آشنایی بیشتر با نمایشگرهای سربند – بخش اول

نمایشگر سربند (Head-Mounted Display)، دستگاه نمایشی است که توسط کاربر روی سر بسته می‌شود. این دستگاه شامل واحد نمایشی کوچک است که در مقابل چشمان کاربر قرار می‌گیرد. این دستگاه‌ها به صورت کلی دارای دو نمایشگر هستند که به صورت جداگانه مقابل چشم‌ها قرار می‌گیرند. یک نمایشگر سربند استفاده‌های مختلفی دارد که از میان آنها می‌توان به بازی، شبیه سازی پرواز، مهندسی و پزشکی اشاره کرد. نمایشگر سربند بخش اصلی از هدست‌های واقعیت مجازی و افزوده به شمار می‌رود. مدل دیگری از نمایشگر‌های سربند با نام Optical Head-Mounted Display وجود دارد. این مدل از نمایشگر به کاربر که از آن استفاده می‌کند اجازه می‌دهد که از درون آن اشیا به وجود آمده را مشاهده کند.

نگاه کلی

یک دستگاه نمایشگر سربند به صورت کلی شامل یک یا دو واحد نمایشگر کوچک، لنز و آینه‌های نیمه شفاف درون عینک، لبه و کلاه است. واحد‌های نمایش کوچک شده و شاید شامل لامپ پرتوی کاتدی (CRT)، ال سی دی (LCD)، Liquid Crystal On Silicon، یا دیود نورگسیل ارگانیک (OLED) باشند. برخی از سازنده‌ها از ترکیب چندین نمایشگر بسیار کوچک برای رسیدن به وضوح تصویر بهتر و افزایش میدان دید استفاده می‌کنند. نمایشگر‌های سربند می‌توانند صرفا وظیفه نمایش تصاویر تولید شده کامپیوتری (CGI) را بر عهده داشته باشند یا تصاویری از دنیای فیزیکی را نمایش دهد. همچنین این نمایشگرها می‌توانند از ترکیب این دو شیوه استفاده کنند. بسیاری از دستگاه‌های نمایشگر سربند صرفا می‌توانند تصاویر کامپیوتری را نمایش دهند که از آن به عنوان تصاویر مجازی یاد می‌شود. برخی از نمایشگر‌های سربند می‌توانند تصاویر مجازی تولید شده را به دنیای واقعی اضافه کنند. از این ویژگی به عنوان واقعیت افزوده (Augmented Reality) یا واقعیت ترکیبی (Mixed Reality) نیز یاد می‌شود. ترکیب دید از دنیای واقعی و تصاویر تولید شده کامپیوتری می‌تواند با نمایش آنها از طریق آینه‌های بازتابی انجام شود و نمایی از دنیای واقعی مشاهده شود. این متود به صورت کلی به نام بینایی نوری شناخته می‌شود. ترکیب دید از دنیای واقعی همراه با تصاویر کامپیوتری می‌تواند شامل ویدیو ضبط شده از دوربین و ترکیب آن با تصاویر کامپیوتری نیز باشد.

نمایشگر‌های سربند بصری

یک نمایشگر سربند بصری می‌تواند شامل یک میکسر و بخشی از آینه‌های نقره‌ای باشد. این دستگاه می‌تواند تصاویر مصنوعی را نمایش داده و اجازه دهد که تصاویر واقعی از لنز عبور کرده و در نهایت کاربر آن را مشاهده کند. متود‌های مختلفی برای نمایشگر‌های سربند که شباهات زیادی به عینک دارند و از درون آن می‌توان بیرون را به خوبی مشاهده کرد. البته می‌توان تمام این متود‌ها را به دو دسته مختلف آینه‌های خمیده و هدایت امواج تقسیم کرد. متود آینه‌های خمیده توسط Laster Technologies و Vuzix در محصولات Star 1200 استفاده می‌شود. سیستم هدایت امواج نیز سال‌ها است که مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مصارف و پیاده‌سازی‌

از استفاده‌های اصلی نمایشگرهای سربند می‌توان به نظامی، دولتی، پزشکی و تجاری (دارو، بازی‌های ویدیویی، ورزش و…) اشاره کرد.

