الواقع الإفتراضي

مقدمة :

يتسم العصر الذي نعيشه بالعديد  من التغيرات المتسارعة والثورات العلمية في مختلف المجالات.ومن بين المستحدثات التكنولوجية التي اثرت في التعليم ما يسمى بتكنولوجيا المحاكاة باستخدام الكمبيوتر وتكنولوجيا الواقع الافتراضي والذكاء الاصطناعي والنظم الخبيرة، لذا كان من الضروري الاستفادة من هذه التكنولوجيا الحديثة في تطوير التعليم وخدمة كل من المعلم والمتعلم.

وتعتبر تكنولوجيا الواقع الافتراضي بمثابة تكنولوجيا تربوية متطورة ناشئة ومبتكرة بهدف التقديم المساعدة الى الافراد ليتمكنوا من فهم وإدراك البيانات والمعلومات والتعامل معها بسهوله، كما تتميز هذه  التكنولوجيا بإيجاد نوع من التفاعل ،حيث يستجيب هذا الواقع لأفعال وسلوكيات المتعلم، بل يتيح له درجة من التفاعل لا توجد في برامج الوسائط المتعدة (الحصرى: 2002)

المفكر الأمريكي آرثر كلارك هو من أوائل من حلم بالواقع الافتراضي وأصدر كتابا عن الخيال العلمى أسماه الواقع و النجوم.

تعريف الواقع الافتراضي:

ويعرف محمد سعد الدين  تعريف الواقع الافتراضي Virtual Reality بأنه التكنولوجيا التي غالبا ما تمد المتعلمين بخبرات واقعية Real Experiences داخل بيئة افتراضية Virtual Environment مع صور واقعية Realistic Images 

(http://fathkg.forumegypt.net/t15-topic)

أسباب الاخذ بالواقع الافتراضي :

1-   حاجة المجتمع لها وبعض المغامرة والخطر في دراسة العلوم المختلفة .

2-   الكلفة العالية أو ضيق الوقت. 

3-   المزج بين الخيال والواقع من خلال خلق بيئات صناعية حية.

تخيلية قادرة على أن تمثل الواقع الحقيقي وتهيئ للفرد القدرة على التفاعل معها.

4-    تستخدم هذه التقنية في مجالات شتى كالطب والهندسة والعمارة .

5-   والتدريب العسكري والقضاء والتعليم ، فهي لا تقتصر على مجال بعينه لكنها تفيد جميع الميادين خاصة الميادين التي تحتاج إلى تدريب قبلي .

6-   يلعب البعد الثالث أو التجسيم دوراً رئيسياً في تقنية الواقع الافتراضي حيث تحول المخرجات إلى نماذج شبيهة بالواقع وتجعل المتعامل معها يندمج تماماً كأنما هو مغموس في بيئة الواقع ذاته .

7-   تشترك فيها حواس الإنسان كي يمر بخبرة تشبه الواقع بدرجة كبيرة لكنها ليست حقيقية .(الشرهان :2003)

أهمية الواقع الافتراضي :

1- توضيح المعلومات بشكل دقيق وواضح لبعض المعالم والتجارب العلمية.

2- يسمح للفرد بمشاهدة الأشياء من مسافات بعيدة.

3- يستطيع الفرد أن يقوم بفحص الأشياء المرئية.

4- يستطيع الفرد أن يتلمس الأبعاد المختلفة للأشياء(d 3)

5- يهيئ الفرصة للفرد للمشاركة والتفاعل مع البرنامج أو التجربة العلمية.

6- يهيئ الفرصة المناسبة للفرد من حيث الوقت المخصص للتجربة ليتفاعل معها خلال مدة زمنية مفتوحة وليست محددة.

 7- يحيي التفاعل بين الفرد والبرنامج من خلال تشجيع المشاركة الإيجابية وتوفير التغذية الراجعة Feedback.

8 - يؤدي إلى التأمل والملاحظة والتفكير والاكتشاف العلمي.

مكونات تكنولوجياً الواقع الافتراضي:

تتكون تكنولوجيا الواقع الافتراضي من مكونين أساسين هما:

أ‌-     نظام البرامج: وهي نوعان:

1-  برامج النظام: وهي برامج تطبيقات كمبيوتر متقدمة ، لديها القدرة على توليد الصور المجسمة في نفس الوقت الذي يتفاعل فيه المعلم مع البرنامج التعليمي . كما تسمح بالتعرف على الصوت المجسم والشم في بعض  الحالات ، ولأن هذه البرامج هي التي تشكل بيئة الواقع الافتراضي وتهدف الى خلف بيئة اقرب ما تكون الى الواقع الحقيقي ، فإنها ليست مبرمجة في مسار ثابت محددا سلفاً وإنما تعمل على خلق مواقف متغيرة باستمرار ، حسب رغبة المستخدم وتصرفاته اثناء تفاعله معها ، وهو يتجول في البيئة المجسمة المولدة بالكمبيوتر.

