آیا می‌دانید هدست‌های واقعیت مجازی چگونه کار می‌کنند؟ چرا با پوشیدن این هدست ها فکر می‌کنید در حال راه رفتن روی مریخ هستید، در حالی که در حقیقت دارید به میزتان برخورد می‌کنید؟! در این مقاله به پاسخ این سوالات می‌پردازیم. در ادامه با دیجی رو همراه باشید.
هدست‌هایی که توسط Oculus، Sony، HTC، Samsung و Google استفاده می‌شوند به سه چیز نیاز دارند: یک کامپیوتر یا کنسول یا گوشی هوشمندی که که اپلیکیشن یا بازی را روی آن اجرا کنید، هدستی که صفحه‌نمایش مخصوص واقعیت مجازی رو جلوی چشمانتان نگاه دارد (که این صفحه نمایش می‌تواند صفحه نمایش گوشی باشد) و مجموعه‌ای از ابزارهای کنترلی مانند سنسورهای تشخیص حرکت سر، کنترلر، سنسور تشخیص حرکت دست، خروجی صدا و دکمه‌های پد لمسی.
غوطه‌وری کامل در فضای ساخته شده با واقعیت مجازی هدفی است که سازندگان هدست‌های واقعیت مجازی به دنبال آن هستند، تبدیل کردن تجربه‌ی واقعیت مجازی به تجربه‌ای که قابل تشخیص از دنیای واقعی نباشد، اما چطور می‌توانیم به چنین چیزی برسیم؟
تعاریف پایه‌ای از کارکرد هدست های واقعیت مجازی
از هدست‌های واقعیت مجازی از جمله Oculus Rift و PlayStation VR معمولاً به عنوان HMD یاد می‌شود و این به آن معنی است که این هدست‌ها صفحه‌نمایش‌هایی هستند که به سر شما وصل می‌شوند. حتی بدون هیچ صدا یا تشخیص حرکت دستی نیز می‌توانید با استفاده از Google Cardboard گوشی خود را تبدیل به هدست واقعیت مجازی کنید و در دنیایی مجازی نیمه-غوطه‌ور شوید.
هدف این هدست‌ها این است که محیطی مجازی به اندازه‌ی دنیای واقعی و از نوع 3D بسازد که محدودیت‌های صفحه‌نمایش‌های تلویزیون‌ها یا کامپیوترها را نداشته باشد. هر طوری که به واقعیت مجازی بخواهید نگاه کنید در هر صورت استفاده از صفحه‌نمایش‌ها در این تکنولوژی دخالت دارد. چنین تکنولوژی‌ای با واقعیت افزوده تفاوت‌های زیادی دارد. در واقعیت افزوده مدل‌های گرافیکی به دنیای واقعی اضافه می‌شوند اما در واقعیت مجازی اینطور نیست.
در هدست‌هایی مانند HTC Vive یا Rift ویدیوی مورد نظر از طریق کنسول یا کامپیوتر مورد استفاده و از طریق کابل HDMI به هدست‌تان منتقل می‌شود. در هدست‌های Google Daydream و Samsung Gear VR ویدیوی مورد نظر روی گوشی‌ای بوده که به هدست متصل شده است.
هدست‌های واقعیت مجازی معمولاً یا از دو منبع ویدیویی استفاده می‌کنند که به یک صفحه نمایش فرستاده می‌شود یا از دو صفحه نمایش مجزا برای هر چشم. معمولا از لنزهایی برای فاصله‌ی میان چشمانتان تا صفحه نمایش استفاده می‌شود و به همین دلیل به این هدست‌ها در صحبت‌های غیررسمی‌تر عینک ایمنی نیز می‌گویند. در بعضی از نمونه‌ها می‌توانید فاصله‌ی این لنزها تا چشم‌هایتان را تنظیم کنید.
این لنزها برای هر چشم به صورت مخصوصی روی تصویر فوکوس می‌کنند و تصویر را بازسازی می‌کنند، با چنین کاری و کنار هم گذاشتن دو تصویر دو بعدی با چنین تغییرات کوچکی، این لنزها تصویری سه بعدی و برجسته‌بین را به چشمان شما ارائه می‌دهند. برای درک بهتر این اتفاق می‌توانید هنگام استفاده از این هدست‌ها یکی از چشم‌های خود را ببندید و سپس چشمتان را باز کنید و چشم دیگرتان را ببندید تا ببینید دو تصویر چه تفاوت‌هایی با یکدیگر دارند.