 

پیاده سازی نظامی (نیروهای هوایی، زمینی و استفاده‌های تاکتیکی)

در سال  1962 شرکت هواپیماسازی هیوز، یکی از نمونه‌های اولیه نمایشگر سربند را با اندازه هفت اینچ تولید کرد که سیگنال تلویزیون را روی عینکی شفاف نمایش می‌داد. نمایشگرهای سربند بعد از آن به صورت گسترده درون اتاقک خلبان هواپیما و هلیکوپتر‌های مدرن مورد استفاده قرار گرفت. این دستگاه‌ها معمولا به صورت کامل درون کلاه خلبان پیاده سازی می‌شوند که شامل سایه‌بان محافظ نیز می‌شد. این کلاه‌ها همچنین شامل دوربین دید در شب نیز بودند. نظامیان، پلیس و آتش‌نشانان از نمایشگر‌های سربند برای مشاهده اطلاعات تاکتیکی مثل نقشه یا تصاویر حرارتی در میدان دید خود استفاده می‌کنند. از استفاده‌های جدید نمایشگر‌های سربند می‌توان به یگان چتبرباز اشاره کرد. در سال 2005، نمایشگر سربند Liteeye برای استفاده پیاده نظام معرفی شد که بسیار مقاوم، ضد آب و با وزن کمی تولید شده بودند. این نمایشگر به راحتی به کلاه سربازان متصل می‌شد. این نمایشگر جایگزین دوربین دید در شب بود که با استفاده از سیستم مخصوص به مرکز پردازش قابل حمل متصل می‌شد. این نمایشگر شفاف می‌توانست از استاندارد نمایشگر‌های سربند بهره برده و همچنین از قابلیت‌های واقعیت افزوده نیز استفاده کند. این طرح به گونه‌ای  بهبود داده شده بود که بتواند اطلاعات را با جزئیات بسیار بالا در نور‌های مختلف محیطی به نمایش درآورد. این نمایشگر مصرف انرژی بسیار پایینی دارد و صرفا با استفاده از چهار باتری AA می‌تواند 35 ساعت کار کند در حالی که این انرژی از طریق یک سیم USB منتقل می‌شود. آژانس پژوهش‌های پیشرفته دفاعی (DARPA) همچنان به سرمایه‌گذاری برای انجام تحقیقات در زمینه واقعیت افزوده و نمایشگر‌های سربند ادامه می‌دهد و استفاده اصلی از این پروژه‌ها در زمینه صنعت هوا و فضا خواهد بود.

مهندسی

مهندسان و دانشمندان از نمایشگرهای سربند برای ایجاد برجسته بینی از طراحی به کمک کامپیوتر استفاده می‌کنند. واقعیت مجازی برای طراحی و مهندسی و استفاده از ارتباطات انسانی در طرح، به کلید اصلی تبدیل خواهد شد. این ویژگی به مهندس‌ها و طراحان اجازه می‌دهد تا اشکالات موجود در طرح را مشاهده کرده و آن را برطرف کنند در حالی که هنوز نمونه اولیه فیزیکی تولید نشده است. استفاده از نمایشگرهای سربند برای واقعیت مجازی شاهد بازخورد‌های متفاوتی بوده. نمایشگرهای سربند به صورت کلی برای تعامل‌های یک فرد طراحی می‌شوند. از نمایشگرهای سربند برای نگهداری از سیستم‌های بسیار پیچیده نیز استفاه می‌شود. این دستگاه می‌توانند نمایی شبیه سازی شده به صورت اشعه ایکس ارائه کنند و تکنسین نگهداری دید بسیار بهتری از قطعات تشکیل دهنده دستگاه خواهد داشت. در این راهکار معمولا از واقعیت افزوده نیز استفاده می‌شود.

دارو، پزشکی و تحقیقات

نمایشگرهای سربند معمولا در جراحی نیز کاربرد دارند. این نمایشگرها می‌توانند ترکیبی از اطلاعات رادیوگرافی، اکسن‌ها، MRI را در میدان دید طبیعی پزشک جراح قرار دهند. همچنین این محصول‌ها می‌تواند برای بی‌هوشی مورد استفاده قرار گیرند و متخصص می‌تواند به راحتی ارگان‌های مهم بدن و رگ‌ها را بدون دشواری پیدا کند. پزشک در حین جراحی همه علائم حیاتی بیمار را در میدان دید خود خواهد داشت. برای انجام تحقیقات در دانشگاه معمولا از نمایشگرهای سربند برای مطالعات دیداری، حفظ تعادل، شناختی و علوم اعصاب استفاده می‌شود. در سال 2010 از این ابزار برای پیگیری و اندازه گیری و حتی شناخت ضربه مغزی استفاده می‌شد. در تست‌های ردیابی بصری، از واحد نمایشگر سربند با قابلیت ردیابی حرکت چشم روی شی متحرک در یک الگوی ثابت استفاده می‌شود. افرادی که با مشکل ضربه مغزی مواجه نباشند می‌توانند بدون هیچ مشکلی حرکات را با چشم دنبال کنند و دچار خطا نشوند.

