واقعیت مجازی چیست و چطور اختراع شد؟

هدست واقعیت مجازی یکی از فناوری‌های تقریباً جدید و در عین حال بسیار کلیدی، فناوری واقعیت مجازی یا «Virtual Reality» است.

سیر پیشرفت فناوری در سال‌های اخیر، دنیای جدید و سرشار از شگفتی را پیش روی انسان قرار داده است که شاید هیچ یک از افرادی که یک قرن پیش زندگی می‌کردند، حدس نمی‌زدند که روزی بشر، استفاده از این تغییرات و فناوری‌های نوظهور را (حداقل در آینده‌ای نزدیک)، تجربه کند.

جلوگیری از بیماری‌های صعب‌العلاج از طریق فناوری اصلاح ژنی، خودرو‌های خودران، تراشه‌های نانویی بسیار کوچک، ابرکامپیوتر‌های پیشرفته و با قدرت محاسبات بسیار زیاد و شبکه‌های اجتماعی با قابلیت پیش‌بینی حرکات و تصمیمات کاربران، تنها نمونه‌هایی از این نوآوری‌های اعجاب‌آور هستند که شاید برای کاربرانی که از آن‌ها استفاده می‌کنند، بسیار معمولی باشد.

اما باید بدانیم که ظهور و تجاری‌سازی هر یک از این فناوری‌ها از زمانی که همچون یک ایده خام و غیرممکن در ذهن یک مخترع پدید می‌آید، تا زمانی که در قالب یک محصول کارآمد و نهایی در دسترس مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرد، فرایندی بسیار طولانی، پیچیده و متشکل از تلاش‌های چندین و چند مخترع، دانشمند و فناور را در بر دارد.

یکی از فناوری‌های تقریباً جدید و در عین حال بسیار کلیدی، فناوری واقعیت مجازی یا «Virtual Reality» است. این فناوری، در سال‌های اخیر به شدت مورد توجه مردم، شرکت‌های فناور بزرگ و مخترعین و نوآوران قرار گرفته است؛ به‌طوری که مارک زاکربرگ «Mark Zuckerberg»، مدیرعامل و بنیان‌گذار فیسبوک، پس از همه‌گیر شدن گوشی‌های هوشمند، «VR» را به عنوان جهش بزرگ بعدی دانسته و از همین رو، با خرید ۲ میلیارد دلاری «Oculus» که از پیشگامان فناوری واقعیت مجازی است، سرمایه‌گذاری فراوانی در این حوزه انجام داده است.

واقعیت مجازی چیست، چگونه کار می‌کند و سیر تکامل آن از چه زمانی آغاز شده است؟

در سال ۱۹۳۵ میلادی، استنلی وینبام «Stanley Weinbaum»، نویسنده آمریکایی، داستانی علمی تخیلی با نام عینک پیگمالیون «Pygmalion’s Spectacles» منتشر نمود. در این داستان، شخصیت اصلی نوعی عینک خاص بر چشم گذاشته که وی را به دنیایی افسانه‌ای منتقل می‌کند. این دستگاه که دقیقاً مشابه با هدست‌های واقعیت مجازی فعلی است، امکان تجربه حواس پنج‌گانه را برای شخصیت داستان فراهم نموده و با توجه به تأثیر این داستان تخیلی بر مسیر ساخت دستگاه‌های «VR» و پیش‌بینی‌های دقیق وینبام از آینده واقعیت مجازی، منشأ این فناوری را به وی نسبت داده‌اند.

با این حال، مطالعه تاریخچه توسعه و تکامل واقعیت مجازی، نشان می‌دهد که قدمت این فناوری بسیار بیشتر بوده و به تقریباً یک قرن پیش از انتشار این داستان تخیلی باز می‌گردد. گفتنی است، وینبام در دسامبر ۱۹۳۵ میلادی و در حالی که تنها ۳۳ سال داشت، به دلیل ابتلا به سرطان ریه درگذشت.

