משקפי מציאות מדומה – איך גורמים למוח להרגיש שהוא נמצא במקום אחר?

פתיחה

דמיינו שאתם עומדים באמצע החלל, צוללים מתחת למים, מבקרים בעיר בצד השני של העולם או מסתכלים סביבכם מתוך תא הטייס — וכל זה מבלי לצאת מהכיתה.

זוהי אחת היכולות המרתקות של מציאות מדומה – Virtual Reality או בקיצור VR.

בשיעור נבין כיצד המוח שלנו תופס עומק, כיצד שתי תמונות שטוחות יכולות להפוך לחוויה שנראית תלת־ממדית, מה תפקידן של העדשות במשקפיים, וכיצד הסמארטפון יודע לאיזה כיוון אנחנו מסתכלים.

בסיום נשתמש בעקרונות האלה כדי לבנות משקפי VR פשוטים המשתמשים במסך הטלפון.

---

איך אנחנו רואים עולם תלת־ממדי?

אנחנו חיים בעולם בעל שלושה ממדים: גובה, רוחב ועומק.

אבל יש כאן דבר מעניין: התמונה שנוצרת על הרשתית בתוך כל אחת מהעיניים היא למעשה תמונה דו־ממדית.

אז איך אנחנו יודעים שעץ מסוים נמצא קרוב אלינו, בעוד שבניין אחר נמצא רחוק?

אחת הדרכים החשובות שבהן המוח מקבל מידע על עומק היא העובדה שיש לנו שתי עיניים הנמצאות במרחק קטן זו מזו.

כל עין רואה את העולם מזווית מעט שונה.

אפשר לבדוק זאת מיד: החזיקו אצבע מול הפנים, עצמו עין אחת ולאחר מכן החליפו עיניים. נראה כאילו האצבע "קופצת" מעט הצידה.

האצבע כמובן לא זזה.

מה שהשתנה הוא מקום המבט.

המוח מקבל שתי תמונות מעט שונות, משווה ביניהן ומשתמש בהבדלים כדי להעריך את המרחק והעומק של עצמים. לתהליך הזה קוראים ראייה סטריאוסקופית – Stereoscopic Vision, וההבדל בין התמונות נקרא Binocular Disparity.

חשוב לדעת שהמוח משתמש גם ברמזים נוספים להבנת עומק — למשל גודל יחסי, הסתרה, פרספקטיבה ותנועה — ולכן גם בעין אחת אנחנו עדיין מסוגלים להעריך מרחק במידה מסוימת.

---

ומה קורה במסך רגיל?

כאשר אנחנו מסתכלים על צילום רגיל בטלוויזיה או בטלפון, שתי העיניים מסתכלות בדרך כלל על אותה תמונה בדיוק.

לכן המוח אינו מקבל את אותו הבדל בין שתי העיניים שהוא מקבל כאשר אנחנו מביטים בעולם האמיתי.

התמונה יכולה להיראות מציאותית מאוד, אבל המסך עצמו עדיין שטוח.

כדי ליצור תחושת עומק חזקה יותר צריך "לעבוד" על מערכת הראייה שלנו.

וכאן נכנסים משקפי ה־VR.

---

הטריק של משקפי המציאות המדומה

במשקפי VR פשוטים המבוססים על טלפון, המסך מחולק לשני אזורים.

מול עין ימין מוצגת תמונה אחת ומול עין שמאל מוצגת תמונה דומה — אבל מזווית מעט שונה.

מחיצה בתוך המשקפיים מונעת מכל עין לראות את התמונה שמיועדת לעין השנייה.

כל עין מקבלת אפוא נקודת מבט מעט שונה.

המוח מחבר את שתי התמונות ויכול לפרש אותן כסצנה בעלת עומק.

זה אותו עיקרון בסיסי שמאחורי Stereoscopic Rendering במערכות VR.

