آموزش

واقعیت مجازی چگونه کار می‌کند ؟

واقعیت مجازی چگونه کار می‌کند

چگونه یک هدست واقعیت مجازی حسی را به شما القا می‌کند که گویی در یک سفینه فضایی و درکهکشان دور افتاده هستید در صورتی که، در حقیقت در حال برخورد به میز آشپزخانه خانه هستید؟ با توجه به گسترش روز افزون دستگاه‌های واقعیت مجازی، ما می‌خواهیم توضیح دهیم که این دستگاه‌ها در واقع به چه شکل کار می‌کنند.

در حالی که ظاهر دستگاه‌ها به طور کلی طراحی یکسانی دارند، اما نحوه نمایش تصاویر در مقابل چشم‌های ما در بین آن‌ها بسیار متفاوت است، برای مثال HTC Vive و  Oculus Rift، بر پایه استفاده توسط رایانه ساخته شده‌اند درحالی که تولید کنندگان بزرگ دیگر مانند گوگل و سامسونگ هدست‌هایی ارزان قیمت‌تر و مبتنی بر گوشی‌های هوشمند را ارائه می‌دهند. سونی نیز با عرضه موفق Playstation VR  توانسته تا پای هدست‌های واقعیت مجازی را به کنسول‌های بازی خود باز کند.

سیستم واقعیت مجازی مستقل نیز گزینه‌ای است که به زودی بیشتر از آن خواهید شنید، در سال ۲۰۱۸، شرکت  Oculusاز Oculus Go  رونمایی کرد و همچنین انتظار می رود که  لنوو و سایر شرکت ها نیز هدست مستقل عرضه کند.

هنگامی که هدست و منبع تامین محتوای آن را تهیه کردید، لوازم دیگری نیز برای اتصال شما نیاز خواهد بود، از قبیل: ردیاب حرکات سر، کنترلرها، ردیاب حرکتی، ردیاب صوتی، کلیدهای اضافی دستگاه و یا صفحه‌های لمسی. میزان تاثیر گذاری، چیزی است که تمام افرادی که هدست‌های واقعیت مجازی، بازی یا برنامه می‌سازند، به دنبال آن هستند تا تجربه واقعیت مجازی را به شکلی باور پذیر ایجاد کنند تا باعث شود ما رایانه، هدست و لوازم جانبی متفاوت آن را فراموش کرده و دقیقا همان حسی را داشته باشیم که در دنیای واقعی داریم. خب، این امر چگونه امکان پذیر است؟

اصول اولیه

هدست‌های واقعیت مجازی Oculus Rift و PlayStation VR اغلب به عنوان HMD شناخته می‌شوند که به معنای نمایشگرهای سر بند (نمایشگری که مانند یک عینک روی صورت قرار می‌گیرد) است. حتی بدون داشتن ردیابی صوتی و یا حرکتی و با قرار دادن صفحه نمایش گوشی هوشمندتان درون عینک‌های ساده مقوایی گوگل نیز می‌توانید غوطه وری نسبی را تجربه کنید و تا حدودی غرق دنیای مجازی مقابل چشمانتان شوید.

در اینجا هدف ایجاد یک محیط مجازی سه بعدی با اندازه‌های دنیای واقعی است که محدودیت‌های تلوزیون و نمایشگرهای رایانه‌ای را نداشته باشد، بنابراین به هر سمتی که بنگرید، نمایشگر قرار گرفته بر صورت شما نیاز همان سمت را برای شما به نمایش در خواهد آورد، این ویژگی کاملا متفاوت با واقعیت افزوده است که گرافیک‌هایی را در دید شما از دنیای واقعی قرار می‌دهد.

درحالی که هدست‌هایی نظیر HTC Vive و Rift، تصویر ویدیویی را از طریق کابل HDMI و از کنسول یا رایانه دریافت می‌کنند، هدست‌های واقعیت مجازی سامسونگ و گوگل از گوشی‌های هوشمندی که درون خود هدست قرار می‌گیرد بهره می‌برند.

هدست‌های واقعیت مجازی یا از دو محتوای ارسالی به یک صفحه نمایش و یا از دو صفحه نمایش LCD، یکی برای هر چشم، استفاده می‌کنند، همچنین لنزهایی نیز وجود دارد که بین چشم و صفحه پیکسلی قرار می‌گیرند و به همین علت است که این دستگاه‌ها اغلب به عنوان عینک شناخته می‌شوند. در برخی موارد، از این لنزها می‌توان برای تنظیم فاصله مناسب بین چشم‌ها استفاده کرد که در افراد مختلف متفاوت است.

این لنزها تصاویر دو بعدی با تقلید از حالتی که چشم ما دنیای واقعی را می‌بیند، به تصاویر سه بعدی برای هر یک از چشم‌ها تبدیل می‌کند، برای درک این ایده می‌توانید ابتدا یکی از چشم‌ها و سپس چشم دیگر را ببندید تا ملاحظه کنید که اشیا‌ء موجود چگونه به این طرف و آن طرف می‌روند.

یکی از مهم‌ترین روش‌ها برای بالا بردن غوطه وری در تصاویر، بالا بردن میدان دید است، برای مثال این که یک تصویر تا چه حد عریض است. استفاده از تصاویر ۳۶۰ درجه، گران و غیر ضروری خواهد بود و اکثر هدست‌ها نیز از میدان دید ۱۰۰ تا ۱۱۰ درجه استفاده می‌کنند، زیرا این مقدار برای انجام این کار کافی است.

برای این که تصاویر حاصل شده قابل قبول باشند، به سرعت حداقل ۶۰ فریم در ثانیه نیاز است تا موجب ایجاد احساس ناخوشایندی برای کاربر نشود. هدست‌های واقعیت مجازی موجود به مراتب از این هم بالاتر رفته‌اند،  Oculus قادر به نمایش ۹۰ فریم در ثانیه است و PlayStation VR  سونی نیز قابلیت نمایش ۱۲۰ فریم در ثانیه را دارا می‌باشد.

ردیابی حرکات سر

ردیابی حرکات سر به این معنا است که وقتی یک هدست واقعیت مجازی را بر سر می‌گذارید، با نگاه کردن به بالا و پایین و اطراف، هدست نیز همزمان با حرکات سر شما زاویه دید خود را با همان زوایا همگام می‌کند. سیستمی به نام ۶DoF (شش درجه آزادی) حرکات سر شما را بر اساس محورهای X، Y و Z، برای شناسایی حرکات سر در جهات جلو و عقب، اطراف و شانه تا شانه محاسبه می‌کند.

قطعات مختلفی وجود دارد که می‌توانند در سیستم ردیابی حرکات سر استفاده شوند، مانند ژیروسکوپ، شتاب سنج و مغناطیس سنج. هدست سونی از ۹ لامپ LED دراطراف دستگاه خود بهره می‌برد تا ردیابی ۳۶۰ درجه‌ای سر را به لطف دوربین خارجی خود که بر تمام این سیگنال‌ها نظارت دارد، ارائه کند، از طرف دیگر هدست Oculus از ۲۰ نقطه نورانی استفاده می‌کند.

تکنولوژی ردیابی سر برای موثر بودن نیاز به سرعت عملکرد بالا دارد و ما در حال صحبت از ۵۰ میلی ثانیه یا کمتر از آن هستیم، در غیر اینصورت در صورت تغییر محیط واقعیت مجازی یا حرکت دادن سر، با تاخیر و لاگ مواجه خواهیم شد. Oculus Rift  تاخیر را به‌طور قابل توجهی به حدود ۳۰ میلی ثانیه کاهش داده است. وجود لاگ و تاخیر همچنین می‌تواند برای ردیاب‌های حرکتی مانند Move-style سونی که حرکات دست را شناسایی می‌کنند نیز یک مشکل تلقی شوند.

در نهایت، برای بالاتر بردن حس اثرگذاری می‌توان از هدفون‌ها نیز استفاده کرد و توسعه دهندگان می‌توانند با استفاده از صداهای سه بعدی حسی را ایجاد کنند که گویی صدا از فاصله‌ای دور، از کنارشان و یا از پشت سر می‌آید.

ردیابی حرکات

ردیابی حرکات سر یکی از مزایای بزرگی است که هدست‌های حرفه‌ای بر هدست‌های واقعیت مجازی موبایلی دارند. اما بازیگران بزرگ این صنعت هنوز درحال کار برای ارائه ردیاب حرکات هستند، مسلما وقتی با یک هدست واقعیت مجازی به پایین نگاه می‌کنید، می‌خواهید که اولین چیزی که می‌بینید دست‌هایی در قالب مجازی باشد.

برای مدتی شاهد لوازم جانبی شرکت Leap Motion بودیم که در قسمت جلویی دستگاه Oculus نصب شده و از حسگر مادون قرمز برای ردیابی حرکات دست استفاده می‌کرد. ما همچنین چندین آزمایش با دوربین‌های کینکت۲ انجام دادیم تا حرکات بدنمان را شناسایی کند، اما اکنون گزینه‌های هیجان انگیزتری برای هدست‌های Oculus، Valve و سونی وجود دارد.

Oculus Touch مجموعه‌ای از کنترلرهای بی‌سیم است که به شما این امکان را می‌دهد تا از دست خود در واقعیت مجازی استفاده کنید، به این‌صورت که هر یک از کنترلرها را در یک دست گرفته و ازدکمه‌ها، دسته و ماشه‌هایی که دارا می‌باشد در محیط واقعیت مجازی استفاده کنید، به عنوان مثال، شما قادر خواهید بود با تا با استفاده از ماشه‌ موجود بر روی کنترلر نسبت به شلیک با اسلحه اقدام کنید همچنین مجموعه‌ای از سنسورها نیز بر روی این کنترلرها وجود دارند تا ژست‌های حرکتی و اشارات شما را شناسایی کنند.

