نگاهی به کارکردهای شبیه‌سازی در ایجاد واقعیت مجازی

آلیس در سرزمین IT

چند وقت پیش میان میلیون‌ها کلیپ اینترنت پرسه می‌زدم که به نمایشگاهی از دستاوردهای فنی در ژاپن رسیدم، دیدن خانمی که در حال شرح محصولات غرفه است چیز عجیبی نبود، اما شنیدن توضیحات درباره نوع کارکرد بدن و نوع عکس‌العمل خود آن خانم از زبان خودش و در میان جمع چیز معمولی نبود، وقتی بیشتر دقت کردم متوجه شدم آن خانم در حال تشریح مراحل طراحی ساخت بدن خود است، تازه فهمیدم آن خانم یک روبات است. ‌‌مرزهای محدودیت‌های دیروز و امروز به سایه تبدیل شده‌اند و اگر بخواهیم دنیای فناوری اطلاعات را به بخش‌های محتوایی تقسیم کنیم قسمت بزرگی از نرم‌افزارها را باید داخل یک دایره بزرگ قرار داده و روی آن بنویسیم: شبیه‌سازی1. چرا که آنها سعی دارند دنیای واقعی و افعال فیزیکی که شامل کارهای روزمره ما می‌شود را در فضای دیجیتال بازسازی کنند.

کد خبر: ۳۰۴۴۲۸

در تعریف، ساختن نمونه‌ای از چیزی که دارای مشخصه‌های اصلی همان شیء باشد را شبیه‌سازی گویند. در دنیای رایانه نیز همه چیز شبیه‌سازی می‌شود، از ساختمان و ساختمان‌سازی گرفته تا پزشکی و جراحی و تصادفات. دامنه این علم به این چیزها ختم نمی‌شود و یک سر آن مستقیم به خیالات و آرزوها وصل است و یا بهتر بگوییم به رویاهای آدمی. با شبیه‌سازی می‌توان از پشت رایانه روی ماه بلکه روی تمام سیاره‌ها فرود آمد، هر نوع ماشینی را سوار شد و به بیشتر نقاط دلخواه سفر کرد. حتی می‌توان عمق تاریخ را با آن کندوکاو کرد.

شاید بزرگترین تاثیر فناوری رایانه بر زندگی بشر همین شبیه‌سازی محیط‌های فیزیکی باشد چراکه با این فناوری کارهای ناممکن ممکن شده و راه‌های بسیاری برای طراحان، ساخته و پرداخته گردیده است. با نگاهی به گوشه‌هایی از این علم، به توضیح مختصری درباره کاربرد نرم‌افزارها و دنیای دیجیتال خواهیم پرداخت.

شبیه‌سازی نه یک محصول بلکه یک فرآیند برای تولید محصول است که امکان تبدیل نمونه‌های واقعی و یا خیالی به نمونه‌های رایانه‌ای را فراهم می‌کند. به‌طور خلاصه می‌توان گفت راه رسیدن به یک مدل رایانه‌ای از مدل‌سازی مفهومی2‌ ‌می‌گذرد که این کار در تخصص تحلیل‌گران نرم‌افزار3‌ ‌و برنامه‌نویسان است. در شبیه‌سازی می‌توان موقعیت‌های واقعی را دید و موقعیت‌های احتمالی را نیز پیش‌بینی کرد. البته نمونه‌هایی وجود دارد که کاملا مجازی نیست و تا حدودی زوایای فیزیکی دارد اما تمام انواعی که به‌کار برده می‌شود می‌تواند 100درصد مجازی باشد.

برای وارد شدن به دنیای مجازی‌سازی ابتدا بهتر است دو مفهوم را در نظر داشته باشید:

1– مجازی‌سازی4‌|عبارت است از تبدیل یک واقعیت فیزیکی و یا منطقی به نرم‌افزار و یا یک محیط سه بعدی. ‌‌2– شبیه‌سازی عبارت است از ایجاد یک نمونه مشابه از چیزی که هم می‌تواند واقعی باشد و هم خیالی. (‌در مجازی‌سازی هدف ایجاد یک نمونه دیجیتال از یک موجودیت است، اما در شبیه‌سازی هدف ایجاد یک نمونه ساده‌تر به کمک محیط و ابزار دیجیتال است که ممکن است تماما هم دیجیتال شود.)

