واقعیت افزوده

تاريخ:9 آبان 1388

 Augmented Reality)AR) یا واقعیت افزوده، محیطی دیداری و شنیداری است كه اطلاعاتی افزون بر آنچه از محیط پیرامون خود توسط حواس پنجگانه دریافت می‌كنیم، در اختیار ما قرار می‌دهد. در آینده‌ای نزدیك با یك جفت صفحه شیشه‌ای، مانند عینك كه روی چشمانتان قرار می‌گیرد نگاه و نگرش شما به محیط اطراف دگرگون خواهد شد. واقعیت افزوده، بینش شما را نسبت به دنیای اطراف تغییر خواهد داد.

با این سیستم، شما با انبوهی از اطلاعات مواجه می‌شوید كه هم به صورت گرافیكی می‌توانید آنها را ببینید و هم آنها را بشنوید. اطلاعاتی كه به سهولت به دست خواهید آورد و تا كنون امكان دسترسی به آنها را نداشته‌اید. ایده اولیه واقعیت افزوده اولین بار توسط Thomas Caudell، كارمند شركت بوئینگ در سال 1990 ارائه شد.

امروزه پژوهشگران و طراحان این سیستم معتقدند كه تا پایان این دهه، ابزار و وسایل آن، برای عرضه عمومی وارد بازار خواهد شد.  با واقعیت افزوده افراد می‌توانند تصاویری از خودشان را در شرایط گوناگون مانند پیاده‌روی یا رانندگی در خیابان ببینند. در واقع با این سیستم، افراد بطور هم‌زمان اطلاعاتی وسیع و متنوع را از طریق گوش و چشم دریافت می‌كنند. اطلاعات و داده‌ها با حركت سر به اطراف تغییر می‌كند.

به عبارتی، متناسب با محیط پیرامون و زاویه دید فرد می‌گردد.  تعریف و چگونگی عملكرد این تكنولوژی، از مواردی است كه امروزه بسیاری از شركت‌های مهم دنیا به آن پرداخته‌اند. بدیهی است كه كاربرد آن در گوشی‌های تلفن همراه نویدی است به رشد سریع این تكنولوژی و تحول گسترده‌ای كه در انتقال اطلاعات خواهد گذاشت.   آنچه واقعیت افزوده در اختیار افراد قرار می‌دهد، دنیایی واقعی در زمان و مكانی واقعی است كه حواس پنجگانه ما از دریافت تمامی آنها عاجز است.

تكنولوژی گرافیكی به كار رفته در واقعیت افزوده از تكنولوژی مورد استفاده در شبكه‌های تلویزیونی پیشرفته‌تر است. نسخه‌هایی از واقعیت افزوده آماده شده است تا در قالب برنامه‌های سرگرم‌كننده تلویزیونی، برای دید عموم به اجرا گذاشته شود. به عنوان نمونه مسابقات ورزشی و نیز برنامه‌هایی كه در آنها گروه‌های مختلف با هم رقابت می‌كنند، در قالب واقعیت افزوده قابل اجراست. 
سیستم‌های واقعیت افزوده امروزی، اطلاعاتی از محدوده دید كاربر را به صورت گرافیكی نمایش می‌دهند. ولی در سیستم‌های جدید كه در حال تكمیل شدن است، علاوه بر اینكه محدوده دید كاربر به صورت سه‌بعدی قابل دیدن است، اطلاعاتی از محیط پیرامون كه در شعاع دید كاربر نیست (پشت سر كاربر)، قابل دریافت می‌باشد.

كنترل و ارسال فرمان به این سیستم، از طریق حركات سر و چشم انجام می‌گردد. این سیستم قادر به انجام عمل هم‌پوشانی است. یعنی قادر است تصویر، فیلم و عكس را به گونه‌ای روی هم تطبیق دهد كه قابل دیدن و فهمیدن توسط كاربر باشد. بدین ترتیب احساسی واقعی از مكان و زمان به كاربر القا می‌شود.

اطلاعات گرافیكی كه در مقابل چشمان قرار می‌گیرد به صورت سه‌بعدی است كه باعث می‌شود تداعی‌كننده محیط واقعی باشد و كاربر هنگام استفاده از این وسیله نه تنها احساس ناراحتی نمی‌كند بلكه موجب خرسندی او نیز می‌گردد.  سه بخش سیستم واقعیت افزوده عبارت است از: 

• صفحه نمایشگری كه روی سر در مقابل چشمان قرار می‌گیرد.
• سیستم UCR كه لرزش تصاویر را می‌گیرد و نیز موج رادیویی را ردیابی كرده و تصاویر را صاف و قابل دیدن می‌كند. 
• قابلیت محاسبه در حین حركت.

