واقعیت افزوده ارتباط اطلاعات با دنیای واقعی

واقعیت افزوده ارتباط اطلاعات با دنیای واقعی

واقعیت افزوده یا تکمیلی کلمه نسبتاً جدیدی در دنیای IT و همچنین اتوماسیون صنعتی است که شاید کمتر کسی در کشور، فارغ از افرادی که در این دو حیطه مشغول به کار هستند، درباره این کلمه شنیده باشد یا شناخت درستی از مفهوم آن داشته باشد یا وجه تمایز آن را از سایر فناوری های شبیه بداند.

جالب این است که واقعیت افزوده در زندگی روزمره اکثر افراد جامعه، با توجه به استفاده روزافزون از تلفن های هوشمند و قابلیت های مرتبط با آن، رسوخ نموده است و مردم از این فناوری استفاده می کنند بدون این که از نام واقعی آن اطلاع داشته باشند یا از سایر امکانات و کاربردهای وسیع آن در جنبه های مختلف زندگی و کار خود آگاه باشند.

در این برگردان سعی شده است با استفاده از مثال های گوناگون این فناوری به زبان ساده بیان شود و در خصوص تجهیزات مورد نیاز و همچنین نقاط قوت و ضعف آن صحبت شود تا کاربران در مواجه با چنین نرم افزارهای اطلاع پایه را پیرامون آن داشته باشند.

مقدمه

تنظیم صدای تلویزیون توسط دستگاه کنترل از راه دور آن شاید خیلی ساده و امری بدیهی به‌نظر برسد؛ ولی اگر چندین دستگاه کنترل از راه دور برای تجهیزات مختلف در دسترس کاربر وجود داشته باشند، انتخاب دستگاه مناسب شاید به‌راحتی امکان‌ پذیر نباشد.
در صنعت هم چنین موقعیت‌هایی ممکن است وجود داشته باشد. برای افراد تعلیم‌دیده در برخی از مواقع انتخاب دکمه‌ی مناسب برای کار موردنظر گاهی دشوار به‌نظر می رسد؛ به‌ویژه در وضعیت بحرانی که گه‌گاه پیش می‌آید، انتخاب دستور یا دکمه‌ی مناسب برای عکس‌ العمل لازم، ممکن است از نظر زمانی به‌ طول انجامد که از دست دادن زمان در این وضعیت می‌تواند عواقب وخیمی داشته باشد. در مقایسه بین تنظیم صدای تلویزیون تا عکس‌ العمل مناسب در اوضاع بحرانی اختلاف بزرگی وجود دارد. در اولی شاید حداکثر ناراحتی عصبانیت تماشاگر از صدای بلند تلویزیون باشد؛ ولی در دومی از دست دادن زمان مناسب برای انتخاب و واکنش مناسب می‌تواند خطرات و صدمات جبران‌ ناپذیری به ‌دنبال داشته باشد. بنابراین ارایه‌ راه حلی که بتواند اطلاعات مورد نیاز را در محل مناسب در اختیار کاربر قرار دهد، ایده آل خواهد بود.

