بخشی از مقاله
چکیده
با پیشرفت روزافزون فناوری و تأثیرگذاری آن در زندگی انسان بررسی فناوریهای نو از اهمیت بالایی برخوردار است. یکی از مهمترین و تأثیرگذارترین این فناوریها به دلیل از بین بردن محدودیتهای محیطهای فیزیکی واقعی که بشر همواره به دنبال آن بوده است، واقعیت مجازی است.
واقعیت مجازی فناوری است که محیطهای شبیهسازیشده را بهگونهای برای کاربر فراهم میکند که وی احساس حضور در محیط فیزیکی واقعی را دارد. بهمنظور درک و شناخت بهتر واقعیت مجازی چهارعنصر کلیدی برای واقعیت مجازی در نظر گرفته میشود. در این مقاله پس از معرفی واقعیت مجازی به معرفی و بررسی پیشینه تحقیقات در مورد عناصر کلیدی واقعیت مجازی پرداخته میشود.
-1 مقدمه
یکی از مهمترین مسائلی که امروزه بشر با آن مواجه است، ورود فناوری و تأثیرگذاری آن در تمامی ابعاد زندگی انسان میباشد. فراگیرترین و مؤثرترین ابزاری که موجب رشد فناوری و تحول زندگی انسان شده است، کامپیوتر میباشد. از اساسیترین کاربردهای کامپیوتر که تحولات اساسی را رقمزده است، ایجاد محیطهای شبیهسازیشده است.
آنچه بشر همواره در پی آن بوده از بین بردن محدودیتهای فضاهای واقعی ازلحاظ هزینه، زمان، مکان، سرعتبالای انجام دهی امور و ... است که محیطهای شبیهسازیشده برای استفادهکنندگان از آن، این امکان را فراهم میسازند. امروزه این محیطها بهطور قابلتوجهی در گستره وسیعی از حوزههای صنعتی و غیر صنعتی اعم از صنایع نظامی، مهندسی، آموزشی، پزشکی و... مورداستفاده قرار میگیرند.
برای محیطهای شبیهسازیشده میتوان انواع مختلفی را با توجه به تعداد عناصر شبیهسازیشده در نظر گرفت. بهعنوانمثال در شبیهسازی زنده کاربر میتواند از اشیا مصنوعی یا شبیهسازیشده در دنیای واقعی استفاده کند؟ در نوع دیگر شبیهسازی که شبیهسازی مجازی است، انسانهای واقعی از اشیا شبیهسازیشده در دنیای شبیهسازیشده استفاده میکنند. . این نوع شبیهسازی مفهوم جدید واقعیت مجازی را به وجود میآورد.
واقعیت مجازی فناوری است که محیطی شبیهسازیشده کامپیوتری را بهگونهای برای کاربر فراهم میکند که برای حواس کاربر معادل واقعیت جلوه میکند. این محیط فاقد مادیت فیزیکی است و میتواند نشأتگرفته از محیطهای فیزیکی واقعی یا تخیل انسان باشد
درواقع چنین سامانهای مانند این است که با پوشیدن یکدست لباس غواصی و فرورفتن در آب، بدون خیس شدن، محیط اطراف را بازبینی کرد؟ با استفاده از فناوریهای پیشرفته ازجمله کامپیوتر، لوازم جانبی آن و ابزارهای چندرسانهای میتوان این محیط مجازی را به میزانهای متفاوت برای کاربر واقعی جلوه داد و سطوح مختلفی از درگیر شدن حواس کاربر را فراهم نمود
استفاده گسترده و روزافزون واقعیت مجازی در فعالیتهای روزمره انسان نقش مهمی در انقلاب کامپیوتر و فناوری را ایفا و موجب تغییرات اساسی در زندگی و فعالیتهای انسان میشود. امروزه ترکیب و بهرهمندی از واقعیت مجازی در سرگرمی، معماری، اندازهگیری، صنایع نظامی، تولید، پزشکی، آموزش و بسیاری از حوزههای دیگر قابلمشاهده میباشد، بهطوریکه واقعیت مجازی توسط آکادمی ملی مهندسی1 در سال 2008 بهعنوان یکی از 14 رشته بزرگ مهندسی در قرن 21 شناختهشده است.
-2 عناصر کلیدی واقعیت مجازی
بهمنظور شناخت بهتر و کاملتر از یک سیستم واقعیت مجازی شناخت مؤلفههای اساسی آن ضروری میباشد. این عناصر کلیدی شامل محیط مجازی، غوطهوری، بازخورد حسی و تعامل میباشد، که در ادامه به توضیح و بررسی آنها پرداخته میشود.
