نقش واقعیت افزوده در عصر صنعت ۴.۰

بیش از دو دهه‌ از زمان معرفیِ فناوری واقعیت افزوده (Augmented Reality) می‌گذرد، از آن زمان تا به امروز محبوبیت این فناوری در صنعت و دانشگاه روند افزایشی داشته است. AR اطلاعات مجازی را به پیرامونِ دنیای واقعی افراد اضافه می‌کند و در نتیجه منجر به افزایش درک افراد از دنیای واقعی می‌شود. این فناوری امکان دستیابی، مدیریت و استفاده ماهرانه از اطلاعات را فراهم می‌سازد.در این مقاله، مولفه‌های‌ اساسی فنی AR و همچنین کاربردهای عملی آن در صنعت به ویژه در ساخت، تعمیر و نگهداری، مونتاژ، آموزش و عملیات مشارکتی معرفی شده است. پس از توصیف سیستم‌های سخت افزاری و نرم افزاری اساسی در ایجاد AR، کاربردهای اخیر AR در صنعت بررسی می‌شود.

انسان‌ها محیط خود را به همان اندازه‌ای که توانایی‌های پنج‌گانه‌ی آن‌ها اجازه می‌دهد، درک می‌کنند. انسان‌ها نمی‌توانند آنچه را در محیط‌شان نیست، ببینند یا نمی‌توانند یک شیء را که از نظر فیزیکی وجود ندارد، لمس کنند. بنابراین، تعامل با دنیای بیرونی و هم‌چنین دسترسی به اطلاعات مربوطه محدود است.

به عنوان مثال، یک مهندس ارشد را در حال تعمیر موتور اتومبیل درنظر بگیرید، در زمانی که او دانش کافی در مورد نقص عملکردی را نداشته باشد، به تنهایی نمی‌تواند آن را برطرف سازد. در چنین شرایطی مهندس ارشد معمولا از راهنمایی‌های یک متخصص بهره‌مند شده و یا از یک کتابچه راهنما استفاده می‌نماید. مشابه وضعیت پیش‌آمده در این مثال، مسائلی در زندگی روزمره‌ی افراد پیش می‌آید که افراد به اطلاعات بیشتری جهت برطرف‌سازی این مسائل نیاز دارند. از این رو نیاز به ابزارهایی که دست‌یابی به این اطلاعات را تسهیل می‌کند، رو به افزایش است. این ابزارها می‌توانند اینترنت، یک کتابچه راهنمای کاغذی، یک همکار و غیره باشند.

نحوه دسترسی به این ابزارها مولفه‌ای بسیار کلیدی است که بر کیفیت تجربه کاربران و کیفیت تعامل آن‌ها با اشیا تأثیر می‌گذارد. برای تعامل بهتر افراد با اشیا، انسان‌ها باید اطلاعات نامرئی مربوط به شی را در اسرع وقت و در یک فرم قابل درک دریافت کنند.

در راستای این هدف، فناوری واقعیت افزوده (AR)، روشی نوآورانه در تعامل را با خود به همراه می‌آورد که به کمک آن، انسان می‌تواند اطلاعاتی فراتر از آنچه حواس پنجگانه وی درک و دریافت می‌کند را دریابد.

اطلاعات بینایی (visual information) تولید شده توسط رایانه، می‌تواند شامل تصاویر، فیلم‌ها، مدل‌های سه‌بعدی، متون، اصوات، دستورالعمل‌های گفتاری و غیره باشد. هدف اصلی  ARآن است که اطلاعات بینایی تولید شده توسط رایانه را از طریق دستگاه‌های خاص مانند دوربین تلفن‌های هوشمند‌، نمایشگرهای سربند (HMD) ، دستگاه‌های نمایش (projection devices) و غیره، در مقابل دید کاربر قرار داده و درک انسان از محیط را افزایش دهد.

با قرار دادن این افزونه بر روی دید واقعی کاربر، فرد می‌تواند اطلاعاتِ پنهانِ مرتبط با اشیائی که با آن‌ها در تعامل است و یا اطلاعات  مرتبط با محیط را بدست آورد، که این امر AR را به یک فناوری کارآمد در عرصه‌هایی مانند بازی، ورزش، تبلیغات، خرید، آموزش، خدمات نظامی، جراحی‌های پزشکی و همچنین اهداف صنعتی و غیره تبدیل می‌کند.

اطلاعات بیشتری که کاربر به واسطه‌ی استفاده از افزونه‌ها به هنگام انجام کارها و وظایف مختلف در دنیای واقعی کسب می‌کند، بسیار ارزشمند است. خصوصیات AR به‌گونه‌ای است که می‌تواند به میزان قابل توجهی در برطرف‌سازی نیازهای صنعت کاربردی باشد. علاوه بر این، به لطف پیشرفت سیستم‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری، AR  بیش از گذشته در صنعت مورد توجه قرار گرفته است.

به طور کلی، یک سیستم AR شامل چهار مولفه‌ی سخت‌افزاری است. (۱) رایانه، (۲) دستگاه نمایشگر، (۳) دستگاه ردیابی و (۴) دستگاه ورودی.

رایانه نه تنها مسئولِ مدل‌سازی افزونه‌ها و کنترل تمامیِ دستگاه‌های متصل است، بلکه وظیفه‌ی تنظیم موقعیت افزونه‌ها در محیط واقعی را نیز با توجه به موقعیت کاربر دارد (موقعیت کاربر با استفاده از اطلاعات جمع آوری شده توسط دستگاه ردیابی به دست می‌آید).  

