فناوری واقعیت مجازی (VR) چگونه کار می کند؟

فناوری واقعیت مجازی (VR) چگونه کار می کند؟ شاید به نظر برسد که فناوری واقعیت مجازی (VR) تنها چند سالی است که به بازار آمده. با این حال، سیستم‌ها و هدست‌های واقعیت مجازی که امروزه می‌شناسیم، دهه‌ها است که در حال توسعه هستند. اولین مولد سیستم های VR امروزی در واقع به سال 1957 با حق ثبت اختراع توسط Martin Heilig برای یک دستگاه تلویزیون استریوسکوپی که بر روی صورت قرار می‌گرفت، باز می‌گردد.

فناوری واقعیت مجازی (VR) چگونه کار می کند؟ در سال‌های پس از آن، فناوری VR پیشرفت کند اما پیوسته داشته است. در ابتدا، توسعه دهندگان فاقد قدرت محاسباتی برای ایجاد یک تجربه واقعیت مجازی واقعی و همه‌جانبه بودند. سپس، رقابت برای قابل حمل و مقرون به صرفه کردن آن برای عامه مصرف کننده آغاز شد.

این جایی است که ما امروز هستیم. شرکت‌هایی مانند HTC، Oculus، Valve و Sony اکنون سخت‌افزار VR تجاری قابل دوام را ارائه می‌کنند که با جهش در حال بهبود است. به همین دلیل، مردم در سراسر جهان اکنون با VR آشنا هستند. با این حال، اکثر مردم درک کاملی از ویژگی‌های این فناوری ندارند.

راهنمای فنی برای واقعیت مجازی

در این  مقاله سعی کردیم تا یک راهنمای فنی اساسی برای فناوری واقعیت مجازی گرد آوریم. این مقاله کمک می‌کند تا بدانید این فناوری چگونه کار می‌کند و ممکن است به کجا برسد.

مبانی علمی واقعیت مجازی

فناوری VR تنها یک هدف دارد: شبیه سازی تنظیمات و محیط‌ها به اندازه کافی واقع بینانه که مغز انسان را فریب دهد تا آن‌ها را به عنوان واقعیت بپذیرد. از نقطه نظر علمی، همه چیز با درک اینکه چگونه مغز ما چیزهایی را که می‌بینیم تفسیر می‌کند تا تصویری ذهنی از دنیای اطرافمان ایجاد کند، شروع می‌شود.

اگر بخواهیم به ساده ترین حالت ممکن توضیح دهیم، باید بگوییم: درک ما از واقعیت مبتنی بر قوانینی است که با استفاده از تجربیات خود به عنوان راهنما ایجاد می‌کنیم. مثلاً وقتی آسمان را می‌بینیم به ما می‌گوید که کدام جهت «بالا» است. وقتی اشیایی را می‌بینیم که می‌توانیم شناسایی کنیم، می‌توانیم از اندازه آن‌ها نسبت به یکدیگر برای قضاوت در مورد فاصله استفاده کنیم. ما همچنین می‌توانیم منابع نور را با برداشتن سایه‌هایی که توسط اجسام اطرافمان ایجاد می‌شود، شناسایی کنیم.

طراحان واقعیت مجازی می‌توانند از آن قوانین مرسوم برای ایجاد محیط‌های مجازی استفاده کنند که مطابق با انتظارات ذهنی ما از واقعیت باشد. وقتی آن‌ها این کار را انجام می‌دهند، نتیجه یک تجربه یکپارچه است که ما آن را “واقعی” تفسیر می‌کنیم.

مبانی فنی واقعیت مجازی

سیستم‌های تجاری واقعیت مجازی امروزی، همگی برای تعیین اینکه کدام یک می‌توانند بهترین تجربه کاربری ممکن را در یک محیط مجازی ارائه دهند، در حال رقابت هستند. در حقیقت، هیچ یک از آنها قادر به تجربه‌ای کاملاً واقعی نیستند. به یک دلیل بسیار ساده: این فناوری هنوز با قابلیت‌های بینایی انسان سازگار نشده است. در اینجا خلاصه‌ای از جایی که هدست‌های واقعیت مجازی امروزی هستند، و به جایی که می‌خواهند به آن دسترسی پیدا کنند، آورده شده است.

میدان دید واقعیت مجازی (VR) چگونه کار می کند؟

از نقطه نظر فنی، یکی از بزرگترین موانع این واقعیت است که انسان‌ها می‌توانند میدان دید بسیار وسیع‌تری نسبت به هدست‌های امروزی داشته باشند (FOV). یک انسان معمولی می‌تواند محیط اطراف خود را به صورت قوس 200 تا 220 درجه دور سر خود ببیند. جایی که بینایی چشم‌های چپ و راست ما روی هم قرار می‌گیرند، یک کمان تقریباً 114 درجه وجود دارد که می‌توانیم آن را به صورت سه بعدی ببینیم.

هدست‌های امروزی توجه خود را بر روی فضای 114 درجه سه بعدی متمرکز می‌کنند تا محیط‌های مجازی خود را ارائه دهند. با این حال، هیچ هدستی نمی‌تواند FOV کامل یک انسان معمولی را در خود جای دهد. در حال حاضر، طراحان سخت‌افزار VR امروزی قصد دارند دستگاه‌هایی بسازند که امکان FOV 180 درجه را فراهم کند. که برای شبیه‌سازی VR با عملکرد بالا ایده‌آل در نظر گرفته می‌شود.

نرخ فریم واقعیت مجازی (VR) چگونه کار می کند؟

در دنیای واقعیت مجازی، شاید هیچ موضوع اختلافی بزرگتر از نحوه برخورد با نرخ فریم محیط های مجازی وجود نداشته باشد. دلیلش این است که هیچ اجماع علمی واقعی در مورد حساسیت بینایی انسان در این زمینه وجود ندارد. از نقطه نظر فیزیکی، ما می‌دانیم که چشم انسان می‌تواند تا 1000 فریم در ثانیه (FPS) را ببیند. با این حال، مغز انسان هرگز چنین جزئیاتی را از طریق عصب بینایی دریافت نمی کند. مطالعاتی انجام شده است که نشان می دهد انسان می تواند نرخ فریم را تا 150 فریم در ثانیه تشخیص دهد. اما فراتر از آن، اطلاعات در مسیر ترجمه در مسیر مغز از بین می‌رود.

برای فیلمی که در سینما می‌بینید، نرخ فریم 24 فریم در ثانیه است. با این حال، این برای شبیه سازی واقعیت طراحی نشده است. برای برنامه‌های واقعیت مجازی، اکثر توسعه‌دهندگان دریافته‌اند که هر چیزی کمتر از 60 FPS باعث سردرد، سردرد و حالت تهوع در کاربر می‌شود. به همین دلیل، بیشتر توسعه‌دهندگان به دنبال محتوای واقعیت مجازی با سرعت 90 فریم بر ثانیه هستند و برخی (مانند سونی) در صورت کاهش سرعت نرم‌افزار زیر 60 فریم در ثانیه در هر زمانی که از آن استفاده می‌کنند، مجوز اجرا روی دستگاه‌هایشان را نمی‌دهند. با این حال، در آینده، اکثر توسعه دهندگان سخت افزار VR شروع به فشار برای نرخ فریم 120 FPS یا بیشتر می کنند، زیرا این امر تجربه واقعی تری را برای اکثر برنامه ها ارائه می دهد.

یکی دیگر از جنبه‌های فنی مهم VR، روشی است که طراحان از جلوه‌های صوتی برای انتقال حس فضای سه بعدی به کاربر استفاده می‌کنند. امروزه، VR پیشرفته، برای ایجاد یک منظره صوتی شبیه سازی شده که با تصاویر ایجاد شده توسط VR مطابقت دارد، به فناوری به نام صدای فضایی متکی است.

هرکسی که تا به حال در یک سالن کنسرت با طراحی خوب نشسته باشد، باید با این موضوع آشنا باشد که چگونه صداهایی که می‌شنویم می‌توانند بر اساس محل قرارگیری ما در یک فضا و حتی به سمتی که سرمان را می‌چرخانیم متفاوت باشد. صدای فضایی تکنیکی است که به موجب آن طراحان واقعیت مجازی می‌توانند صدای دو گوش (استریو) را از طریق مجموعه‌ای از هدفون تولید کنند که دقیقاً همان حس را تقلید می‌کند.

همچنین مهم است که به خاطر داشته باشید که برای یک هدست VR، جلوه‌های صوتی که در اینجا توضیح داده شده است باید به صورت بلادرنگ محاسبه شوند تا حرکت کاربر را محاسبه کنند.