دنیای دیجیتالی

در دنیای امروزی اکثر محصولات از نرم‌افزار استفاده می‌کنند؛ از تلویزیون گرفته تا خودرو و وسایل الکترونیکی منزل و آشپزخانه، همگی دارای قسمت دیجیتالی شبیه رایانه یا یک ریز پردازنده هستند که در آن بخش پردازش نرم‌ افزار خاصی انجام می‌پذیرد. این امر در صنعت و دستگاه ‌های مورداستفاده در آن و ماشین ‌آلات مدرن امری بدیهی به شمار می‌ رود. کارت‌های اعتباری حاوی ریزپردازنده و نرم ‌افزاری مناسب با آن هستند که کار شناسایی دارنده‌ کارت و امضای دیجیتالی صاحب آن را انجام می‌دهد. استفاده‌ روزافزون از رایانه یا تجهیزات هوشمند در زندگی روزمره باعث شده است که نرم‌ افزارها به‌ منظور پاسخ‌ گویی به کاربران پیچیده ‌تر شوند؛ همانند نرم ‌افزار های مهندسی که شرایط محیطی را مدل‌ سازی و شبیه‌ سازی می‌کنند تا کاربر بهتر بتواند کارکرد دستگاه را در دنیای واقعی ارزیابی کند. بنابراین نرم ‌افزارها باید هرچه بیشتر به دنیای واقعی نزدیک و پاسخ‌ گوی نیاز کاربران باشد. همان‌ طوری که در مثال کارت اعتباری گفته شد، باید نرم ‌افزار مورد نیاز علاوه بر انجام امور تبادل پول (چه‌کسی، به چه ‌کسی، چه مقدار)، نام دارنده‌ کارت و آدرس صاحب کارت را به‌ منظور ارسال صورت حساب نیز پردازش نماید و همچنین مسائل ایمنی در خصوص رمز کارت اعتباری را بتواند حل ‌و فصل کند.

اما پیچیده شدن نرم ‌افزارها مشکلاتی را نیز با خود به‌ همراه دارند؛ زیرا همواره مدل ‌سازی دنیای واقعی توسط نرم ‌افزار نمی‌ تواند تمامی انتظارات کاربر را برآورد سازد. یکی از این مشکلات نحوه‌ ارتباط یا بهتر است بگوییم وابستگی نرم‌ افزار به اجزای دنیای واقعی است.

مشکل وابستگی

به‌ منظور بهتر روشن شدن این موضوع، از زندگی روزمره و کاری چند مثال را بررسی می کنیم که کما بیش افراد مختلفی با آن درگیر هستند. در دنیای امروزی دستگاه‌ های متعددی مانند تلویزیون، گیرنده‌ های ماهواره، پخش‌کننده DVD و گیرنده‌ دیجیتالی صدا و تصویر در اکثر منازل وجود دارند که هر یک دارای دستگاه کنترل از راه دور برای تنظیم صدا، تصویر و سایر موارد هستند. حتی برای کسانی که روزانه از این دستگاه‌ ها استفاده می‌کنند، گاهی پیدا کردن دستگاه و همچنین دکمه‌ مناسب برای قطع یا کم‌ و زیاد کردن صدا یا سایر تنظیمات راحت نیست و این امر برای افرادی که کمتر با این دستگاه ‌ها درگیر هستند، مشکل بزرگی را فراهم می‌کند که در اکثر موارد چاره ‌ای به‌ جز امتحان تک ‌تک کنترل ‌کننده ‌ها برای پیدا کردن دستگاه و دکمه‌ مناسب وجود ندارد. یا در یک سالن که لامپ‌ های زیادی وجود دارد و هر یک یا گروهی از آن‌ها با یک کلید روشن و خاموش می ‌شوند، پیداکردن کلید مناسب برای تنظیم نور سالن برای افراد نا‌ آشنا یا کسانی که گاهی از این فضا استفاده می‌کنند، دشوار است و راهی به‌ جز امتحان تک‌ تک کلید ها باقی نمی‌ ماند.

این همان مشکل ارتباط یا وابستگی کلید به لامپ یا دکمه‌ کنترل از راه دور به تجهیز مربوط به خود است که کاملاً واضح است.

مثال دیگری در این زمینه افراد کوه ‌نورد هستند. آن‌ ها می ‌دانند که در دنیای واقعی چقدر مشکل است که از روی نقشه‌ های کوه ‌نوردی راه درست را پیدا کرد؛ زیرا حتی در هوای صاف، نقشه‌ کوه ‌ها با تصویر آن‌ها در نقشه الزاماً یکی نیستند و می‌ تواند شخص را در جهت ‌یابی به اشتباه اندازد.