برای نمایش افزونه‌ها بر روی دید واقعی کاربر، یک دستگاه نمایشگر لازم است. انتخاب دستگاه نمایشگر به نوع تعامل بستگی دارد. پرکاربردترین فناوری‌ها عبارتند از:  نمایشگر سربند (HMD) که کاربر بر روی سر خود قرار می‌دهد، صفحه نمایش دستی (HHD) ، مانند رایانه لوحی یا تلفن هوشمند، یا نمایشگرهای فضایی (SD) ، که با استفاده از چندین پروژکتور طراحی شده است.

دستگاه ردیابی وظیفه ردیابی موقعیت و جهت‌گیری دقیق کاربر را بر عهده دارد و سپس افزونه‌ها را به درستی در موقعیت‌های مورد نظر خود قرار می‌دهد. دستگاه رایانه به هنگام تعامل کاربر با اشیا در دنیای واقعی، از اطلاعات جمع‌آوری شده توسط دستگاه ردیابی استفاده می‌کند، سپس با پردازش حرکات، اشارات و فعالیت‌های وی به کاربر کمک می‌کند.

دستگاه ورودی برای ایجاد امکان تعامل کاربر با سیستم استفاده می‌شود. برخی از نمونه‌های دستگاه‌های ورودی عبارتند از: میکروفون، پد لمسی، دستگاه‌های بی‌سیم، ماوس و دستگاه‌های لمسی (haptic).

انتخاب هر یک از این مولفه‌های سخت‌افزاری، به سناریوی کاربرد AR بستگی دارد. برای تکنسین‌هایی که در یک کارخانه کار می‌کنند، منطقی‌ترین انتخاب«نمایشگر سربند بی‌سیم» است، چرا که این تکنسین‌ها در بیشتر کارهای خود به هر دو دست خود نیاز دارند. بنابراین صفحه‌های نمایش دستی در این نوع از کاربردها کارآمد نیستند. علاوه بر این، نمایشگر سربند، از قابلیت‌های جابه‌جایی برخوردار می‌باشد و برای کاربردهای بیرونی مناسب‌تر است.

با این حال، دستگاه‌های موجود در نمایشگرهای سربند؛ به دلیل وزن زیاد، ابعاد بزرگ و وضوح ضعیف، رضایت‌بخش نیستند و گزارشاتی مبنی بر اینکه این دستگاه‌ها پس از مدتی استفاده، سردرد و سرگیجه ایجاد می‌کنند، نیز وجود دارد. اپراتورهای تعمیر و نگهداری نیز در استفاده از نمایشگرهای سربند بزرگ در محیط کارشان با مشکل روبرو شدند.

از طرف دیگر، ویژگی‌های صفحه‌های نمایش دستی، مانند دوربین با وضوح بالا و سنسورهای مختلف قدرتمند، آن‌ها را کاربردی ساخته اما از طرف دیگر قدرت پردازشی محدود آن‌ها، مشکل‌ساز است. بنابراین، در بیشتر موارد محققان، یک معماری کلاینت-سرور (یک ساختار رایانش توزیع‌شده است که وظایف یا حجم کار را بین سرویس‌دهنده‌ها و سرویس‌گیرنده‌ها تقسیم می‌کند.) را جهت بهبود عملکرد صفحه‌های نمایش دستی، ایجاد می‌کنند.

قرار دادن افزونه‌ها بر روی محیط کاربر به چند طریق انجام می‌شود که این امر نیز بر روی انتخاب دستگاه‌ها تأثیر می‌گذارد. یک راه این است که افزونه‌ها مستقیماً بر روی میدان دید کاربر نمایش داده شوند، که به آن ترکیب اپتیکال (optical combination) گفته می‌شود و باHMD  اپتیکال اجرا می‌شود. تکنیک دیگر میکس ویدئو (video mixing) است. در این تکنیک محیطِ کاربر، توسط یک دوربین ضبط می‌شود و با استفاده از رایانه، پردازش می‌شود و پس از افزودن افزونه‌ها بر روی محیطِ پردازش‌شده، نتیجه بر روی یک مانیتور نمایش داده می‌شود. کاربر به صورت غیر مستقیم، صحنه‌ی واقعی را بر روی مانیتور مشاهده می‌کند.‌ آخرین مرحله، نمایش تصویر است که در آن افزونه‌ها مستقیماً بر روی اجسام فیزیکی قرار می‌گیرند. فناوری‌های مربوطه نیز بر اساس همین تکنیک‌ها نام‌گذاری می‌شوند: فناوری‌های اپتیکال و فناوری‌های ویدئویی.

ردیابی و انطباق ظاهرا مهم‌ترین چالش‌ها در کاربردهای AR هستند. فقط با ردیابی و انطباق دقیق، افزونه‌ها به درستی بر روی شی ظاهر می‌شوند.

در الگوریتم‌های مبتنی بر نشانگر، نشانگرهای دوبعدی (تصویر دوبعدی یا کدQR) با الگوها یا اشکال منحصر به فرد بر روی اشیا واقعی ثبت می‌شوند، درست در قسمتی از شی، که قرار است افزونه‌ها بر روی هم ظاهر شوند. یک افزونه به هر نشانگری که در محیط ثبت شده است، اختصاص می‌یابد و به محض آنکه دوربینِ دستگاه، نشانگرها را تشخیص می‌دهد، افزونه‌های اختصاصی مربوطه بر روی نشانگرها نشان داده می‌شود.

در برخی موارد، استفاده از نشانگرها کارایی ندارد و از این رو، از الگوریتم‌های پیش پردازش مبتنی بر ویژگی‌های طبیعی که به طور گسترده در بینایی رایانه استفاده می‌شوند، بهره‌برداری می‌گردد.

در آخر، الگوریتم‌های مبتنی بر مدل، ویژگی‌های استخراج شده را با یک لیست از پیش تعریف شده از مدل‌ها مقایسه می‌کنند. امروزه تعداد زیادی کیت توسعه نرم افزار (SDK) وجود دارد که به خصوص در جهت سهولت توسعه‌ی برنامه‌های AR ایجاد شده‌اند.

Metaio، Vuforia ، Wikitude، ARToolKit و Hololens محبوب‌ترین کیت‌های توسعه نرم افزار هستند و مشخصات و مستندات مفصلی را ارائه می‌دهند که فرصت توسعه‌ی برنامه‌های AR توسط یک توسعه دهنده‌ی با مهارتِ کم و تجربه‌ی کدگذاری محدود را فراهم می‌سازد.

AR راه‌حل‌های کمکی متعددی را در زمینه‌های مختلف صنعتی فراهم می‌سازد که مدیریت فرآیندها را آسان‌تر می‌کند، به کاهش خطاهای انسانی کمک می‌کند و روش جدیدی برای آموزش افراد و افزایش همکاری به وجود می‌آورد. در ادامه کاربرد AR در عرصه‌های تولید، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

فرآیندهای تولید، با استفاده از مواد اولیه و دانش متمرکز و از طریق ارائه محصولات مناسب، به برآورده‌سازیِ نیازهای انسان می‌پردازند. به دلیل ماهیت پویا و رقابتی دنیای تجاری امروز، شرکت‌ها با چالش‌های مدیریت هزینه، زمان، کیفیت و انعطاف‌پذیری مواجه هستند. از آنجا که شرکت‌ها باید محصولات نوآورانه خود را در مدت زمان کوتاه و با هزینه کم به بازار عرضه کنند، فرایندهای تولید آن‌ها باید پاسخگو و سیستماتیک باشد.

علاوه بر این، تبادل بلادرنگ اطلاعات بین تقریبا تمام مراحل چرخه عمر محصول، از جمله طراحی، برنامه‌ریزی، مونتاژ، تعمیر و نگهداری و … ضروری است. همچنین ضرورت وجود این تبادل برای کاهش زمان تولید و هزینه و همچنین سفارشی‌سازی گسترده محصولات با توجه به نیازهای مشتریان اجتناب‌ناپذیر است. تولید دیجیتال با فراهم‌سازی تبادل بلادرنگ اطلاعات، زمان و هزینه را بهینه کرده و همچنین همکاری بین مراحل چرخه عمر توسعه محصول را ممکن می‌سازد. استفاده از پشتیبانی کامپیوتری در سیستم‌های تولیدی، نه تنها مدیریت خطا را کاهش می‌دهد، بلکه فرایندهای تصمیم‌گیری را نیز بهبود می‌بخشد. یکی از راه‌حل‌های نوآورانه و موثر در سیستم‌های تولیدی پشتیبانی شده توسط کامپیوتر، فناوری AR است.

از فناوری AR در جهت بهبود فرایندهای تولید استفاده می‌شود، این فناوری در جهت کمک به حل مشکلات بحرانی یا جلوگیری از دوباره‌کاری‌ها و اصلاحات بعدی در فعالیت‌هایی مانند طراحی، برنامه‌ریزی و … و قبل از انجام فرآیندهای واقعی استفاده می‌گردد. AR به کاربران اجازه می‌دهد تا به طور مستقیم، اطلاعات بلادرنگ مربوط به فرایندهای تولید را دریافت کرده و با محیط کار ارتباط برقرار کنند، استفاده از این فناوری به خصوص در تعمیر و نگهداری، آموزش، مونتاژ، طراحی محصول، برنامه‌ریزی چیدمان و سایر فعالیت‌های تولیدی بسیار مفید است.

نسل چهارم تولید تاثیر مطلوبی بر اقتصاد جهانی خواهد داشت که البته متاثر از غفلت  در سرمایه‌گذاری است. موج فناوری آتی، پتانسیل ایجاد چرخه کاملی از افزایش سرمایه‌گذاری، نرخ سریع‌تر بهره‌وری و رشد دستمزد و پرداخت بیشتر را دارد. به نظر می‌رسد در این مسیر کشورهای توسعه‌یافته، هم از نرخ‌های بالاتر سرمایه‌گذاری و رشد بهره‌وری، و هم از سیستم‌های تولید مناسب سیستم‌های ‌تولید محلی،‌ سود بیشتری خواهند برد،. علاوه بر این، علی‌رغم برخی مطالعات که نشان می‌دهد که سیستم تولید آتی منجر به بیکاری ساختاری بالاتر و کاهش درآمد خواهد شد، شواهد و منطق نشان می‌دهد که نرخ بیکاری ساختاری افزایش نخواهد یافت، و نیروی کار سهم قابل‌توجهی از منافع کسب‌شده را دریافت خواهد کرد. بنابراین سیاست‌گذاران باید از توسعه سیستم تولید آتی پشتیبانی کنند.

