ความจริงเสมือนเต็มรูปแบบสำหรับอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้พร้อมแรงป้อนกลับ (ตอนที่ สอง)

ความจริงเสมือนเต็มรูปแบบ

สำหรับอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้พร้อมแรงป้อนกลับ

(ตอนที่ 2)

งานวิจัยทางด้านฮาร์ดแวร์

งานวิจัยด้านอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้สามารถแบ่งได้เป็น 3 รูปแบบคือ อุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนมือ อุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนแขน และอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนมือและแขน โดยที่อุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนมือ ได้มีบริษัท Immersion ได้ผลิตอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนมือโดยมีชื่อว่า Immersion CyberGrasp โดยสามารถสร้างแรงต้านกลับที่ปลายนิ้วทั้ง 5 นิ้ว แต่ละนิ้วมีแรงต้านกลับ 12 นิวตัน โดยใช้ Cyber Gloves เป็นเซนเซอร์เพื่อหามุมแต่ละนิ้วและใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ที่ติดตั้งบริเวณเป้สะพายหลังของผู้สวมใส่ ส่งกำลังโดยใช้สายเคเบิลส่งกำลังให้กับทุกนิ้ว ข้อเสียของลักษณะการส่งกำลังแบบนี้คือ ผูใช้งานสามารถรับรู้ถึงแรงที่กระทำที่ปลายนิ้วเท่านั้น ข้อดีคือตัวอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้นี้มีน้ำหนักเบา และสามารถสร้างแรงต้านกลับได้สูง และใช้การเชื่อมต่อแบบ RS–232 ในการรับส่งข้อมูลตำแหน่งและมุมของนิ้วมือให้กับคอมพิวเตอร์หลักเพื่อนำไปสร้างกราฟิก และใช้การเชื่อมต่อแบบ Bus ในการควบคุมมอเตอร์ที่ใช้สร้างแรงป้อนกลับให้กับผู้ใช้งาน

อุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนมือของมหาวิทยาลัย Keio ประเทศญี่ปุ่นมีชื่อว่า Multi Fingered Exoskeleton Haptic Device using Passive Force Feedback มีจุดเด่นตรงที่ใช้ระบบคลัชไฟฟ้าเป็นตัวขับเร้าให้กับระบบ ทำให้ไม่เกิดการสั่นขณะสร้างแรงป้อนกลับ การวัดมุมใช้ตัวต้านทานประบค่าได้เป็นเซ็นเซอร์วัดมุมที่เปลี่ยนแปลงไป และการควบคุมการทำงานทางใกล โดยเมื่อเคลื่อนที่นิ้วไปในพื้นที่งานแล้วแขนกลซึ่งตั้งอยู่อีกที่หนึ่งจะเคลื่อนที่ตามไปด้วยหากแขนกลนั้นๆเกิดการชนวัตถุขึ้นจะส่งค่าแรงมาให้อุปการ์แบบสวมใส่ได้ที่ผู้ใช้สวมใส่อยู่เพื่อสั่งให้คลัตช์ล๊อกการทำงานเสมือนว่ามีแรงมากระทบกับนิ้ว

ห้องปฏิบัติการ Human–Machine Interface ที่มหาวิทยาลัย Rutgers ประเทศสหรัฐอเมริกา ได้สร้างอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้มีชื่อว่า Cyber glove and the Rutgers Master Exoskeleton มีจุดเด่นตรงที่ใช้ระบบนิวเมตริกเป็นตัวขับเร้าให้กับระบบ จึงทำให้สามารถสร้างแรงป้อนกลับได้สูงถึง 16 นิวตันต่อหนึ่งนิ้ว และมีน้ำหนักเบา การวัดมุมของนิ้วมือใช้ Hall–Effect Sensor ในการจับหาตำแหน่งมุมของลูกสูบเพื่อหามุมต่างๆของนิ้วมือ และใช้อินฟาเรดเซ็นเซอร์ ในการจับตำแหน่งการเคลื่อนที่ของลูกสูบ

มหาวิทยาลัย University of Washington ได้สร้างอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนแขนขึ้นมีชื่อว่า Upper–Limb Powered Exoskeleton มีจุดเด่นตรงที่ใช้สัญญานกล้ามเนื้อ (EMG) มีข้อต่อทั้งหมด 7 DOF ในการควบคุมอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้เพื่อเป็นการช่วยแรงกันระหว่างอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้และผู้ใช้งาน โดยผู้ใช้งานจะสามารถรับรู้ถึงไรวได้ 10% ส่วนที่เหลือ 90% อุปกรณ์แบบสวมใส่ได้จะรับภาระแทน และข้อต่อทั้งหมดสามารถรองรับการเคลื่อนไหวในรูปแบบต่างๆในชีวิตประจำวันได้ 99% แต่เนื่องจากน้ำหนักของแบตเตอรี่ค่อนมาก จึงต้องใช้งานอยู่กับที่หรือติดตั้งอยู่บนรถเข็นซึ่งเป็นข้อเสียอย่างหนึ่ง ขอบเขตของงานวิจัยชิ้นนี้คือ เพื่อพัฒนาอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ 7 องศาอิสระและการเชื่อมต่อกับผู้ใช้งาน

มหาวิทยาลัย University of Maryland ได้สร้างอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้โดยใช้ชื่อว่า Arm Exoskeleton with Scapula Motion for Shoulder Rehabilitation โดยสร้างขึ้นมีวัตถุประสงค์เพื่อกายภาพบำบัด โดยจุดเด่นของอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้นี้คือมีน้ำหนักเบาสามารถนำติดตั้งกับตัวผู้ใช้งานได้โดยมีมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงเป็นตัวขับเร้าให้กับระบบและใช้ Encoder เป็นเซ็นเซอร์ในกานบอกค่ามุมของแขนผู้ใช้งาน แต่ข้อเสียของอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ชุดนี้คือมีแรงบิดต่ำ เพราะว่าใช้การขับเคลื่อนโดยตรงจากมอเตอร์ จึงทำให้มอเตอร์จำเป็นต้องมีขนาดเล็กเพื่อลดน้ำหนักของอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้

อุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนมือและแขน ได้มีบริษัท Immersion ได้ผลิตอุปกรณ์แบบสวมใส่ได้ส่วนมือและแขนโดยมีชื่อว่า Immersion CyberForce โดยเป็นการนำเอา Immersion CyberGrasp และแขนกล 6 DOF มาต่อร่วมกันเพื่อสร้างแรงป้อนกลับให้กับผู้ใช้งานโดยแขนกล ใช้มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงที่ติดตั้งบริเวณฐานของแขนกลเป็นตัวขับเร้า และส่งกำลังผ่านสายเคเบิลมายังข้อต่อต่างๆเพื่อสร้างแรงป้อนกลับให้กับผู้ใช้งาน

เครื่องมือด้านซอฟแวร์

เครื่องมือด้านซอฟแวร์ประกอบไปด้วย 2 ส่วนหลักคือ ส่วนประมวลผลทางฟิสิกส์ (Physics Engine) และส่วนแสดงผลทางกราฟิก (Graphics Engine) ตัวอย่างเครื่องมือที่ใช้ประมวลผลทางฟิสิกส์เช่น ODE(Open Dynamic Engine) คือไลบรารี่ใช้สำหรับคำนวนผลทางด้านฟิสิกส์ เช่น ความเร็ว ความเร่ง โมเมนตั้ม การตรวจสอบการชนกันของวัตถุ และสร้างข้อต่อต่างๆ เป็นต้น จากคุณสมบัติข้างต้นทำให้ ODE สามารถจำลองผลทางพิสิกส์ได้ ข้อดีของ ODE คือรองรับการเขียนโปรแกรมในหลายภาษา และมีความยืดหยุ่นสูง ข้อเสียคือ ไม่มีไลบรารี่สำหรับแสดงผลจึงจำเป็นต้องใช้ร่วมกับไลบรารี่อื่นๆเพื่อสร้างกราฟิกทำให้เกิดความสับสนในการใช้งานขึ้นได้

