در این مطلب به بهانه بررسی Merge VR نگاهی مختصر به جنبه ی فنی واقعیت مجازی و افزوده خواهیم داشت. اگر به مباحث پردازش تصویر علاقمند هستید و می خواهید از آخرین پیشرفت فناوری در حوزه ی تصویر مطلع شوید در ادامه با ما همراه باشید.
حوزه ی واقعیت مجازی VR و در کنار آن واقعیت افزوده AR اخیرا به یکی از زمینه های داغ فناوری تبدیل شده است. حجم فعالیت سازندگانی که در بالاترین سطح فناوری واقعیت مجازی کار می کنند بسیار بالا رفته است. محتوای واقعیت مجازی و واقعیت افزوده که خوراک دستگاه های ساخته شده در این حوزه است به سرعت در حال ساخته شدن و گسترش به زمینه های مختلف است. این حوزه به تازگی زیرشاخه هایی هم پیدا کرده است. زمینه هایی مانند واقعیت ترکیبی، واقعیت گسترده و غیره که همه در کنار هم مسیر جدیدی را در آینده ی تکنولوژی های الکترونیکی جهان شکل خواهند داد.
صنایع فعال در فناوری، بیشتر سرمایه گذاری های خود در این زمینه را به توسعه ی گیمینگ پیشرو و ایجاد کاربردهای صنعتی اختصاص داده اند. با این حال، اوج این حوزه ی فناوری همه چیز نیست و در رده های پایین تر هم کوشش های جالب توجهی انجام می شود. افراد و موسسات بدون در اختیار داشتن سرمایه ی زیاد زودتر از دیگران به سراغ این بخش از حوزه ی واقعیت مجازی می روند. این افراد آینده نگر سال ها صبر نمی کنند تا همه ی پیشرفت های لازم برای پایین آوردن قیمت محصولات این حوزه محقق شود بلکه همین حالا به سراغ آن می روند تا سهمی در آینده ی آن داشته باشند.
یکی از نمونه پیشرفت های محسوس صورت گرفته در حوزه ی VR فناوری Merge VR است. سازندگان این فناوری داشته های خود در زمینه ی واقعیت مجازی را با ساخت نرم افزار و قدری خلاقیت همراه کرده اند. نتیجه ی کار نوعی هدست پلاستیکی نرم است که خود سازندگان آن را نوعی عینک پرواز (Goggles) می نامند. هدست Merge VR به همه نوع تلفن هوشمند وصل می شود، حتا بزرگ ترین آن ها. روی دستگاه تنظیمات فیزیکی وجود دارد تا آن را مناسب اندازه ی سر خود تنظیم کنید. کار با این تنظیمات بسیار آسان است. آنچه که بیش از همه هدست Merge VR را با آن می شناسند راحتی بسیار زیاد آن است. سازندگان بر برخلاف رقبای قدر (مانند Oculus Rift و HTC Vive) به جای پلاستیک سخت از فوم پلاستیکی فوق العاده نرم در ساخت هدست استفاده کرده اند. تمیز کردن این فوم بسیار راحت است و قیمت پایینی دارد (در سال 2017 در امریکا 60 دلار). دو دکمه ی لمسی غیرمستقیم روی دستگاه است که در هنگام اتصال گوشی به دستگاه امکان کنترل درون برنامه ای را به صورت محدود فراهم کرده است. کار با سیم های دستگاه هم ساده است. یک سیم برای شارژ کردن گوشی و یک سیم برای وصل کردن هدفون به دستگاه به کار می رود.
Merge VR رنگ های گوناگونی دارد که تعداد آن ها بالای 10 تاست. نمای دستگاه آشناست و خیلی های تک و کلاس بالا به نظر نمی رسد. یک سری تنظیم کننده در روی یک صفحه در قسمتی از دستگاه تعبیه شده است که مربوط به ایمنی دستگاه و استفاده ی کودکان از آن است (حداقل سن استفاده از Merge VR ده سال است).