• نگهداری و تعمیرات

خدمات نگهداری و تعمیرات یکی از مهمترین فرایندهای تولید است. یک عملیات نگهداری و تعمیرات شامل فعالیت‌هایی از قبیل، تجزیه و تحلیل، آزمایش و تست، سرویس‌دهی، ترازبندی، نصب، حذف، مونتاژ، تعمیر یا بازسازی سیستم‌ها است. از آنجایی که محصولات روز به‌روز پیچیده‌تر می‌شوند، حتی مجرب‌ترین کاربران نیز به کتاب‌های راهنما و بروشورهای کاغذی یا رایانه‌ها نیاز دارند تا راهنمایی‌های لازم در خصوص بازیابی اطلاعات و روش‌های نگهداری و تعمیرات را دریافت کرده و هم‌چنین داده‌های مرتبط را در اختیارشان قرار دهد.

وقتی تکنسین‌ها که در سایت‌ها مشغول به فعالیت هستند، با مشکلی روبرو می‌شوند، معمولاً از کتابچه‌های راهنما استفاده می‌کنند و یا از طریق تماس تلفنی یا مراجعه‌ی حضوری به سایر متخصصان، راهنمایی‌های لازم را دریافت می‌کنند. با این حال، این رویکردها از نظر هزینه و زمان ناکارآمد است که حتی ممکن است در نهایت منجر به عدم رضایت مشتری شود. وظیفه‌ی اصلی تکنسین‌ها تعمیر است، حال اینکه، در این رویکردها، تمرکز تکنسین‌ها به جای تعمیر، بر روی دریافت اطلاعات از منابع مختلف و تطبیق این اطلاعات با تجهیزات است، که این مساله میزان بارِ کاری تکنسین‌ها را افزایش می‌دهد.

یکی دیگر از مشکلاتِ کتاب‌های راهنمای کاغذی، این است که این کتاب‌ها با گذشت زمان و با توجه به اصلاحات محصولات در طول چرخه عمرشان، تغییر نمی‌کنند. بنابراین، رویه‌های استفاده و نقشه‌های ارائه شده در دفترچه‌های راهنما باید به روز شوند، که این مساله همچنین باعث ایجاد هزینه و هدررفت زمان می‌شود. به منظور حل این مشکل، دستورالعمل‌های ارائه شده در کتابچه‌های راهنما با اطلاعات به روز شده در مورد محصولات، در سیستم AR در دسترس قرار می‌گیرند.

مرور ادبیات کاربرد فناوری AR در پشتیبانی از فعالیت‌های نگهداری و تعمیرات، نشان‌دهنده‌‌ی کاربر گسترده‌ی این فناوری در این حوزه است. مطالعات حاکی از آن است که AR می‌تواند به عنوان یک مکانیزم پشتیبان در فعالیت‌های نگهداری و تعمیرات استفاده شود. جایی که سیستم‌ها نیازمند فعالیت‌های تشخیصی و تجزیه و تحلیل هستند، فناوری ARمی‌تواند اطلاعات مجازی را نشان داده و مراحل بررسی را نمایش دهد.

پس از مرحله‌ی تجزیه و تحلیل، اپراتورها و کارگران خدماتی قادرند تا از طریق برقراری ارتباط با متخصص، فرایند تشخیصِ نقص را تسریع کنند. در این فرایند، فناوری AR قادر است تا آنچه در میدانِ دید کارگر قرار دارد را با متخصصی که از راه دور، فرایندِ تشخیصِ نقص را کنترل می‌کند، به اشتراک گذاشته و متخصص را قادر می‌سازد تا مولفه‌های نقص موردنظر را شناسایی کند. سپس این متخصص می‌تواند با استفاده از ابزارهایی نظیر حاشیه نویسی متن و اشکال هندسی مختلف، کارگر را پشتیبانی کند تا اقدامات لازم را به درستی انجام دهد. سرانجام، کارگر با پیروی از دستورالعمل‌های افزوده شده که توسط متخصص ارائه می شود، مشکل را برطرف می‌کند.

یکی از مزایای استفاده از برنامه‌های  ARدر پشتیبانی از وظایف تعمیر و نگهداری، آن است که از رفت و آمدها و جابه‌جایی‌های تکراری افراد جلوگیری می‌کند. کاربران به ازای وظایف مختلف و در مواجه با مسائل گوناگون، مجبورند تا به کتابچه‌های راهنمای جداگانه مراجعه کنند، این مساله منجر به بی‌دقتی و خستگی آن‌ها می‌شود و انرژی آن‌ها را هدر می‌دهد. فناوری AR قادر است تا حجم وسیعی از اطلاعات موردنیاز و مرتبط با هر وظیفه را در محیط کارِ کاربران نمایش دهد که همین ویژگی، استفاده از فناوری AR را در وظایف نگهداری و تعمیرات ضروری می‌کند. اطلاعات فوق الذکر می‌توانند به صورت حاشیه‌نویسی متن، انیمیشن، فیلم، عکس یا مدل‌های سه بعدی تولید شده توسط رایانه به نمایش در بیایند. بنابراین، با استفاده از برنامه‌های AR محتوای بیشتری نسبت به کتابچه‌های راهنمای کاربر ارائه می‌شود. در چنین وظایفی، کاربر به یک رایانه‌ی پوشیدنی مجهز شده و اطلاعات لازم در موردِ شی مورد بازرسی را درست در بالای شی مشاهده می‌کند (این اطلاعات به صورت مجازی بر روی شی ظاهر می‌شوند)، سپس به صورت گام به گام اقدامات لازم را انجام داده و در مواقعی که در مورد نحوه‌ی انجام کار سوال داشته باشد، قادر است تا نحوه انجام کارها را از طریق این رایانه‌ی پوشیدنی مشاهده نماید. استفاده از فناوری AR در این‌گونه از وظایف منجر به کاهش خطاها و زمان اتمام کار می‌گردد.