Bullet Physics SDK คือไลบรารี่สำหรับคำนวนผลทางด้านพิสิกส์อีกตัวหนึ่งโดยข้อดีของ Bullet คือสามารถจำลองการแตกหักของวัตถุใน 3 มิติได้ สามารถจำลองวัตถุแบบแข็งและแบบอ่อนนุ่มได้มีการตรวจสอบการชนกันของวัตถุ ตัวไลบรารี่รองรับการพัฒนาบนภาษา C++ และเป็นซอฟแวร์ที่เปิดให้ใช้งานได้ฟรี แต่ข้อเสียคือไม่สามารถสร้างกราฟิกได้จึงจำเป็นต้องนำไปใช้ร่วมกับไลบรารี่หรือซอฟแวร์อื่นๆเพื่อความสะดวกในการใช้งาน

ตัวอย่างเครื่องมือใช้สำหรับสร้างกราฟิกเพื่อแสดงผลให้กับผู้ใช้งานเช่น Ogre 3D คือ 3D Graphics Engine ใช้สำหรับสร้างกราฟิกเพื่อแสดงผล และสามารถนำไลบรารี่อื่นๆเข้ามาร่วมด้วยเช่น ไลบรารี่ ODE เพื่อใช้จำลองการเคลื่อนที่แบบพิสิกส์ เป็นต้น โดยที่ Ogre 3D สามารถพัฒนาได้ทั้งบนระบบปฏิบัติการวินโดว์โดยใช้ภาษา C++ และระบบปฏิบัติการแมคโดยใช้ภาษา Objective–C ได้ Ogre 3D ได้รองรับทั้ง OpenGL และ Direct3D และสามารถนำเข้าวัตถุจากโปรแกรมสร้างกราฟิกสามมิติจากโปรแกรมอื่นๆได้เช่น 3DsMax Maya และ SolidWork เป็นต้น

Blender 3D คือ โปรแกรมสร้างงานสามมิติที่มีความสามารถในการสร้างโมเดลรูปทรงต่างๆ ทั้งยังกำหนดพื้นผิวหรือลวดลายให้กับวัตถุได้ สามารถจัดแสง กำหนดมุมมอง สร้างชิ้นงานให้เป็นแอนิเมชั่น พร้อมทั้งใส่เอ็ฟเฟ็กต์สร้างความเหมือนจริง จนกระทั่งประมวลผลงานทั้งหมดออกมาเป็นงาน 3 มิติที่สมบูรณ์แบบ นอกจากนั้น ยังเป็นโปรแกรมที่รองรับการสร้างเกม เนื่องจากมีเครื่องมือที่ช่วยในการทำโมเดลสำหรับเกมและการทำงานอื่นๆ ที่เกี่ยวกับเกม ข้อดีของโปรแกรม Blender3D คือ สามารถสร้างงานสามมิติได้ง่ายเนื่องจากมีหน้าต่าง GUI สำหรับผู้ใช้งานให้สามารถเห็นภาพของวัตถุเหมือนกับใช้โปรแกรมทางด้าน 3D อื่นๆและเป็นโปรแกรมที่เปิดให้ใช้งานได้ฟรี และมีสังคมผู้ใช้งานอยู่มาก

Panda 3D คือ 3D Game Engine โดยไลบรารี่ของ Panda3D สามารถพัฒนาบนระบบปฏิบัติการ Windows มามารถพัฒนาได้โยใช้ภาษา C++ หรือ Python ส่วนระบบปฏิบัติการ Mac และ Linux สามารถพัฒนาได้โดยใช้ภาษา Python โดยที่ Panda3D ได้ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้สำหรับพัฒนาเกมส์ในรูปแบบสามมิติ โดยมี ไลบรารี่หลายๆประเภทถูกรวมเข้าด้วยกันเช่น ODE (Open Dynamics Engine) Physx SDK และอื่นๆและที่น่าสนใจคือ Panda3D สามารถนำ ไลบรารี่อื่นๆเข้ามาเพิ่มเติมได้เช่น ไลบรารี่ สำหรับการติดต่อกับอุปกรณ์ภายนอก(pySerial) ซึ่งทำให้การทำงานต่างๆเป็นไปได้อย่างง่ายและรวดเร็ว Panda3D Game Engine นี้ได้ถูกพัฒนาร่วมกันระหว่าง Disney และ Carnegie Mellon University’s Entertainment Technology Center. ซึ่งได้ออกมาให้ใช้ได้ฟรีในปี 2002

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

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