یکی از راه‌هایی که هدست‌های واقعیت مجازی توسط آن می‌توانند میزان غوطه‌وری استفاده کننده را بیشتر کنند زیاد کردن زاویه‌ي دید است. صفحه نمایشی با زاویه‌ي 360 درجه بیش از اندازه برای چنین کاری بزرگ است و معمولاً چنین هدست‌هایی از زاویه‌ی 100 یا 110 درجه برای نمایش تصاویر استفاده می‌کنند.
و برای اینکه تصویر مورد نمایش قابل قبول به نظر برسد سرعت فریمی حدود 60 فریم بر ثانیه مورد نیاز است تا از تکه تکه شدن تصویر و احساس سرگیجه در کاربر جلوگیری شود. در حال حاضر هدست‌های واقعیت مجازی توانی بیشتر از این توان حداقلی دارند، هدست Oculus با سرعتی حدود 90 فریم بر ثانیه و PlayStation VR با سرعتی حدود 120 فریم بر ثانیه می‌توانند تصاویر را به نمایش بگذارد.
تشخیص حرکت سر
تشخیص حرکت سر به این معنی است که وقتی هدست خود را می‌پوشید، با تکان دادن سرتان، تصویر مورد نمایش در صفحه نمایش نیز تغییر می‌کند و برای مثال اگر سرتان را بالا می‌برید تا به بالا نگاه کنید تصویر نیز بالا می‌رود. سیستمی به اسم 6DoF حرکات سر شما را در محورهای x، y و z تحت نظر می‌گیرد تا حرکاتی از جمله جلو و عقب رفتن سر و از سمتی به سمت دیگر رفتن یا از شانه‌ای به شانه‌ی دیگر رفتن را بتواند تشخیص دهد.
همچنین قطعات دیگری نیز وجود دارند که ممکن است در هدست‌های واقعیت مجازی از آن‌ها استفاده شود، قطعاتی از جمله سنسورهای تشخیص گردش، سنسورهای تشخیص شتاب و سنسورهای تشخیص میدان مغناطیسی از این جمله هستند. هدست Sony PSVR از 9 ال‌ای‌دی اطراف هدست برای تشخیص 360 درجه‌ای حرکت سر توسط دوربین PS4 استفاده می‌کند. Oculus بیست عدد از این ال‌ای‌دی‌ها دارد ولی به اندازه‌ی ال‌ای‌دی‌های PSVR درخشان نیستند.
تکنولوژی تشخیص حرکت سر باید سرعت واکنش بسیار سریعی داشته باشد تا تاثیر گذار باشد، اینجا منظور از سرعت سریع، تاخیری کمتر از 50 میلی‌ثانیه است و اگر این طور نباشد، تاخیری بین حرکات سرتان و تغییر متقابل در محیط مجازی وجود خواهد داشت. هدست Oculus Rift این تاخیر را به 30 میلی‌ثانیه کاهش داده است. تاخیر در تشخیص حرکت، برای هر سیستم تشخیص حرکت دیگری نیز می‌تواند مشکل آفرین باشد، برای نمونه کنترلر PS نیز، که حرکات دست و بازوها را تشخیص می‌دهد، در صورت عدم واکنش سریع سیستم کارایی خود را از دست می‌دهد.
در نهایت نیز از هدفون‌ها برای افزایش حس غوطه‌وری استفاده می‌شود. از صداهای سه بعدی یا Binaural برای اپ‌ها و بازی‌های واقعیت مجازی استفاده می‌شود و با استفاده از تشخیص حرکت سر صدای محیط نیز تغییر می‌کند. چنین کاری حسی را در فرد ایجاد می‌کند که به شخص تلقین می‌شود صدای مورد نظر از پشت سر یا از طرفین به سمت او می‌آید.
تشخیص حرکت
تشخیص حرکت سر یکی از ویژگی‌هایی است که هدست‌های حرفه‌ای نسبت به هدست‌های رده‌پایین‌تر همچون Cardboard یا دیگر هدست‌های موبایلی دارند. با این حال هنوز نیز حرفه‌ای‌های هدست‌های واقعیت مجازی در حال کار کردن روی تشخیص حرکت هستند. وقتی که در یک هدست واقعیت مجازی به پایین نگاه می‌کنید دوست دارید دست‌هایتان اولین چیزهایی باشند که می‌بینید.