فناوری AR  همچنین امکان همکاری بلادرنگ را نیز فراهم می‌سازد. حوزه‌ و میدان دید یک تکنسین را می‌توان از طریق یک شبکه مشترک در اختیار یک متخصص قرار داد. در چنین موقعیت‌هایی معمولا یک دوربین سر (head camera) به صورت زنده از میدان دیدِ تکنسین فیلم‌برداری می‌کند. داده‌های ویدئویی که در اختیار متخصص قرار می‌گیرد، وی را قادر می‌سازد تا مشکل را از راه دور کنترل کرده و با به اشتراک گذاشتن افزونه‌ها از طریق شبکه، دستورالعمل‌های لازم را در اختیار تکنسین قرار ‌دهد.

رویکرد همکاری بلادرنگ همچنین منجر به تشویق تکنسین‌ها به دریافت نظر متخصصین از این طریق می‌شود. به محض استفاده از این رویکرد تکنسین‌ها در می‌یابند که برطرف‌سازی مشکلات از این طریق بسیار ساده‌تر و بهتر از به خاطر سپردن دستورالعمل‌های موجود در کتابچه‌های راهنمای جداگانه است، این تجربه‌ی خوب باعث می‌شود که آن‌ها در صورت مواجه شدن با مشکل مشابه در آینده نیز از همین رویکرد استفاده نمایند. تعمیر و نگهداری مبتنی برAR ، نشانه‌های مکانی را در اختیار متخصص از راه دور و تکنسین قرار می‌دهد، که این نشانه‌ها به طور معمول در سیستم‌های کنفرانس از راه دور از بین می‌روند. جزئیاتی که از طریقِ تعمیر و نگهداری مبتنی بر  ARدر اختیار اپراتورها قرار می‌گیرد، افزایش ایمنی کاربران را به دنبال دارد، به طور مثال می‌توان قسمت‌های گرم و برقی خطرناک محصول را برجسته کرد تا از خطر لمس آن‌ها جلوگیری شود.

علاوه بر این، افزونه‌ها نقش مهمی در درک جزئیاتِ محصولات پیچیده توسط کاربران دارند. حتی ساده‌ترین شکلِ افزونه‌ها می‌تواند کیفیت و کارایی فرایندهای نگهداری و تعمیرات را بهبود بخشد. به طور مثال یک رایانه را به عنوان یک محصول پیچیده درنظر بگیرید، در سال ۲۰۰۵، یک برنامه ساده جهت نگهداری و تعمیرات رایانه به وجود آمده است که در آن کاربر به یک نمایشگر سربند (HMD) مجهز می‌شود که این نمایشگر شامل یک دوربین، جهتِ شناسایی اجزای رایانه است. کاربر یک مولفه‌ی خاص در رایانه را با استفاده از نشانگرهای فیزیکی مشخص می‌کند و سیستم، اطلاعات نگهداری و تعمیرات را از طریق افزونه‌های مرتبط نمایش می‌دهد.

سازوکارِ روند تعمیر و نگهداری در برنامه‌ی فوق بدین ترتیب است که تصویری واقعی از رایانه که توسط دوربین ضبط شده است و اطلاعات مربوط به آن تصویر به رایانه‌ای جداگانه انتقال داده می‌شود، با قرار دادن اطلاعات مجازی از جمله نام اجزای رایانه در موقعیت‌های مربوطه، تصویر بازسازی می‌شود. پس از انتقال تصویر نهایی به صفحه نمایش قرار گرفته بر روی سر، کاربر در نهایت می‌تواند اقدامات لازم را با کمک افزونه‌ها انجام دهد.

استفاده از نشانگرها برای ردیابی و شناسایی قطعات در یک محصول پیچیده، ممکن است در بعضی موارد کارآمد نباشد، زیرا نشانگرها قسمت‌هایی از فضای کار را می‌پوشانند و دوربین نیاز به یک دید کامل دارد. بنابراین، حذف نشانگرها ممکن است در بیشتر مواقع، شرایط بهتری را ایجاد کرده و رضایت‌مندی بیشتری را از منظر کاربر به همراه داشته باشد. در ادبیات موضوع به کاربردی از واقعیت افزوده بدون نشانگر در عملیات نگهداری و تعمیرات در صنعت خودرو اشاره شده است که در آن از یک صفحه نمایش اپتیکال استفاده می‌شود، این صفحه‌ی نمایش به صورت بی‌سیم با یک برنامه AR در یک نوت‌بوک استاندارد ارتباط برقرار می‌کند. الگوریتم ردیابی بدون نشانگر بر اساس ویژگی‌های دو بعدی تصاویر مربوط به ویدئوی به دست آمده از دوربین نصب شده بر رویHMD  و مدل‌های CAD مرتبط کار می‌کند. هنگامی که سیگنال دوربین فیلمبرداری به نوت‌بوک منتقل می‌شود، افزونه‌های مورد نیاز و دستورالعمل‌های تعمیر مجازی، برچسب‌گذاری‌های مرتبط و انیمیشنی از مراحل تعمیرات به ویدئو اضافه شده و در نهایت به HMD ارسال می‌شود. این سیستم به کاربران این امکان را می‌دهد تا وظایف نگهداری را بدون هیچ گونه مداخله‌ای در محیط انجام دهند.

