بخشی از مقاله
واقعیت مجازی
چکیده: واقعیت مجازی واقعیتی است که توسط تخیل انسان عصر اینترنت و با تقلید از دنیای حقیقی خلق میشود و او را از روزمرگی و تکرار می رهاند. دنیای مجازی، دنیای اراده و انتخاب است. یعنی انسان به عنوان فرمانروای تخیلات خویش شخصا محل ، نحوه زندگی، دوستان و اعضای خانواده اش را برمی گزیندو کشف تجربه های عجیب و هیجان انگیز و فتح دشوارترین قله های پیروزی برایش به سادگی فشردن یک دکمه کوچک خواهد بود. اگر چه هنوز فن آوری در این زمینه در ابتدای راه قرار دارد اما واقعیت مجازی ( VR) و زبان مدلسازی آن (VRML) می روند تا دنیای واقعی را به طور کامل در وب جلوه گر سازند.این مقاله دریچه ایست بس کوچک بر جهان شگفت انگیز واقعیت مجازی و زبان مدلسازی آن که به طور خلاصه تاریخچه، اجزا، امکانات، کاربردها و محدودیت های این مقوله را مورد بررسی قرار می دهد. امید که مفید و ارزشمند واقع شود.
کلمات کلیدی: واقعیت مجازی، مدلسازی ، القا گری ، تعامل ، گره ، VRML
مقدمه
شاید انسان یک قرن پیش هرگز تصور نمی کرد که روزی بتواند در دنیای تخیل خویش گام بر داشته و بشنود لمس کند و یاد بگیرد. اما کودکان قرن ۲۱ در دنیاهای سه بعدی مجازی از نزدیک قهرمان های بازی خود را لمس میکنند سربازان در جنگهای مجازی قدرت نظامی خویش را به آزمون می گذارند و شما با آسودگی خیال سبد چرخدارتان را برداشته و در یک فروشگاه مجازی Online خرید میکنید. البته هنوز راهی طولانی در پیش است. تا روزی که دنیای مجازی دقیقا دنیای واقعی را به نمایش بگذارد و زندگی مجازی چیزی از زندگی حقیقی انسان کم نداشته باشد. که البته این امکان جز با تکمیل فن آوریهای سخت افزاری و نرم افزاری میسر نمیگردد. کاربردهای واقعیت مجازی روز به روز رو به گسترش اند به طوری که شرکت های متعددی به صورت جدی بر روی آن سرمایه گذاری میکنند. به عنوان مثال وزارت دفاع آمریکا از طریق تانکهای مجازی هم شبکه به طور هم زمان در شبکه Simnet دوره جنگهای زرهی را به سربازانی در آمریکا و آلمان آموزش میدهد. Sony Pictures و سایر شرکت های فیلم ساز از VRML در فیلم هایشان بهره می گیرند. مانند فیلم مشهور ماتریکس . به طور کلی میتوان از میان کاربردهای واقعیت مجازی به موارد زیر اشاره کرد:
- بصری سازی مالی (Finencial Visualization) یعنی مصور کردن اطلاعات مالی توسط گرافیک سه بعدی.
- معماری (Architecture) جهت طراحی و ساخت ساختمان های مجازی
(Entertainment)as cit -
- آموزش و جراحی و تجارت و تبلیغات و ... [1]
این مقاله اشاره ایست بس کوتاه بر پدیده ارزشمند واقعیت مجازی و زبان مدلسازی آن و ابزاری کارآمد که میتواند در صنعت و آموزش و تجارت کشورمان نقش مهمی را ایفا کند و در کمال تاسف هنوز آنگونه که باید مورد توجه قرار نگرفته است.
