تقنية الواقع الافتراضي وتطبيقاتها Virtual Reality Technology and its Applications

أن هذه التقنية ما هي إلا محاولة لجعل المستفيد أو المستخدم لتقنية المعلومات، بكل ما تحمله من مستجدات وتحديث لها، من أجهزة الكمبيوتر الشخصية أو خوادم الملفات أو شبكة العمل أوالبرامج التطبيقية، من أن يعيش بيئة افتراضية تحاكي الواقع Virtual Reality Simulation الذي يجب أو يتوقع أن يكون عليه. ولكي نعطي مفهوم المحاكاة ثقله الذي يستحقه أمامنا طريقان: إما محاكاة شيء ملموس بهدف إدخال تحسينات على نظام معين قبل البدء بتطبيقه عمليا، أو أن تكون المحاكاة لشيء غير موجود أصلا وإنما مجرد أفكار يعمل الباحثون والمطورون على اختراعها مستقبلا، وفي كلتا الحالتين نحتاج إلى ما يسمى بتقنية النمذجة Modeling بحيث يتم صنع نموذج لطائرة مثلا تتم محاكاتها لكي تصبح واقعا في المستقبل. وهنا تكمن أهمية هذه المحاكاة في تقليد الواقع الفعلي خاصة في صناعات ذات أهمية عالية مثل صناعة الطائرات المدنية والحربية والسفن والمباني الشاهقة الارتفاع وهكذا.
كما تستخدم هذه التقنية في التدريب على الطيران وقيادة السفن على سبيل المثال. لقد ساعد التطور والتقدم في تقنية المعلومات من أجهزة وبرامج على إعطاء تقنية الواقع الافتراضي دفعة هائلة للأمام. فمن الممكن جعل جهاز كمبيوتر واحداً أو خادم ملفات يبدوان وكأنهما أكثر من جهاز أو خادم ملفات، مما يجعل ذاكرة الجهاز تبدو وكأنها أكثر مما هو موجود فعلا. كما يمكن تجزئة خادم ملفات واحد إلى أكثر من خادم ملفات وهو ما يسمى Multiple Virtual Servers مع إعطاء كل منها خصوصيته في التخزين والذاكرة والمعالجة. مما يعطي جهة ما إمكانية تطبيق مبدأ المشاركة وإعادة توزيع موارد تقنية المعلومات لديها.كما أن مراكز البيانات Data Centers (أماكن تواجد خوادم الملفات والتطبيقات) تستطيع على سبيل المثال، إعادة توزيع تطبيقات معينة عليها زخم وكم هائل من البيانات والمعالجة في وقت واحد Data & Processing إلى معالج أو حيز تخزين آخر لا يوجد عليه عبء كبير، وكأن لكل تطبيق خادم ملفات خاصاً به.
وبذلك نكون قد تمكنا من تشغيل أكثر من تطبيق حتى وإن لم يكن بينهم أي توافق أو تشابه دون حدوث اي مشاكل ذات صلة بالتوافق. وهنا نكون قد تمكنا من تشغيل تطبيقات أكثر على عدد أقل من الأجهزة والأهمية في ذلك هو أننا نشغل هذه الأجهزة بأقصى طاقة وكفاءة ممكنة، وفي نفس الوقت تمنحنا المرونة في التعامل مع ما هو متوفر من إمكانيات في اللحظات الحرجة وتقليل مخاطر الفشل Redundancies، كما تقوم بعمليات Mirroring للحفظ الأحتياطيBack up للبيانات المخزنة وتوفير البديل في حال وقوع الفشل في نظام الحفظ. كما أن هذه التقنية تمكننا من وضع أكثر من نظام تشغيل على نفس خادم الملفات وفي حال حدوث توقف في أحد هذه الأنظمة فإن باقي الأنظمة لن تتأثر بهذا العطل. ومن الفوائد الأخرى التي تتوفر للعاملين على صيانة وتقديم الدعم الفني لهذه الخوادم هي أنها تشترك في نفس التصميم والبناء Architecture و Interface مما يعني سهولة صيانتها وإدارتها.
أن محاكاة الواقع بصورة افتراضية قدمت لنا العديد من الخدمات الإنسانية منها ما هو متعلق بواقع افتراضي لما قد يحصل أثناء وبعد حصول الكوارث الطبيعية كالفيضانات والزلازل والحرائق المتعمدة وغيرها والتي قد تصيب أو تحدث في منطقة ما وكيفية التعامل مع هذه الحالات في حال حدوثها لا سمح الله. كما أن هذه التقنية مفيدة جدا لبرامج التدريب لمختلف التطبيقات وخاصة لتلك التي تتطلب عمليات الإنقاذ وإجراء العمليات الجراحية المعقدة.

العوالم الافتراضية

تعرف العوالم الافتراضية على أنها برامج تمثل بيئات تخيلية ثلاثية الأبعاد يستطيع المستخدم لهذه العوالم ابتكار شخصيات افتراضية تجسده تسمى (avatars) وأيضا بناء وتصميم المباني والمجسمات والقيام بمختلف أنواع الأنشطة والتعرف والتواصل مع أشخاص آخرين من مختلف بقاع العالم.

وفي آخر إحصائية قام بها موقع (Association of Virtual Worlds) وموقعه هو (http://www.associationofvirtualworlds.com/) في شهر مايو الماضي من عام 2008م تبين أن هناك أكثر من 115 عالما افتراضيا مخصصا للكبار والأطفال والمراهقين.

يمكن تصنيف العوالم الافتراضية إلى ثلاثة أنواع هي:

1. بيئة ألعاب واسعة متعددة اللاعبينMassively multiplayer online role play games (MMORPG)

2. الميتافيرس (metaverses)

3. بيئة تعلمية واسعة متعددة المتعلمينmassively multilearner online learning environments (MMOLE)

ففي بيئة (MMORPG) يقوم اللاعب بدور معين للوصول لهدف ما، وخلال تحقيقه للهدف يجني اللاعب النقاط لينتقل من مرحلة لأخرى. يتمثل اللاعبون في هذه البيئة بشخصيات مختلفة وبقدرات معينة، ويعملون في مجموعات أو عشائر ويقومون بمغامرات للوصول للهدف المحدد. ويواجه اللاعبون خلال مغامراتهم مجموعة من الأعداء عليهم مواجهتهم والتخلص منهم، وفي الغالب هؤلاء الأعداء هم عبارة عن شخصيات مبرمجة مسبقاً تعمل بأدوار محددة.

من أشهر مثل هذه البيئات بيئة World of Warcraft وموقعه على الإنترنت هو ([ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] التي استخدمتها بعض كليات الاقتصاد لتدريب الطلبة على المفاهيم الاقتصادية مثل البيع والشراء والمقايضة وغيرها.

أما بيئة الميتافيرس فهي عبارة عن بيئة ثلاثية الأبعاد تسكنها شخصيات تدعى «أفتار (Avatar)» يتحكم بها أشخاص حقيقيون عن طريق لوحة المفاتيح والفأرة. يمكن تشكيل الافتار بالطريقة التي يرغبها صاحبها فليس هنالك حدود للتحكم بالشخصية وتغيير هيئتها. وتختلف بيئة الميتافيرس عن سابقتها بأنه لا يوجد فيها أهداف يسعى اللاعبون لتحقيقها، بل يستطيع أي مستخدم لهذه البيئة عمل الأهداف الخاصة به. يعني ذلك أنه لا توجد في مثل هذه البيئات تنافس أو حروب للوصول لهدف معين. كما أن بيئة الميتافيرس توفر للاعبين إمكانية تشكيل وعمل الأجسام المختلفة وبرمجتها وبيعها على لاعبين آخرين. ومن أشهر بيئات الميتافيرس هي بيئة الحياة الافتراضية (Second life)اً.

آخر نوع من أنواع العوالم الافتراضية هي بيئة (MMOLE) حيث تعتبر هذه البيئة من أحدث البيئات من ناحية الفكرة فهي مخصصة للتعليم. وتعمل كامتداد لنظم إدارة التعلم (Learning Management Systems) ولكن في بيئة ثلاثية الأبعاد. الهدف الأساسي من مثل هذه البيئات هو التعلم، فنجد أن البيئة المحيطة تمثل أحيانا على شكل بيئة فصل دراسي مما يسمح للمعلم التحكم بالمحتوى المعروض والمتعلم من التفاعل مع البيئة المحيطة والتواصل مع أقرانه. وكمثال على مثل هذه البيئات فإن بيئة ProtoSphere وموقعها على الإنترنت هو (http://www.protonmedia.com/) يمكن تخصيصها للعمل مع أنظمة إدارة التعلم أو ربطها مع المحتوى الإلكتروني.

عالم الحياة الافتراضية (Second Life) تصنف كنوع من أنواع العوالم الافتراضية وقد ابتكرتها معامل ليندن الإلكترونية “Linden Research” عام 2003م.

تدور فكرة هذا العالم في تحميل برنامج على الجهاز ويتطلب تركيب البرنامج مواصفات معينة لابد من توافرها في جهاز الحاسب ليعمل البرنامج بكفاءة للاطلاع على المواصفات المثالية ويمكن التوجه لموقع الحياة الافتراضية [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] لمعرفة المواصفات، كما يتطلب البرنامج اتصال سريع بالانترنت، والتسجيل في الخدمة ومن ثم تصنيع شخصيتك أو ما تسمى بالافتار (avatar) والدخول في العالم الافتراضي الذي هيئتها الشركة المنتجة. حيث يمكن التجول في هذا العالم وبناء أجسام من دون الحاجة لكتابة أو تعلم لغة برمجية معينة، كما يمكن خلق صداقات افتراضية جديدة في هذا العالم. ويمتلك اللاعبون في هذا العالم الحقوق الكاملة لممتلكاتهم التي أوجدوها ويمكن بيع أو شراء أي شيء في هذا العالم. لذا فإن العملة المستخدمة في هذه اللعبة تسمى (Linden) ويمكن تحويلها للدولار الأمريكي فعلياً أو شراؤها.

تجارب عربية وعالمية في استخدام الحياة الافتراضية في التعليم والتدريب

عالمياً، فقد تنوع استخدام عالم الحياة الافتراضية بين تمثيل للجامعات من مختلف دول العالم من الولايات المتحدة مثل جامعة هارفرد وستانفورد ومن بريطانيا مثل جامعة Hull وأدنبره ومن إيطاليا وفرنسا وكندا وغيرها، أو توفير خدمات أكاديمية لطلبة وزوار هذه الجامعات في عالم الحياة الافتراضية وهذا ما قامت به كلية الدراسات العليا «يو 21 غلوبال».

فقد قامت الكلية بإنشاء جزيرة افتراضية تدعى (U21Global Island») تقدم تعليماً عالياً لخدمة ما يربو على 9 ملايين مقيم رقمي. وتتمثل أحد المعالم المهمة في الجزيرة في «نهر المعرفة»، حيث يستطيع الزوار القيام ببحث افتراضي على جميع المقالات والأبحاث المبرمجة والتي ألفها المدرسون في كلية يو21 غلوبال. كما أن هناك ميزة أخرى على الجزيرة وهو وجود منطقة تدعى «صندوق الرمل» (Sandbox)، والتي تم تخصيصها للراغبين في إنشاء وعرض إبداعاتهم. أما الهدف من تصميم مثل هذه المزايا فيتمثل في بث روح مبتكرة في العملية التعليمية والتعلمية والإبداعية (من موقع البوابة العربية).

كما يمكن استخدام عالم الحياة الافتراضية في التعليم عن بعد. فقد قام (Ritzema and Harris, 2008) بتصميم معمل لمقرر تصميم الدوائر الرقمية وذلك بتجسيد بعض الدوائر مثل المجمع (adder) وآلة ميلي (Mealy Machine) والطلب من الطلبة القيام بعمل واجباتهم داخل هذا المعمل. في نهاية الفصل الدراسي قام الباحثون بعمل استبيان لمعرفة مدى استفادة الطلبة من المعمل الافتراضي في الحياة الافتراضية لتسهيل فهم عمل الدوائر الرقمية، وكانت النتيجة إيجابية ومشجعة خصوصا أن الدوائر الرقمية التي تم تمثيلها في المعمل الافتراضي سهلت على الطلبة فهم عمل هذه الدوائر وعززت من قدرتهم على التعامل معها.

في تجربة مشابهه قام كل من (Seng and Edirisinghe 2007) من جامعة (Temasek Polytechnic) في سنغافورة بمحاكاة للمفاهيم الصعبة في مادة تراكيب البيانات والخوارزميات مثل مفهوم المصفوفات والحلقات التكرارية. وقد خصصت ساعة من وقت المعمل للدخول على عالم الحياة الافتراضية والقيام بعمل النشاطات المصاحبة لما تم شرحه. وقد أظهرت نتائج اللقاءات مع الطلبة مدى رضاهم من استخدام هذه التقنية في توضيح مفاهيم المادة.

كما يمكن استخدام الحياة الافتراضية في التدريب وتنمية المهارات كما فعلت شركة تومسون نت جي (Thomson Netg)، حيث قامت بتشييد معامل للتدريب على شبكات سيسكو ومايكروسوفت وأخرى لعقد دورات في المهارات مثل مهارة التعامل مع الزبائن ومهارة البيع. أو في تعليم اللغات، حيث قامت مدرسة تعليم اللغات Avatar Languages الافتراضية باستخدام نهج في تعليم اللغات أسمته ( مهام سريالية). «تجمع هذه المهام بين تعليم اللغات عبر الحياة الافتراضية والحياة الواقعية ومصادر تعلّم إلكتروني غنية بالوسائط المرئية والمسموعة وذلك عبر دمج مناهج اتصالية وقائمة على أداء المهام». وبالمثل تأتي فكرة موقع تعليم اللغة الانجليزية [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

كما أن إضافة عالم الحياة الافتراضية لمميزات صوتية تسمح لأعضائها بالحديث بعضهم مع بعض بشكل مباشر مكن المعلمين من توفير دروس أكثر تفاعلية.

بالإضافة إلى ذلك يمكن استخدام الحياة الافتراضية لإقامة المعارض والمتاحف وعقد المؤتمرات والاجتماعات، فالمعارض والمتاحف قد تكون فنية أو طبية أو علمية أو خيالية مثل متحف الرحلات الفضائية الدولية (The International Spaceflight Museum) ومعرض مرضى الزهايمر وغيرها العشرات من المعارض والمتاحف. وأيضا استخدام الحياة الافتراضية لتمثيل المناطق التاريخية مثل مدينة روما ومعبد ايزيس (Temple of Isis) وغيرها.

أيضاً بالإمكان استخدام الحياة الافتراضية لتشييد المباني والتصميم الداخلي. فقد قام طلاب تخصص التصميم الداخلي في معهد GippsTAFE Victoria [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط] في استراليا بعمل مشاريع تصميمية لمنازل سكان الحياة الافتراضية. حيث تم تخصيص لكل طالب مهمة إعادة تصميم غرف منزل زبون في الحياة الافتراضية.وبالمثل يمكن استخدام عالم الحياة الافتراضية في عمل نماذج لتصاميم معمارية وهذا ما قامت به جامعة (Montana State University) مع طلبة قسم العمارة، حيث طلب منهم استخدام عالم الحياة الافتراضية في تجسيد تصاميمهم واختبارها.

أما في مجال المحاكاة فقد قام مدرس باستخدام قدرات عالم الحياة الافتراضية البرمجية لمحاكاة عالم النمل وذلك ببرمجة مملكة نمل افتراضية لتحاكي تصرف النمل في الطبيعة عند البحث عن الطعام. وكل نملة افتراضية مزودة ببرنامج ذكاء اصطناعي تساعدها من تتبع أثرها والبحث عن الطعام وإيصاله للعش. إلى غير ذلك من الاستخدامات المتنوعة والمبتكرة للحياة الافتراضية في مجالات الطب والعلوم الطبيعية والاقتصاد والقانون وإدارة الموارد والعقارات والسياحة والإعاقة وتعلم اللغات وغيرها.

ظهر مصطلح الحقيقة الإفتراضية (Virtual Reality)لأول مره في عالم 1989 م واستطاع أن يدخل ويؤثر في مجالات عده


فها هو يؤثر في مجال التعليم والهندسه والأحوال الجويه وصناعة الألعاب والتسوق والعقارات وعلاج الأمراض النفسيه وإجراء العمليات الجراحية و إنتاج المواقع التي تعتمد على مبدأ هذه التقنية

ما هي الحقيقة الإفتراضية أو ما يطلق عليها أحياناً (VR) ؟

الحقيقة الإفتراضية عباره عن محاكاة للحقيقة والتركيز هنا يكون على الحقيقة الواقعيه وذلك عن طريق برامج مصممه بطريقة تسمح بإشراك حواس الإنسان فيما تعرض بالإعتماد على أجهزة خاصة يتم توفيرها للمستخدم حتى يتصل بجهاز الحاسب ويدخل في أجواء الحقيقة .من هذه الأدوات ,خوذة الرأس أو غطاء الرأس بحيث يرتديها المستخدم ويستمع للأصوات التي تصدر من العالم الإفتراضي وفي الغالب يكون مع الخوذة نظارات تغطي العينين بشكل كامل وتعرض الصور بشكل ثلاثي الأبعاد يجعل المستخدم يراها وكأنها واقع أمامه و هناك قفازات لليدين وحذاء خاص يرتديه المستخدم حتى يتم تحديد موقع اليدين في الفضاء ومكان الشخص من المحيط وكذلك عصا التحكم وغيرها من الأدوات

إذن هناك لباس كامل مجهز ومرتبط بالحاسب الآلي يعمل على تحقيق هدف واحد ,وهو إدخال المستخدم في جو الحقيقة الإفتراضية إلى أقصى حد ممكن فإذا وصل الشخص لدرجة أنه يكون غير قادر على المييز ما بين الحقيقة الواقعيه والحقيقة الإفتراضية نستطيع هنا أن نقول {الهدف تحقق}كما يمكن توسيع النطاق بدل أن يكون لدينا نظارات على العينين فيكون هناك شاشات كبيره تغطي المنطقه ككل وأرضية تسمح بمعرفة حركة المستخدم فنخلق بذلك عالماً افتراضياً كاملاً

فهي تعمل على محاكاة عالم حقيقي بكل ما فيه وتسمح للمستخدم بدرجة عالية من الإحساس في هذا العالم والإندماج فيه ,,

ويمكننا استنتاج فوائد هذه التقنية من خلال تطبيقاتها التي بدأت تأخذ مكانها في الآونه الأخيره , ومن هذه التطبيقات :

أولاً : استخدام الـVR في التعليم وذلك عن طريق تصميم معامل افتراضية يدخل لها الطلاب ويقوموا بإجراء التجارب والإختبارات المعملية بكل يسر وسهوله دون قلق أو خوف من إحداث أخطاء كون لاثمن لهذه الأخطاء فهي تبقى اخطاء افتراضية !!

الأمر الآخر أنها سيتساعد على تثبيت المعلومات كون التطبيق يأتي مباشره بعد تعلم المعلومات ويتيح للطلاب التجربه والممارسه وبالتالي اكتساب الخبره , ومساعدة المعلم على خلق جو من التشويق والحماس

ثانياً : استخدام الـVR في الطب فعن طريقه يستطيع الطبيب التجوال في جسم المريض وتحديد المنطقة المطلوب اجراء عملية جراحية لها ,, وذلك بإدخال كاميرات دقيقه وأجهزة ومصابيح في جسم المريض ,, فهذا بكل تأكيد يقلل من التكاليف ويقلل الجهد والوقت ويقلل من الأخطاء,,,

ثالثاً : استخدامه في المجال العسكري وذلك بمحاكاة جو المعارك وادخال الجنود في جو الحرب مع الأصوات والظروف الحربية الإفتراضية وهذا يعطينا تدريب أكبر ومهاره وقلة أخطاء نتيجة للخبره

رابعاً : استخدامه في الطيران وتدريب الطيارين ,فلا تحطم طائرات بعد اليوم ولا اخفاقات واقعيه للطيارين المتدربين

خامساً : الحقيقة الإفتراضية وسيلة علاجية مؤثره في الطب النفسي حيث أنها ساهمت بشكل كبير في حل مشاكل المرضى النفسيين الذين يعانون مثلاً من رُهاب المرتفعات فيكون علاجهم بوضعهم على قمة جبل مثلاً وتعويدهم على هذه الأماكن

سادساً : يفيد الـVR في عمل ما لا يمكن عمله على الواقع كما فعل العلماء حين حاولوا استكشاف كوكب الزهره والذي تبلغ درجة حرارته 460 درجة مئويه وذلك عن طريق محاكاته بأخذ صور من الفضاء وتصميم العالم الإفتراضي

سابعاً : جهاز نانومانبيولاتور جهاز يعمل على مبدا الـVR يستفيد منه العلماء في تكبير الجزيئات المتناهية الصغر وعن هذا الجهاز يقول أحد العلماء هذا الجهاز يشعرك بأنك تطير بين الجزيئات، ويجعل الكروموزومات تبدو هائلة مثل حجم سلسلة جبال

ثامناً : قامت جامعة نورث كارولاينا الأميركية بمحاكاة متحف الفنون بحيث يتجول الزائر في هذا المتحف وكأنه داخله بشكل واقعي

تاسعاً : دخول الحقيقة الإفتراضية في مجال العقارات تخيلوا معي أن لا حاجة لزيارة مجموعة من الأحياء والتنقل بينها لإيجاد المنزل المناسب فبكل بساطه يتم التنقل افتراضياً بينها ورؤيتها من الداخل والتجوال فيها و أنتم في أماكنكم لم تتحركوا وبغضون دقائق معدوده

عاشراً : اجراء اجتماعات افتراضية وهنا يدخل علم الشبكات في الموضوع

هذا المقطع من حياة تك الذي يشرح كيف تتم العملية

[ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

أحد عشر : التسوق الإفتراضي عن طريق هذه التقنية يمكنكم الدخول افتراضياً للسوبر ماكت واشتراء ما ترغب والجدير بالذكر أن التجوال يكون ثلاثي أبعاد مع مراقبة شديده لتحركاتك بحيث عندما تلتفت يميناً يعرض لك ما يوجد في جهة اليمين وهكذا

اثنى عشر : المواقع 3D القائمة على مبدأ الحقيقة الإفتراضية , لن أتحدث عنها كثيراً سأترك لكم المجال لتجربوها بأنفسكم عن طريق أحد هذه الروابط ( وستلاحظون أنها لا تحدث بطئاً في الإتصال مع أنها مصممه في الغالب ببرامج الثري دي ) وتعتمد هذه المواقع على لغة

VRML Virtual Reality Modeling Language

ويمكننا اعتبار (الحياة الثانية ) تطبيق آخر للحقيقة الإفتراضية

موقع يجمع مجموعة من النماذج [ندعوك للتسجيل في المنتدى أو التعريف بنفسك لمعاينة هذا الرابط]

موقع مزرعةhttp://virtualmarx.com/world.htm

موقع متحف اسلامي و محاكاة مزرعة الطيورhttp://www.projects4arab.com/articles/birdisland.gif

وللمعلومية المواقع لا تعرض بشكل جيد إلا في متصفح الفايرفوكس )

الجدير بالذكر أن تقنية الحقيقة الإفتراضية مكلفة وتحتاج إلى جهد من ناحية التصميم لإعتمادها على برامج التصميم الثلاثية الأبعاد ( كالثري دي ماكس والمايا والسينما فور دي وغيرها ) بالإضافة إلى ارتفاع تكلفة الأجهزة القائمة على الـVRوالتي تصل إلى مائتي ألف (200000) دولار إلا أنها مشروع الغد القريب