دسته‌بندی و کاربردهای شبیه‌سازی

شبیه‌سازی شیء‌گرا5، به گونه‌ای شبیه‌سازی اطلاق می‌شود که در آن اشیای مدل شده به‌جای شیء واقعی جایگزین می‌شوند. این روش برای مدل‌سازی و معمولا قبل از دیجیتالی شدن استفاده می‌شود. اجسام فیزیکی اغلب به این خاطر استفاده می‌شوند که کوچک‌تر و ارزان‌تر از نمونه حقیقی هستند. مانند استفاده از یک مکعب برای مدل کردن یک ساختمان. نمونه دیگر این شبیه‌سازی نمونه تعاملی است که در آن یک موجودیت متحرک مانند انسان یا یک سیال مانند خودرو وجود دارد و در آن اشیا بر طبق موقعیت شیء اصلی تغییر می‌کنند.

شبیه‌سازی و آموزش ‌ ‌

‌ ‌نیازی نیست تمام پرسنل را برای یک دوره آموزش اداری یا خلبانی و یا حتی فضانوردی به مکان واقعی منتقل کنید. شبیه‌سازی آموزشی اغلب برای کم‌کردن هزینه این کار استفاده می‌شود و بیشترین کاربرد را در آموزش پرسنل اجرایی و یا نظامی دارد. این نوع شبیه‌سازی علاوه‌بر کم‌کردن هزینه‌های مادی یک آموزش از خطرات احتمالی آن نیز مبراست و می‌توان آن را در موقعیت‌های بسیار خطرناک و یا پرهزینه به کاربرد. این کار به نوآموزان اجازه می‌دهد از امکانات یک تجربه عملی برخوردار شوند. برای تمام مسوولان آموزش دوره‌های عملی این واقعیت مسجل است که خطاکردن، لازمه یک آموزش است ولی تا قبل از تولید امکانات شبیه‌سازی آموزش، این دوره‌ها بسیار با احتیاط برگزار می‌شد و تلفات و صدمات آن راه را برای ادامه کار ناهموار می‌کرد. این اتفاق در آموزش‌های نظامی بسیار رخ می‌داد و از طرفی هزینه این آموزش‌ها بسیار گران تمام می‌شد. نمونه اصلی این شبیه‌سازی، شبیه‌سازی ایفای نقش6‌ ‌و یا تعاملی است که در آن فرد با تجهیزات شبیه‌سازی شده و یا با تجهیزات فیزیکی در یک محیط شبیه‌سازی شده کار می‌کند. نمونه بارز آن اتاق شبیه‌ساز پرواز برای خلبانان است که در آن به‌جای شیشه هواپیما یک مانیتور قرار دارد و تمام ادوات نیز به رایانه مرکزی متصل هستند و دقیقا همان محیط واقعی را برای خلبان شبیه‌سازی می‌کنند.

شبیه‌سازی‌های درمانی ‌ ‌

‌ ‌هیچ‌کس تمایل ندارد هنگام بیماری توسط یک تازه‌کار که هیچ‌چیزی از بیمار و بیمارستان نمی‌داند تحت درمان قرارگیرد. شبیه‌ساز درمانی7‌ ‌و بیمارستانی به دانشجویان و پزشکان جوان کمک می‌کند تا موقعیت‌های بیمارستانی را در یک موقعیت مجازی بشناسند. شبیه‌سازهای درمانی به‌طورگسترده در حال توسعه و کاربرد هستند تا روش‌های درمان، تشخیص و همچنین اصول پزشکی و تصمیم‌گیری به پرسنل بهداشتی، آموزش داده شود. دامنه شبیه‌سازهای درمانی، بیشتر آموزش‌ها را در برمی‌گیرد، از خون‌گیری گرفته تا جراحی لاپاراسکوپی و حتی مراقبت از بیمار ضربه مغزی شده و نخاعی را. ‌بسیاری از شبیه‌سازهای درمانی دارای یک رایانه هستند که به یک ماکت پلاستیکی با آناتومی مشابه واقعی متصل است. بعضی از این دستگاه‌ها دارای شبیه‌سازهای گرافیکی رایانه‌ای برای تصویربرداری هستند مانند پرتو ایکس یا سایر تصویرنگاران پزشکی. طرف دیگر شبیه‌سازهای بیمار، یک مانکن انسان‌نما است که می‌تواند به داروهای تزریق شده واکنش نشان دهد و حتی می‌تواند با تزریق اشتباه بمیرد ولی جای نگرانی نیست چون شخص متوفی، پلاستیکی است.‌ ‌برخی از شبیه‌سازهای پزشکی از طریق شبکه اینترنت قابل گسترش هستند و می‌توانند محیط درمان را حتی روی وب بازسازی کنند. این شبیه‌سازی تحت وب، نوع عملی آن یعنی جراحی از راه دور را ممکن می‌کند. در جراحی از راه دور8 بیمار در یک سوی جهان و جراح در سوی دیگر جهان توسط رایانه و ربات اتاق عمل، بیمار را جراحی می‌کند. این کار چندین‌بار به‌صورت عملی انجام شده و تقریبا بسیاری از پزشکان را با این محیط آشنا کرده است.