همانطور که قبلا اشاره شد، انتخاب دستگاه‌ها و نمایشگرها در جهت بهبود و تقویت تجربه کاربر، فاکتوری مهم است. از آنجا که بیشتر نمایشگرهای نصب شده روی سر شامل اجزای سخت افزاری مختلفی مانند سنسورها و دوربین‌ها هستند، از نظر اندازه، بزرگ بوده و وزن بالایی دارند و حتی ممکن است وضوح پایینی داشته باشند. در ادبیات موضوع در رابطه با این مشکل تدابیری وجود دارد، استفاده از یک بازوی رباتیک حامل دوربین و پروژکتور که در فضای کارِ کاربر قرار گرفته و تصاویر و ویدیوهایی زنده را ضبط و از طریق شبکه به متخصص منتقل کند، پیشنهاد می‌شود.

• مونتاژ

عملیات مونتاژ شامل دستکاری و اتصال قطعات جداگانه به منظور تشکیل یک کل است. به خصوص برای محصولات پیچیده، که تعداد قطعات در آن‌ها زیاد است، مدیریت مونتاژ می‌تواند جزء وظایف دشوار به حساب آید.

همانند فرایندهای تعمیر و نگهداری، عملیات مونتاژ نیز شامل چندین مرحله است، مانند (۱) تجزیه و تحلیل، که در آن کارگر از سایت بازدید می‌کند و تمام اطلاعات مربوط به کار را جمع‌آوری کرده و برای مونتاژ برنامه‌ریزی می‌کند. (۲) تشخیص، که در آن کارگر وظیفه‌ی موردنظر را با مهارت‌های خود تطبیق می‌دهد. و (۳) حل، که در آن ابزار پشتیبانی آماده شده شامل دستورالعمل برای انجام مونتاژ به کارگر تحویل داده می‌شود. مرحله حل، مناسب‌ترین مرحله برای استفاده از AR می‌باشد. برنامه‌های مونتاژ AR، اشیا مجازی را با محیط واقعی ترکیب می‌کنند تا روند طراحی و برنامه‌ریزی مونتاژ را بهبود بخشد. در انجام یک کار مونتاژ، با قرار دادن اطلاعات و دستورالعمل‌های پی‌درپی در میدان دید کارگران، می‌توان زمان اتمام مونتاژ و میزان هدررفت انرژی را کاهش داد. طراحی محتوای مجازی برای دستورالعمل‌های پی‌درپی وظایف مونتاژ مهم است، به طور مثال ارائه‌ی دستورالعمل‌های بسیار تکراری در فرایند مونتاژ ضروری نیست، مگر اینکه این دستورالعمل‌ها در زمینه‌های مختلف یا با اشیا مختلف در حال اجرا باشد.

ابزارهای پشتیبانی مانند کتابچه‌های راهنمای کاغذی یا الکترونیکی، نقشه‌ها یا نمودارها، اغلب از تجهیزات جدا می‌شوند. از این رو، کارگران معمولاً باید تمرکز خود را هم بر روی دستورالعمل‌ها و هم بر روی قطعات مونتاژ شده قرار دهند، که باعث از دست رفتن زمان، افزایش خطاهای مونتاژ، حرکات تکراری و کاهش بهره‌وری می‌شود. فناوری AR اجازه می‌دهد تا کارگر اطلاعات مجازی مرتبط را دقیقا در محلی که  عملی را انجام می‌دهد، مشاهده کند، که نتیجه آن کاهش تمرکز کارگر نیست. اگر دستورالعمل‌ها به صورت انیمیشن سه بعدی طراحی شده باشند، آنگاه کارگر می‌تواند عملیات مونتاژ را از زوایای مختلف مشاهده کند. یادگیری سریعتر کارهای ساده مونتاژ، بدون مراجعه به مطالب آموزشی جداگانه از دیگر دستاوردهای استفاده از فناوری AR  در این حوزه است.

• عملیات مشارکتی

فناوری AR همچنین در عملیات مشارکتی از جمله، طراحی محصول، جلسات طراحی در یک مکان مشترک یا جلسات طراحی از راه دور، طراحی بازی‌ها و … استفاده می‌شود. جلسات طراحی به امکاناتی نظیر: یک مکان فیزیکی جهت ارتباطات رو در رو، یک دستگاه پرزنت و ارائه، اسناد یا دفترها و دسترسی به اینترنت نیاز دارند. از طرفی دیگر استفاده از فناوری AR در این جلسات، امکاناتی نظیر دسترسی یکپارچه به تمامیِ داده‌های دیجیتال، تجسم محتوای سه بعدی، قابلیت تعامل با داده‌های دیجیتال و همکاری از راه دور را می‌طلبد. معمولا بیش از یک طراح در فرآیند طراحی محصول درگیر می‌شوند، به منظور اثربخشی فرآیند طراحی مشارکتی، بهتر است طراحان از آگاهی خوبی نسبت به یکدیگر و تعامل فشرده‌ای بین خودشان برخوردار باشند. همچنین متخصصان یا طراحان در مکان‌های مختلف می توانند محصول یا مدل سه بعدی مورد نظر را از طریق یک محیط اشتراک‌گذاری اطلاعات، که می‌تواند به صورت فیلم زنده باشد، به اشتراک گذاشته و با یکدیگر تعامل داشته باشند. از آنجا که کاربران هنگام کار بر روی مدل‌های مجازی می‌توانند به طور هم‌زمان دنیای واقعی را مشاهده کنند، احساس راحتی و امنیت بیشتری دارند.

