مهندسی فضایی

ماهواره‌ها و واقعیت مجازی

واقعیت مجازی  تکنولوژی جدیدی است که به کاربر اجازه می دهد تا با جهان شبیه سازی شده به کمک رایانه ارتباط برقرار کرده و تصویری نزدیک به واقعیت به آن پیدا کند. بیشتر مدلهای شبیه سازی واقعیت مجازی ، با درگیر کردن حس بصری کاربر محیطی مجازی را برای او فراهم می کند ، همچنین اخیراً بعضی از این شبیه سازی ها حس شنوایی کاربر را نیز درگیر کرده و به کمک بلندگوهای سه بعدی، صوت را نیز تا حد امکان به واقعیت نزدیک کرده اند.

در فرآیند طراحی محیط مجازی باید مجموعه ای از المانها وجود داشته باشد تا حس تعامل و غرق شدگی را در کاربر ایجاد نماید . باید توجه داشت که برای ساخت چنین محیط هایی از روشها و فناوری های متفاوت و متنوعی می توان استفاده کرد که در اینجا تنها به تشریح نمونه های رایج و جدید خواهیم پرداخت.

در سالهای اخیر، سیستمهای ماهواره توسعه چشمگیری پیدا کرده اند. به گونه ای که بجای استفاده از ماهواره های زمین آهنگ برای مقاصد مخابراتی از چندین ماهواره با مدارهای پایین تر در قالب یک سیستم ماهواره ای استفاده می شود. تحلیل مداری این ماهواره ها ازاهمیت فوق العاده ای برخوردار است.

در حالت عمومی، حرکتهای مداری ماهواره ها به کمک روشهای تحلیلی یا محاسبات عددی بر اساس معادلات دینامیکی حرکت مداری و بررسی شش المان مداری هر ماهواره انجام می گیرد. هر چند که موقعیتها و سرعتهای دقیق همه ماهواره ها با این روش بدست می آید، اما واقعیت این است که درک موقعیت ماهواره ها در فضای سه بعدی کار آسانی نیست. بویژه یافتن تصویر دقیقی از سیستم که شامل تعداد زیادی از ماهواره ها در سیستم باشد دشوار است. این اشتباهات به خصوص در شرایطی که اشتباهی هر چند جزئی در بدست آوردن و یا حل معادلات مربوط به یکی از ماهواره ها رخ دهد، نمود بیشتری پیدا می کند، چرا که به راحتی، یافتن اشتباه در معادلات حرکت و حل آنها ممکن نیست.

واقعیت مجازی، طراحان مدار را قادر می کند تا حرکت ماهواره در مدار را به صورت واضح بر روی یک سیستم کامپیوتری براحتی مشاهده کنند. این سامانه قادر است حرکت سه بعدی تعداد زیادی ماهواره را همزمان بر روی صفحه نمایش نشان دهد، به علاوه جهت دید و نقطه دید را نیز به دلخواه میتوان تغییر داد.

سخت افزار سامانه واقعیت مجازی متشکل از تعدادی کامپیوتر لینک شده برای تحلیل مدل ریاضی، یک کامپیوتر مرکزی برای پردازش تصویر و نمایش حرکت، یک یا چند صفحه نمایش برای درک شهودی حرکت و تجهیزات دیگری نظیر یک جوی استیک به عنوان یک ابزار ورودی به کامپیوتر اصلی برای انتخاب جهت نمایش و نقطه دید است.

نرم افزار این سامانه نیز به منظور تحلیل و نمایش حرکتهای ماهواره توسعه یافته است. معمولاً این نرم  افزار امکانات بیشتری نظیر نمایش خطوط مداری ماهواره ها و همچنین نشان دادن اجرامی نظیر زمین، خورشید، ماه و غیره با انتخاب جهت دید مورد نظر را نیز فراهم می کند.

امروزه برای شبیه سازی کامل مأموریت یک فضاپیما از شبیه ساز واقعیت مجازی استفاده می کنند. در برخی موارد دیگر، سایر زیرسیستمهای ماهواره، نظیر زیرسیستم ناوبری درمحیط مجازی نیز شبیه سازی شده است، شاهد مثال آن سیستم ناوبری مجازی(GFZ) است.

علاوه بر کارهای تکنیکی شبیه سازی شده توسط واقعیت مجازی، اهداف نزدیکتری نیز به کمک این تکنیک جدید انجام می شود؛ کاربران آماتور می توانند جهت مشاهده فضا و حرکت نسبی اجرام آسمانی- چنانچه شبیهساز دارای ویژگیهای گرافیکی بالا و تا حد قابل قبولی منطبق بر واقعیت باشد (مانند آنچه که در نرم افزار celestia موجود است) – از سامانه واقعیت مجازی استفاده کنند.

در فرآیند طراحی محیط مجازی جهت شبیه سازی مجازی ماهواره به منظور آموزش کاربران مجموعه ای از المانها باید وجود داشته باشد تا حس تعامل و غرق شدگی را در کاربر ایجاد نماید . اجزای این مجموعه در شکل زیر نشان داده شده است. باید توجه داشت که برای ساخت چنین محیط هایی از روشها و فناوری های متفاوت و متنوعی می توان استفاده کرد که در اینجا تنها به تشریح نمونه های رایج و جدید خواهیم پرداخت.

