیگر از اثرات مخرب جانبی این تکنولوژی به حساب آید.

واقعیت مجازی ساخت یک دنیای مجازی و غیر واقعی برای حواس پنج‌گانه انسان‌ها بوده و بیانگر تجربه‌ای است از رویدادها و اتفاقاتی که در شرایط عادی به وقوع نپیوسته و آزمونی است برای میزان درک شخص از محیط و نحوه برخورد و واکنش وی با محیط شبیه سازی شده پیرامونی. واقعیت مجازی از مجموعه‌ای از تکنولوژی‌ها مدرن استفاده کرده و علاوه بر استفاده در زمینه‌های سرگرمی، کاربردهایی جدی و خاص نیز دارد. با پیشرفت دستگاه‌ها و تکنولوژی‌ها، واقعیت مجازی روز به روز ارزان‌تر شده و در دسترس بازه گسترده‌تری از کاربران قرار می‌گیرد.اما در مجموع واقعیت مجازی می‌تواند به عنوان یک ابزار بسیار کارآمد در زمینه علوم به شمار آمده و همچنین با استفاده از آن در سیستم‌های آموزشی، خطرات و هزینه‌های ناشی از کسب مهارت در رشته‌های پرخطر مانند خلبانی، رانندگی و عمل‌های حساس جراحی را کاهش دهد.

همه آنچه درباره واقعیت افزوده نمی‌دانید!

واقعیت افزوده (Augmented Reality) یک نمای فیزیکی زنده، مستقیم یا غیرمستقیم است که کاربردهای فراوانی در هر عرصه‌ای که بخواهید دارد.

دنیای دیجیتال، دنیایی که در حال گسترش در جهان ما انسان هاست تغییرات و شیوه‌هایی نوین را در زندگی آدمی بوجود می‌آورد که جذابیت خاص و منحصر بفردی دارد که هر کسی را شیفته خود می‌کند بگونه‌ای که انسان دوست دارد حتی یک بار هم که شده آن را تجربه نماید، واقعیت افزوده نیز یکی از این تغییرات شگرف فناوری در دنیای ما انسان هاست که نمی‌توان آن را نادیده گرفت.امروز قصد دارد تا به بررسی واقعیت افزوده، تاریخچه و کاربرد‌های آن بپردازد؛ پس پیشنهاد می‌کنیم با ما همراه باشید.

واقعیت افزوده چیست؟

واقعیت افزوده (Augmented Reality) یک نمای فیزیکی زنده، مستقیم یا غیرمستقیم (و معمولاً در تعامل با کاربر) است، که عناصری را پیرامون دنیای واقعی افراد اضافه می‌کند. این عناصر بر اساس تولیدات کامپیوتری که از طریق دریافت و پردازش اطلاعات کاربر توسط سنسور‌های ورودی مانند صدا، ویدئو، تصاویر گرافیکی یا داده‌های GPS است ایجاد می‌شود.

واقعیت رایانه‌ای مفهوم کلی واقعیت افزوده‌است. در واقعیت افزوده معمولاً چیزی کم نمی‌شود بلکه فقط اضافه می‌شود. همچنین واقعیت افزوده تا حدودی شبیه به واقعیت مجازی است که توسط یک شبیه‌ساز، دنیای واقعی را کاملاً شبیه‌سازی می‌کند.

تفاوت واقعیت مجازی و واقعیت افزوده

در واقع وجه تمایز بین واقعیت مجازی و واقعیت افزوده این است که در واقعیت مجازی کلیهٔ عناصر درک شده توسط کاربر، ساخته شده توسط کامپیوتر هستند. اما در واقعیت افزوده بخشی از اطلاعاتی را که کاربر درک می‌کند، در دنیای واقعی وجود دارند و بخشی توسط کامپیوتر ساخته شده‌اند.

در واقعیت افزوده، عناصر معمولاً به صورت بی‌درنگ نگاشته شده و به‌طور هوشمند مرتبط با عناصر محیطی است، مانند نمایش امتیاز مسابقات ورزشی در زمان پخش از تلویزیون.

با کمک تکنولوژی پیشرفتهٔ واقعیت افزوده (برای مثال افزودن قابلیت بینایی کامپیوتری و تشخیص اشیاء) می‌توان اطلاعات مرتبط با دنیای واقعی پیرامون کاربر را به صورت تعاملی و دیجیتالی به او ارائه کرد. همچنین می‌توان اطلاعات مرتبط با محیط و اشیاء اطراف را بر روی دنیای واقعی نگاشت.

ایده اولیه واقعیت افزوده اولین بار در سال ۱۹۹۰ توسط توماس کادل کارمند بوئینگ مطرح شد.

یکی از اشتباهات رایج در میان جامعه ایران در خطاب کردن فناوری واقعیت مجازی با عنوان واقعیت افزوده است.

باید گفت که واقعیت افزوده فناوری‌ای است که در آن تصویر سه بعدی یا اطلاعاتی به صورت متن یا تصویر بر روی تصویر زنده‌ای که از طریق دوربین موبایل یا تبلت در حال نمایش است نشان داده می‌شود.

البته این فناوری دارای محدودیت‌هایی است که باعث شده توسعه‌ی آن به کندی صورت بگیرد و فراگیر نشده باشد. در صورتی که واقعیت مجازی

البته در برخی از اپلیکیشن‌های واقعیت مجازی با استفاده از دوربین پشتی گوشی همراهی که در هدست قرارگرفته است، تصاویر از محیط ضبط شده و با اطلاعات یا محتوای سه بعدی ادغام می‌شوند.

تاریخچه واقعیت افزوده

  • ۱۹۵۷۶۲: مورتون هیلینگ، یک فیلمبردار، شبیه‌سازی با نام سنسوراما همراه با سیستم صوتی، تصویری، بویایی و لرزه اختراع کرد.
  • ۱۹۶۶: ایوان سوزرلند با اختراع نمایشگر سربند (head-mounted display) دریچه‌ای را به دنیای مجازی باز کرد.
  • ۱۹۷۵: مایرون راجر، Videoplace را اختراع کرد که برای اولین بار به کاربران اجازه تعامل با اشیای مجازی را می‌داد.
  • ۱۹۸۹: جارون لانیر اصطلاح واقعیت مجازی را ابداع کرد و اولین شرکت تجاری در حیطه دنیای مجازی را تأسیس کرد.
  • ۱۹۹۰: توماس کادل زمانی که در بوئینگ به کارکنان، برای سرهم کردن کابل‌ها در هواپیما کمک می‌کرد، مفهوم واقعیت افزوده را ابداع کرد.
  • ۱۹۹۲: ال. بی روزنبرگ برای اولین بار یک سیستم واقعیت مجازی قابل استفاده، به نام تجهیزات مجازی را در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی آمریکا ایجاد کرد.
  • ۱۹۹۲: استیون فینر، بلیر مکلنتایر و دری سلایمن اولین نسخه از سندی را در یک نمونه اولیه سیستم واقعیت افزوده ارائه کرد. KARMA در کنفرانس رابط گرافیکی. نسخه کاغذی از یک سند را به‌طور گسترده در نمایشگاه ارتباطات ACM در سال ۱۹۹۳ منتشر شد.
  • ۱۹۹۳: لورا دابلیو. دی. ال با پذیرش مسئولیت STRICOM اولین نمایش ترکیبی به همراه وسیله نقلیه مجهز به واقعیت افزوده و سرنشین شبیه‌سازی شده را به صورت زنده اجرا کرد.
  • ۱۹۹۴: مارتین جولی برای اولین بار تئاتری با فناوری واقعیت افزوده طراحی کرد، رقص در فضای سایبری، با سرمایه‌گذاری انجمن هنر استرالیا، خصوصیت رقاصان و بندبازان تغییر اندازه بدنشان در لحظه اجرا، پرتاب شدن به فضای فیزیکی اطراف و زمین اجرا بود. آکروبات بازان به صورت معلق در اطراف ظاهر می‌شدند. در این تئاتر از سیستم‌های کامپیوتری سیلیکون گرافیک و سیستم حسگر Polhemus استفاده شد.
  • ۱۹۹۸: معرفی فضای واقعیت افزوده توسط راسکار، ولش و فاشز در دانشگاه کارولینای شمالی در تپه کلیسا
  • ۱۹۹۹: هیروزاکو کاتو ARToolKit را در HITLab ایجاد کرد، جایی که قبلاً واقعیت افزوده بوسیله سایر متخصصان HITLab توسعه داده می‌شد.
  • ۲۰۰۰: بروس اچ. توماس توسعه دهنده ARQuake، اولین بازی واقعیت افزوده در محیط باز را برای موبایل در گردهمایی بین‌المللی کامپیوتر‌های پوشیدنی معرفی کرد.
  • ۲۰۰۸: اپلیکیشن واقعیت افزوده ویکی‌تود به عنوان راهنمای مسافرت در ۲۰ اکتبر ۲۰۰۸ با تلفن آندرویدی G۱ منتشر شد.
  • ۲۰۰۹: ARToolkit توسط Saqoosha به ادوبی فلش (FLARToolkit) آورده شد، با این کار واقعیت افزوده به مرورگر وب هم رسید.
  • ۲۰۰۹: پروژه SixthSense از دانشگاه MIT طرحی از یک دستگاه مستقل را به نمایش گذاشتند که براساس واقعیت مجازی پوشیدنی کار می‌کرد.
  • ۲۰۱۱: لستر تکنولوژیز، یک شرکت تازه تأسیس فرانسوی از دانشگاه جنوب پاریس (Orsay)، اولین عینک اسکی واقعیت افزوده را برای فروش عرضه کرد.
  • ۲۰۱۲: شرکت گوگل با معرفی پروژه «عینک گوگل» یا «پروژه عینک» (Project Glass) گام بزرگی در فراگیر کردن و جنبه عام بخشیدن به واقعیت افزوده برداشت.

کاربرد‌های واقعیت افزوده

ورزش

ساده‌ترین نمونه واقعیت مجازی را می‌توان در برنامه‌های ورزشی تلویزیونی مشاهده نمود.

برای مثال، نمایش نتیجه مسابقات فوتبال در دایره مرکز زمین، یا در زمان پخش مسابقات شنا در تلویزیون، نمایش شماره خط هر شناگر و نمایش رکورد در پشت هر شناگر (که امکان مقایسه شناگران را به بینندگان مسابقه می‌دهد) نمونه‌هایی عادی از کاربرد این سیستم است.

بازی‌های ویدئویی دستی

بوسیله «کارت واقعیت افزوده» برای نینتندو ۳دی‌اس و پلی‌استیشن ویتا با استفاده از دوربین مخصوص، می‌توان بازی کرد.

نرم‌افزار‌های کاربردی

با توجه به گسترش سریع موبایل‌های هوشمند (Smart Phones) به عنوان اصلی‌ترین سخت‌افزار‌ها برای واقعیت افزوده می‌توان به گسترش روزافزون نرم‌افزار‌های کاربردی در حوزه‌های مختلف اشاره کرد.

آموزش

استفاده از واقعیت افزوده در آموزش و پرورش در چند دهه اخیر پیشرفت چشم‌گیری داشته‌است و از طرفی با افزایش سطح استفاده از وسایل همراه در این زمینه، بهره‌برداری از این تکنولوژی به شدت رو به رشد است.

به‌طور معمول نیاز‌های اولیه نرم‌افزار‌های واقعیت افزوده عبارتند از: یک پردازشگر، نمایشگر خاص، سیستم ردیابی و سخت‌افزار و نرم‌افزار‌هایی که مورد نیاز است. (Billinghurst, ۲۰۱۲) از این تکنولوژی می‌توان در سطوح مختلف آموزشی از تحصیلات ابتدایی و متوسطه که به آن‌ها اصطلاحاً K-۱۲ گفته می‌شود، گرفته تا تحصیلات سطح بالای دانشگاهی استفاده نمود. (Lee,

استفاده از واقعیت افزوده در آموزش سطوح پایین تحصیلی

یکی از مهم‌ترین و رایج‌ترین استفاده‌هایی که از این تکنولوژی می‌شود در کتاب‌های واقعیت افزوده است. اصطلاحاً به این گونه کتاب‌ها، جادویی گفته می‌شود. این کتاب‌ها شباهت زیادی به کتاب‌های معمولی دارند با این تفاوت که کاربر با استفاده از عینک‌های مخصوص واقعیت افزوده هنگام مشاهده صفحات کتاب، اشکال سه بعدی دیجیتالی که بیرون از کتاب ایجاد شده‌اند را نیز می‌بیند. (Andújar,

این کتاب‌ها در واقع مدل دیجیتالی کتاب‌های برجسته مرسوم هستند که به کاربر امکان مشاهده اشکال سه بعدی را در هر زاویه و جهتی می‌دهند، همچنین از این کتاب‌ها می‌توان به صورت اشتراکی استفاده نمود به این صورت که دو کاربر دید یکسان و یا متفاوتی را از یک صفحه کتاب داشته باشند و از این جهت بسیار کارآمد و مفید است. (Lee, ۲۰۱۲) (Billinghurst, ۲۰۱۲) (Yuen,

استفاده از واقعیت افزوده در آموزش سطوح بالا و دانشگاهی

یکی از مهم‌ترین کار‌هایی که در زمینه آموزش در سطوح بالای دانشگاهی صورت گرفته‌است، راه اندازی آزمایشگاه‌های راه دور مجازی با استفاده از تکنولوژی واقعیت افزوده است. طی سالیان گذشته فعالیت‌های زیادی در زمینه آزمایشگاه‌های راه دور به صورت مجازی و الکترونیکی صورت گرفته‌است، که اغلب در رشته مهندسی برق و الکترونیک کاربرد داشته‌است، اما این روش‌ها علاوه بر مزایای زیاد، معایبی نیز به همراه دارند که از جمله آن‌ها اینکه در روش مجازی سازی، کاربران از آنجایی که به صورت واقعی با ابزار‌ها و وسایل آزمایش در تعامل ناست، در نتیجه نمی‌توانند تجربه کافی حاصل از آزمایش را بدست آورند. از طرفی این شیوه آموزشی در بسیاری از حوزه‌های آزمایشگاهی کارایی لازم را ندارد، به عنوان مثال در صورتی که آزمایشگاه شیمی به صورت مجازی و راه دور برگزار گردد، نتیجه بخش نخواهد بود.

از این رو در این حوزه استفاده از قابلیت‌های واقعیت افزوده که فراتر از روش‌های مجازی مرسوم است، می‌تواند تأثیرگزارتر باشد. از این جهت که با استفاده از این تکنولوژی، فهم مطالب و نتایج حاصل از آزمایشات در کیفیتی برابر و یا بیشتر از حالتی که در آزمایشگاه‌های واقعی صورت می‌گیرد، خواهد بود و از طرفی حل مسائل پیچیده به راحتی صورت می‌گیرد. نرم‌افزاری که بدین منظور طراحی شده‌است ARRL۴ نام دارد که در کامپیوتر کاربر اجرا شده و از طریق ارتباط TCP/IP به شبکه آزمایشگاه مورد نظر متصل شده و شروع به کار می‌نماید. این برنامه، در واقع با استفاده از دوربین‌های ویژه که در محل اصلی نمایشگاه واقع شده‌اند، و همچنین افزودن المان‌های مجازی و دیجیتال به آن‌ها با استفاده از واقعیت افزوده، به کاربر امکان تعامل با وسایل آزمایشگاهی و در نهایت مشاهده نتیجه کار خود را می‌دهد. استفاده از این شیوه آموزشی، امروزه علاوه بر رشته‌های مهندسی، در تدریس دروسی همچون تاریخ و جغرافیا نیز کاربرد دارد. (Andújar,)

آینده تکنولوژی واقعیت افزوده چه خواهد بود؟

مطمئنا اسمارت‌فون‌ها و تبلت‌ها، تنها بستر توسعه واقعیت افزوده نخواهند بود. محققان تحقیقات خود بر روی عملکرد AR در لنز‌های فشرده و سایر دستگاه‌های پوشیدنی را با سرعت به پیش می‌برند. هدف نهایی واقعیت افزوده این است که مخاطب را هرچه طبیعی‌تر و راحت‌تر درون تصاویر غرق کند و این به معنای آن است که اسمارت‌فون‌ها و تبلت‌ها احتمالا جایگزین خواهند شد؛ هرچند مشخص نیست که جایگزین‌های آن‌ها چه ابزار‌هایی باشند. حتی عینک‌ها می‌توانند شکل و شمایلی جدید به خود بگیرند، همانطور که عینک‌های هوشمند برای استفاده افراد نابینا در حال توسعه است.

مانند هر تکنولوژی جدیدی، واقعیت افزوده نیز با برخی مسائل اخلاقی و سیاسی مواجه است. به عنوان مثال توسعه گوگل گلس همراه با افزایش نگرانی‌ها در خصوص حریم شخصی همراه بود. از جمله این نگرانی‌ها این بود که مکالمات می‌توانند به طور محرمانه ضبط و تصاویر بدون اجازه گرفته شوند.

همچنین این احتمال وجود دارد که این تکنولوژی منجر به اختلال در نرم‌افزار‌های تشخصی چهره شود. تولید و فروش عینک‌های واقعیت افزوده و سایر دستگاه‌ها نظیر گوگل‌ایکس (Google-X) و گوگل لنز امروزه در حال گسترش است.

تفاوت واقعیت مجازی(VR) و واقعیت افزوده (AR) چیست؟

 تکنولوژی هایی که ما از آنها صحبت خواهیم کرد از کلمه واقعیت استفاده شده است و هنگامی که شما اسم این ها را می شنوید حداقل متوجه می شوید که می خواهیم پیرامون واقعیت صحبت کنیم.خط مرزی این دو تکنولوژی یعنی واقعیت مجازی و واقعیت افزودهمشخص نیست. البته خوبی این دو تکنولوژی این است که شما می‌توانید با چشمان خود ببینید و این توضیح را آسان تر می کند.

واقعیت مجازی(Virtual Reality یا VR)

به زبان ساده VR به هر فناوری گفته می شود که چیزی را که چشم شما می بیند با موارد دیگر عوض می کند.هنگامی که سر خود را به اطراف می گردانید تصویر نیز همانطور که در زندگی واقعی این طور است، حرکت می کند اما تصویری که مشاهده می کنید با آن چه که در دنیای واقعی می بینید بسیار متفاوت است. به نوعی می توان گفت واقعیت مجازی حواس دیدن و شنیدن را تحریک می کند. این برای بازی کردن یا داستان گویی فوق العاده است زیرا به بیننده اجازه می دهد تا خود را در آن چه که در اطرافش اتفاق می افتد غوطه ور کند و حس کند که داخل بازی قرار دارد. اما ممکن است هنگامی که بازی می کنید و عینک را به روی چشم دارید به جسمی در دنیای واقعی آسیب بزنید و بدنتان نیز آسیب ببیند.  البته این کار ممکن است باعث قطع ارتباط دستگاه نیز شود.

VR به شکل برجسته در دو نوع کار استفاده می شود:

۱- برای ایجاد و تقویت یک واقعیت تخیلی برای بازی،سرگرمی (مانند بازی های کامپیوتری یا فیلم های سه بعدی

۲- برای تقویت مهارت و تمرین برای محیط های زندگی واقعی یا شبیه سازی (مانند شبیه سازی پرواز برای خلبانان

واقعیت مجازی اغلب نیاز به چیزی برای پوشش هر دو چشم دارد و فناوری فعلی از نمایشگر ها و لنز ها استفاده می کند. البته تصویر جایگزین در سراسر محدوده دید ما دیده نمی شود. در بیشتر موارد لبه صفحه نمایش را می بینید که تا حدودی این واقعیت را مختل می کند. البته از آسیب های واقعیت مجازی می توان گفت هنگامی که مغز شما احساس می کند در دنیایی به اندازه کافی واقعی قرار گرفته است واکنش های بدن را نیز واقعی می کند و ممکن است منجر به حالت تهوع شود.

ساخت واقعیت مجازی از طریق یک زبان برنامه نویسی به نام VRML یا زبان مدل سازی مجازی(Virtual Reality Modeling Language) امکان پذیر است که می تواند برای ایجاد یک مجموعه از تصاویر و مشخص کردن این که چه تعاملاتی برای آن ها ممکن است استفاده شود.

واقعیت افزوده(Augmented reality یا AR)

 

هنگامی که شما چیزی را از منظر واقعیت افزوده می بینید،چیزی را مجازی در دنیای واقعی می بینید.این به این معنی است که آن چه شما می بینید همان دنیای فیزیکی و واقعی اطرافتان است به علاوه این که چیزهای مجازی به آن اضافه می شود. به وسیله آن می توانید ایمیل ها،عکس ها یا پیام های متنی را به صورت سه بعدی در تلفن ه

مراه خود ببینید.همچنین می تواند به عنوان یک نشانگر نقشه از طریق رابط دوربین تلفن همراه استفاده شود که با چرخاندن سر به اطراف جهت ها را مشاهده کنید یا به عنوان هدستی که می توانید از آن به برای اضافه کردن موارد مجازی به ویدئو یا بازی ها استفاده کنید.

سیستم‌های واقعیت افزوده پیچیده تر به شما اجازه می دهد تا دیوار خانه خود را به گونه ای ببینید که گویی دسکتاپ کامپیوتر خود را می بینید و تعدادی برنامه روی آن دارید. این ترکیب -افزوده- از واقعیتی است که شما در آن زندگی می کنید. برخی اشکال واقعیت افزوده که ما امروز بر روی گوشی خود می بینیم، توسط کد های QR اشیایی مجازی را در جاهایی قرار می دهند که دوربین می تواند آن ها را ببیند. احتمالا برای شما نیز پیش آمده است که توسط دوربین موبایل خود و با استفاده از برنامه های خوانش QR لینکی را باز می کنند یا شما را به صفحه ای دیگر هدایت می کنند. البته پیشگامان این فناوری به دنبال انجام کارهای انقلابی و جذاب با هولوگرام ها و دستورات متحرک هستند.

 

برخی سیستم های پیچیده تر مانند Google Tango و Microsoft Hololens از مجموعه‌ای از دوربین ها استفاده می کنند تا کامپیوتر را از موقعیتش در اتاق مطلع کنند و اجازه می دهد که کاربر در اطراف اشیا مجازی حرکت کند و آنها را همانطور که در اتاق هستند بازرسی کند. واقعیت افزوده معمولا همه دید شما را پر نمی کند، بنابراین افزودن به واقعیتی که مشاهده می کنید معمولا تنها زمانی ممکن است که به طور مستقیم به آن ها نگاه می کنید.

واقعیت مجازی و واقعیت افزوده بازتابی معکوس از یکدیگر هستند. واقعیت مجازی یک سرگرمی دیجیتال در بستر دنیای واقعی است در حالی که واقعیت افزوده با اضافه کردن عناصر مجازی پرده ای برای دنیای واقعی است.

این دو تکنولوژی می توانند در زمینه پزشکی مانند جراحی کمک کننده باشند همانطور که برای درمان مشکلات روحی مانند نوعی از استرس ها مورد استفاده قرار گرفته اند. البته این گونه نیست که این تکنولوژی ها همیشه به صورت مجزا از یکدیگر عمل کنند بلکه معمولا از ترکیب این ها برای واقعی کردن شرایط استفاده می کنند. به طور کلی این تکنولوژی ها راه را برای تعامل دستگاه های دیجیتال و دنیای واقعی فراهم می کنند.

گردآوردنده :استاد گرامی محمد رضا حقیقت