بازی‌ها و ویدیو

نمایشگرهای سربند با قیمت پایین برای استفاده در بازی‌های سه بعدی و برنامه‌های تفریحی قابل تهیه هستند. یکی از نمایشگر‌های سربند اولیه که به صورت تجاری عرضه شد با نام Forte VFX1 شناخته می‌شود که در نمایشگاه CES 1994 معرفی شد. دستگاه VFX-1 از نمایشگر برجسته بین، ردیاب حرکات سر با سه محور و هدفون استریو استفاده می‌کرد. یکی دیگر از پیشگامان دیگر در این زمینه نیز شرکت شناخته شده سونی بود. آنها در سال 1997 توانستند Glasstron را به بازار عرضه کنند. این دستگاه در واقع یک وسیله جانبی احتیاری بود که از سنسور موقعیتی استفاده می‌کرد و به کاربر اجازه می‌داد که محیط اطراف را مشاهده کند. این دستگاه با حرکت به دور چشم، حرکت خود چشم، می‌توانست حس عمق و غوطه وری را برای کاربر ایجاد کند. یکی از استفاده‌های اولیه این تکنولوژی در دنیای بازی، MechWarrior 2 بود که به کاربر اجزاه می‌داد از Sony Glasstron یا واحد ورودی و خروجی مجازی iGlass برای ایجاد زاویه دید جدیدی استفاده کند. کاربر می‌توانست در اتاقک خلبان از چشم های خود برای دیدن میدان نبرد استفاده کند.برند‌های مختلفی از عینک‌های ویدیویی می‌توانند به دستگاه‌های جدید ویدیویی و دوربین‌های DSLR متصل شوند و به همین دلیل می‌توان از آنها به عنوان نسل جدیدی از نمایشگر یاد کرد. از آنجا که این عینک‌ها می‌توانند نور‌های محیطی را فیلتر کنند، سازندگان فیلم و عکاس‌ها می‌توانند نمای بسیار بهتری از تصاویر را مشاهده کنند.

هدست واقعیت مجازی Oculus Rift در واقع نمایشگر سربندی است که توسط Palmer Luckey در شرکت Oculus VR توسعه داده شد. استفاده اصلی این نمایشگر سربند در بازی‌های ویدیویی بود. همچنین HTC Vive نیز نمایشگر سربند واقعیت مجازی است که با همکاری مستقیم شرکت‌های HTC و Valve ساخته شد. HTC Vive دارای ویژگی‌هایی مثل ردیابی در مقیاس اتاق و کنترل‌های حرکتی بسیار دقیق بود. سونی نیز هدست‌های واقعیت مجازی با نمایشگر سربند با نام Playstation VR را برای استفاده با کنسول Playstation 4 عرضه کرد. مایکروسافت نیز توانست بعد از آن پلتفرم Windows Mixed Reality را توسعه دهد. این پلتفرم می‌توانست از هدست‌های مختلف ساخته شده توسط شرکت‌هایی مثل HP، سامسونگ و … پشتیبانی کند.

 

ورزش

سیستم نمایشگر‌های سربند توسط Kopin Corp و گروه BMW برای رانندگان فرمول یک توسعه داده شد. یک نمایشگر سربند اطلاعات بسیار مهم از مسابقه را به راننده ارائه می‌کند در حالی که دید نسبت به جاده و دیگر رانندگان مختل نخواهد شد. متخصصان و مهندسان مربوط به هر تیم می‌توانند اطلاعات مد نظر را با استفاده از یک رادیو دو طرفه به راننده ارائه کنند. شرکت Recon Instruments نیز عینکی با استفاده از دو نمایشگر سربند را برای استفاده در ورزش اسکی ارائه کرد. این دستگاه از سیستم عامل اندروید برای کنترل و ارائه اطلاعات استفاده می‌کرد.

تمرین و شبیه‌سازی

یکی دیگر از استفاده‌های اصلی نمایشگر‌های سربند در زمینه تمرین و شبیه سازی است که اجزاه می‌دهد فضای مجازی برای تمرین کننده به وجود آید. این فضا‌ها می‌تواند برای این افراد در زندگی واقعی بسیار خطرناک یا حتی گران قیمت باشد. تمرین با استفاده از نمایشگر‌های سربند استفاده‌های بسیار مختلفی دارد که می‌تواند به رانندگی، خلبانی و دیگر شبیه‌سازی‌ها اشاره کرد. البته استفاده طولانی مدت از این فناوری می‌تواند باعث به وجود آمدن علائمی خاص شود. این علائم باید قبل از استفاده مجدد تمرین حل شود تا شبیه سازی بتواند بهترین عملکرد خود را ارائه دهد.