تولید تصاویر سه بعدی

موثرترین پارامتر در به وجودآمدن محیط مجازی بهره گیری از تصاویر سه بعدی برای ایجاد حس غرق شدگی (Immersion) و تصور (Imagination) در کاربر می باشد. از آنجایی که در عالم واقعی دو چشم انسان تصاویر غیر یکسانی را از محیط دریافت می کنند اجسام به صورت سه بعدی درک می شوند و لذا نکته اساسی در تولید تصاویر سه بعدی (Stereoscopic) نمایش تصاویر متفاوت برای هر چشم می باشد. برای ایجاد تصاویر سه بعدی معمولا از دو روش زیر استفاده می شود:

عینکهای سه بعدی

در این روش تصاویر متعلق به چشم راست و چپ به صورت جداگانه تولید می گردد و با استفاده از این نوع عینک به هر چشم اجازه داده می شود که تنها تصویر متعلق به خود را ببیند  که پس از تلفیق دو تصویر در مغز، جسم به صورت سه بعدی دیده می شود. این نوع عینکها را می توان به دو دسته زیر طبقه بندی کرد.

عینکهای آناگلیف(Anaglyph)

تصاویر تولید شده برای این نوع عینکها به گونه ای است که یک تصویر به رنگ قرمز و تصویر دیگر به رنگ آبی فیروزه ای می باشد. فیلتر بکار رفته در این عینکها نیز به رنگهای قرمز و آبی فیروزه ای می باشد و لذا از هر فیلتر تصویر هم رنگ با فیلتر عبور می کند و در نتیجه هر چشم تصویر متفاوت با تصویر چشم دیگر را می بیند. این دو تصویر پس از ورود به محل درک تصویر در مغز به صورت یک تصویر واحد سه بعدی که دارای هر سه رنگ اصلی آبی، قرمز و سبز می باشد ادراک می گردد. مشکل اساسی در این نوع عینکها ایجاد خستگی در چشمها پس از مدت زمان کوتاهی به علت تک رنگ بودن تصاویر ورودی در چشمها می باشد.

عینکهای پولاریزه (Polarized glass)

 این نوع عینکها به دو دسته تقسیم بندی می شوند:

عینکهای پولاریزه فعال  (Shutter Glasses)

در این نوع عینکها در هر لحظه تصویر تولید شده تنها وارد یک چشم می گردد به گونه ایکه فرکانس تصاویر تولید شده برای چشم راست و چپ برابر با فرکانس فیلترینگ در عینک می باشد . تصاویر نمایش داده شده بر روی نمایشگر CRT به صورتی است که خطوط فرد نمایشگر برای تصویر یک چشم و خطوط زوج برای تصویر چشم دیگر در نظر گرفته می شود. از معایب عمده این نوع عینکها کاهش فرکانس تولید تصاویر به نصف می باشد که تحرک سریع تصویر باعث پرش در تصویر می گردد.

عینکهای پولاریزه غیر فعال

در این روش دو ویدئوپروژکتور تصاویر چشم راست و چپ را تولید می کنند و تصاویر پس از فیلتر شدن به وسیله فیلترهای پولاریزه به صورت تصاویر عمود برهم ایجاد می گردند این تصاویر پس از برخورد با پرده نمایش نقره ای  ( این پرده قابلیت حفظ پولاریزاسیون را دارا می باشد -Silver Screen ) و باز تابش توسط عینک، فیلتر شده به گونه ای که هر چشم تنها تصویری را مشاهده می کند که فیلتر مربوط به آن به موازات فیلتر تعبیه شده در دریچه ویدئوپروژکتور باشد. بر این اساس دو تصویر متفاوت در بخش ادراک تصویر در مغز تلفیق شده و درک سه بعدی از تصویر را در ذهن ایجاد می کند.

 نمایشگرهای سه بعدی (Auto stereoscopic display)

در این نوع نمایشگرها نیازی به استفاده از عینک برای فیلتر تصاویر نمی باشد. در این نوع نمایشگرها با توجه به زاویه دید فرد نسبت به صفحه نمایشگر، تصویر ارسال شده برای هر چشم متفاوت می باشد. از معایب آن می توان به کاهش تفکیک (Resolution) تصاویر افقی ( نیمی از ستونهای نمایشگر برای تصاویر یک چشم و نیمی دیگر برای تصاویر چشم دیگر استفاده می گردد ) و پیچیدگی تکنولوژی تولید تصاویر اشاره کرد.

در بحث نمایش تصاویر به منظور آموزش کاربران نوع نمایشگر به کار رفته حائز اهمیت می باشد لذا برای ایجاد حس غرق شدگی در فضای مجازی از پرده های نمایش در ابعاد بزرگ استفاده می باشد .

همچنین استفاده از پرده های نمایش چند وجهی (Cave) در این روش بسیار موثر می باشد، در این روش چند تصویر که معمولا تصویر  پیوسته از محیط را نمایش می دهند در کنار یکدیگر قرار گرفته به گونه ای که کاربر خود را در آن فضا حس می کند. در شکل زیر نوعی از این نوع پرده ها که به صورت منحنی می باشد نشان داده شده است.

ایجاد حس تعامل با محیط مجازی

در محیطهای واقعیت مجازی جهت ایجاد تعامل کاربر با محیط مجازی به کاربر اجازه داده می شود تا با اعمال دستورات، تغییرات را در محیط به صورت زمان واقعی مشاهده کند بر همین اساس با توجه به نوع شبیه سازی محیطهای فضایی می توان از جوی استیک به عنوان واسطه به منظور تغییر موقعیت و راستای دید  و امثال آن استفاده کرد..

منبع:

خسرو جدی، بررسی روند طراحی شبیه ساز واقعیت مجازی ماهواره، سمینار کارشناسی ارشد، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، 1387

نوشته های مشابه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *