واقعیت مجازی چیست؟

واقعیت مجازی (Virtual reality یا VR) در سال‌های اخیر یکی از پرسروصداترین فناوری‌ها بوده است. این فناوری شما را وارد یک دنیای مجازی سه‌بعدی با فضای فراگیر می‌کند. در این مطلب قصد داریم ببینیم این فناوری چیست، چگونه کار می‌کند و برای استفاده از آن نیازمند چه وسایلی هستیم.

ویدیوی دیجیاتو درباره واقعیت مجازی

تماشا در یوتیوب دیجیاتو:

تماشا در آپارات دیجیاتو:

واقعیت مجازی چیست؟

این فناوری همان طور که از نامش مشخص است، امکان تجربه دنیایی مجازی را برای شما فراهم می‌کند که وجود فیزیکی ندارد؛ البته دنیایی که این فناوری ایجاد می‌کند دنیایی نیست که تنها بتوانید آن را با ذهن‌تان تصور کنید و شما را وارد فضایی مجازی می‌کند که کاملاً به واقعیت نزدیک است. این دنیای مجازی سه‌بعدی توسط کامپیوتر ایجاد می‌شود و برای ورود به آن و کسب تجربه‌ای منحصربه‌فرد باید از یک هدست واقعیت مجازی و سنسورهای مختلف تشخیص حرکت استفاده کنید.

در این هدست‌ها نمایشگری وجود دارد که تمام فضای مقابل چشمان شما را در برمی‌گیرد و با بهره‌مندی از تکنیک برجسته‌بینی سه‌بعدی باعث می‌شود کاربر تصور کند در حال مشاهده تصاویر سه‌بعدی است (در تکنیک برجسته‌بینی دو تصویر دوبعدی معمولی با کمی تغییر در مقابل چشم چپ و راست نمایش داده می‌شوند و در سیستم بینایی مغز با یکدیگر ترکیب می‌شوند و به این صورت کاربرتصور می‌کند تصاویر را سه‌بعدی می‌بیند). ص

داهای این فضای مجازی هم به‌صورت استریو پخش می‌شوند. علاوه بر هدست‌های واقعیت مجازی، سنسورهایی برای ردیابی حرکات دست و چشم نیز طراحی شده‌اند که بر روی هدست‌ها قرار می‌گیرند.

این سنسورها باعث می‌شوند تجربه حضور در دنیایی مجازی در حال نمایش توسط هدست، واقعی‌تر و هیجان‌انگیزتر شود (در ادامه در مورد این موضوع بیشتر توضیح خواهم داد) همان‌طور که گفتیم فضای این دنیای دیجیتالی سه‌بعدی کاملاً فراگیر و قابل‌بارور است. واقعیت مجازی باعث می‌شود هم ازنظر ذهنی و هم ازنظر جسمی احساس کنید که در دنیای دیگری حضور دارید.

زمانی که در حال استفاده از آن هستید حتی وقتی که سر خود را برگردانید، زاویه تصاویر در حال نمایش تغییر می‌کند و به هر طرفی نگاه کنید، تصاویر به‌سرعت تغییر می‌کند و تصاویر مربوط به همان سمت نمایش داده می‌شوند و فضای ایجادشده در اطراف شما هرگز از حالت سه‌بعدی و فراگیر خارج نمی‌شود.

بدون تردید تماشای تصاویر دوبعدی به‌اندازه مشاهده تصاویر سه‌بعدی در حال نمایش توسط هدست ها جذابیت ندارد؛ مثلا زمانی که در حال تماشای یک فیلم دوبعدی هستید، شاید تا زمانی که به نمایشگر یا پرده سینما چشم دوخته‌اید تا حدودی غرق در صحنه‌های هیجان‌انگیز مثل زلزله‌های وحشتناک یا حمله موجودات وحشتناک عظیم‌الجثه شوید، اما زمانی که سرتان را به این طرف و آن طرف می‌چرخانید، کاملاً از آن حس و حال خارج می‌شوید

واقعیت مجازی دارای انواع مختلفی است؛ از فراگیر و غیر فراگیر گرفته تا مشارکتی (collaborative VR) و مبتنی بر وب. در نوع غیرفراگیر این فناوری فرد یک فضای مجازی را در مقابل خود می‌بیند؛ اما با مشاهده آن فضای فراگیری را تجربه نمی‌کند و در دنیای واقعی کنترل آن فضا را در دست می‌گیرد؛ به‌عنوان‌مثال بازی‌های دوبعدی معمولی که کنترل افراد و سایر آیتم‌های ایجادشده در فضای بازی را با موس و صفحه‌کلید یا دسته کنسول در دست می‌گیریم، در گروه واقعیت مجازی غیر فراگیر قرار می‌گیرند.

منظور از واقعیت مجازی مشارکتی، حضور مجازی در یک مکان دور از مکان شما با استفاده از هدست است؛ شما می‌توانید با گذاشتن هدست واقعیت مجازی روی سرتان، در هر مکانی که فضای مجازی سه‌بعدی برای آن ایجاد شده است، حضور پیدا کنید؛ از اعماق دریا گرفته تا تمام نقاط زمین، آسمان و حتی فضا.

حتی می‌توانید به لطف این فناوری پا در یک دنیای مجازی فانتزی بگذارید یا حتی در خودروی سوپر اسپرت بنشینید و مسابقه هیجان‌انگیزی را آغاز کنید یا حتی کنترل یک هواپیما را به دست بگیرید. در واقعیت مجازی مبتنی بر وب محتوای VR توسط مرورگرها پخش می‌شود

تاریخچه واقعیت مجازی

اگرچه این فناوری در سال‌های اخیر توجه افراد مختلف به خود جلب کرده است و ساخت نخستین هدست‌های VR مثل «اکولوس ریفت» (Oculus Rift) باعث شده چنین فناوری جذابی معنا و مفهوم پیدا کند؛ اما در دهه ۱۹۶۰ دستگاهی به نام «هدسایت» (Headsight) در حقیقت نسخه‌ای کاملاً ساده و ابتدایی از هدست‌های VR امروزی بود. در زمان ساخت این دستگاه وسایل دیجیتالی امروزی ساخته نشده بودند.

به همین دلیل به‌جای تصاویر دیجیتالی سه‌بعدی، نقاشی‌های سه‌بعدی از طریق این دستگاه به افراد نمایش داده می‌شد و افراد با مشاهده آن‌ها درست مانند افرادی که امروزه از واقعیت مجازی استفاده می‌کنند، تصور می‌کردند که در دنیای دیگری حضور دارند.

اصلی‌ترین کاربردهای VR

واقعیت مجازی توانایی‌های بالقوه زیادی دارد و می‌تواند در حوزه‌های مختلف استفاده شود؛ از حوزه‌های علمی گرفته تا آموزش خلبانی و شبیه‌سازی سه‌بعدی ساختمان‌ها توسط معمارها جهت نمایش طراحی‌های خود. با طراحی سه‌بعدی ساختمان‌ها توسط این فناوری می‌توان بخش‌های مختلف ساختمان موردنظر را با جزئیات کامل و با وضوح بالا شبیه‌سازی کرد تا بازدیدکنندگان بتوانند به‌صورت مجازی از بخش‌های مختلف ساختمان از زوایای مختلف بازدید کنند و تمام جزئیات را به‌صورت کاملاً دقیق و مطابق با بخش های فیزیکی شبیه‌سازی‌شده ببینند.

یکی دیگر از کاربردهای اصلی این فناوری ساخت نسخه‌های واقعیت مجازی بازی‌های هیجان‌انگیز مثل بازی‌های ژانر وحشت و تیراندازی با استفاده از این فناوری است. با استفاده از هدست‌های VR می‌توان با قرار دادن کاربر در یک محیط سه‌بعدی با وضوح بالا، او را غرق در فضای بازی کرد؛ بدون تردید واقعیت مجازی توانایی‌های بالقوه کشف‌نشده زیاد دیگری دارد که فعالان این حوزه در آینده به آن پی می‌برند و به این صورت کاربردهای آن به میزان بسیار زیادی گسترش خواهد یافت.

واقعیت مجازی چگونه کار می‌کند؟

همان‌طور که گفتیم بهره‌مندی از این فناوری نیازمند استفاده از یک هدست VR دارای نمایشگر، یک کامپیوتر، گوشی یا کنسول برای ایجاد دنیای سه‌بعدی و سنسورهای ردیابی حرکات است که باید روی سر و دست نصب شوند. در ضمن سنسورهایی طراحی شده‌اند که از قابلیت ردیابی صدا نیز بهره‌مند هستند.