جادوی واقعی VR از قانع‌کننده بودن تصاویر یا صدا ناشی نمی‌شود (اگرچه آن‌ها عناصر اساسی حیاتی هستند)، بلکه از این واقعیت ناشی می‌شود که کاربران می‌توانند در فضای مجازی حرکت کنند که موقعیت آنها را تنظیم می‌کند. این چیزی است که یک هدست واقعیت مجازی را از یک مجموعه ساده عینک تماشای ویدیو جدا می کند.

در حال حاضر، دو نوع ردیابی سر و موقعیت برای برنامه‌های VR استفاده می‌شود – که بر حسب درجه آزادی اندازه‌گیری می‌شوند – 3DoF و 6DoF هستند. هدست‌های واقعیت مجازی موبایل مانند Samsung Gear VR، Google’s Daydream View و Oculus Go از 3DoF استفاده می‌کنند، به این معنی که آنها فقط قادر به ردیابی چرخشی هستند. وقتی سر خود را به چپ و راست می‌چرخانید، به بالا یا پایین نگاه می‌کنید یا سرتان را به یک طرف خم می‌کنید، مسیر را تشخیص می‌دهند. با این حال، اگر تمام بدن خود را حرکت دهید، دیگر قادر به تشخیص نیستند.

در مقابل، هدست‌هایی که از 6DoF استفاده می‌کنند، می‌توانند موقعیت کاربر را در داخل اتاق و همچنین جهتی که سر او به سمت آن نشانه رفته است، ردیابی کنند. این بدان معناست که هدست‌های 6DoF می‌توانند به حرکت کاملا مستقل در یک فضای سه‌بعدی اجازه دهند، که یک تجربه واقعیت مجازی بسیار متقاعدکننده‌تر است. روش انجام آن از پلت فرمی به پلتفرم دیگر متفاوت است، اما روش‌های اصلی شامل ردیابی مبتنی بر دوربین در هماهنگی با چراغ‌های نور مادون قرمز است.

همانطور که فناوری واقعیت مجازی امروزی پیشرفته است، مطمئناً در سال های آینده بسیار بهتر خواهد شد. با ادامه پیشرفت‌ها، باید سخت‌افزاری با FOV پیشرفته‌تر، واقعی‌تر و صدای سه بعدی بهتر را ببینیم. این به تنهایی آینده ی کوتاه مدت VR را هیجان انگیز می‌کند.

ما همچنین در آستانه مشاهده پیشرفت‌های جدیدی در VR هستیم که تجربه را بسیار بهتر از آنچه می‌توانید از سخت‌افزار امروزی به دست آورید، می‌سازد. یکی از آن‌ها استفاده از دستگاه‌های بازخورد لمسی مانند دستکش‌های HaptX است که حس لمس واقعی را برای اشیایی که کاربران در VR با آن‌ها تعامل دارند، ارائه می‌کنند. یکی دیگر از تکنیک‌های گرافیکی معروف به رندر فووید است که از نقطه کانونی محدود چشم انسان برای ارائه تصاویر با وضوح فوق‌العاده فقط در جایی که چشمان ما متمرکز شده‌اند، بهره می‌برد و در نتیجه قدرت محاسباتی مورد نیاز برای ایجاد تصویر را کاهش می‌دهد.

با این حال، آنچه مهم‌تر است، روش‌های جدیدی است که احتمالاً از VR استفاده می‌شود. پیشرفت های موازی در فناوری یادگیری ماشینی در زمینه آموزش، یادگیری از راه دور همهجانبه را برای اولین بار به واقعیت تبدیل می‌کند. جراحان از آموزش های پیشرفته VR برای بهبود نتایج بیمار بهره مند خواهند شد. کسانی که برای PTSD و اختلالات مربوط به آن نیاز به درمان دارند بالاخره راهی برای بهبودی خواهند داشت.

نکته پایانی در اینجا این است که فناوری VR تازه شروع به درک پتانسیل خود در زمینه های مختلف کرده است. همانطور که فناوری رشد می کند، برنامه‌های کاربردی که توسعه دهندگان نرم افزار، محققان و رهبران کسب و کار با استعداد رویای آن را در سر می پرورانند نیز افزایش می‌یابد. از این منظر، منصفانه است که بگوییم که ما به آغاز داستان واقعیت مجازی بسیار نزدیکتر از نتیجه گیری هستیم و پیشرفت‌های بسیار شگفت انگیزتری در راه است.

برای کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما در گروه مهرگان آی تی در ارتباط باشید.