2-   برامج التعليم: وهي المواد التعليمية التي تصمم وتطور لاستخدامها في بيئة الواقع الافتراضي لتعليم أهداف محددة في اللغات أو الحساب او العلوم إلخ .

ب‌- نظام الأجهزة والادوات:

وهي الأجهزة التي يتسخدمها المعلم في التفاعل مع البرنامج ، وتعطيه إحســاساً بالواقع الافتراضي ، وهي :

1-  جهاز الرأس ( HMD   ) Head Mounted Device : وهو جهاز يوضع على الرأس كالخوذة ، ويتكون من شاشتي  فيديو صغرتين ، مساحة الواحدة 1سمّ ، توضع على مسافة قصيرة أمام العينين ، وأحياناً يكون في كل جهاز عــرض مصغر ، لعرض صورة واضحة ، ويمكننا من الرؤية المجسمة ، ويوسع مجال الروية دون الحاجة الى استخدام عدسات محدبة معقدة وغالية الثمن  لتوفير هذه المجال كما يمكننا تتبع الأثر Tracking ، وتحريك الرأس بسرعه لاكتشاف الاتجاه .

2-  القفازات Datgaloves : وهي قفازات يدوية ، تستخدم عادة في الإحساس أو اللمس ، حيث تسمح للمستخدمين بالتفاعل مع بيئة الواقع الافتراضي البصرية المجسمة ، ولمس الاشياء والتقاطها وتحريكها وتداولها ، والإحساس بصلابتها أو نعومتها عندما يحرك اصابعه داخل القفاز.

3-  الإحساس بالحركة Motion Sensing : حيث توصل أجزاء معينة من جســم الإنسان مثل المعصم ، والقدم ، والركبة الكمبيوتر في شكل نقاط بيضــاء ، وتوجد وحدي فيديو تعمل على اكتشاف حركة هذه النقــاط عن طريق البرنامج .(عبد الحميد : 2010)

أنواع بيئة الواقع الافتراضي :

واقع افتراضي يخلق حالة من التواجد المكتمل:

  وفيه ، يتم إيهام المستخدِم بأنه لا وجود للحاسوب والعالم الحقيقي، فلا يرى أو يشعر بأي شيء سوى هذا العالم المصنوع ، الذي  يوجده الحاسوب ، ويتصرف - داخله-  بحرية تامة.

  وتتم (رؤية) هذا العالم المصنوع بواسطة خوذة خاصة، أو نظارة إلكترونية تتصل بالحاسوب ؛ كما يرتدي المستخدم ، في يديه قفازات إلكترونية ، كوسيلة إضافية لتجسيد الواقع الافتراضي ، تتيح له ملامسةً الأشياء التي (يظن) أنها موجودة.

واقع افتراضي محدود الوظيفة والمكان:

  ويستخدم هذا النظام في أجهزة المحاكاة (Simulators)، وينصبُّ اهتمام المصمم ، في هذا النوع  على محاكاة خواص أو جزئيات بعينها في الواقع الحي (الحقيقي)، مثل تأثير الجاذبية ، أو السرعة الشديدة ، مع اهتمام أقل بالتفاصيل.

واقع افتراضي طرفي:

  وهنا، تكون رؤية العالم الافتراضي ، ويتم التعامل معه ، عن طريق شاشة الحاسب الآلي ، دون الشعور بالتواجد الواقعي داخل العالم المصنوع.

  وثمة من يبشر بنوع رابع من الواقعية الافتراضية، لم يوجد بعد، لكنه مستخدم بكثرة في أفكار أدب الخيال العلمي، وفيه يتم تجاوز مخاطبة الحواس إلى مخاطبة العقل مباشرة، بمعنى أنه إذا كان العقل يتلقى من حواسنا المختلفة إحساسها بالعالم ، عن طريق إشارات كهربائية ، وتكون عملية الإدراك هي مسئولية العقل ، الذي يقوم بترجمة هذه الإشارات إلى عناصر لنا بها خبرة.. إذا كان الأمر كذلك، فمن الممكن الإيحاء بوجود أي مؤثر عن طريق توليد نفس الإشارة الكهربية التي كان هذا المؤثر يقوم بتوليدها .( الشرهان : 2003)

واختلفت المراجع في عملية تسمية البيئات الافتراضية واتفقت في المعنى والمضمون .

أنماط الواقع الافتراضي:

1-  الواقع الافتراضي قبل المتقدم : Pre-advaced Virtual Reality وتتوافر فيه معظم خصائص الواقع الافتراضي بدرجة قليلة ، أمــا بالنسبة للمتطلبــــات اللازمة لهذا النمط من الأجهزة والبرامج فهي قليلة من حيث عددها وبسيطة من حيث درجة تعقيدها وتطورها مقارنة بمثيلتها في النمطين القادمين.

2-  الواقع الافتراضي شبه المتقدم : Semi Advnced Virtual Reality وتتوافر فيه معظم خصائص الواقع الافتراضي بدرجة متوسطة ، كما أن يتطلب أجهزة وبرامج أكثر عددا وأكثر تقدما من تلك المستخدمة في النمط السابق .

3-  الواقع الافتراضي المتقدم  Reality Advnced Virtual

وتتوافر فيــه معظم خصائص الواقع الافتراضي بدرجة عالية ، إلا أنه يتطلب تجهيزات خاصة وكثيرة ، بالإضافة إلى برامج متطورة ومعقده.(عبدالحميد :2003)

خصائص بيئة الواقع الافتراضي :

في ضوء التعريف السابق ، يمكن تحديد أهم الخصائص التالية التي تميز الواقع الافتراضي :

1-  أنه نمط جديد ومتقدم من تكنولوجيا تعليم ومعلومات متكاملة ، تتكون من اجهزة كمبيوتر وبرامجها .

2-  أنه يوفر للمتعلم في بيئة تخيلية مجسمة وآمنة ، ومصطنعة إلكترونيا كبديـــل للواقع الحقيقي ، , تحاكي بدقة أحداثاً أو عمليات أو نظماً معينة منه ، وتحتــوي على رسوم مجسمة لمشاهد مناظر ومؤثرات حاسيه ، مركبة ومنشأة صناعياً ، توهم المستخدم بأنها حقيقة .

3-  أن هذه البيئة تكون تحت حكم المتعلم الذي يبحر ويغوص فيهـــا ، ويشارك مشاركة إيجابية نشطة ، وليس فقط كملاحظ خارجى ، فيتداول الأشيــاء ويحركها ويتصرف فيها كما يتصرف في المواقف الحقيقية ، وذلــك في إطار الزمن الحقيقي ، أي الفعل ورد الفعل لكل حركة أو فعل يخذه لحظياً ، كمــا يحدث الواقع .

4-  أن المتعلم يتحكم في هذه  البيئة ، يتفاعل معها عن طريق الكمبيوتر  وذلــك باستخدام وسائل خارجية خاصة تحس بحركة المعلم وتربط حواسة بالكمبيوتــر، مثل نظارات الرؤية المجسمة والقفازات الإلكترونية والقبعات والعصوات.(عبدالحميد :2003)

معايير بيئة الواقع الافتراضي الجيدة:

ذكر عبدالحميد (2003) نعيش حقاً في عالم تخيلي ، فكثير من الأحداث حولنا تخيلية ، السينما والمسرح والدراما وقواعد البيانات ، حتى الصور العقيلة تتكون في الذاكرة هي أيضاً تخيلية ، ولكننا لا نعد كل ذلك بيئات واقع افتراضي تخيلي ، لأن البيئات الافتراضية ينبغي أن تتوفر فيها الخصائص والمعايير التالية:

1-  الصدق Verity  : حيث يجب ان تمثل بيئة الواقع الافتراضي الواقع الحقيقي تمثيلاً صادقاً .

2-   الانغماس والتكامل التفاعلي Interactive Immersion & lntegration فالمعلم لا يتفاعل مع الواقع الافتراضي من الخارج ، لكنه ينغمس فيه ويصبح جزءا مندمجاً ومتكاملاً منه .

3-  التجسيد الشخصي Avator : وهي دمية متحركة مولدة بالكمبيوتر ، تمثــل المستخدم داخل بيئة الواقع الافتراضي ، وتجسد الفكرة في شخص المستخدم .

4-  اختفاء واجهة التفاعل داخل البيئة : فلأن المستخدم لا يتفاعل مع البيئة من الخارج ، بل هو جزء مندمج فيها ، لذلك فلا حاجة له الى واجهـة تفاعل خارجية ظاهره ، حيث تختفي هذه الواجهةة داخل البيئة ذاتها ، كي يتفاعل المستخدم مع الواقع الافتراضي مباشرة في التو واللحظة.