چارلز ویتستون «Charles Wheatstone»، در سال ۱۸۳۸ میلادی، پدیده دید دوچشمی یا «Steropsis» (درک عمق از طریق ارسال محرک‌های بینایی ترکیبی از دو چشم به مغز انسان) را توصیف کرد و بر اساس همین مفهوم، موفق به ساخت «استریوسکوپ» شد. مطابق با این نوآوری که مدال رویال انجمن سلطنتی را برای وی به ارمغان داشت، دو عکس از یک شیء واحد، به مغز ارسال شده و با ترکیب آن‌ها، نوعی حالت سه‌بعدی به ذهن القاء می‌شد.

ویتستون در استریوسکوپ ابداعی خود، برای ارسال تصویر به چشم کاربر، از یک جفت آینه با زاویه ۴۵ درجه استفاده می‌کرد. اگرچه این فناوری قرن نوزدهم، با استاندارد‌های فعلی فناوری پیش پا افتاده و ابتدایی به حساب می‌آید، اما بسیاری از شرکت‌های مشهور نظیر گوگل، برای ایجاد احساس عمق در اپلیکیشن‌های واقعیت مجازی موبایل، از رویکردی مشابه با آن استفاده می‌کنند.

پیش‌بینی‌های وینبام از عینک‌های واقعیت مجازی آن‌چنان دور نبود و در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ میلادی، مخترعین و علاقه‌مندان به این حوزه، مدل‌هایی اولیه از نمایشگر‌های مجهز به این فناوری را ساخته و معرفی نمودند. یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها در این دو دهه، دستگاه ساخته شده از سوی مورتون هیلیگ «Morton Heilig» بود که نخستین دستگاه «VR» در جهان به حساب می‌آید. این دستگاه که سنسوراما «Sensorama» نام داشت، شامل یک اتاقک بزرگ چهار نفره بود که با ترکیب چندین فناوری مختلف، می‌توانست حواس فرد داخل اتاقک را از طریق نمایش یک فیلم سه‌بعدی رنگی، همراه با لرزش، صدا، بو و حتی اثرات جوی مانند وزش باد، تحریک کند.

هیلیگ، یک فیلم‌بردار سینما بود و از سنسوراما برای ساخت شش فیلم کوتاه استفاده کرد. وی سنسوراما را در دهم ژانویه سال ۱۹۶۱ میلادی در دفتر ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا به ثبت رسانید و در سال ۱۹۶۲ نیز، گواهی ثبت اختراعی به شماره «US۳۰۵۰۸۷۰» را بابت این درخواست اخذ کرد.

هیلیگ در سال ۱۹۵۷ نیز، اقدام به ثبت اختراعی در خصوص «Telesphere Mask» کرد که در سال ۱۹۶۰، گواهی ثبت اختراعی به شماره «US۲۹۵۵۱۵۶» را برای اولین صفحه‌نمایش قابل استفاده بر روی پیشانی «HMD» دریافت کرد. این دستگاه، تصاویر سه‌بعدی استریوسکوپی را با زاویه دید گسترده و صدای استریو ارائه می‌کرد و البته به دلیل مکانیکی بودن دستگاه، امکان ردیابی حرکتی در هدست و اتصال به سیستم‌های کامپیوتری را نداشت.

از این تاریخ، سیر تغییرات و پیشرفت فناوری، شدت یافته و سیر صعودی به خود گرفت. در سال ۱۹۶۱ میلادی، هدسایت «Headsight» از سوی دو مهندس شرکت «Philco» به نام‌های کومئو «Comeau» و برایان «Bryan» ساخته شد که نخستین «HMD» با قابلیت ردیابی و تشخیص حرکات محسوب می‌شود. هدسایت دارای نمایشگر‌های داخلی مجزا برای هر یک از چشم‌های کاربر بود و سیستمی نیز برای رهگیری حرکات سر داشت. این دستگاه، به سفارش ارتش برای رصد موقعیت‌های خطرناک نظامی از راه دور ساخته شده بود. از این منظر، این دستگاه هم با توجه به تعریف رایج فعلی هدست واقعیت مجازی، نمی‌تواند عنوان آن را به خود اختصاص دهد.