برای مدتی Leap Motion وجود داشت، ابزاری که در قسمت جلویی Oculus نصب می‌شد و از قابلیت سنسور اینفرارد برای تشخیص حرکات دست استفاده می‌کرد. همچنین آزمایش‌هایی نیز با دوربین‌های Kinect 2 انجام دادیم. اما حالا با استفاده از Oculus، Valve و Sony انتخاب‌های بهتری داریم.
Oculus Touch ستی از کنترلرهای وایرلس است که به شما اجازه می‌دهد از دستانتان در واقعیت مجازی استفاده کنید. هر کدام از این کنترلرها را بر می‌دارید و از دکمه‌ها و دیگر اجزای روی کنترلر برای تعامل با دنیای واقعیت مجازی استفاده می‌کنید. برای مثال برای شلیک کردن با تفنگ، از یکی از این دکمه‌ها استفاده می‌کنید. همچنین ماتریکسی از سنسورها روی هر یک از این کنترلرها وجود دارد که برای تشخیص حرکاتی همچون اشاره کردن یا دست تکان دادن استفاده می‌شود. قابلیت لمسی نیز به زودی به این کنترلرها اضافه خواهد شد.
این سیستم شبیه به سیستم تشخیص Valve’s Lighthouse و کنترلرهای Vive برای تشخیص حرکت دست است. این سیستم از دو دستگاه در اطراف اتاق برای پخش لیزر در محیط استفاده می‌کند. چنین سیستمی می‌تواند مکان دقیق سر و دستان شما را بر اساس دریافت نور توسط فوتوسل‌های موجود در هدست و هر کنترلر دستی تشخیص دهد. همچون Oculus Touch این سیستم نیز از دکمه‌های فیزیکی استفاده می‌کند و می‌توانید از دو سیستم Lighthouse برای رد گیری حرکات دو کاربر مختلف در اتاق استفاده کنید.
از دیگر روش‌های تعامل با محیط می‌توان از کنترلرهای Xbox، فرمان‌های صوتی، دستکش‌های هوشمند و تردمیل نام برد.
تشخیص حرکت چشم
احتمالاً تشخیص حرکت چشم آخرین قطعه از پازل واقعیت مجازی است. چنین چیزی در Rift، Vive یا PS VR وجود ندارد اما در هدست FOVE وجود خواهد داشت. حال این سوال پیش می‌آید که این تکنولوژی چطور کار می‌کند؟
سنسورهای اینفرارد موجود در FOVE، حرکات چشمان شما را دنبال خواهند کرد و به این ترتیب این هدست می‌داند که شما در حال نگاه کردن به چه قسمتی از محیط در دنیای واقعیت مجازی هستید. اصلی‌ترین برتری چنین ویژگی‌ای این است که علاوه بر اجازه دادن به شخصیت‌های درون بازی برای واکنش نشان دادن به جهت نگاه شما، عمق دید را نیز بهتر تشخیص خواهد داد.
در هدست‌های استاندارد همه چیز فوکوس شده‌اند و البته که در دنیای واقعی این روشی نیست که ما دنیا را تجربه می‌کنیم. در دنیای واقعی اگر به جسمی در فاصله‌ی دوری نگاه کنیم، اشیای نزدیک‌تر را تار خواهیم دید و بر عکس. با دنبال کردن حرکات چشممان، موتور گرافیکی FOVE می‌تواند چنین چیزی را در دنیای مجازی خود شبیه‌سازی کند. بله، تار شدن بعضی جاها نیز می‌تواند مفید باشد.
هدست‌ها هنوز هم به صفحه نمایشی با رزولوشن بالاتر نیاز دارند تا اثر نگاه کردن به شبکه‌ای از پیکسل‌ها را تا حد ممکن از بین ببرد. همچنین چیزهایی که به آن‌ها نگاه می‌کنیم باید تا حد ممکن به اشیای دنیای واقعی نزدیک باشند. با استفاده از تکنولوژی تشخیص حرکت چشم، و وقتی که سرتان را حرکت نمی‌دهید و با حرکت چشمانتان همه‌چیز در فوکوس هستند، احساس سرگیجه‌ي حاصل از شبیه‌سازی ممکن است بیشتر شود. مغز شما می‌فهمد که یک چیزهایی جور در نمی‌آیند.