אפשר לחשוב על זה כך:

שתי תמונות שטוחות + שתי זוויות מעט שונות + המוח שלנו = תחושת עומק.

---

למה צריך עדשות?

כאן נוצרת בעיה נוספת.

מסך הטלפון נמצא רק כמה סנטימטרים מהעיניים שלנו.

נסו לקרב את הטלפון כמעט עד האף ולקרוא ממנו. מהר מאוד יהיה קשה להתמקד בתמונה.

לכן במשקפי VR קיימת עדשה מול כל עין.

העדשה משנה את מסלול קרני האור שמגיעות מהמסך ומאפשרת לעין להתמקד במסך למרות שהוא נמצא קרוב מאוד.

בנוסף היא מגדילה את התמונה ומרחיבה את התחושה שהתצוגה ממלאת חלק גדול משדה הראייה שלנו.

במערכות דוגמת Google Cardboard, העדשות תוכננו במיוחד כדי לאפשר לטלפון להיות במרחק קצר מאוד מהעיניים.

למעשה, כאשר אנחנו מסתכלים דרך המשקפיים, אנחנו מפסיקים להרגיש שאנחנו מסתכלים על מסך קטן הנמצא מול האף — והתמונה יכולה להתחיל "להקיף" אותנו.

---

אז למה כשאני מסובב את הראש העולם זז?

זה השלב שהופך צפייה רגילה לחוויה הרבה יותר משכנעת.

בסמארטפונים קיימים חיישנים המסוגלים לזהות את תנועת המכשיר ואת שינוי הכיוון שלו. במכשירים המתאימים לכך נעשה שימוש, בין היתר, בחיישני תנועה כגון ג'יירוסקופ.

כאשר אנחנו מזיזים את הראש עם המשקפיים, הטלפון מזהה ששינינו את כיוון ההסתכלות.

תוכנת ה־VR משתמשת במידע הזה כדי לשנות את מה שמוצג על המסך.

מסובבים את הראש ימינה — רואים את החלק הימני של העולם הווירטואלי.

מביטים למעלה — התמונה משתנה כאילו הרמנו את הראש בעולם האמיתי.

לכך קוראים Head Tracking – מעקב אחר תנועת הראש. מערכות כמו Cardboard משתמשות בשילוב של תצוגה סטריאוסקופית ומעקב ראש כדי להפוך סמארטפון לפלטפורמת VR בסיסית.

---

360°, תלת־ממד ו־VR – זה לא בדיוק אותו דבר

כדאי להבחין בין שלושה מושגים שלפעמים מתבלבלים ביניהם.

סרטון 360° מאפשר לנו להסתכל לכל הכיוונים סביב נקודת הצילום.

סרטון תלת־ממדי סטריאוסקופי מציג תמונה מעט שונה לכל עין וכך יכול ליצור תחושת עומק.

חוויה של VR יכולה לשלב את שני הדברים יחד, ובמערכות מתקדמות גם לאפשר למשתמש לנוע ולהשפיע על העולם הווירטואלי.

לכן לא כל סרטון 360° הוא בהכרח תלת־ממדי, ולא כל סרט תלת־ממדי הוא VR.

---

ארבעת המרכיבים של משקפי ה־VR שאנחנו בונים

במערכת שלנו עובדים יחד ארבעה דברים מרכזיים:

• הטלפון – המסך והמחשב שמציגים את העולם הווירטואלי ומזהים תנועה.
• שתי העדשות – מאפשרות לעיניים להתמקד במסך הקרוב ומגדילות את התצוגה.
• המחיצה – מפרידה בין שדה הראייה של עין ימין לעין שמאל.
• גוף המשקפיים – שומר את הטלפון, העיניים והעדשות במרחק ובמיקום הנכונים.

אפילו מערכת פשוטה מאוד יכולה כך להדגים את העקרונות הבסיסיים שעליהם מבוססות מערכות VR מתקדמות. Google מתארת את Cardboard בדיוק כרעיון של שימוש בסמארטפון יחד עם Viewer ועדשות כדי לאפשר חוויית VR נגישה ופשוטה.