استفاده از هدست Merge VR همراه با هدفون های کوچک درون گوشی
Merge VR به خاطر طراحی مناسب و انتخاب عالی مواد اولیه شایسته ی تقدیر است. اکنون بیایید نگاهی که فناوری این وسیله بیندازیم.
هنگامی که هدست Merge VR را روی سر قرار می دهیم، پنل جلویی باعث می شود فضای درون آن تاریک شود. دلیل این مساله نیاز به تاریکی برای استفاده از واقعیت مجازی است؛ مخصوصا هنگامی که از هدفون های کوچک درون گوشی استفاده می کنیم. همانطور که می دانید فناوری واقعیت افزوده (AR) آیتم هایی را به محیط فیزیکی اطراف ما اضافه می کند. در Merge VR گوشی موبایل در درون هدست قرار داده می شود و هنگامی که می خواهیم از واقعیت افزوده استفاده کنیم پنل جلویی برداشته می شود تا جلوی دید دوربین تلفن هوشمند بسته نشود.
معکبی که ظاهر ساده ی آن گول زننده است
برای رسیدن به نمایش شفاف واقعیت افزوده سرمایه گذاری عظیمی صورت گرفته که حیطه ی آن در صنعت بسیار گسترده است. فناوری های نمایش شفاف (transparent displays) که نمونه آن در LEDها و جدیدترین آن در نمایشگرهای OLED به کار می رود، وعده ی دادن میدان دید کامل از پوش های گرافیکی را می دهند و دسته کم باید به اندازه ی عینک های آفتابی دورپیچ (wraparound sunglasses – فناوری که به جز نور استاندارد بقیه نورهای UVA/UVB را در عینک آفتابی فیلتر می کند) به کاربر میدان دید بدهد. سختی کار ساخت این فناوری آنجاست که رسیدن به نمای کاملا شفاف دشوار است و اگر آن را برای میدان دید کامل بخواهیم بسیار سخت می شود. فناوری های نمایش شفاف کنونی تصویر را قدری تیره نشان می دهند و اگر آن ها را در قالب یک عینک یا هدست بگذاریم و اطراف را نگاه کنیم انگار در داخل خانه از عینک آفتابی استفاده کرده ایم.
یکی از راه های رسیدن به شفافیت این است که اصلا دیدن از طریق هدست را فراموش کنیم و به جای آن تصاویر را با دوربین گوشی بگیریم و به نمایشگر هدست بفرستیم. مشکل این روش آنجاست که تصاویر باید از لنز دوربین عبور کنند که رزولوشن آن نسبت به لنز فیزیکی نصب شده روی هدست بسیار پایین تر است. رزولوشن دوربین ها از جمله دوربین های تلفن همراه در حال پیشرفت است اما هنوز نمی تواند یک تصویر سه بعدی را با کیفیت بالا به ما بدهد. از تظر ما در مراحل اولیه ی فناوری واقعیت افزوده (که اکنون در آن هستیم)، استفاده از روش «دیدن از طریق لنز دوربین» بر فناوری های نمایش شفاف اولویت دارد. زیرا می توان آن را با قیمت مناسب ساخت و در بازار عمده به فروش رساند.
حال این پرسش پیش می آید که روش واقعیت افزوده ی از طریق دوربین گوشی چه کار می تواند بکند؟
در حال حاضر نیروی پردازشی تلفن های همراه به سطحی رسیده است که می توانند بسیاری از کلاس های مختلف تصاویر ویدئویی را در – لحظه شناسایی کنند. از سوی دیگر نیروی پردازش گرافیکی گوشی ها که برای انجام بازی استفاده می شود می تواند برای ایجاد پوش های سه بعدی در – لحظه به کار گرفته شود و اشیای مختلف را در یک جریان ویدئویی دنبال کند.
فرآیند تطبیق گرافیک با محتوای ویدئویی را «تثبیت» می نامند. در حال حاضر گوشی های پیشرفته این قدرت را دارند تا عمل تثبیت را به صورت سه بعدی روی سه محور گردشی انجام دهند. اجرای فرآیند شناسایی تصویر در کنار فرآیند تثبیت به صورت در – لحظه مقدار زیادی از باتری تلفن همراه را مصرف می کند. سازندگان Merge VR برای این شکل چاره ای اندیشیده اند.
Merge VR یک مکعب پلاستیکی با ابعاد 7 سانتی متر دارد که وظیفه ی آن شناسایی تصاویر ویدئویی در – لحظه است. از اهمیت این مکعب پلاستیکی کوچک همین قدر بدانید که امکان استفاده از برنامه های تحصیلی و سرگرمی را به صورت آسان و با قیمت پایین فراهم می کند. این شی کوچک را مکعب Merge می نامند. این شی خاص با الگوهای منحصربه فردی ساخته می شود که در هرطرف مشخص است. اگر برایتان سوال پیش آمده که دلیل این نقش و نگارهای عجیب چیست، در ادامه متوجه خواهید شد. تا اینجا خوب است بدانید که هزینه ی ساخت این مکعب پایین است و به خاطر اندازه اش کودکان و بزرگسالان به راحتی آن را حمل می کنند.
هدست Merge VR در کنار مکعب Merge
اما سازندگان Merge VR قصد داشتند تحول بزرگی در فناوری های تصویری ایجاد کنند و ساخت مکعب Merge به تنهایی برای آنان کافی نبود. تیم توسعه ی نرم افزار Merge VR یک بسته ی نرم افزاری در کیت توسعه ی نرم افزار (SDK) Merge VR تهیه کرده است که شامل نرم افزارهای تشخیص تصویر ویدئویی و تثبیت تصویر است. افزون بر این، تیم نرم افزاری Merge کیت توسعه ی نرم افزار خود 2 سطح دیگر ارتقاء دادند. آن ها برای این کار SDK مکعب خود را با پلتفرم توسعه بازی شرکت Unity و SDK پردازش بصری موبایل شرکت Vuforia درهم آمیختند. اپلیکیشن هایی که با کیت توسعه نرم افزار مکعب Merge یکپارچه شده اند برمبنای موتور بازی شرکت Unity روی تلفن های هوشمند کار می کنند.
انتخاب مسیر تلفن های هوشمند از سوی سازندگان Merge VR کار هوشمندانه ای بود. همواره تعداد زیادی کتابخانه ی پردازش تصویر پیشرفته برای تلفن های هوشمند ساخته می شود و در آینده Merge VR بهره ی بسیار زیادی از آن ها خواهد برد.
برای تشخیص و پیدا کردن اشیا در حوزه ی واقعیت افزوده از الگوهای رسم شده ای به نام نشان تثبیت استفاده می شود. بیشتر نشان های تثبیت واقعیت افزوده دو بعدی هستند. کافی است یک نشان تثبیت دو بعدی را تنها چند درجه بچرخانید تا از مسیر منحرف شود. مکعب Merge در هر مسیری و با هر زاویه ای قابل رهگیری است. نرم افزار رهگیری ساخته شده برای آن می داند که مکعب Merge به شکل یک مکعب کامل است و این هر طرف آن نقش و نگارهای منحصربه فردی دارد. نقش و نگارهای منحصر به فرد هر یک از کناره های مکعب کاملا در نرم افزار تعریف شده، طوری که نرم افزار می داند کدام ضلع مکعب در کنار کدام ضلع دیگر آن قرار دارد. به همین خاطر هنگامی که مکعب Merge می چرخد، نرم افزار از پیش می داند ضلع بعدی که نمایان خواهد شد کدام است.
سازندگان Merge VR نشان های تثبیت روی مکعب را طوری طراحی کرده اند که برای تشخیص آن الگوهای شناسایی کلی کفایت می کنند و نیازی به الگوریتم های پیچیده ی تشخیص نیست. حالا معلوم می شود که نقش و نگارهای این مکعب کوچک که شبیه نقاشی بچه ها می ماند اصلا ساده و تصادفی نیست بلکه چقدر فکر پشت آن است. دستگاه تصاویر را می گیرد و در آن به دنبال 6 تصویر خاص (در 6 ضلع مکعب) می گردد. چون این تصاویر از پیش تعیین شده هستند شناسایی آن ها بسیار آسان تر از تصاویر طبیعی است. مثلا اگر بخواهید اشاره ی حرکت دست خود را شناسایی کنید، احتمالات بسیار بیشتری در مورد آن وجود دارد و تشخیص آن نیازمند نیروی پردازش و مصرف باتری بیشتر است.
توسعه دهندگان شرکت Unity یک هندسه ی سه بعدی ساختند و آن را دور مکعب Merge پیچیدند. سپس به سراغ ثبت هندسه ی چرخش سه بعدی مکعب رفتند. رهگیری آن آسان است زیرا با رزولوشن ویدئوی کامل و نرخ فریم استاندارد (معمولا 1080p) انجام می شود نه با رزولوشن عکاسی کامل که توسط سنسور دوربین تلفن های هوشمند به کار می رود.
برای صرفه جویی در زمان و انرژی شناسایی تصویر، جریان ویدئوی واقعیت مجازی کوچک شده و مولفه ی رنگ از آن حذف شده است. در نتیجه ویدئو در مقیاس خاکستری پردازش می شود. برای کار با مکعب Merge گوشی هایی با رنج دوربین 12 مگاپیکسل کافی هستند.
تلفن های هوشمند و Merge VR
SDK مکعب Merge با بیشتر تلفن های هوشمندی که در 2 سال گذشته ساخته شده اند سازگار است. قدیمی ترین گوشی هایی که این فناوری با آن ها کار می کند iPhone 6 و Galaxy S6 هستند اما به طور کلی هر تلفن هوشمندی که بتواند SDK مکعب را اجرا کند می تواند با آن کار کند. مشکل اصلی Merge VR با تلفن های هوشمند مجهز نبودن آن ها به همه ی قابلیت های لازم برای پشتیبانی از واقعیت مجازی است. این قابلیت ها عبارت اند از:
اندروید 7.0 و بالاتر، نمایش با رزولوشن بالا، توانایی گرافیکی قابل قبول و مجموعه ی کامل سنسورهای موقعیتی شامل شتاب سنج، قطب نما و ژیروسکوپ.
در مورد بهبود یافتن مکعب Merge باید گفت که تنها یک نسخه از آن وجود دارد زیرا توسعه دهندگان نرم افزار می توانند آن را با هرچه که بخواهند سازگار نمایند. هر تلفن هوشمندی که به یک هدست Merge VR متصل شود و یک اپ سازگار با SDK مکعب Merge را اجرا کند، می تواند این مکعب را به هر شکلی که بخواهد در آورد. مکعب Merge بدون هدست قابل استفاده است. برای نمونه می توان گوشی را در دست گرفت و بدون هدست از مکعب استفاده کرد. علاوه بر این، مکعب می تواند با هر هدست VR دیگری کار کند، تنها شرط آن این است که هدست جلوی دید دروبین گوشی را نگیرد. در حال حاضر قیمت هدست Merge VR در امریکا 60 دلار و قیمت مکعب آن 15 دلار است. اما این قیمت برای مدارس به شدت پایین می آید و مراکز آموزشی هم می توانند با تخفیف سنگین آن را خریداری کنند.
در یک 30 روز آینده حدود 12 اپلیکیشن برای مکعب Merge منتشر می شود و 100 استودیو نیز در حال ساخت اپ های بیشتر برای آن هستند.