ایوان ساترلند «Ivan Saterland»، دانشمند علوم کامپیوتری را می‌توان سازنده نخستین «HMD» واقعیت مجازی دانست. وی در سال ۱۹۶۵ میلادی، مفهوم «Ultimate Display» را ارائه کرد، یک دنیای مجازی که از طریق «HMD» قابل مشاهده بوده و این کار با چنان کیفیتی انجام می‌گیرد که کاربر قادر به تمایز واقعیت مجازی و واقعی نخواهد بود. مقاله انتشار یافته از سوی ساترلند، عملاً پایه و اساس فناوری واقعیت مجازی به معنای مصطلح امروز آن است.

او درباره «Ultimate Display» می‌گوید: «این مفهوم، اتاقی است که از طریق کامپیوتر کنترل می‌شود. با یک برنامه‌نویسی مناسب و یک صندلی برای نشستن، چنین نمایشگری می‌تواند سرزمین عجایبی باشد که آلیس در آن قدم گذاشت». ساترلند در سال ۱۹۶۸، با کمک دانشجوی خود باب اسپرول «Bob Sproull»، موفق به ساخت نخستین «HMD» واقعیت مجازی تحت عنوان شمشیر داموکلس «The Sword of Damocles» شد. این هدست، به جای دوربین به یک کامپیوتر متصل بود و می‌توانست تجربه‌ای اولیه از واقعیت مجازی را برای کاربران فراهم نماید. دستگاه ساترلند، نتوانست از یک پروژه آزمایشگاهی فراتر رود که دلیل عمده این موضوع، سنگین بودن بیش از حد آن بود.

در سال ۱۹۷۲ میلادی، شرکت آمریکایی «جنرال الکتریک»، با استفاده از تعبیه سه صفحه‌نمایش خاص در اطراف کابین خلبان، یک شبیه‌ساز پرواز کامپیوتری با دید ۱۸۰ درجه ساخت که نقطه عطفی در توسعه فناوری واقعیت مجازی به حساب می‌آید. لازم به تأکید است که شبیه‌ساز پرواز به‌عنوان شکلی از واقعیت مجازی، قدمتی طولانی داشته و نخستین نوآوری در این زمینه، به سال ۱۹۲۹ میلادی باز می‌گردد.

در این سال، ادوارد لینک «Edward Link» موفق به ساخت «Link Trainer» به‌عنوان یک شبیه‌ساز پرواز الکترومکانیکی شد. ارتش آمریکا، شش دستگاه از اختراع آقای لینک را با قیمت ۳۵۰۰ دلار خریداری نمود و در طول جنگ جهانی دوم، خلبانان بسیاری از طریق این دستگاه‌ها، آموزش‌های اولیه خلبانی را آغاز نموده و مهارت‌های پرواز خود را با ایمنی کامل بهبود دادند.

یک مهندس ارتش به نام توماس فرنس «Thomas Furness»، از دیگر افرادی است که در زمینه توسعه شبیه‌ساز‌های پرواز فعالیت داشت. وی دستگاه خود را در سال ۱۹۶۶، به سفارش نیروی هوایی ارتش ساخت و در ادامه در سال ۱۹۸۶، شبیه‌ساز پیشرفته‌ای با نام «Super Cockpit» عرضه نمود که از تصاویر رادار و مادون‌قرمز و نقشه‌های سه‌بعدی کامپیوتری بهره می‌برد. با توجه به ماهیت دستگاه‌های شبیه‌ساز پرواز، مخترعینی مانند لینک و فرنس نیز، در جمع مخترعین و نوآوران توسعه‌دهنده فناوری واقعیت مجازی به حساب می‌آیند.

در دهه‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ میلادی، روند توسعه فناوری واقعیت مجازی از طریق پلتفرم تعاملی «VIDEOPLACE» (یک پلتفرم تعاملی مبتنی بر واقعیت مجازی که در میلواکی آمریکا به اجرا درآمد)، برنامه «Aspen Movie Map» (برنامه دانشگاه «MIT» که به کاربران امکان می‌داد، از طریق «Google Street View» در خیابان‌های شهر آسپن در ایالت کلرادو قدم بزنند) و تأسیس شرکت «VPL Research» (اولین شرکت عرضه‌کننده عینک‌ها و دستکش‌های واقعیت مجازی) ادامه یافت.

در سال‌های پایانی قرن بیستم، عرضه دستگاه‌های تجاری مبتنی بر «VR» از سوی شرکت‌های فناور آغاز شد. «SEGA VR-۱» در سال ۱۹۹۴ و کنسول بازی «Nintendo» در سال ۱۹۹۵، از نخستین تلاش‌ها در این زمینه محسوب می‌شوند. گفتنی است، پائول استیون مارشال «Paul Steven marshall» در سال ۱۹۹۷ میلادی، اقدام به ثبت پتنتی با عنوان «تولیدکننده واقعیت مجازی برای نمایش خلاصه اطلاعات» نمود. فناوری تشریح شده در این پتنت، به کاربران در تجزیه‌وتحلیل اطلاعات مالی کمک می‌کرد. این پتنت که گواهی آن در ژوئن سال ۲۰۰۰ میلادی، با شماره «US۶۰۷۳۱۱۵» از سوی دفتر ثبت اختراعات و علائم تجاری آمریکا صادر شد، یکی از پتنت‌های کلیدی در زمینه تجاری‌سازی کاربرد‌های فناوری واقعیت مجازی است.

در یک دهه اخیر، سیر پیشرفت «VR» بسیار زیاد شده و انواع و اقسام هدست‌های واقعیت مجازی، در حال توسعه و تجاری‌سازی از سوی شرکت‌های مختلف است. علاقه‌مندی مردم به این فناوری، موجب شده تا بسیاری از شرکت‌ها، از جمله گوگل، مایکروسافت، اپل و ... به این حوزه ورود کنند. عرضه «Street Vies» از سوی گوگل در سال ۲۰۰۷ و توسعه مدل سه‌بعدی آن در سال ۲۰۱۰، راه‌اندازی «Oculus» از سوی پالمر لاکی «Palmer Luckey» و معرفی «Oculus Rift» در سال ۲۰۱۰، اعلام سرمایه‌گذاری سونی برای توسعه یک هدست واقعیت مجازی برای کنسول بازی «پلی‌استیشن ۴» در سال ۲۰۱۴ و عرضه «Samsung Gear VR» در همین سال، از مهم‌ترین تحولات فناوری در حوزه «VR» در طی این سال‌ها به حساب می‌آیند.

بررسی‌ها نشان می‌دهد که در چهار سال اخیر، صد‌ها شرکت فناور به رقابت تنگاتنگ توسعه هدست‌های واقعیت مجازی رو آورده‌اند که شاید آخرین آن‌ها را می‌توان شرکت فیسبوک و خریداری ۲ میلیارد دلاری اوکولوس دانست. بدیهی است که رقابت فزاینده در این حوزه، ارزش بالقوه فناوری و سرمایه‌گذاری‌های وسیع شرکت‌های بزرگ، ایجاب می‌کند که حفاظت از نوآوری‌ها، در اولویت قرار گیرد.

یک بررسی آماری پیرامون روند ثبت اختراعات در حوزه فناوری «VR»، نشان می‌دهد که سونی، مایکروسافت و سامسونگ، به ترتیب با ۳۶۶، ۳۶۵ و ۳۴۸ پتنت (انتشار یافته و گرنت شده)، در صدر متقاضیان برتر ثبت اختراع قرار دارند. البته شرکت‌هایی مانند کوآلکام با ۲۵۲، «LG» با ۱۷۴ و زیمنس با ۱۷۲ پتنت، در رده‌های بعدی قرار داشته و حتی رده دهم این فهرست، به شرکت «Intel» با ۱۰۹ پتنت اختصاص دارد. این آمار، به خوبی نشان‌دهنده توزیع به نسبت گسترده فعالیت‌های ثبت اختراع و مشارکت چندین و چند شرکت در این حوزه است که غالب شدن چند شرکت فناور خاص و سلطه آن‌ها به نوآوری‌های این حوزه را به شدت دشوار می‌سازد.