-1-2 محیط مجازی
محیط مجازی ایجادشدهتوسط کامپیوتر یک فضای موهومی است که معمولاً از طریق یک واسطه بروز مییابد و توصیفی از مجموعهای از اشیاء در فضا و قوانین و ارتباطات حاکم بر آن اشیاء را ارائه میدهد. محیط مجازی علاوه بر نمایش اشیا، امکان تعامل و درنتیجه غوطهوری را فراهم میکند که این امر منجر به ایجاد واقعیت مجازی میشود
بیوکا و لوی2 در سال 1995 در کتابشان محیط مجازی را یک فضای ایجادشده توسط کامپیوتر تعریف کردند که در آنیک یا چند کاربر از طریق ابزار گوناگون با یکدیگر با محیط مجازی ارتباط برقرار میکنند. شرمن و کریگ3 در سال 2003 آن را بهعنوان مجموعهای از اشیا که در فضا بهوسیله قوانین و روابط کنترلشده است، شرح دادند.
-2-2 غوطهوری
غوطهوری یک موضوع کلیدی در سامانههای واقعیت مجازی میباشد که بهعنوان الگوی اصلی اینکه کاربر بخشی از جهان شبیهسازیشده است، برشمرده میشود. بهبیاندیگر غوطهوری حالتی است که کاربر جذب و درگیر یک محیط مجازی میشود بهطوریکه ذهن او از محیط فیزیکی که در آن قرار دارد جدا میشود. استایمر1 غوطهوری را بهعنوان احساس واقعی پنداشتن محیط مجازی توسط کاربر واقعیت مجازی تعریف میکند. مشابه تعریف تورینگ2 از هوش مصنوعی کاربر توانایی تشخیص تفاوت محیط واقعی و مجازی را ندارد.
غوطهوری را در فعالیت روزانه مختلفی میتوان تجربه کرد. یکی از عوامل مهم و مؤثر بر غوطهوری تأخیر بین اعمال کاربر و پاسخ سیستم واقعیت مجازی است. اگر این تأخیر بیشازحد طولانی شود - طولانی بودن بستگی به نوع نمایش تصویری شنیداری یا لامسه بودن دارد - میتواند اثر غوطهوری را از بین ببرد. سطح مطلوب غوطهوری با توجه به هدف واقعیت مجازی متغیر است. بهطور مثال تجربه واقعیت مجازی برای سرگرمی به سطح بالایی از غوطهوری نیاز دارد. محرکهای مصنوعی عموماً محرکهای نشأتگرفته از محیط واقعی را مسدود میکنند. این مسئله غوطهوری در محیط واقعی را کاهش میدهد.
اصطلاح غوطهوری توصیفی از یک فناوری است که سطوح مختلفی دارد. شرط لازم برای مفهومی که الیس3 مطرحکرده است در محیط مجازی حفظ حداقل یکی از قیود حسی که معمولاً بصری است میباشد. بهعنوانمثال یک صفحهنمایش روی سر نصبشده با میدان دید وسیع و حداقل ردیابی سر ضروری است. درجه غوطهوری با اضافه کردن بخشهای اضافی و سازگار، میزان بیشتری از ردیابی بدن، کاهش تأخیر بین حرکات بدن و نتیجه تغییرات در اطلاعات حسگرها را افزایش میدهد.
حس حضور در یک محیط که میتواند یک حالت ذهنی خالص باشد به دو صورت عجین شدن ذهنی که حالت درگیر شدن بهصورت عمیق است و عجین شدن فیزیکی که وارد شدن به یک واسط بهصورت بدنی و تحریک مصنوعی حواس است امکانپذیر است.
بسیاری از خوانندگان رمانها خود را بخشی از داستان میدانند باشخصیتهای آن همدردی میکنند و محیط واقعی خودشان را فراموش میکنند. دانشمندان به این نوع درگیر شدن غوطهوری ذهنی میگویند. تماشای فیلم، گوش دادن موسیقی و خیالبافی از نمونههای دیگر این نوع غوطهوری است. غوطهوری ذهنی میزان درگیری در محیط مجازی را نشان میدهد.
این درگیری به صورتی است که از پرسیدن سؤال اینکه این فضای مجازی واقعی است یا جعلی جلوگیری کند. غوطهوری ذهنی سطوح مختلفی از غوطهوری را میتواند ایجاد کند. سطح غوطهوری ذهنی تحت تأثیر عواملی همچون سناریو واقعیت مجازی، کیفیت نمایش، چگونگی ارائه و تعداد حواسی که توسط سیستم نمایش واقعیت مجازی شبیهسازیشده است، میباشد. ایجاد غوطهوری کامل یک چالش مهم برای محققان میباشد.
غوطهوری فیزیکی نوعی از غوطهوری است که برای کاربر یک برهمکنش فیزیکی با محیط ایجاد میکند. حواس فریبخورده با محرکهای مصنوعی و درجاتی از تحریکات واقعی که با مصنوعی آن جایگزین شده است سطح غوطهوری فیزیکی در محیط مجازی را تحت تأثیر قرار میدهند.
محرکهای مصنوعی که باعث تحریک یک یا چند حس از حواس کاربر در پاسخ به موقعیت، جهت و تأثیر کاربر میشوند، توسط دستگاههای مختلفی تولید میشوند. سیستم واقعیت مجازیعموماً در حواس بینایی شنیداری و لامسه را تحریک میکند. اطلاعات بینایی، شنوایی و لامسه نیاز به انطباق با صحنه طبق فعالیتهای کاربر دارند.