---

למה חשוב שהעדשות יהיו במקום הנכון?

בבניית המשקפיים הדיוק חשוב מאוד.

העדשה של עין ימין צריכה להיות מול עין ימין והעדשה השנייה מול עין שמאל.

גם המרחק בין העדשות ומיקומן ביחס למסך משפיעים על איכות התמונה.

אם העדשות אינן ממורכזות, התמונה עלולה להיראות מטושטשת או לא נוחה.

זה נותן לנו דוגמה מצוינת לכך שגם מוצר שנראה פשוט הוא למעשה מערכת הנדסית: שינוי קטן במרחק, בזווית או במיקום יכול לשנות את החוויה כולה.

---

למה לפעמים VR גורם לסחרחורת?

המוח שלנו מקבל מידע ממספר מערכות בגוף.

העיניים יכולות לומר למוח שאנחנו נעים במהירות בתוך עולם וירטואלי, בעוד שמערכת שיווי המשקל באוזן הפנימית מרגישה שאנחנו בכלל עומדים במקום.

כאשר המידע אינו מתאים, חלק מהאנשים עלולים לחוש אי־נוחות או בחילה.

לכן משתמשים ב־VR לזמן מתאים, עושים הפסקה אם מרגישים אי־נוחות, ומשתמשים במשקפיים במקום בטוח שבו אין סכנה להיתקל בחפצים.

---

איפה משתמשים במציאות מדומה?

VR אינו משמש רק למשחקים.

כיום משתמשים בטכנולוגיות מציאות מדומה לצורכי לימוד והדרכה, סימולציות, תכנון ועיצוב, תעופה, רפואה, מחקר, בידור וביקורים וירטואליים במקומות שקשה להגיע אליהם.

היתרון הגדול הוא האפשרות לחוות סביבה ולתרגל מצבים מבלי להיות בהכרח במקום האמיתי.

טייס יכול להתאמן בסימולטור, תלמיד יכול להסתובב בתוך מודל של מערכת השמש, ומהנדס יכול לבחון דגם עוד לפני שהוא נבנה.

---

שלב הבנייה

כעת נבנה את משקפי המציאות המדומה שלנו.

במהלך הבנייה שימו לב במיוחד לדיוק בקיפול ובהרכבה, למיקום שתי העדשות, למחיצה שביניהן ולמיקום הטלפון.

לאחר ההרכבה נכניס סמארטפון עם תוכן VR או תוכן 360° תואם למשקפיים ונבדוק כיצד התמונה משתנה כאשר אנחנו מסובבים את הראש.

Google Cardboard עצמה מבוססת על אותו רעיון: Viewer פשוט, סמארטפון ועדשות המאפשרים להתנסות ב־VR ללא מערכת מחשוב ייעודית ויקרה.

---

ניסוי קצר לפני שמסיימים

לפני שמכניסים את הטלפון למשקפיים, הסתכלו על המסך שבו מופיעות שתי תמונות.

שאלו את התלמידים:

למה אנחנו רואים שתי תמונות עכשיו, אבל דרך המשקפיים הן מתחברות לעולם אחד?

אחרי הצפייה:

איזה מרכיב לדעתכם הכי חשוב — המסך, העדשות, שתי התמונות או המוח?

והתשובה המעניינת היא: כולם צריכים לעבוד יחד.

הטלפון מספק את המידע, העדשות מביאות אותו לעיניים — אבל מי שבסופו של דבר יוצר את תחושת העולם התלת־ממדי הוא המוח שלנו.

המסר המרכזי של השיעור

משקפי VR אינם באמת יוצרים עולם בתוך המשקפיים. הם שולטים במידע שמגיע לעיניים בצורה חכמה מספיק כדי לגרום למוח שלנו לפרש אותו כעולם שנמצא סביבנו.