در صنعت خودرو و هوا فضا، از آنجا که فرآیندهای طراحی و توسعه از مراحل تکراری بسیاری تشکیل شده است، قطعات یک محصول باید از نظر هندسی و عملکردی با یکدیگر متناسب باشند و برای فرآیندهای تولید و سرویس آماده شوند. همکاری در فرایند طراحی و توسعه محصول در این حوزه ضروری به نظر می‌رسد و در نتیجه توسعه‌ی یک سیستم AR مشارکتی در این حوزه ارزش‌آفرین است.

مراحلِ طراحی شامل در نظر گرفتن تمامی نیازهای فرایندها و یافتن بهترین راه حل است. در تمامیِ این مراحل، طیف وسیعی از فرایندهای تصمیم‌گیری انجام می‌شود، که به طور واضح توسط یک شخص صورت نمی‌گیرد. هم‌چنین، در بیشتر شرکت‌ها، جلسات مکرری با متخصصان برگزار می‌شود که هدف آن تصمیم‌گیری است. در تمامیِ این جلسات، طراحان، توسعه‌دهندگان و یا متخصصان از داده‌های دیجیتال (به عنوان مثال، مدل‌هایCAD ، ماکت‌های فیزیکی یا نمونه‌های اولیه) استفاده می‌کنند که ساخت آن‌ها زمانبر و پرهزینه است. استفاده از یک سیستم AR مشارکتی در این جلسات منجر به کاهش هزینه‌ها می‌شود.

یک سیستم توسعه یافته‌ی AR نظیر MagicMeeting، یک سیستم AR مشارکتی است که در آن گروهی از متخصصان قادرند تا در مورد طراحی یک محصول بحث کنند. در این سیستم، نسخه دیجیتالی شی مورد نظر به منظور طراحی بر روی صفحه‌ای با نشانگر، نمایش داده می‌شود و کارشناسان می‌توانند با استفاده از یک رابط کاربری قابل لمس با شی مجازی تعامل داشته باشند.

در این سیستم همه‌ی متخصصان از HMD استفاده می‌کنند و تصویر ضبط شده توسط دوربین خارجی را به همراه افزونه‌ها مشاهده می‌کنند. یکی از جذاب‌ترین عملکردهای این سیستم این است که می‌توان تعداد نامحدودی از دسکتاپ‌های دو بعدی مجازی را در صحنه AR قرار داد که با آن یک متخصص می‌تواند نمایش دوبعدی مدل سه‌بعدی را مانند برنامه‌های دسکتاپ دوبعدی سنتی ببیند و تغییراتی را در مدل ایجاد نماید. اصلاح و ایجاد تغییرات اساسی بدون ایجاد یک مدل فیزیکی واقعی آسان‌تر است.

عملیات اشتراکی و فناوری AR نیز به منظور اهداف آموزشی مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این رویکرد شیوه‌های تعامل معلم و دانش آموز را تحت تاثیر قرار می‌دهد، درک دانش‌آموزان را ارتقا بخشیده و سرعت انتقال مفاهیم در فرایند یادگیری را افزایش می‌دهد. نتایج آزمایشات انجام شده نشان می‌دهد که این نوع از محیط‌های آموزشی دارای مزایای بسیاری است که ممکن است تعاملات سنتی دانش آموز و معلم را در آینده تغییر دهد.

• آموزش

در راستای بهبود توانایی، بهره‌وری و عملکرد کاربران یا کارمندان، وظایف آموزش برای شرکت‌ها بسیار مهم است. آموزش، هزینه‌های زیادی را برای شرکت‌ها ایجاد می‌کند. شرکت‌ها، بودجه‌های کلانی را به تولید مدل‌های مجازی اختصاص می‌دهند. از این مدل‌های مجازی در جهت آموزش کارکنان استفاده می‌شود تا زمان اجرا کاهش یافته و از خطاهای احتمالی سرمایه‌گذاری جلوگیری شود. علاوه بر این، اگر تجهیزات واقعی بیش از حد پیچیده باشند، از آنجایی که مدل‌سازی یک عمل گران محسوب می‌شود، تمام قسمت‌‌های تجهیزات مدل‌سازی نمی‌شوند. این وضعیت ممکن است باعث سردرگمی کارمند شود.

تکنسین های باتجربه معمولاً روش خاصی برای رسیدگی به مشکلات یا انجام وظایف دارند و متعاقبا روش منحصر به فردی برای آموزش یک کار دارند. این عوامل ممکن است در رویه های آموزشی پوشش داده نشوند و تکنسین‌های تازه‌کار توسط متخصصان یا مربیان دیگر به‌گونه‌ای متفاوت آموزش ببینند. به منظور استانداردسازی رویه‌های آموزش، می‌توان سیستم AR را توسعه داد. با استفاده از راه‌حل‌های مبتنی برAR ، سطح پیشرفته‌ای از اطلاعات به صورت بلادرنگ در اختیار کارگران تازه‌کار قرار می‌گیرد که می‌تواند خطاهای احتمالی را کاهش دهد. علاوه بر این، با استفاده از سیستم  ARمی‌توان اهداف آموزشی را به جای یک محیط شبیه‌سازی، در یک محیط کار واقعی پیش برد و با امکان بازخورد بلادرنگ آنلاین، فرایند آموزش را ارتقا بخشید.