این سیستم فضای كوچكی مانند یك كمربند را اشغال می‌كند و اطلاعات از طریق wireless یا بی‌سیم به نمایشگری كه شبیه عینك است و روی صورت قرار می‌گیرد، منتقل می‌شود.  صفحه نمایشگر (Head-Mounted Displays (HMDs)s این سیستم به كاربر این اجازه را می‌دهد كه تصاویر و متن‌های تولید شده را به وضوح ببیند. صفحه‌های نمایشگری كه تاكنون تولید شده‌اند، قابلیت كنترل از طریق افكار انسانی را نداشته‌اند ولی سیستم‌های جدید قادر به دریافت افكار كاربر خواهند بود.

بسیاری از نمایشگرهای تولیدشده شباهت زیادی به عینك‌های اسكی دارند و عموماً با هدف واقعیت مجازی تولید شده‌اند. دو نوع عمده HMDs كه تاكنون تولید شده است:

• نمایشگر ویدئویی نازك 
• نمایشگر نوری نازك 

نمایشگر ویدئویی نازك تمامی محیط پیرامون كاربر را پوشش می‌دهد. این نمایشگر مجهز به دوربین ویدئویی كوچكی است كه به قسمت بیرونی عینك متصل می‌شود تا تصاویر محیط اطراف را ذخیره كند و در قسمت داخلی نمایشگر، تصاویر ذخیره شده همراه با اطلاعات جانبی، برای كاربر پخش می‌شود. به عبارتی تصاویر محیط با اطلاعات گرافیكی مرتبط با آن منطبق شده و در برابر دیدگاه قرار می‌گیرد.

این مسئله تا هنگامی كه كاربر به جهت و مسیر مشخصی نگاه می‌كند، مشكلی ندارد ولی در صورتی كه كاربر سر خود را به اطراف تكان دهد، عمل انطباق تصاویر با اطلاعات، با تأخیری كوتاه انجام می‌شود كه این خود از معضلاتی است كه كارشناسان در حال بررسی در جهت رفع آن هستند. نمایشگر نوری نازك توسط برخی از شركت‌های معتبر ساخته شده است.

به عنوان نمونه شركت Sony نمایشگر نوری خود را با نام  Glasstron تولید كرده است.  كارشناسان معتقدند كه نمایشگر نوری یا شبكیه مجازی تولید شده توسط شركت Microvision  بهترین مورد برای سیستم واقعیت افزوده است. این وسیله، با سرعت نور، طیف رنگ‌های گوناگون تصاویر را به شبكیه منتقل می‌كند. چنین سرعتی در انتقال تصاویر از محاسن بزرگ این وسیله محسوب می‌شود. ولی تنها مشكل برای تولید گسترده، قیمت بالای آن است.

این شركت مبلغ 10000 دلار برای این عینك تعیین كرده است. افراد، تصوری عادی و طبیعی هنگام استفاده از این وسیله دارند؛ به گونه‌ای كه نور از منبع نور كه جسم باشد وارد هر دو شیشه عینك شده و سپس تصاویر ایجاد شده بطور واضح به شبكیه چشم منتقل می‌شود. یكی از معضلات پیش روی كارشناسان در این زمینه، تطابق تصاویر و متن در هنگام حركت سر یا چشم است. در واقع در این سیستم، عمل تطابق می‌بایست هم‌زمان با حركت در جهات مختلف و همچنین در مدت زمان كوتاهی انجام شود؛ و نیز اطلاعات محیط با تصاویر مربوطه منطبق گردد. در حال حاضر هم نمایشگر ویدئویی و هم نمایشگرهای نوری با اندكی تأخیر، عمل تطابق را انجام می‌دهند.

در حال حاضر Global Positioning System) GPS) بهترین تكنولوژی تطابق برای شعاع دید تقریباً 10 الی 30 متر است كه البته این شعاع دید برای سیستم واقعیت افزوده چندان مناسب نیست؛ زیرا آنچه در این سیستم مورد نیاز است، دقت و پیمایش فضایی در محدوده وسیعی اعم از محیط جلو، عقب، چپ و راست كاربر می‌باشد و نیز می‌بایست این سیستم دارای دقتی در اندازه‌های سانتیمتری یا حتی میلیمتر باشد و بطور حتم پوشش محدوده‌ای بیش از 30 متر، مورد نظر كاربران خواهد بود.  پژوهشگران در كارولینای شمالی توانسته‌اند محدوده دید این سیستم را تا 500 فوت مربع افزایش دهند.

به عبارتی كاربر با استفاده از واقعیت افزوده تمامی اطلاعات مربوطه در مساحتی با این وسعت را، دریافت خواهد كرد. به این سیستم شش سنسور نوری در جهات مختلف اضافه شده است. از طرفی افزودن Light-Emitting Diodes) LED) به منظور ساطع كردن اشعه مادون قرمز از دیگر مواردیست كه باعث تقویت آن خواهد شد. استفاده از LED  باعث می‌شود موقعیت‌یابی با دقت بالاتری صورت گیرد.

بدین ترتیب این سیستم دارای دقت تشخیص و مكان‌یابی تا شعاع 2 میلیمتر و چرخش در حد 03/0درجه است. سرعت به‌روزرسانی آن 1500 هرتز در یك هزارم ثانیه است.  محققان معتقدند كه بعد از حل شدن معضلات و مشكلات موجود در پیاده‌سازی واقعیت افزوده، شاهد خواهیم بود كه این سیستم در تمامی شئون زندگی بشر وارد می‌شود و تحولاتی گسترده را موجب خواهد شد. برخی از این موارد عبارت است از:

تعمیر و نگهداری؛ یكی از كاربردهای ساده و قابل دسترس از واقعیت افزوده تعمیر و نگهداری ابزار و وسایل است. كاربران می‌توانند از جزئیات و اجزاء غیر قابل دیدن وسایلی كه استفاده می‌كنند، آگاهی كامل داشته باشند. در واقع این سیستم، نمایی سه‌بعدی همراه با انواع اطلاعات كلی یا جزئی از ابزار و وسایل در اختیار قرار می‌دهد. این مسئله باعث می‌شود تا تعمیر و حفظ این وسایل با سهولت بیشتری امكان‌پذیر باشد.

نظامی؛ یكی از مجریان طراحی و پیاده‌سازی واقعیت افزوده نیروی دریایی امریكاست. از ده سال گذشته ارتش‌های پیشرفته دنیا از این سیستم استفاده می‌كردند و با گذشت زمان پیشرفت‌های زیادی در این عرصه به وجود آمده است.HMD HUD از انواع كلاه‌ها و عینك‌هایی است كه اطلاعات زیادی در آنها ذخیره می‌شود.  در نیروی هوایی نیز این سیستم كاربرد فراوان دارد.

در هواپیمای F-35 كلاه HUD (Head-Up Display)i وجود ندارد زیرا تمامی جهت‌یابی‌ها، توسط دستگاهی كه متشكل از موقعیت‌یاب هواپیما و تعدادی سنسور است، انجام می‌گیرد. بعد از انجام محاسبات، تصاویر در قالب واقعیت افزوده به كلاه خلبان منتقل می‌شود. این سیستم با دقتی بالا به خلبان اجازه می‌دهد تا تمامی قسمت‌های هواپیما را زیر نظر داشته باشد. سربازان با استفاده از سیستم واقعیت افزوده قادرند به اطلاعات مفیدی از قبیل محیط اطراف مانند ورودی‌ها، محل‌های عبور، خروجی‌ها و مشخصات دیگری دسترسی داشته باشند. سربازانی كه مجهز به چنین ابزاری هستند می‌توانند تمامی حركات دشمن را بدون آنكه دیده شوند، زیر نظر بگیرند.

جهانگردی؛ واقعیت افزوده به كاربران این امكان را می‌دهد كه با قرار گرفتن در هر مكان، اطلاعات كاملی اعم از تاریخی، اجتماعی، فرهنگی یا حتی سیاسی به دست آورند. كاربرد این وسیله برای جهانگردان، دانش‌آموزان و دانشجویانی كه علاقه‌مند به دانستن اطلاعات مبسوطی از مكان‌هایی خاص هستند، بسیار مفید می‌باشد. 
بازی‌های كامپیوتری؛ با این سیستم، بازی‌های كامپیوتری در دنیای واقعی، برنامه‌ریزی و پیاده‌سازی می‌شوند. یك پژوهشگر استرالیایی بازی كامپیوتری ابداع كرده كه تركیبی از یك بازی معروف و شبیه‌سازی زمین‌لرزه در دنیای واقعی است. او در مدل خود، محوطه دانشگاه را محیط بازی قرار داده كه بازیگران در این محیط به كار و فعالیت مشغولند.  این سیستم در بسیاری از بازی‌های شبیه‌ساز كامپیوتری، كاربرد فراوان دارد. 

در این بازی‌ها، كاربر بیش از پیش خود را در محیط واقعی احساس می‌كند. به عنوان نمونه بازی شبیه‌سازی تیراندازی كه با واقعیت افزوده همراه باشد، اطلاعاتی مبسوط از حریف مقابل، محیط پیرامون و نیز وضعیت و امكانات خود كاربر را به نمایش می‌گذارد. این مسئله در رابطه با بازی‌های اتومبیل‌رانی و خلبانی نیز صادق است.  این سیستم نقاط قوت بسیار بالایی دارد. پیاده‌سازی آن در سطحی گسترده باعث می‌شود كاربردهای وسیع و همه‌جانبه آن، برای تمامی گروه‌های كاری و سنی، بیشتر مشخص شود.

واقعیت افزوده به همه افراد این امكان را می‌دهد تا در زمانی كوتاه بدون نیاز به ابزار و وسایل خاص، اطلاعات مفیدی به دست آورند.

 

لینک یکتا: http://ccw.ir/content/152/default.aspx