در سامانه ‌های DCS برای صنایع بزرگ مانند کارخانه‌ های تولید برق، صنایع پتروشیمی، پالایشگاه ‌های نفت و… که تعداد سیگنال‌ های مورد پردازش یا به اصطلاح برچسب ها زیاد است، از نرم افزار SCADA برای نمایش‌دادن گرافیکی وضعیت ابزار دقیق و فرآیند استفاده می‌شود. در سامانه ‌هایی که شاید بیش از ده ‌هزار آیتم و ابزار دقیق برای نمایش وجود دارد، معمولاً در صورت بروز خطا یا آلارم جدی، اپراتور در اتاق کنترل با بی‌سیم با یکی از همکاران در سطح کارخانه تماس می‌گیرد تا اطمینان حاصل کند که واقعاً خطای به ‌وجود ‌آمده در همان محل مورد نظر در کارخانه است که در سامانه SCADA نشان داده می‌شود. به‌ عبارت دیگر هر دو نفر می‌خواهند ارتباط بین ابزار دقیقی که آلارم ایجاد می‌کند و محل وقوع آن را به‌صورت دستی تأیید کنند. این پیچیدگی در ارتباط انسان ‌ها با محیط خارج نه ‌تنها به آموزش (که هزینه‌ بر است) نیاز دارد، بلکه سرعت واکنش اپراتور را در مواقع اضطرار کاهش می‌دهد.

واقعیت افزوده یا تکمیلی

یک راه حل برای رفع مشکل وابستگی در مثال‌های آورده شده، استفاده از فناوری نسبتاً جدید واقعیت افزوده است. در حقیقت، واقعیت افزوده کامل‌کننده حواس پنج‌ گانه‌ انسان است که معمولاً نوع بصری (تصویری) آن بیشترین استفاده را دارد. در این روش به تصویری که کاربر می‌بیند؛ که می‌ تواند ازطریق یک صفحه نمایش باشد یا از پشت شیشه‌ ای نیمه شفاف مخصوصی که به صورت عینکی ساخته شده است یا حتی شیشه‌ جلوی یک خودرو، ‌اطلاعات دیگری ‌که کامل کننده‌ درک بصری بیننده از محیط واقعی است، توسط نرم ‌افزاری اضافه می‌ گردد. به محیطی که اطلاعات دیده می‌ شوند اصطلاحاً واسط گرافیکی کاربر (GUI) گفته می‌شود.

این نکته که در واقعیت افزوده اطلاعات تکمیلی به تصویر واقعی دیده ‌شده توسط کاربر اضافه می‌شود تا درک حواس پنج‌گانه‌ او را کامل کند، با این مورد که در یک محیط کاملاً مدل ‌سازی ‌شده که توسط نرم ‌افزار به ‌وجود آمده است و به نام واقعیت مجازی معروف است و اطلاعات به کاربر داده شود، فرق بین VR و AR را مشخص می‌کند.

اگر در تمامی دنیا این امکان که اطلاعات مورد نیاز به‌عنوان ورودی آماده برای پردازش، در بانک اطلاعاتی رایانه ای وجود می‌ داشت و صفحات گرافیکی به‌ عنوان خروجی به ‌منظور نشان ‌دادن اطلاعات مورد نیاز در اختیار قرار می گرفت، استفاده از فناوری واقعیت افزوده را ساده ‌تر می‌کرد.
در دنیای واقعی این امر فعلاً‌ میسر نیست؛ به همین دلیل به سخت ‌افزارهای مناسب نیاز داریم. در فاز اولیه‌ استفاده از واقعیت افزوده، از صفحه نمایش قابل‌ نصب بر روی سر کاربر (HMD) استفاده می‌شد. این نوع صفحه نمایش یا عینک در حقیقت صفحات نسبتاً ‌شفافی هستند که کاربر علاوه بر دیدن محیط اطراف، می‌ تواند اطلاعات گرافیکی رایانه را نیز بر روی صفحه‌ی جلوی چشم خود ببیند. این اطلاعات تکمیل ‌کننده‌ درک کاربر از تصویر واقعی است که می‌بیند (شکل 1).

شکل 1: نمونه ای از یک HMD

برای مثال اگر کاربر در مقابل اثری تاریخی ایستاده باشد، اطلاعات درباره تاریخچه این بنا نمایش‌ داده می‌شود. البته نرم افزار لازم باید دارای امکان ردگیری مسیر حرکت سر کاربر و سرعت واکنش لازم به تصویر دیده شده توسط کاربر باشد. در این صورت واقعیت افزوده بخشی از دنیای واقعی درک ‌شده می ‌شود.

یکی از اولین کاربرد های واقعیت افزوده را شرکت هواپیما سازی بوئینگ ایجاد کرد. این شرکت برای رشته ‌کابل ‌های مورد استفاده در داخل هواپیما، میزهای خاصی دارد که برای هر مدل از هواپیما این میزها متفاوت ‌اند. کارکنان این شرکت موظف ‌اند که رشته ‌کابل‌ های مورد نیاز هر هواپیما را ابتدا بر روی میزهایی بچینند و سپس آن‌ها را به هواپیما منتقل کنند. هر کابل با رنگ و مشخصات خاص باید بر روی میز مربوطه که بر روی میز محل و نوع کابل‌ها نوشته شده است، قرار گیرد. استفاده از واقعیت افزوده در این زمینه صرفه‌جویی شایان توجهی به ‌وجود آورده است؛ زیرا دیگر نیازی نیست که برای هر نوع هواپیما میز خاص خود وجود داشته باشد. هر تکنیسین عینک HMD خود را دارد که اطلاعات کابل‌ ها و محل قرار گیری آن ها بر روی میز، روی صفحه آن به نمایش گذاشته می ‌شود و هرگونه تغییری در آرایش رشته ‌کابل‌ ها فقط در رایانه مرکزی انجام می‌شود و نیازی به تغییر نوشته‌ های روی میزها نیست و این امر قابلیت انعطاف را بسیار بالا برده است.

البته استفاده از HMD به‌ علت قیمت زیاد آن و اینکه زاویه دید آن حدود ۶۰ درجه است، در کاربری‌ های خاص مورد توجه است و همچنین استفاده از آن محدودیت های دیگری نیز به‌همراه دارد. برای هر کاربر برای اینکه تصویر واقعی و اطلاعات مجازی در جای درست نشان داده شوند، باید HMD تنظیم یا به اصطلاح کالیبره شود و همچنین تأخیر در نشان دادن اطلاعات در هنگام حرکت سر اجتناب‌ ناپذیر است و دست‌کم ۱۰۰ میلی ثانیه است که این مقدار تأخیر و تغییر در اطلاعات نشان‌ داده ‌شده خود باعث ایجاد سرگیجه در کاربر می شود. به همین دلیل است که به ‌صورت طولانی‌ مدت امکان استفاده ازHMD وجود ندارد.

صفحه نمایش های کوچک دستی برای واقعیت افزوده

مشکلات موجود در استفاده از HMD متخصصان را بر آن داشت که به راه حل دیگری فکر کنند که آن استفاده از فناوری ترکیب دوربین و صفحه نمایش برای نشان دادن اطلاعات است. در این روش ازطریق دوربین نصب‌شده روی صفحه نمایش (مانند دوربین تلفن های هوشمند) تصاویر محیط دریافت می‌شود و توسط رایانه داخل دستگاه، اطلاعات موردنیاز به تصویر نشان‌داده‌شده اضافه می‌شوند. استفاده از صفحه نمایش های کوچک دستی قابل حمل برای AR این امکان را به کاربر می‌دهد که در هر جایی که نیاز باشد، از آن استفاده کند و از لحاظ قیمت نیز این دستگاه ‌ها مناسب‌ تر هستند و در آن‌ ها تأخیر در نمایش دادن اطلاعات باعث سرگیجه نمی ‌شود. همچنین با استفاده از دوربین مناسب می‌توان زاویه‌ دید را گسترش داد و اطلاعات بیشتری را در صفحه‌ی نمایش دید (شکل 2).