۱- واقعیت مجازی
۱-۱) مثالی از واقعیت مجازی: فرض کنید طراحان و مهندسین شهری می خواهند از مرکز خرید جدید و پیشرفته شهر شما دیدن کنند تابه آنها در تکمیل محاسباتشان از اثرهای محیطی آن قبل از شروع پروژه کمک کند و شما به عنوان پروژه مدیریتی یک تور بازدید از نمونه اولیه شبیه سازی شده توسط کامپیوتر را ترتیب می دهید. پشت میز کار اداره تان نشسته و سیستم desktop خود را روشن میکنید. پروژه خیالی شما بر روی دیوار نقش می بندد و شما تمام شرکای خود را به همراه شرکت کنندگان به صورت آدمکهای مجازی می بینید. خودتان هم آنجا هستید. صدایی آشنا از پشت سر می شنوید و برمیگردید و خوشحالید از اینکه رئیس معماران شهر نیز هم اکنون به جمع شما پیوست. حالا در شرکت او در توکیو بعدازظهر است وشما انتظار نداشتید در این زمان غیر اداری دعوت شسما را قبول کند. بعد از دست دادن و سلام واحوالپرسی های معمول به همراه گروه در پیاده رو های پر از درخت شروع به قدم زدن می کنید. صدای گامهایتان در فضای وسیع طنین می اندازد طراحان با رضایت کامل در مورد طرح بندی خیابانها اظهار نظر میکنند و شما متحیر هستید که صدای آنها را مستقیما میشنوید یا توسط مترجم های خودکارا وارد پارکینگ شده و همگی سوار یک ماشین مجازی می شوید و درست هنگام خروج از گاراژ یکی از بازرسان تذکر می دهد که تنها دو مسیر اضطراری برای فرار از آتش وجود دارد. فورا کد ساختمان را جستجو کرده و از کامپیوتر خود پروژه و اطلاعات مربوط به دیوار سمت چپ گاراژ را میابید و سریعا با دست طرح خروجی سوم را رسم میکنید. سیستم بینایی کامپیوتر حرکات دست شما را گرفته و خروجی سوم را روی دیوار سمت چپ می سازد. از پارکینگ بیرون می روید. طراحان از فضای بیرونی ساختمان و به خصوص پارک آبی شما خوششان آمده است. حتی یکی از آنها دست خود را در آب فرو کرده و سردی آنرا حس میکند. گردش شما با موفقیت به پایان میرسد و دستگاه خود را خاموش کرده و برای ملاقات با بازدید کنندگان دیگر که فردا از برزیل می آیند آماده میشوید. شاید سناریو بیان شده خیلی خیالی و آرمانی به نظر برسد ولی در واقع نمونه ای از یک سیستم واقعیت مجازی تکامل یافته است که هنوز برخی از قابلیت هایش در مرحله آزمایشهای ابتدائی قرار دارند.
1-2تعریف VR در سراسر تاریخ و جایگزین تخیلات در زندگی بشر اشکال فراوانی داشته اند اما جرقه های ابتدایی دنیاهای مجازی در دهه ۸۰ توسط نویسندگانی چون "جین بودریلارد " در رمان Simulatoin در ۱۹۸۳ و " ویلیام گیپسون" در رمان Neuromancer در ۱۹۸۴ ایجاد شد هنگامی که توانستند تعاریف جالبی از مفهوم واقعیت و فضاهای مجازی ارائه کنند: "تخیلی هماهنگ شده که هر روزه توسط ملیونها کاربر تجربه می شود." در رمان نورومنسر حسگرها وابزارهای الکترونیکی نصب شده در مغز قهرمانان اصلی آنها را به شبکه های مجازی جهانی وصل کرده و قادر به استفاده از هر نوع اطلاعاتی می سازد. اطلاعاتی در قالب جریانهای الکتریکی نه به صورت متون مکتوب البته این فن آوری هنوز غیر قابل دسترسی است و امید می رود که در آینده ای نزدیک به انجام برسد. اصطلاح Virtual Reality میتواند القاگر معانی متفاوتی باشد. عده ای نیز عباراتی چون سپهر اطلاعاتی Cyber Space یا واقعیت مصنوعی Artificial Reality را به جای آن پیشنهاد می کنند. البته Cyber Space را باید در مورد فضاهای Online ارتباط جهانی بکاربرد که قادر به دادن پس خورد سریع و تاثیر گذار است و می تواند گرافیک محاوره ای لازم برای خلق تکنولوژیهای مجازی یک واقعیت مجازی Up to date را فراهم آورد. تعاریف زیر هر یک بصورت اجمالی جنبه ای از ماهیت واقعیت مجازی را بیان می کنند:
۱-VR روشی برای تعامل با کامپیوتر است که در آن داده های پیچیده و بصری شده و قابل دستکاری اند. منظور از بصری کردن (Visualization)ایجاد تصویر و صوت و عوامل تحریک حواس شخص جهت القای حساس حضور در محیط جدید و واقعی جلوه دادن آن است.
۲-VR نوعی شبیه سازی محاوره ای است که در آن همه چیز بر پایه محور های مختصات نشان داده شده. از موقعیت اشیاء و جهت آنها گرفته تا نحوه ارتباط آنها با یکدیگر و منابع نور و نحوه نورپردازی و حجم اشیاء و حجم کل دنیای مجازی ,دوربین ها و پنجره های نظاره کاربر بر دنیای مجازی. در این محیط باید اسکریپتهای توصیف کننده حرکت و ارتباط و تعامل اشیاء و واسطه کاربر و اعمالش در دنیای مجازی کاملا تعریف شده باشند.
۳-۱) انواع سیستم های واقعیت مجازی و سخت افزار مورد نیازشان
Desktop VR 1-3-1"
که به آن Window On World) WOW) نیز گفته میشود ساده ترین سامانه ممکن برای نمایش دنیای مجازی بر روی مانیتور است و جزء واقعیت مجازی ابتدائی رده بندی می شود. چون این سامانه به غیر از یک ماوس و مانیتور یا پروژکتور به چیز دیگری نیاز ندارند. همچنین توسط آنها می توان تصاویر سه بعدی را با احتمال ۳۶۰ درجه چرخش بر روی پرده های تصویر دید. بنابراین میتوانند برای برنامه های تجاری بسیار مفید باشند.