فناوری AR  ابزاری است که در فرآیندهای آموزش مختلفی مورد استفاده قرار گرفته است. در سال ۲۰۰۵، یک سیستم  ARدرجهت آموزش رانندگان در مورد حوادث غیرمترقبه یا شرایط مختلف محیطی که موقعیت‌های خطرناکی را برای رانندگان ایجاد می‌کند، مورد استفاده قرار گرفت که بهبود مهارت‌های رانندگی را با خود به همراه داشت. این سیستم، سناریوهای مختلف را به وسیله‌ی انیمیشن و از طریق نمایشگرهای نصب شده در سر، نمایش می‌دهد. این سیستم در داخل اتومبیل و توسط مربی و کارآموز به هنگام آموزش رانندگی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. آموزش از راه دور نیز یکی از کاربردهای مهم فناوری AR است.

نتیجه‌گیری

سیستم‌های سخت‌افزاری و نرم افزاری AR با سرعت قابل توجهی در حال پیشرفت هستند، با این حال، هنوز هم مشکلات متعددی در رابطه با این فناوری‌ها وجود دارد: از جمله ردیابی و ثبت، وضوح و میدان دید محدود HMD ها، مصرف زیاد باتری و … . به منظور بهره‌برداری کامل از فناوری AR در صنعت و همچنین پذیرش آن توسط مردم، این مشکلات باید حل شوند. همچنین نیاز به ساخت دستگاه‌های AR کوچکتر، با قابلیت حمل بهتر، سبک‌تر و ارزان‌تر وجود دارد که رشد سریع برنامه‌های AR را نیز امکان‌پذیر می‌کند. با این حال، مزایای AR در کمک به افراد بیشمار است. ارائه‌ی راهنمایی‌های دیجیتال یا انیمیشن‌های آموزشی در صحنه‌ی واقعی‌، این فناوری را به یکی از مهمترین فناوری‌ها در دهه‌ی آینده تبدیل می‌کند. AR یکی از فناوری‌های نوین است که امکان همکاری تعاملیِ از راه دور را برای افراد ایجاد می‌کند، در هزینه‌های ساخت و آموزش صرفه‌جویی کرده، خطاهای عملیاتی و زمان لازم جهت معرفی محصول را کاهش می‌دهد.

به منظور بهبود وضعیت فعلی AR در صنعت، باید ابزارهای نوشتن (authoring tools) به منظور افزایشِ سهولت روندِ تهیه‌ی محتوای دیجیتال توسعه یابند، زیرا تولید کتابچه‌های دیجیتال، مدل‌های سه‌بعدی اشیا یا انواع دیگر افزودنه‌ها، به زمان و سرمایه‌گذاری قابل توجهی نیاز دارند. علاوه بر این، واقعیت ترکیبی (Mixed Reality) یا به اختصار MR باید به منظور اهداف صنعتی مورد استفاده قرار گیرند (واقعیت ترکیبی نتیجه ترکیب دنیای فیزیکی با دنیای دیجیتال است، اشیای مجازی را به دنیای واقعی متصل می‌کند و کاربر را قادر می‌سازد تا با اشیاء مجازی تعامل داشته باشد). MR محتوای مجازی را همانند AR به صحنه واقعی اضافه می‌کند، اما محتوای مجازی را در محلی در محیط واقعی به صورت ثابت نگه می‌دارد، تعامل کاربر با رایانه و کاربر با کاربر را تسهیل می‌کند و به عنصرهای مجازی اجازه می‌دهد تا همانند عنصری واقعی رفتار کنند. به عنوان مثال، با دستگاه HoloLens، پیشرفته‌ترین دستگاه MR در بازار فعلی، می‌توان نمایشی مجازی از یک شخص را که از راه دور به سیستم متصل است، ایجاد کرد و آن را به عنوان یک افزونه در صحنه‌ی واقعی به نمایش درآورد. از آنجا که HoloLen ها می‌توانند موقعیت و حرکات کاربر را ردیابی کنند، ژست‌ها و حرکات همان شخص را می‌توانند به نمایش مجازی آن شخص نیز اضافه نمایند. این فناوری پتانسیلِ کاربرد زیادی در صنعت دارد. به عنوان مثال یک تکنسین را درنظر بگیرید که بر روی موتور اتومبیل کار می‌کند و برای دسترسی به محتوای AR از HMD استفاده می‌کند، این تکنسین با بهره‌گیری از واقعیت ترکیبی می‌تواند یک شخصیت مجازی را به صحنه‌ی واقعی اضافه کند که تکنیک و نحوه‌ی انجام وظیفه را نمایش داده یا دستورالعمل‌های شفاهی را ارائه دهد.

فناوری AR، واقعیت افزوده، ،صنعت ۴.۰

[۱]Industry 4.0: Managing The Digital Transformation, https://www.springer.com/gp/book/9783319578699

[۲] https://learn.g2.com/history-of-augmented-reality