در حال حاضر شرکت‌های اوکولوس (Oculus)، HP، سونی و HTC هدست‌های واقعیت مجازی مختلفی را طراحی و تولید کرده‌اند. همان‌طور که گفتیم برخی از این هدست ها دارای نمایشگری هستند که محتوای در حال پخش را به دو قسمت تقسیم می‌کنند تا به‌صورت مجزا برای چشم چپ و راست نمایش داده شوند.

در هنگام استفاده از چنین هدست‌هایی، دستگاه با یک کابل (معمولاً کابل HDMI) به کنسول و کامپیوتر متصل می‌شوند تا ویدیو از طریق آن از دستگاه در حال ایجاد محیط سه‌بعدی به نمایشگر تعبیه‌شده در مقابل چشمتان انتقال داده شود. برخی از هدست ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوان از گوشی هوشمند به‌جای نمایشگر در آن‌ها استفاده کرد. این هدست ها نسبت به هدست‌های دارای نمایشگر مقرون به‌صرفه‌تر هستند.

برخی از هدست ها هم به‌صورت بی‌سیم قابل‌استفاده هستند و می‌تواند بدون نیاز به استفاده از گوشی هوشمند یا کنسول تجربه‌ای متوسط از ورود به دنیای مجازی را برای افراد فراهم کنند. محبوبیت هدست‌های واقعیت مجازی بی‌سیم در سال‌های اخیر به‌طور فزاینده‌ای افزایش یافته است. درصورتی‌که هدست VR اوکولوس کوئست 2 (Oculus Quest 2) را با کابل USB-C به کامپیوتر متصل کنید، کیفیت بازی‌ها در هنگام مشاهده آن‌ها با هدست در مقایسه با زمانی که با کامپیوتر اجرا می‌شوند، چندان افت نمی‌کند و شرکت سازنده در تلاش است تا در هنگام استفاده بی‌سیم از هدست نیز کیفیت چندان افت نکند.

در کل شرکت‌های سازنده هدست‌های واقعیت مجازی به دنبال ایجاد تجربه کاملاً فراگیر و نزدیک به واقعیت در هنگام استفاده از محصولات خود هستند و پیشرفت‌هایی که آن‌ها به دست آورده‌اند، فراتر از پیشرفت‌های لازم برای دستیابی به چنین هدفی است.

به‌عنوان‌مثال با وجود اینکه در حال حاضر لنزهایی با زاویه دید ۱۰۰ یا ۱۱۰ درجه برای ایجاد فضای کاملاً فراگیر در اطراف کاربر در هنگام استفاده از هدست ساخته شده‌اند (به‌کارگیری این لنزها باعث می‌شود زمانی که هدست روی سرتان قرار دارد، زمانی که سر خود را به اطراف می‌چرخاند، زاویه نمایش تصاویر به‌صورت کاملاً دقیق تغییر کند و کاملاً غرق در فضای اطراف خود شوید)؛ اما به‌تازگی لنزهایی برای تغییر تصاویر به تصاویر سه‌بعدی برجسته نیز ساخته شده است.

در ضمن هدست VR برای نمایش کاملاً روان تصاویر (مخصوصاً تصاویر دارای حرکت سریع) و نمایش تصاویر به‌صورت کاملاً هماهنگ با تصاویر در حال نمایش در دستگاه پخش‌کننده محتوا، نیازمند استریم محتوا با فریم‌ریت بالا (حداقل ۶۰ فریم) است.

همان‌طور که قبلاً گفتم برای واقعی‌تر کردن حضور در دنیای دیجیتالی ایجادشده توسط کامپیوتر، در کنار هدست‌های VR از سنسورهای ردیابی حرکات سر و دست و لوازم جانبی دیگری نیز استفاده می‌شود که هر کدام از آن‌ها به‌نوعی برای ایجاد تجربه‌ای هیجان‌انگیز از حضور در دنیای واقعیت مجازی به کار گرفته می‌شوند؛ به‌عنوان‌مثال در برخی از موارد در کنار این سنسورها از لامپ‌های LED برای ایجاد نورهای مختلف استفاده می‌شود و کنترلرهای بی‌سیم نیز مورداستفاده قرار می‌گیرد تا حرکات دست شما به‌صورت کاملاً دقیق ردیابی شود و بتوانید هر حرکتی را که می‌خواهید با دستان‌تان در دنیای مجازی انجام دهید، آن‌ها را به‌صورت فیزیکی انجام دهید و نتیجه آن را در دنیای مجازی مشاهده کنید.

هدست واقعیت مجازی Play Station VR سونی از قابلیت ردیابی ۳۶۰ درجه حرکات سر با کنترل سیگنال‌های ۹ LED نصب‌شده در اطراف هدست با استفاده از دوربین PS4 برخوردار است. هدست‌ها برای داشتن عملکرد خوب در زمینه ردیابی حرکات سر، باید تأخیر کمی داشته باشند تا هنگامی‌که کاربر سر خود را به اطراف می‌چرخاند، تصاویر را با حداقل لگ ممکن ببیند و با حرکت دادن سر تصاویر نیز سریعاً تغییر کنند.

برخی از هدست‌ها در این زمینه عملکرد خوبی دارند. هدست VR اکولوس ریفت یکی از هدست‌های شاخص در این زمینه است. هدست جدیدتر و بهتر برند اکولوس یعنی اوکولوس کوئست 2 قابلیت‌های ردیابی‌کننده زیادی دارد و دارای سنسورهای مختلفی است که برای ردیابی حرکت بدن و کنترلرها در فضای واقعیت مجازی استفاده می‌شوند.

علاوه بر سنسورها گجت‌های جانبی دیگری برای ردیابی حرکات استفاده شده است که از میان آن‌ها می‌توان به دستکش هوشمند به اوکولوس تاچ (Oculus Touch)، سیستم ردیابی با استفاده از لیزر لایت هوس (Lighthouse) برند والو (Valve) و کنترلرهای HTC برای هدست وایو (Vive) این برند اشاره کرد.

هر یک از این گجت‌ها طراحی خاصی دارند و با کمک آن‌ها می‌توانید هر کاری را که می‌خواهید با دستانتان در دنیای واقعیت مجازی انجام دهید، به‌صورت فیزیکی انجام دهید و نتیجه مجازی آن را در دنیای واقعیت مجازی مثل بازی‌های واقعیت مجازی مبارزه‌ای ببینید؛ به‌عنوان‌مثال وقتی که می‌خواهید در چنین بازی‌هایی به دشمن مقابل خود مشت بزنید، می‌توانید زمانی که چنین گجت‌ها و سنسورهایی روی دست‌تان قرار دارد، دست خود را به حالت مشت درآورید و به سمت جلو حرکت دهید تا به دشمنتان ضربه بزنید.

بحث سنسورهای تشخیص‌دهنده حرکت بحث مفصلی است و در این مقاله ؛ اما در این جمله باید بگوییم سنسورهای زیادی برای تشخیص حرکت طراحی و تولید شده‌اند. در ضمن همان‌طور که گفتیم سیستم‌هایی طراحی شده‌اند که با استفاده از لیزر موقعیت قرارگیری سر و دست را به‌صورت لحظه‌به‌لحظه ردیابی می‌کنند.

در ساختار فناوری واقعیت مجازی ردیابی دقیق هدست و موقعیت سر با قانونی تحت عنوان «۶ درجه آزادی» (six degrees of freedom) یا 6DoF ترکیب شده است. ترکیب این دو اصل ساختاری با یکدیگر باعث می‌شود تجهیزات طراحی‌شده برای بهره‌مندی از واقعیت مجازی بتوانند حرکات کاربر در دنیای واقعی را به‌طور دقیق ردیابی و آن‌ها را با دقت بالایی در محیط‌های مجازی مثل فضای بازی‌های واقعیت مجازی شبیه‌سازی کنند.

ابزار مورداستفاده برای ردیابی حرکات کاربر ازجمله حرکات روبه‌جلو، رو به عقب، رو به پایین و حرکات به سمت چپ و راست، حرکات دست را ردیابی می‌کنند تا تمام حرکات با دقت بالایی ردیابی و شبیه‌سازی شوند و تجربه شما در هنگام استفاده از هدست واقعیت مجازی واقعاً فراگیر باشد.

ردیابی چنین حرکاتی در آن دسته از بازی‌های واقعیت مجازی که حرکات فیزیکی کاربر در آن‌ها اهمیت زیادی دارد و کاربر از نظر فیزیکی شدیداً در بازی درگیر می‌شود، بسیار مهم است. بازی واقعیت مجازی بوکس یکی از مثال‌های بسیار خوب در این زمینه است. در هنگام انجام این بازی، هدست و سایر ابزارهای مورداستفاده برای ردیابی حرکات باید تشخیص دهند چه زمانی برای جلوگیری از مشت خوردن جاخالی می‌دهید و باید حرکاتی مثل تاب‌خوردن‌های شما برای دفاع از خود را نیز با دقت بالایی تشخیص دهند.

ردیابی حرکات چشم نیز برای ایجاد تجربه‌های هیجان‌انگیز و جذاب برای کاربر ضروری است. یکی از مزایای شاخص ردیابی حرکات چشم با دقت بالا، ایجاد عمق میدان واقعی‌تر برای کاربر و درنتیجه ایجاد تجربه نزدیک‌تر به واقعیت برای او است. هدست‌های دارای عملکرد بسیار خوب در زمینه ردیابی دقیق حرکات چشم در حال حاضر در بازار موجود است و از میان آن‌ها می‌توان به هدست «وایو پرو آی» (Vive Pro Eye) برند ‌HTC اشاره کرد.

از دیگر کاربردهای جذاب ردیابی چشم در هنگام استفاده از هدست واقعیت مجازی می‌توان به امکان کنترل منوها و برقراری تعامل با آیتم‌های دیجیتالی مختلف در دنیای واقعیت مجازی تنها با حرکت چشم اشاره کرد. همان‌طور که گفتیم در هنگام ورود به دنیای واقعیت مجازی حرکات دست نیز کنترل می‌شوند. شرکت‌های فعال در حوزه ساخت گجت‌های VR در حال کار کردن روی دستگاه‌هایی برای ردیابی حرکات دست‌ها و انگشتان هستند.

در صورت ساخت چنین وسایلی دیگر نیازی به استفاده از کنترلرها نیست و می‌توانید در هنگام بازی تجربه فراگیرتری به دست آورید. گجت لیپ موشن (Leap Motion) یکی از وسایل جانبی جذاب برای ارتقای عملکرد هدست وایو (Vive) اچ‌تی‌سی است که می‌تواند حرکات دست و انگشتان را لحظه‌به‌لحظه ردیابی کند. انتظار می‌رود در آینده گجت‌های بیشتری برای ردیابی حرکات فیزیکی کاربران طراحی و تولید شود.

بدون تردید دیدن دست‌های‌تان به‌صورت مجازی و هماهنگی کامل حرکات آن‌ها با حرکات دستان‌تان در دنیای واقعی تجربه جذابی است. هرچقدر ردیابی حرکات فیزیکی دست و سر با استفاده از تجهیزات پیشرفته دقیق‌تر باشد، مسلماً کاربر تجربه بهتری را به دست می‌آورد.

برخی از هدست‌های واقعیت مجازی پرچم‌دار مثل والو ایندکس (Valve Index) دارای ویژگی‌های بسیار خوبی هستند؛ به‌عنوان‌مثال کنترلر های عرضه‌شده با آن‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که وقتی کاربر آن‌ها را در دست خود می‌گیرد، در محیط واقعیت مجازی تجربه طبیعی‌تری به دست آورد و امکان ردیابی حرکات هر یک از انگشتان‌تان توسط بازی‌ها را نیز فراهم می‌کنند. در ضمن امکان نصب کنترلرهای اضافی و جانبی دیگر نیز روی این هدست‌ها وجود دارد.

فناوری واقعیت مجازی دائماً در حال رشد و پیشرفت است و گسترش توسعه و ساخت هدست‌های واقعیت مجازی بی‌سیم و هدست‌هایی که استفاده از آن‌ها به‌تنهایی و بدون استفاده از تجهیزات دیگر امکان‌پذیر باشد، می‌تواند این فناوری را به فناوری در دسترس‌تری تبدیل کند. در ضمن مطمئناً در آینده تعداد بازی‌های واقعیت مجازی افزایش خواهد یافت. ترکیب فناوری‌های مشابه مثل واقعیت افزوده و واقعیت ترکیبی با این فناوری می‌تواند استفاده از آن را هیجان‌انگیزتر کند.