این عملکرد بسیار شبیه به سیستم ردیابی موقعیت هدست Valve و کنترلرهای HTC برای هدست Vive است، که از دو مرکز پایه در اطراف اتاق برای پخش نور لیزر استفاده می‌کنند، از این لیزرها برای شناسایی موقعیت دقیق سر و دستان در زمان برخورد هریک از آنها با سلول‌های حساس به نور موجود بر روی هر کنترلر، استفاده می‌شود. همانند Oculus Touch، قابلیت استفاده از دکمه‌های فیزیکی نیز در این سیستم‌ها وجود دارد و به‌طرز فوق‌العاده‌ای می‌توانید در صورت داشتن دو سیستم ردیاب موقعیت در یک مکان، حرکات چندین کاربر را ردیابی کنید.

سایر روش‌های ورودی می‌توانند شامل موارد زیر باشد: کنترلر کنسول ایکس باکس یا دسته‌بازی رایانه، کنترل‌های صوتی، دستکش‌های هوشمند و تردمیل هایی مانند  Virtuix Omni، که به شما امکان شبیه سازی قدم زدن در اطراف محیط واقعیت مجازی را می‌دهد و اکنون که بحث از ردیابی موقعیت در اتاق به میان آمده است، Oculus نیز تجربه‌ای را ارائه می‌دهد تا با HTC Vive منطبق شود. کاربران هدست‌های Rift نیز می‌توانند با پرداخت ۷۹ دلار، سنسور سومی را برای اضافه کردن پوشش بیشتر به منطقه بازی واقعیت مجازی خود، اضافه کنند.

با این وجود مشکل اینجا است که با تمام این اوصاف هنوز هم در مقایسه با HTC عملکرد ضعیف‌تری دارند. درحالی که دو سنسور HTC Vive، فضایی برابر با ۲۲۵ فوت مربع ( حدودا ۷۸ متر) را پوشش می‌دهد، سنسورهای دوگانه‌ی Oculus تنها ۲۵ فوت مربع ( ۸ متر) را تحت پوشش قرار می‌دهند، با اضافه کردن دوربین سوم نیز فضای تحت پوشش به ۶۴ فوت مربع (۱۹.۵ متر) افزایش می‌یابد. البته ممکن است این اوضاع با ارائه هدست کیفیت بالا و مستقل Oculus Santa Cruz تغییر کند.

اگر پتنت ثبت شده توسط سونی نیز به سرانجام برسد، می‌توان گفت که سونی نیز وارد این عرصه خواهد شد. جزئیات ثبت شده یک سیستم ردیابی واقعیت مجازی بر پایه نور و آینه را نشان می‌دهد که از پروژکتورهای نورافکن برای تعیین موقعیت بازیکن استفاده می‌کند، اینکه این ویژگی برای هدست فعلی یا بعدی عرضه شود و اصلا اینکه عرضه خواهد شد یا خیر، اکنون فقط در حد گمانه‌زنی است.

ردیابی چشم‌ها

ردیابی چشم احتمالا قطعه نهایی از پازل واقعیت مجازی است. این ویژگی در هیچ یک از هدست‌های: PSVR, Rift و Vive وجود ندارد، اما در هدست VR بسیار امیدوار کننده FOVE وجود خواهد داشت. ما همچنین تکنولوژی ردیاب چشم Tobii را در HTC Vive  دیده‌ایم. حالا می‌خواهیم بدانیم که این ویژگی چگونه کار می‌کند.

خب، سنسور مادون قرمز تعبیه شده در هدست، بر حرکات چشم شما نظارت می‌کند، بنابراین FOVE می‌داند که چشمان شما درحال نگاه کردن به کدام قسمت از دنیای واقعیت مجازی است. مزیت اصلی این ویژگی به غیر از اجازه دادن به شخصیت‌های درون بازی برای مشاهده دقیق‌تر چیزی که به آن نگاه می‌کنند،این است که منجر به واقعی‌تر شدن عمق میدان دید نیز می‌شود.

در هدست‌های استاندارد واقعیت مجازی، میزان فاصله کانونی همیشه یکسان است که اصلا شبیه به تجربه دید ما در دنیای واقعی نیست، برای مثال، اگر چشم ما به یک شی در فاصله نزدیک نگاه کند، پس زمینه تار می‌شود و بالعکس، بنابراین با ردیابی چشمان ما، موتور گرافیکی FOVE می‌تواند این ویژگی را در فضای سه بعدی درون واقعیت مجازی شبیه سازی کند.

هدست‌ها برای نمایش درست تصاویر هنوز نیاز به نمایشگرهایی با رزولوشن بالا دارند، همچنین لازم است تا مواردی که چشم‌های ما بر آنها متمرکز می‌شود مانند اشیائی واقعی به نظر برسند. بدون ردیابی چشم، و با وجود تمام اشیاء در یک فاصله کانونی، درحالی که چشمانتان درحال حرکت است و سرتان نیز حرکتی ندارد، تصویر ثابت خواهد ماند که موجب بروز احساس ناخوشایندی می‌شود، زیرا مغز شما متوجه می‌شود که این موارد با دید واقعی انسان مطابقت ندارد.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *