تعرف على الواقع الافتراضي Virtual Reality / VR

[omran77]

السلام عليكم
هذه نبذة مختصرة ومقتبسة بتصرف عن كتاب :
تعرف على الواقع الافتراضي / تأليف المهندسة نجوى الخباز
حقيقةً قرأت هذا الكتيب وأحببت أن أعمل له تلخيصاً لمحتواه وأضعه بين أيديكم
وأتمنى أن لا تبخلوا علينا بمعلوماتكم القيمة حول هذا الموضوع الرهيب
لأنني اتمنى أن أحصل على معلومات عامة أكثر عن هذا المجال
شكراً لكم
أولاً : مقدمة وتعريف :
ما هو الواقع الافتراضي ؟
هو محاولة لجعل مستخدم الكومبيوتر ينغمس في بيئة افتراضية لتحقيق او تسهيل أهدافه
يمسى الواقع الافتراضي Virtual Reality ويطلق عليه اختصاراً VR
أن أقد أشكال الواقع الافتراضي هو الكتاب !!!
نعم أنه الكتاب ( العادي وليس الالكتروني ebook )
لماذا ؟
لأنه وببساطة ينتقل بأفكار القاريء الى عالم افتراضي ينشئه القاريء بنفسه مستعيناً بخياله الخصب في ذلك
كما أن الالعاب والفيديو والصور أيضاً تمثل جزءً من الواقع الافتراضي
ولندخل الآن الى عالم الكومبيوتر
لقد بدأت أدوات التعبير في هذا العالم عبر الشاشات الطرفية terminal
حيث كانت هذه الشاشات تسمح بأظهار النصوص سواء أكانت هذه النصوص ردوداً من الكومبيوتر أم كانت أوامراً يمليها المستخدم على الجهاز
أضافة لذلك كانت ( ولاتزال ) لوحة المفاتيح Keyboard ثم تطور الامر الى ان اصبحت الشاشات قادرة على عرض الرسوم مع النصوص
وفي نقلة نوعية ظهرت الفأرة Mouse كمحاولة لمحاكاة حركة اليد البشرية ومع هذه الفأرة الصغيرة تطورت الاوامر اللازمة للتعامل مع الكومبيوتر
فكل مربع حوار Dialog Box نشاهده هو VR مبسط لأنه كما يسمى بئية تخاطبية او تفاعلية Interactive
وهذه التسمية ليست أعتباطية بل هي تسمية واقعية وسليمة , فحين تظهر لك رسالة تقول لك :

Do you want to save the changes ?

فهذه عملية تخاطب بين أثنين هما أنت والكومبيوتر
والآن لنحاول تعريف الواقع الافتراضي كتعريف تقني :
هو أنغماس المستخدم في بيئة أصطناعية ( لأنها من صنع البشر وليست طبيعية ) تخيلية ( لأنها من وحي الخيال وليست واقعاً ملموساً ) والتحرك والتفاعل مع هذه البيئة وليس فقط جعل المستخدم مراقباً خارجياً لها
أو يمكن تعريف VR على أنه :
ذلك الفرع من البيانات الحاسبية Computer Graphics والذي يعمل على :
1 _ غمس المستخدم في بيئة أصطناعية أفتراضية
2 _ هذه البيئة تكون ذات أبعاد ثلاثية 3D
3 _ التخاطب مع هذه البيئة والتأثر فيها
4 _ وذلك بالزمن الحقيقي Real Time
ثانياً : تقنيات الواقع الافتراضي :
هنالك أربع تقنيات أساسية لازمة للواقع الافتراضي وهي :
1 _ وسيلة العرض البياني Display والتي تغمس المستخدم في هذا الواقع ( شاشة العرض المجسمة على عيني المراقب والمحمولة على الرأس )
2 _ النظام البياني الذي يولد 20 الى 30 صورة في الثانية ويغير الصور بأستمرار ( البرمجيات التي تولد الاظهار على الشاشة )
3 _ نظام التتبع Tracking والذي يرصد بأستمرار موقع وأتجاه رأس المستخدم وحركة ذراعه ( الكاميرا التي تراقب حركة المستخدم )
4 _ نظام قاعدة المعطيات التي تبني العالم الافتراضي وتتابع تفاصيله ( برامج معالجة المعطيات التي تمثل الرسوم والصور في العالم الافتراضي )
كما أن هنالك تقنيات مساعدة للواقع الافتراضي مثل :
1 _ المؤثرات الصوتية بكل انواعها
2 _ أجهزة مساعدة مثل القفازات لتتبع حركات الاصابع ( أصابع المستخدم )
ثالثاً : وسائل غمس المستخدم في البيئة الافتراضية :
1 _ الاجهزة المثبتة على الرأس Head Mounted Display أو ما يمسى أختصاراً HMD
وهي أجهزة تثبت على الرأس وتظهر الصور المعروضة أمام عينيه مباشرةً وكأنها شاشة عرض صغيرة
والبحوث قائمة على تطوير هذه الشاشات وتصغير حجمها وتخفيف وزنها لتبدو في النهاية كنظارة شمسية
2 _ الاجهزة الممسوكة باليد
وهي أجهزة عرض يمسكها المستخدم باليد وتكون ذات شاشة كرستالية مسطحة مربوطة الى كاميرا تزودها بصور فيديو حسبما يريد المستخدم مشاهدته
رابعاً : التتبع Tracking :
هو رصد أو تتبع أوتعقب موضع المستخدم وأتجاه الرؤية لديه وهذه العملية تعتمد على الحساسات Sensors والمتتبعات الضوئية وفوق الصوتية
وأقرب مثال على التتبع هو القفازات التي تتبع وتتعقب حركة اليد والاصابع
خامساً : الحصول على النماذج :
أن الحصول على نموذج Model أو النمذجة هي :
أيجاد المعطيات الرقمية الحاسوبية التي تعبر عن الشكل وهناك عدة طرق للحصول على النماذج ومنها :
1 _ بناء النماذج عن طريق برامج التصميم
2 _ شراء النماذج
حيث تتواجد الآن الكثير من الكاتولوكات الخاصة بالنماذج الجاهزة لشتى الاشكال مثل الاشخاص او الحيوانات أو غيرها
وهذه الطريقة أسهل من بناء النموذج لكنها محددة بما هو موجود من نماذج جاهزة
3 _ الحصول على النموذج مباشرة من كائن حقيقي موجود عن طريق المسح Scanning
ويتم ذلك عبر أجهزة مسح ثلاثية الابعاد 3D Scanner أو عن طريقة جهاز يدعى المرقم 3D Digitizer
وفي كلا الجهازين يقوم المصمم بتمرير الجهاز على الكائن الحقيقي ليحصل نموذج له
وأقرب مثال على ذلك هو ما تفعله شركات تصميم الالعاب الرياضية من مسح Scanning على أجسام الرياضيين أنفسهم
ملاحظة :
أن عملية توليد النماذج في بعض الاحيان تنتج أحجاماً هائلة من البيانات مثل :
1 _ صور النظام الشمسي
2 _ صور الاقمار الاصطناعية
3 _ معلومات فك شيفرة DNA
4 _ معلومات الانظمة الجغرافية GIS
5 _ معلومات مالية عن الاسواق العالمية
سادساً : الإظهار Visualization
بعد أن يتم الحصول على النماذج وبعد أن تكتمل البيانات تأتي مرحلة إظهار هذه البيانات على الشاشة
ويمكن تعريف الإظهار Visualization على أنه :
عملية تحويل ملفات المعطيات الرقمية الى رسوم حاسوبية والبزمن الحقيقي وبدقة عالية جداً
وتتألف هذه العملية من نقل المعطيات من أرقام ألى مضلعات ثلاثية الابعاد
ثم تأتي عملية جعل هذه المضلعات تيدو حقيقة بأعطائها الصفات اللونية والبصرية الملائمة لتحاكي الواقع وهذه الخطوة تسمى التصيير Rendering
وقد تطورت محركات التصيير Rendering Engine تطوراً كبيراً
ففي عام 1994 كان أسرع هذه المحركات يستطيع معالجة 600 k من المضلعات في الثانية
اما اليوم فيستطيع كل خط في المعالج ذي الثمانية خطوط أن يعالج ما يقارب 180 k من المضلعات في 1/20 من الثانية , أي أنه أسرع بما يقارب 50 مرة مما سبق
سابعاً : من المستفيد من تطبيقات VR :
1 _ الوكالات العسكرية والفضائية هي الداعم الاكبر لهذا المجال والمستفيد الاكبر منه في نفس الوقت
فمثلاً في عمليات التدريب الفضائي يمكن أعطاء المتدرب خبرات عن أوضاع وأحوال الفضاء لا يمكن تحقيقها على سطح الارض كالتجول حول المركبة الفضائية والسباحة في أنعدام الوزن
2 _ محاكاة العربات ( سيارات , ملاحة , طيران )
يقوم الواقع الافتراضي VR بمحاكاة الطيران الحقيقي لتدريب الطياريين المبتدئين ففي بريطانيا هناك 18 محاكي طيران تابع للخطوط الجوية البريطانية وها كله طبعاً يخفض من كلفة التدريب الفعلي
3 _ الألعاب والتسالي
الحديث عن هذه الحالة طويل لأن استخدام الواقع الافتراضي VR مستخدم بكثرة في هذا المجال
4 _ التصاميم المعمارية والميكانيكية
5 _ معالجة الاضطرابات النفسية
يمكن الاستفادة من الواقع الافتراضي في معالجة بعض الاضطرابات النفسية
مثال على ذلك معاجة رهاب الخوف من ركوب الطائرات عند بعض الاشخاص بجلوس المريض والمدرب على مقعد طائرة والقيام بجولة طيران في بيئة افتراضية متكاملة
6 _ التعليم
مثال على ذلك جعل الاطفال او الطلاب يجولون في بيئة فضائية افتراضية لمشاهدة الفضاء الخارجي والمجموعة الشمسية بدل مشاهدة الصور
7 _ الفن
لقد أعطت تقنيات الواقع الافتراضي أساليب وحريات جديدة في التعبير عن أفكارهم

وهذه الروابط فيها صور ستنفعك أخي الكريم :
http://www.i-glassesstore.com/
http://www.humanproductivitylab.com/images/Iowa%20State%20Virtual%20Reality%20Room.jpg
http://www.barco.com/VirtualReality/images/applications/automotive.jpg
http://www.international.mq.edu.au/globe/admin/images/Edition%2013.06/student-virtual%20realityRZ.jpg
http://www.wam.umd.edu/~esimons1/pictures/virtual_reality.jpg
http://www.emeraldinsight.com/fig/0870240101006.png
http://www.nasa.gov/images/content/69294main_Power_Glove.jpg
شكراً لكم مرة أخرى

[Shady3D]

من موقع اسلام اون لاين

تطبيقات جديدة لعالم الواقع الافتراضي


طارق يحيى قابيل

جامعة كليمسون – أمريكا

تؤكد التجارب دومًا أن أحلام البشر مهما شطّت فمن الممكن تحقيقها بعد وقت قصر أو طال. ومنذ بداية الفن السابع وظهور الشاشة الفضية الساحرة، وجد الإنسان ضالته المنشودة في عالم السينما ليحقق أحلامه الخيالية بكثير من الحيل الذكية.

ومع مرور الأيام يتحقق الكثير من الخيال الذي داعب الإنسان قديمًا؛ فمنذ أكثر من ثلاثة عقود عُرض فيلم الخيال العلمي "الرحلة الرّائعة"، وظهرت فيه آلة تصغّر الأشياء إلى أحجام دقيقة غير مرئية، وقد ظن الكثير من البشر في تلك الآونة أن مثل هذه الآلة سوف تكون إحدى مبتكرات العصور القادمة، التي سيستطيع فيها الأطباء الإبحار داخل أجساد المرضى ومعالجة عللهم وإجراء جراحات داخل أجسادهم.

كما ظهر فيلم أمريكي آخر بعنوان " عزيزتي لقد صغرت الأطفال" من إنتاج شركة "والت ديزني"، ظهر فيه عالم مبتكر تمكن من صنع آلة استطاع عن طريقها تصغير أبنائه عن طريق خطأ غير مقصود، وبنيت أحداث الفيلم على هذا الأساس الدرامي، وذهب فيه الأولاد في جولة رائعة في عالم غيبي دقيق، جابوا فيه الفضاء (الذي لم يتعد فناء منزلهم) على جناح حشرة طائرة.

فيروسات في حجم الديناصورات!

ولقد ظل هذا الحلم يطارد بعض العلماء والباحثين، وكان آخرهم مجموعة من الباحثين في ولاية نورث كارولينا الأمريكية الذين حاولوا إحداث نفس الأثر عمليًّا. وبدلا من القيام بعملية الانكماش، قاموا بتكبير صور الدقائق والجسيمات والكائنات المتناهية في الصغر كالبكتيريا والفيروسات إلى أحجام تصل لحجم ملعب كرة القدم. وتمكنوا عن طريق تقنيات متقدمة؛ من رؤية المناظر بطريقة طبيعية ثلاثية الأبعاد والتفاعل معها، بل لقد قام أحدهم بوخز بعض البكتريا الموحلة في بعض الأوساط الغذائية ووخز أنابيب الكربون التي لا يتعدى حجمها النانومتر (النانو = جزء من البليون من المتر).

وأطلق على الآلة الجديدة " نانومانيبيولاتور"nanoManipulator)) أو المعالج النانومتري، ومكنت هذه الآلة الحديثة العلماء من السباحة في عالم متناه في الصغر، عن طريق ارتداء منظار خاص. وتقبع النسخة الأكثر تقدّما من النانومانيبيولاتور في قسم الفيزياء بجامعة نورث كارولينا في "تشابل هل". ولقد تم استخدام أحدث التقنيات المتقدمة في العالم اليوم لابتكار هذا الجهاز(أحدث تقنيات الحقيقة الافتراضيّة وأحدث مسبر (مجس) حسيّ دّقيق، الذي سمح للعلماء أن يلمسوا ويشعروا بجزيئات متناهية الصغر).

يقول "إيرك هينديرسون" الأستاذ في جامعة ولاية إيوا بعد زيارته لحرم الجامعة لاختبار جهاز "النانومانيبيولاتور": هذا الجهاز يشعرك بأنك تطير بين الجزيئات، ويجعل الكروموزومات تبدو هائلة مثل حجم سلسلة جبال. ويقول "ريتشارد سوبرفاين" أستاذ الفيزياء في جامعة نورث كارولينا، الذي أشرف على الفريق المطوّر لجهاز "النانومانيبيولاتور": إنّ لديه غرضا عمليّا أهم للباحثين وهو يتمثل في توفير الوقت والجهد والمال؛ حيث يمكنهم هذا الجهاز من عمل تجربة ما؛ يلاحظون ويلمسون نتائجها فورًا ويشاهدون مفرداتها على الطبيعة في ثوان معدودة.

كيف تطوّر النانومانيبيولاتور؟!

“النانومانيبيولاتور" هو ثمرة تعاون بين باحثي العلوم الطّبيعيّة ومجموعة من خبراء علم الكمبيوتر. ولقد بدأ العمل الفعلي لإنتاجه في نهايات الثمانينيات، عندما بدأ العلماء العمل على تطوير نوع جديد لمجهر سُمي "بالمجهر المسبر الماسح". وبدلاً من استعمال أمواج الضوء أو الإلكترونات لفحص عيّنة ما وتكوين صورة محسوسة لها، يقوم هذا المجهر بتحسس العيّنة مباشرةً عن طريق مسبرّ متناه في الصغر؛ يتمثل في نقطة لا يتعدى حجمها حجم الجزيء. ويمسح هذا المجس سطح العيّنة برقّة؛ مثلما يقرأ العميان بأصابعهم على طريقة بريل. وتظهر النتيجة في الحال على هيئة صورة مجسمة ثلاثية الأبعاد يمكن تكبيرها إلى أحجام تزيد عن المليون ضعف؛ بالرغم من أنها لا يزيد حجمها الأصلي عن بضع من النانومترات.

بدأ "روبينيت وارين" باحث علم الكمبيوتر في جامعة نورث كارولينا العمل الفعلي في هذا المشروع في أوائل التسعينيات عندما كان يبحث عن طريقة لاستعمال تكنولوجيا الواقع الافتراضيVirtual Reality) )، وقد كلّف "روبينيت" طالبا للدّراسات العليا بالعمل على إيجاد وسيلة تطبيقية لهذا المجال. ثم تطور المشروع ليصبح مشروعا مشتركا بين عدة أقسام علمية في جامعة نورث كارولينا.

ويتضمن النانومانيبيولاتور آلة مشيرة تبدو مثل عصا قيادة السيارات، وتتصل هذه الآلة بكمبيوتر شخصيّ مزود ببطاقة رسم بيانيّ متقدمة للغاية، تقوم بتحويل بيانات المجهر لتعرضها على هيئة صورة ثلاثية الأبعاد ذات ألوان متعدّدة، ويمكن هذا المجس الدقيق العلماء من أن يلمسوا ويشعروا بمعالم الأشياء الصغيرة التي يدرسونها، ولقد شعر العلماء بالحوافّ الصّغيرة والفجوات المتواجدة في جزيئات البروتين، وبلزوجة بعض أنواع البكتريا الممرضة. كما استطاع الفيزيائيّون دراسة أنابيب الكربون الدقيقة أو النانوتيوب nanotubes) ) التي قد تشكّل أجزاء للآلات الإلكترونيّة الصغيرة والماكينات يومًا ما. ولقد شاهد الكيمائيون شجار الذّرّات داخل أنابيب الكربون الدقيقة، مما حدا بهم بالتفكير في عمل محركات صغيرة عن طريق حث هذه الأنابيب لتتحرك مثل أسنان التّرس.

ويقول "سين واشبرن" أستاذ فيزياء وعلوم الموادّ في جامعة نورث كارولينا: إنّ فريق النانومانيبيولاتور قد تعلّم كثيرا من القواعد الفيزيائية التي تحكم حركة الجسيمات الدقيقة، على سبيل المثال الجزيئات الصغيرة لا تتأثر بالجاذبيّة، ولكنهاّ تتأثر بشدة بالقوانين الفيزيائية الأخرى مثل اللّزوجة.

ثورة علاجية جديدة

يستخدم بعض الأطباء في الوقت الحالي صورا مسحية، وتكنولوجيا الكمبيوتر لمشاهدة أعضاء المريض عوضا عن التقاط صور بسيطة بأشعة إكس أو إجراء عملية جراحية استكشافية. وتقدم تقنية الواقع الافتراضي حلولا غير مسبوقة قد تغير أساليب عمل الأطباء في المستقبل. قال الدكتور "مارك وايتهيد"، أستاذ علم التشريح في قسم الجراحة التابع لجامعة كاليفورنيا في سان دييغو: إن الاهتمام باستعمال الكمبيوتر لتعليم التشريح بدأ قبل حوالي 20 سنة تقريبا. إلا أن وضع رسوم حقيقية ثلاثية الأبعاد يحتاج إلى طاقة كمبيوترية كبيرة وإلى معطيات متطورة جدا.

وللانتقال إلى مجال الحقيقة الافتراضية صمم الباحثون في جامعة إيللينوي، وبنوا جهاز عرض (بروجكتور) كبير يدعى Immersadesk. هذا الجهاز الموصول بكمبيوتر Silicon Graphics، يتتبع حركة رأس أي فرد يقف أمام شاشته مرتديا المنظار المصمم خصيصا، والذي يشكل جزءا من الجهاز. وعندما يتحرك الشخص الذي يستعمل المنظار يستطيع أن يركز على أجزاء مختلفة من الصورة ثلاثية الأبعاد التي تظهر على الشاشة.

ويقول الخبراء: إن التقنية المدعومة بالكمبيوتر لا يراد لها أن تحل مكان أدوات التعليم التقليدية، مثل تشريح الجثث، إلا أن ثمة منافع لها حقيقية مثل كونها أقل كلفة بكثير لتدريب الأطباء المقيمين. ويقول البعض: إن استعمال النماذج لإجراء الجراحة الافتراضية سيحد كثيرا من الأخطار، على غرار المساعدة التي توفرها المقصورة المحاكية لقيادة الطائرات للطيارين. ويتوقع الدكتور "ريتشارد ستافا" أستاذ الجراحة في جامعة يال؛ وعضو الكلية الأمريكية للجراحين المختصين بالتكنولوجيات الجراحية الناشئة والتعليم -أن يفرض على الجراحين في المستقبل إجراء عمليات افتراضية قبل حصولهم على تراخيص العمل من الكلية.

وقد باشرت معاهد أخرى منها مركز التشبيه البشري في جامعة كولورادو وجامعة الخدمات الموحدة في بثيسدا في ولاية ميرلاند الانتقال بالحقيقة الافتراضية إلى الجراحة الفعلية، ويقوم "كارل راينغ"، الزميل المتخرج في جامعة كولورادو مع باحثين آخرين بتطوير جهاز يجري عمليات جراحية للركب، ولها ملمس المشرط الحقيقي وهو يقص اللحم. ويقول "راينغ": إن الهدف هو جعل التشريح أقرب ما يكون إلى الحقيقة إلى درجة أن الجراح سينسى أنه يعمل مع كمبيوتر.

ثمن المتعة

هناك الكثير من المجالات التطبيقية الأخرى التي تقدمها تقنية الواقع الافتراضي، ويقدم جهاز مثل النانومانيبيولاتور متعة لا يدانيها أي متعة لأي باحث في كافة العلوم التطبيقية، ويمكن الباحثون من الإبحار عبر العوالم المجهولة المتناهية الصغر، فيا تُرى ما ثمن هذه المتعة العلمية؟!.. يمكن أن يصل ثمن أحدث نوع من أمثال هذا الجهاز إلى ما يزيد عن مائتي ألف (200000) دولار أمريكي، ولا تتواجد المكونات اللازمة لتصنيعه إلا في ثلاثة أماكن فقط في العالم حتّى الآن.

ونظرا للأهمية الشديدة لهذا الجهاز في أبحاث الكثير من الباحثين في المؤسّسات الأخرى قام باحثو علوم الكمبيوتر في جامعة نورث كارولينا بعمل دراسة لجعل هذا الجهاز في متناول الجميع. وحاول "كيفين جيفاي" أستاذ علم الكمبيوتر أن يستعمل تقنيات الجيل الثاني من الإنترنتInternet2) ) الذي سيؤدي نجاحه في استغلالها للسّماح للباحثين أن يرسلوا العيّنات ويتم فحصها عن بعد باستخدام الإنترنت. وقام هذا الباحث بالفعل بعمل تجربة عملية تم عن طريقها فحص عينة في جامعة بواشنطن العاصمة، على بعد 270 ميلا عن مكان فحصها في جامعة نورث كارولينا، ولكن شاب هذه التجربة بعض المشاكل.

والمشكلة الرئيسة التي واجهت العلماء هي نقل الإحساس عبر الإنترنت، حيث ظهر أنّ الحسّ البشريّ للمس أكثر تأثرا بتأخر الوقت منه في حالة الحواسّ الأخرى كالسمع والبصر. فمن الممكن أن تجرى محادثة هاتفية مع شخص ما، ولن تعبأ إذا تأخر الصوت حوالي نصف الثّانية قبل أن تسمع صوته. لكن حاسة اللمس تتأثر بشدة للتّأخير الزمني الذي يصل إلى أكثر من 20 جزءاً من الثّانية الواحدة؛ مما يؤدي إلى استحالة الشّعور باللمس.

ومن الممكن تخطي هذه العقبات مستقبلا، إذا تم استخدام شبكات الألياف البصرية، مما يؤدي إلى استخدام مثل هذا الجهاز عن بعد لمسافات تصل للمئات من الأميال، وإلى أن يحن مثل هذا التقدم في تكنولوجيا الاتصالات سيتحتم على الباحثين الذين يريدون أن يصغّروا أنفسهم حتّى يتفاعلوا مع أجسام بحجم النانومتر زيارة جامعة نورث كارولينا لاستخدام مثل هذا الجهاز الفريد.

[omran77]

شكراً أخي الكريم على المعلومات القيمة
رغم أن موضوعك قد كان فيه تركيز على النانومتر
شكرا لك مرة اخرى

[user_123]

شكراً جزيلاً أخي omran77

وشكراً على الإضافة أخي Shady3D

[حسام الدين]

موضوع رائع.. ويمكن أن يكون بداية لدراسة أو ورقة عمل..
شكرا جزيلا لكل من شارك في طرح الموضوع..