ความจริงเสมือนเต็มรูปแบบสำหรับอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้พร้อมแรงป้อนกลับ (ตอนที่ หนึ่ง)

ความจริงเสมือนเต็มรูปแบบ

สำหรับอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้พร้อมแรงป้อนกลับ

(ตอนที่ 1)

ความจริงเสมือน (Virtual Reality–VR) คือ การใช้คอมพิวเตอร์กราฟิกกับฮาร์ดแวร์พิเศษ ที่จะทำให้ผู้ใช้รู้สึกเหมือนเข้าไปอยู่ในสิ่งแวดล้อมสามมิติที่ถูกสร้างด้วยคอมพิวเตอร์ให้ผู้ใช้ได้เห็นได้ยิน หรือรู้สึก สิ่งที่ผู้ใช้รับรู้ผ่านอุปกรณ์ที่ป้อนต่อประสานสัมผัส จึงเป็น “ความจริงเสมือน (Virtual Reality – VR) โดยปกติแล้วจะมีฮาร์ดแวร์ที่ป้อนตรงต่อประสาทสัมผัสด้านการเห็น เป็นที่สวมศีรษะที่มีจอป้อนภาพ (Head–Mounted Display – HMD) ให้ตาทั้งสองได้เห็นภาพเป็นสามมิติจากจอขนาดเล็กที่ให้ภาพ หรือต่อไปอาจลดขนาดลงเป็นแว่นตาก็ได้ และเมื่อผู้ใช้เคลื่อนไหว ภาพก็จะถูกสร้างให้รับกับความเคลื่อนไหวนั้น บางกรณีก็จะมีหูฟังแบบสเตอริโอให้ได้ยินเสียงรอบทิศทางและอาจมีถุงมือรับข้อมูล (Data Gloves) หรืออุปกรณ์อื่นที่จะทำให้ผู้ใช้โต้ตอบกับสิ่งแวดล้อมจำลองที่ตนเข้าไปอยู่

Exoskeleton คือ โครงสร้างภายนอกหรือสิ่งที่ปกคลุมด้านนอกของร่างกาย ซึ่งรวมไปถึงส่วนที่ยื่นเข้าไปในร่างกายและส่วนที่ยื่นออกมานอกร่างกาย เพื่อเอาไว้ช่วยเหลือหรือป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับร่างกายได้เมื่อนำมาผสมผสานกับ VR แล้ว เราก็จะได้โครงสร้างภายนอกร่างกายที่ทำหน้าที่เป็นอินพุตให้กับระบบความจริงเสมือนและสามารถส่งแรงต้านกลับ (Force Feedback)ให้กับผู้ใช้งาน โดยเป็นการสื่อสารแบบสองทาง

นายสรุจ พันธุ์จันทร์นักศึกษาของ สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) แห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ภายใต้อาจารย์ที่ปรึกษา ดร.สยาม เจริญเสียง ได้ทำการวิจัยในเรื่องนี้โดยมีจุดประสงค์ ออกแบบ Exoskeleton ของแขนมนุษย์ที่มี 14 ข้อต่อ ที่สามารถสร้างแรงป้อนกลับให้กับผู้ใช้งานได้พร้อมกัน และ สามารถจำลองผลทางฟิสิกส์ และแสดงผลด้วยกราฟิกสามมิติได้ นอกจากต้นแบบความจริงเสมือนที่ได้รับจากงานวิจัยนี้แล้ว ประโยชน์สำคัญสำหรับวงการแพทย์และอุตสาหกรรมคือ องค์ความรู้ของระบบความจริงเสมือนเต็มรูปที่ใช้สำหรับการถ่ายทอดทักษะ ด้านการฝึกอบรมงานที่มีความซับซ้อนได้

Virtual Realityfor Exoskeleton เมื่อในอดีตได้มีการพัฒนางานทางด้านนี้ค่อนข้างน้อยส่วนมากมักจะเน้นไปทางการพัฒนาซอฟแวร์ แต่ในปัจจุบันก็มีการนำอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้เข้ามาทำงานร่วมกับระบบความจริงเสมือนจึงทำให้ผู้ใช้งานสามารถรู้สึกถึงแรงที่ป้อนกลับมาช่วยให้ลดขั้นตอนในการจินตนาการทำให้สามารถสร้างความจริงเสมือนได้อย่างสมจริงมากยิ่งขึ้นจึงได้มีการศึกษาถึงการสร้างระบบ Virtual Realityfor Exoskeleton มากยิ่งขึ้นโดยระบบนี้สามารถจำแนกออกเป็น 3 กลุ่มงานวิจัยที่เกี่ยวข้องคือ งานวิจัยด้านกายวิภาคศาสตร์ งานวิจัยด้านฮาร์ดแวร์ และงานวิจัยด้านซอฟแวร์

งานวิจัยทางด้านกายวิภาคศาสตร์

เนื่องจากก่อนออกแบบอุปกรณ์ทางด้านฮาร์แวร์จำเป็นต้องทราบหลักกายวิภาคศาสตร์ของมือและแขนก่อนว่าต้องมีจำนวนข้อต่อทั้งหมดเท่าใดและแต่ละข้อต่อมีมุมจำกัดเท่าใด เพื่อที่จะสามารถออกแบบอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ให้มีประสิทธิภาพสูงสุด

1.1 หลักกายวิภาคศาสตร์ของมือ[2]

กระดูกนิ้วมือ (Phalanges of Hand/Finger Bones) เป็นกลุ่มของกระดูกที่ประกอบขึ้นเป็นแกนของนิ้วมือทั้งห้านิ้วของมนุษย์ โดยแต่ละนิ้วจะมีกระดูกนิ้วมือ 3 ท่อน

1.กระดูกนิ้วมือท่อนต้น (Proximal Phalanges)

2.กระดูกนิ้วมือท่อนกลาง (Middle Phalanges)

3.กระดูกนิ้วมือท่อนปลาย (Distal Phalanges)

ส่วนนิ้วหัวแม่มือ (Thumb) จะมีกระดูก 2 ท่อนคือท่อนต้นและท่อนปลาย ดังนั้นกระดูกนิ้วมือในมนุษย์จึงมีทั้งหมดข้างละ 14 ชิ้น ดังรูปที่ 1

รูปที่ 1 แสดงข้อนิ้ว ข้อต่อและจำนวน Degree of Freedom ของนิ้วมือ

โดยข้อต่อแต่ละข้อต่อของนิ้วจะสามารถเคลื่อนที่ได้จำกัดภายในขอบเขตดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 ขอบเขตการเคลื่อนที่ของนิ้วมือ

1.2 หลักการยวิภาคศาสตร์ของแขน

กระดูกส่วนท่อนแขนมีข้อต่อทั้งหมด 7 DOF โดยประกอบไปด้วย หัวไหล่ 3 DOF ข้อศอก 1 DOF และข้อมือ 3 DOF ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 ข้อต่อทั้งหมดของแขนมนุษย์ 7 DOF

โปรดอ่านตอนที่ 2 ด้านฮาร์ดแวร์และซอฟท์แวร์สำหรับงานวิจัยนี้ครับ

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th

http://th.wikipedia.org/wiki/ชิต_เหล่าวัฒนา