۲-۳-۱) سامانه های دور نما (Teleprresence) : شامل دوربین ها میکروفن ها و حسگرهایی است که دنیای مجازی را به دنیای واقعی می فرستد به طوریکه اعمال کاربر در محیطی که حضورش در آن خطرساز است توسط واسطه ای چون ربات تقلید می شود. به کمک چنین سیستمهایی که در ژوئن ۱۹۹۷ بر روی فضاپیمای Path Finderسازمان ناسا نصب شده بود دانشمندان توانستند درباره سطح مریخ مطالعه کرده و از آن عکس بگیرند. ضمنا در تحقیقات زیر دریا نظیر ابتدای فیلم تایتانیک واعمال جراحی از راه دور و انجام کارهای دقیق در کوره های فشار بالای مواد شیمیایی از این سامانه بهره گرفته شده است.
1-3- 3سامانه های القا کننده Immersive VR))
توسط جفت نمایشگرهای بصری (HMD)مجهز به گوشیهای استریوفونیک حس حضور در محیط به گونه ای ملموس تر به کاربر القا می شود. این سامانه از لحاظ اجزای سخت افزاری شامل:
الف- دید استریو که در آن HMD با دو صفحه نمایش مجزا و یا عینک سه بعدی با تولید دید مجزا برای هر چشم و دید سه بعدی طبیعی را به او ارائه میدهند که البته این ابزار چشم را خسته کرده و فاصله کانونی عدسی چشم را تغییر میدهند
ب - صدای سه بعدی یا فضایی (Spatialized) که به نظر می رسد از نقطه خاصی در فضا و بالای سر یا طرفین او منشا گرفته و توسط گوشی های متصل به HMD ایجاد میشوند . البته در رده بندی سخت افزاری برای IVR که شامل سخت افزارهای واقعیت مجازی پایه B VR و پیشرفته AVR یعنی شتاب دهنده های گرافیکی و کارت های صدای سه بعدی است و لزوم دادن پس خورد (Feed Back) به کاربر یعنی لمس اشیاء و برخورد با آنها و درک کیفیت دمایی و حجمشان در نظر گرفته شده که هنوز به آن دست نیافته ایم.[2]
۴-۳-۱)واقعیت مخلوط (Mixed Reality) : سیستمی ایده آل از ترکیب قابلیتهای القا کننده و دورنما و سیستمهای ردیاب موقعیت است که در آن وضعیت شیء با ۶ درجه آزادی (۳ تا برای موقعیت X و Y و Z و ۳ تا برای گردش و زاویه نسبت به این محورها یعنی yaw و roll و pitch مشخص می شود و شامل اجزاء ساخت افزاری چون ماوسها و JoyStivk های ۳ و ۶ بعدی و دستکشها و لباسهای data که موقعیت و حرکت اعضای بدن را با حسگرهای مکانیکی و مغناطیسی فراصوت و حتی ردیاب های اینرسی ردیابی می کنند و سیستمهای ردیابی نگاه شخص و Zoom تصویر بر اساس جهت نگاه اوست.
از این سیستم در کنترل های غیرمستقیم دقیق چون هدایت هواپیما و ... استفاده می شود.
1-3-5 سیستم واقعیت غلو شده Augmented Reality)
وقتی HMD به قدری شفاف است که کاربر می تواند به طور هم زمان اشیاء محیط واقعی خود و اشیاء دنیای مجازی را ببیند این سیستم می تواند برای پیاده سازی عملی نقشه هسای ساختمانییا طرحهای گرافیکی مفید باشد. البته سیستم های ساده شامل یک اتاقک و کامپیوتر که در حال حاضر برای آموزش رانندگی و خلبانی به کار می روند و به طور ابتدایی از واقعیت مجازی بهره می گیرند.[3]
۲ - زبان مدلسازی واقعیت مجازی
۱-۲) تاریخچه: اولین پروژه ساخت برنامه های کاربردی گرافیکی سه بعدی که مقدمه شبیه سازی دنیای مجازی بود در ۱۹۸۹ با طراحی قوانین معنایی و چهارچوب مکانیسم اساسی کار آغاز شد و در ۱۹۹۲ جعبه ابزار سه بعدی Iris Inventor به زبان ++C روانه بازار شد که مفاهیم اصلی VRML را تعریف کرده بود. پدید آمدن OpenInventor و کتاب مرجع آن در ۱۹۹۴ راهنمای Govinbell برای نوشتن اولین پیش نویس 1.0 VRML بود. ارائه برنامه نوشته شده بر روی NCSaMOSaic به نام Laby Rinth توسط مارک پس و تونی پاریسی در اولین کنفرانس جهانی وب (ژنو ۹۴) مورد تشویق تیم برنرز لی و دیوید ریگارد (پدیدآورندگان HTML و HTTP ) قرار گرفت و پس از تشکیل گروه بWWW.VRML کم کم با همکاری شرکت SGI (شرکت تولید گرافیک سه بعدی ) و جامعه نو پای VRML از اصلاح Open Inventor اولین نسخه VRML 1.0 Specification طراحی شده و در دومین کنفرانس وب (اکتبر ۹۴)
