ماهواره‌ها و واقعیت مجازی 

 

واقعیت مجازي  تکنولوژي جدیدی است که به کاربر اجازه می دهد تا با جهان شبیه سازي شده به کمک رایانه ارتباط برقرار کرده و تصویري نزدیک به واقعیت به آن پیدا کند. بیشتر مدلهاي شبیه سازي واقعیت مجازی ، با درگیر کردن حس بصري 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 بلندگوهاي سه بعدي، 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 سالهاي اخیر، سیستمهاي ماهواره توسعه چشمگیري پیدا کرده اند. به گونه ای که بجاي استفاده از ماهواره هاي زمین آهنگ براي مقاصد مخابراتی از چندین ماهواره با مدارهاي پایین تر در قالب یک سیستم ماهواره اي استفاده می شود. تحلیل مداري این ماهواره ها ازاهمیت فوق العاده اي برخوردار است.

در حالت عمومی، حرکتهاي مداري ماهواره ها به کمک روشهاي تحلیلی یا محاسبات عددي بر اساس معادلات دینامیکی حرکت مداري و بررسی شش المان مداري هر ماهواره انجام می گیرد. هر چند که موقعیتها و سرعتهاي دقیق همه ماهواره ها با این روش بدست می آید، اما واقعیت این است که درك موقعیت ماهواره ها در فضاي سه بعدي کار آسانی نیست. بویژه یافتن تصویر دقیقی از سیستم که شامل تعداد زیادي 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 بیشتري پیدا می کند، چرا که به راحتی، یافتن اشتباه در معادلات حرکت و حل آنها ممکن نیست.

واقعیت مجازي، طراحان مدار را قادر می کند تا حرکت ماهواره در مدار را به صورت واضح بر روي یک سیستم کامپیوتري براحتی مشاهده کنند. این سامانه قادر است حرکت سه بعدي تعداد زیادي ماهواره را همزمان بر روي 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 تعدادي کامپیوتر لینک شده براي تحلیل مدل ریاضی، یک کامپیوتر مرکزي براي پردازش تصویر و نمایش حرکت، یک یا چند صفحه نمایش براي درك شهودي حرکت و تجهیزات دیگري نظیر یک جوي استیک به عنوان یک ابزار ورودي به کامپیوتر اصلی براي انتخاب جهت نمایش و نقطه دید است.

نرم افزار این سامانه نیز به منظور تحلیل و نمایش حرکتهاي ماهواره توسعه یافته است. معمولاً این نرم  افزار امکانات بیشتري نظیر نمایش خطوط مداري 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 سازي کامل مأموریت یک فضاپیما از شبیه ساز واقعیت مجازي استفاده می کنند. در برخی موارد دیگر، سایر زیرسیستمهاي ماهواره، نظیر زیرسیستم ناوبري درمحیط مجازي نیز شبیه سازي شده است، شاهد مثال آن سیستم ناوبري مجازي(GFZ) است.

علاوه بر کارهاي تکنیکی شبیه سازي شده توسط واقعیت مجازي، اهداف نزدیکتري نیز به کمک این تکنیک جدید انجام می شود؛ کاربران آماتور می توانند جهت مشاهده فضا و حرکت نسبی اجرام آسمانی- چنانچه شبیهساز دارای ویژگیهاي 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..