كيف تعمل نظارات الواقع الإفتراضي؟

حتى وقتٍ قريب، كان الواقع الإفتراضي فكرة خيالية يستخدمها رواة القصص وصانعو الأفلام. بدأ عصر الواقع الإفتراضي في عام 2010 عندما صنع الشاب الأمريكي بالمر لوكي أول نموذج حقيقي لنظارة واقع افتراضي والتي تطورت فيما بعد إلى نظارة Oculus Rift. بعد ذلك بعامين، أطلق الشاب حملة تمويل على موقع KickStarter بقيمة 250 ألف دولار لتسويق النظارة، فجمع حينها الشاب حوالي 2.4 مليون دولار. لاحقًا، أخذت التقنية تزدهر وتنتشر بشكلٍ كبير فقام الرئيس التنفيذي لشركة فيسبوك مارك زوكربيرج بالاستحواذ على الشركة ومنتجاتها مقابل 2 بليون دولار.

على الرغم من اختلاف الشركات المُنتجة، إلا أن نظارات الواقع الإفتراضي تأخذ عامةً الشكل نفسُه، على الرغم من اختلاف المنصات التي تدعمها كل نظارة. على سبيل المثال تدعم نظارة Oculus Rift منصة الحاسوب. بينما طوّرت شركات مثل سامسونج وجوجل نظارات تدعم الهواتف الذكية، كما دخلت شركة سوني سوق الواقع الإفتراضي عن طريق نظارة PSVR التي تدعم أجهزة PS4.

في هذا المقال سنشرح لكم كيف تعمل هذه النظارات وآلية العمل التي تقوم بها، من خلال تتبع حركة الرأس، وحدات التحكم، تتبع اليد، الصوت وتقنيات أخرى سنراها سويًا.

كيف تعمل هذه النظارات؟

كثيرًا ما يُشار إلى نظارات مثل Oculus Rift و PSVR على أنها تعمل بتقنية HMD، أي أنها تعمل بدون الارتباط بشاشة كومبيوتر أو تلفاز. الهدف هنا هو خلق بيئة افتراضية ثلاثية الأبعاد، على عكس الواقع المُعزّز الذي يدمج بين الرسومات والعالم الحقيقي.

في نظارات الواقع الإفتراضي، يتم إرسال الفيديو من شاشة الحاسوب أو جهاز الألعاب عبر كابل HDMI في نظارات مثل HTC Vive، أمّا السماعات الأخرى مثل Google Daydream و Samsung Gear VR فهي تقترن بالهاتف الذكي وتستخدمه كمصدر للفيديو والصوت.

تعمل سماعات الواقع الإفتراضي في وضع الشاشة الواحدة أو الشاشتين أي شاشة لكل عين. تحتوي السماعات أيضًا على عدسات توضع بين عين المستخدم والصورة، لذلك تُسمّى هذه الأجهزة أحيانًا بالنظارات الواقية. في بعض الحالات، يُمكِن للمستخدم تعديل المسافة بين العدستين لتلائم النظر وشكل العينين. تقوم هذه العدسات بإعادة تشكيل الصور ثنائية الأبعاد إلى مجسمات ثلاثية الأبعاد تُعرض أمام المستخدم.

من العوامل المهمة في نظارات الواقع الإفتراضي هي مجال الرؤية، أي مدى اتساع الصورة. النظارات التي تُقدّم مجالاً للرؤية بنطاق 360 درجة قد تكون مُكلّفة وغير ضرورية. بدلاً من ذلك، تُقدّم أغلب النظارات في الأسواق مجالاً للرؤية يتراوح بين 100 و 110 درجة، هذا المجال مُناسب وواسع كفاية للاستمتاع بالتجربة بشكل كامل.

لكي تكون الصورة الناتجة مُقنعة، تحتاج إلى نظارة تُقدّم معدلاً عاليًا من الإطارات في الثانية. بحد أدنى يبلغ 60 إطار في الثانية. تُقدّم النظارات الحالية معدلات مميزة. على سبيل المثال تُنتج نظارة Oculus الصور بمعدل 90 إطار في الثانية، بينما تُنتج نظارة PSVR الصور بمعدل 120 إطار في الثانية.

تتبع حركة الرأس

تتبع حركات الرأس يعني أنه عند ارتداء النظارة فإن الصورة التي تظهر أمامك تتحرك تبعًا لزاوية رأسك. تعمل النظاراتوفقًا لنظام يُسمَى “ست درجات من الحرية”، هذا النظام يُقسّم رأس المستخدم على ثلاثة محاور لتتبع حركتها إلى الأمام وإلى الخلف، جانبيًا أو على مستوى الكتف.

تحتوي النظارات على عدد من المكونات المختلفة التي يتم استخدامها في تتبع حركات الرأس، مثل الـgyroscope، والـaccelerometer، والـmagnetometer.

تتميز نظارة سوني PSVR باحتوائها على تسعة مصابيح تنتشر محوريًا حول النظارة لتوفير مجالاً للرؤية يبلغ 360 درجة بالإضافة إلى كاميرا خارجية لاستشعار هذه الحركات.

تحتاج أنظمة تتبع حركات الرأس المختلفة إلى معدل استجابة منخض كثيرًا لكي تعمل بفاعلية، نحن نتحدث هنا عن معدل استجابة يُقدّر بحوالي 50 مللي ثانية أو أقل. يُشكّل معدل الاستجابة مشكلةً لأي نظام تتبع حركي مثل الأنظمة التي تتبع حركات اليد والذراع وهو ما سنتناوله في الفقرة القادمة.

تستخدم الشركات المختلفة أنظمة التتبع لزيادة واقعية تجربة المستخدم. حيث يتم استخدامها في تطوير تقنيات الصوت ثلاثي الأبعاد، فيشعر مستخدم النظارة بأن الصوت قادم من الخلف أو من الجانب أو من مسافة بعيدة وهو ما يزيد الواقعية بشكل كبير.

تتبع حركات الجسم

تُعد تقنيات تتبع حركة الرأس من الإيجابيات التي تميز النظارات عالية السعر عن النظارات الأخرى الكرتونية مثل Google Cardboard وغيرها. ولكن، يتطلع الكثير من اللاعبين في عالم الواقع الإفتراضي إلى تطوير أنظمة تتبع حركة الجسم لزيادة واقعية تجربتهم أثناء اللعب. على سبيل المثال، يريد لاعب الواقع الإفتراضي أن يرى يديه عند النظر لأسفل داخل الفضاء الإفتراضي.

في الفترة السابقة، ظهر ملحق جديد لنظارات الواقع الإفتراضي يُسمى Leap Motion، الملحق يستخدم أجهزة استشعار بالأشعة تحت الحمراء لتتبع حركات اليد. حاولنا أيضًا استخدام زوج من الكاميرات الاستشعارية من شركة Kinect ولكن محاولاتنا باءت بالفشل.

في الوقت الحالي، قامت شركات مثل Oculus و HTC و Sony بتطوير أنظمة وملحقات حديثة لتتبع حركات جسم المستخدم ودمجها في الواقع الإفتراضي.

مُلحق Oculus Touch يُعد أقرب الأمثلة لذلك. الملحق عبارة عن مجموعة من وحدات التحكم اللاسلكية المصممة لتجعل المستخدم يشعر بأنه يستخدم يديه داخل الواقع الإفتراضي، حيث يُمسِك المستخدم بوحدة التحكم ويستخدم الأزرار والملحقات الأخرى أثناء اللعب. على سبيل المثال، لإطلاق النار في الواقع الإفتراضي يُمكِن للمستخدم الضغط على الزناد الموجود في الوحدة.كما  يُمكِن للمستخدم أيضًا الإشارة والتلويح داخل اللعبة والقيام بمختلف الأنشطة الحركية.

طرق الإدخال الأخرى يُمكِن أن تشمل أي شيء. مثل ربط عصا تحكم الـXbox، أو ذراع جهاز بلاي ستيشن للحاسوب الخاص بك. يُمكِن للمستخدم أيضًا ربط القفازات الذكية، أو حتى أجهزة المشي مثل Virtuix Omni والذي يسمح للمستخدم بمحاكاة المشي داخل بيئة الواقع الإفتراضي.

على الرغم من ذلك، لا تزال شركة HTC على قمة أنظمة تتبع حركات الجسم بواسطة مستشعرات SteamVR التي يُمكن ربطها بنظارات HTC Vive، هذه المستشعرات تُوفّر مساحة من التتبع تبلغ 225 قدم مُربّع. بينما تُقدّم زوج من كاميرات الاستشعار الخاصة بشركة Oculus مساحة تتبع تبلغ 25 قدم مُربّع. الفرق كبير!

شركة سوني أيضًا تحاول المنافسة عن طريق تطوير نظام تتبع يستخدم الضوء والانعكاسات لتحديد حالة اللاعب داخل العالم الإفتراضي. ولكن النظام لا يزال قيد التطوير والتجربة ومن المنتظر أن يكون النظام أبرز ما يميز الجيل الثاني من نظارات PSVR.

تتبع حركات العين

تتبع حركات العين لا يزال اللغز المُحير في عالم الواقع الإفتراضي، فهذه التقنية ليست مُتوفّرة في النظارات الأقوى مثل Rift و HTC Vive و PSVR. ولكن المثير للإعجاب أن التقنية متوفّرة حصريًا في نظارة FOVE المُنتجة بواسطة أحد الشركات الناشئة في اليابان.

يعمل جهاز استشعار الأشعة تحت الحمراء داخل نظارة FOVE على رصد عيني المستخدم داخل العالم الإفتراضي. هذه الميزة تجعل ميدان اللعب أكثر واقعية فهي تسمح للشخصيات في اللعبة بالنظر ورد الفعل في الاتجاه التي ينظر فيه المستخدم. من خلال تتبع حركة العين، يُمكِن لمُحرك الرسومات في النظارة محاكاة الحركات وردود الفعل في العالم الحقيقي إلى أفعال وردود فعل ثلاثية الأبعاد في العالم الإفتراضي.

ماذا يُخبىء المستقبل لنا من هذه التقنية؟

مرّت تقنية الواقع الإفتراضي بالكثير من التجارب والتطويرات منذ نشأتها. ولكن، لا يزال الوقت مبكرًا للحكم على الجيل الأخير من هذه الأجهزة. يتوقع الكثير من الخبراء أن تتطور وتتحسن استخدامات الواقع الإفتراضي في المستقبل بسرعة كبيرة.

سواء كنت متحمسًا أو مشككًا، فإن عام 2018 سيكون عامًا مهمًا جدًا في معرفة الإمكانيات الحقيقية التي تجلبها هذه التقنية.