شکل 2: یک نمونه از مونیتور های دستی

در مثال دستگاه ‌های کنترل از راه دور در منزل می‌ توان این صفحه نمایش دستی را به ‌سمت دستگاه‌ های خانگی گرفت و با انتخاب یکی از آن ‌ها، دستگاه کنترل از راه دور متناظر با آن را پیدا کرد.

در مثال سامانه‌ DCS و SCADA کاربر می‌تواند با استفاده از صفحه نمایش دستی، اطلاعات گرافیکی مسیر‌یابی را بر روی تصویر واقعی کارخانه منعکس کند تا بتواند موقعیت دقیق یک ابزاردقیق را در محیط کارخانه پیدا کند و بر عکس، موقعیت یک ابزاردقیق را در سطح کارخانه با نشان‌ دادن آن توسط دوربین تعیین نماید و همچنین سایر اطلاعات مفید مانند مدت نمودار کارکردی وسیله، زمان فرارسیدن تعمیرات، اطلاعات مربوط به نگه ‌داشت و هر آنچه در خصوص دستگاه مورد نیاز است، مشاهده نماید. به‌وسیله‌ این دستگاه می توان علاوه بر ارتباط صوتی بین دو کاربر، اطلاعات گرافیکی محیط را نیز رد و بدل کرد.

کار هایی که در آینده باید انجام داد

این فناوری هنوز در اول راه است و در خصوص تحقیق و توسعه‌ آن کارهای بسیاری لازم است که انجام بگیرد. اضافه کردن قابلیت ‌های بیشتر مانند موقعیت یابی از طریق GPS، استفاده از باند فوق ‌وسیع (UWB) برای تبادل حجم گسترده‌ اطلاعات در فواصل نزدیک و بهبود سامانه‌ ره ‌گیری و دنبال کردن تصاویر و اطلاعات و استفاده از حسگرهای اینرسی و سایر موارد فنی درخور مطالعه هستند. موارد ذکرشده می ‌توانند دقت و پایداری سامانه ‌های واقعیت افزوده را به‌طور چشمگیری افزایش دهند.

در دنیای کنونی واقعیت افزوده به‌صورت نرم ‌افزار های قابل ‌دانلود و نصب برای مقاصد و کارهای مختلف مانند ترجمه‌ کلمات یا اطلاعات توریستی و جهان ‌گردی برای تلفن‌ های هوشمند وجود دارند و نرم ‌افزار های ترجمه‌ برخط که به ‌صورت صوتی و تصویری می ‌توانند کلمات و صحبت اشخاص را ترجمه کنند از مثال‌ های دیگری هستند که می‌ توان ذکر کرد. استفاده ‌های نظامی تا ورزشی (فوتبال، اسکی،…) در زمان حاضر تقریباً امری عادی است. از سایر محصولات عرضه شده به بازار می ‌توان به عینک گوگل اشاره کرد که کاربر با استفاده از آن اطلاعات محیط را از طریق دوربین آن و اینترنت ارسال و موقعیت دقیق خود را برای مثال بر روی عینک دریافت می‌کند (شکل3).

شکل 3: نمونه‌ ای از عینک گوگل

دنیای دیجیتال و تلفیق آن با حواس پنج‌ گانه به‌ عنوان یکی از شاخه ‌های اصلی سرمایه‌ گذاری و تحقیق در دنیای IT شناخته می‌ شوند که دنیای قابل درک انسان را گسترش می ‌دهد؛ بخشی که تا کنون فقط در فیلم‌ های علمی تخیلی قابل دیدن بوده است.