سمات نظام الواقع الافتراضي:

هناك عدد من الصفات العامة التي تجمع نظم الواقع الافتراضي والتي لا يمكن تسمية أي شيء باسم العالم الافتراضي دون ان تنطبق عليه هذه الشروط جميعاً:

1-  الانغماس:

غمر Immersion مستعمل الواقع الافتراضي في بيئة مولدة Synthetic environment تقلد الحقيقية بالتمثيل ثلأثي الأبعاد لمشاهد مجسمة تؤثر على الأحساس بالعمق والشعور بالفضاء المحيط والانغماس الحسي في بيئة افتراضيه هو جزء هام جداً من الواقع الافتراضي. ومن خلال هذه السمة يعزل النظام المستخدم الحواس السمعيه والمرئية عن العالم المحيط ويضع بدلاً منها الأحاسيس المستنبطة من الكمبيوتر . ويتحرك الجسم من خلال فضاء مصطنع مستخدماً قفازات التغذيه الاسترجاعية FeeD Back أو عصاه اللعب Joystick

ويعتبر إعطاء المستخدم إحساس الأنغماس ( الشعور بأنه محاط تماماً ) هو احد الاهداف الرئيسية لمصممي نظم الواقع الافتراضي.

2-  التفاعل Interction :

لأيتصور البعض أي نوع من الواقعية في التفاعل مع أي تمثيل الكتروني. ومع هذا فعندما تنظف سطح المكتب Desktop في نظام تشغيل ويندوز windows ترى لسلة المهملات Recycle Bin على شاشة الكمبيوتر ليس حقيقاً ولكننا نتعامل معه كما لو كان افتراضاً سطحاً للمكتب وكذلك فإن أي ايقونة lcon هي تمثيل لبرنامج ما ولكن نستخدمها كما لو كانت كياناً حقيقاً. هذه كلها أشكال من الواقعية نتفاعل معها بنفس طريقة تفاعلنا مع افلام الكارتون والصور التي تراها في التلفزيـــون. ولا تحتاج سلة المهملات الافتراضية الى أي خداع بصري لتصبح افتراضية فالقضية هي في قدرتنا على التخيل. فسلة المهملات تصبح حقيقية في سياق تفاعلنا مع العمل. وإن واقعيــة سلة المهملات موجودة في ذلك العالم المنسوج من ارتباطنا بتصور ما. إنها موجودة بقدر تفاعلنا معها.

3-  الفعالية- اللآفعالية Activity –Passivity :

الافتراضية يمكنها تقليل أعراض القتور التي قد تصاب بها وذلك ، وعناصر البيئة والاشياء من حولنا على الاستجابة قد لا تكون أحياناً وفقاً لأهوائنا وهكذا أيضاً يجب ان تكون استجابات نظم الواقع الافتراضي.

4-  المحاكاة: Simulation

اصبح لتطبيقات الكمبيوتر الجرافيكية Computer Graphics تلك الدرجة الكبيرة من الواقعية التي تمنحنا الصور الواضحة وتنفخ فيه الحياة بطريقتها. إن هذه النظم تمنحنا في الوقت الحالي ليس فحسب تصور تقريبي لشكل المرئيات بل ان يصور فيها تكاد تنطق بالحياة بما لها من بناء يصري ونسيج اشعاع ضوئي يجذب العين داخل سطح ذو تفاصيل ملمسية رائعة . إن المناظر الطبيعية المنتجة عن ادنى الحاسبات قدرة اليوم هي عوالم ذات نسيج تفصيلي وتوفيت حقيقي فعلى وواقعية فوتوغرافية.

والمحاكاة الواقعية المقصودة ليست مجرد الصور او النماذج التي تحاكي الواقع بدرجة كبيرة بل وايضاً تلك التي تتيح السلوك البشري الطبيعي Normal behavior مثل الرؤية، المشي وحتى الطيران داخل هذه البرامج.

5-  الاصطناعية Artificiality

يتفاخر بعض المصممين أن " الشيء المصطنع يحاكي الاصيل تماماً Genuine Simulauon وهذه المسالة يجب اعادة النظر فيها . فليس هناك عيب في أن يكون عوالم الواقع الافتراضي مصطنعة ومع ذلك فإنها تستخدم لكي تجلب المنفعة والسعادة لمستخدميها الاصطناعية التي تميز الواقع افتراضي هي سبيله للتميز. ونحن نتصور أنه  عندما ياتي اليوم الذي تتمكن فيه تماما من محاكاة كل شيء بشكل تام، ستعود نغمة الفنان والكاميرا وسيبدأ المصممون في العثور على حلول تبعدهم عن هذه الواقعة الممقوتة التي تقتل الإبداع احياناً . www.ergo-eg.com/ppt/2vra.pdf‏

والتطبيقات الافتراضية التي استخدمت للتعليم  حسب الأصناف التالية :

1.     الألعاب الافتراضية التعليمية .

2.     المسرح الافتراضي .

3.     المعمل الافتراضي .

4.     المتحف الافتراضي .

5.     البيئات التعليمية الافتراضية . ( الفصول الافتراضية ، وقاعات التدريب ، وحلق العلم ، والمكتبات الدراسية ، الجامعات الافتراضية والمؤتمرات العلمية )

6.     الحديقة الافتراضية .

7.     الفضاء الافتراضي والطيران .

8.     المصانع الافتراضية ومعاهد التدريب المهني الافتراضية .

9.     المحاكم الافتراضية والجنايات الافتراضية .

10.   العمليات الطبية الافتراضية .(الشرهان :2006)

مزايا الواقع الافتراضي:

1- يمكن المتعلم من استكشاف الأشياء الحقيقية دون الإخلال بمقاييس الحجـــوم والأبعاد والزمن.

2- يقدم التعليم بصورة جذابة تحتوي على المتعة والتسلية ومعايشة المعلومات.

3- إمكانية تفاعل المتعلم مع الخبرة التي يريد تعلمها مباشرة.

4- أثراء العملية التعليمية بالخبرات والإمكانيات والتكنولوجية الحديثة.

5- تدريب المتعلمين على اكتساب المهارات والأمور الفنية التي يصعب تدريبهــم عليه في الواقع.

6--تفاعل المعلم مع الواقع الافتراضي يساوي او يتجاوز ما يمكن ان يتحقق بالواقع الحقيقي.( عبدالحميد :2003)

عيوب الواقع الافتراضي :

1.محدودية استخدام الواقع الافتراضي نتيجة للتكاليف المبدئية الباهظة عند شراء الأجهزة المطلوبة وارتفاع سعر تكلفة إنتاج البرامج الافتراضية .

2. محدودية تأثير الحواس الخمس في نظام الواقع الافتراضي الذي لا يتجاوز في استخدامه إلا حاسة السمع والبصر واللمس ، ولكن ربما ستظهر مستجدات أخرى تستخدم الحواس الأخرى مستقبلا .

3. الاستخدام المفرط لبرامج الواقع الافتراضي وأمام أجهزة الحاسوب ، له تأثيره الصحي السلبي .

4. إن استخدام نوعيات خاصة من نظم الحاسب الآلي التي تتضمن تواتر إطارات الصور المتحركة والتي تزيد عن خمسة عشر إطارا في الثانية يؤدي إلى إصابة الفرد بالغثيان والصداع وأعراض أخرى مثل إرهاق الجهاز العصبي وتوتره .

5. (العالم الافتراضي يضع كل فرد أمام العالم بأسره متيحاً له كل الأفكار والمذاهب والنِّحَل, وهذا مايزيد من انفراط الدور الاجتماعي والتربوي، ويقلَّص من ممارسات الوصاية، وخلخل فكرة الرأي الواحد. ) (الشرهان :2003)

                            المراجــــــــــــــــــــــــــع

1-  الحصري ، احمد (2000) : منظومة تكنولوجيا التعليم في المدارس الواقع والمأمول ،المؤتمر العلمي السنوي السابع للجمعية المصرية لتكنولوجيا التعليم ، المنصورة ، دار الوفاء .

2-  الغريب ،زاهر أسماعيل (2001) : تكنولوجيا المعلومات وتحديث التعليم ، القاهرة ،عالم الكتاب .

3-  الشرهان ، جمال (2003) :الوسائل التعليمية ومستجدات تكنلوجيا التعليم ، ط3 ، الرياض .

4-  الشرهان ،جمال (2006): الكتاب الإلكتروني والمدرسة الالكترونية و المعلم الافتراضي ؛ ط2 ، الرياض .

5-  الموسى ،عبدالله عبدالعزيز  و المبارك ،احمد عبدالعزيز (2005) : التعليم الالكتروني الأسس والتطبيق ،الرياض ،مؤسسة شبكة البيانات .

6-  باربارا سيلز ، رتا ديش (1998) : تكنولوجيا التعليم ، التعريف ومكونات المجال ، ترجمة بدر عبدالله الصالح ، الرياض ، مكتبة الشقري .

المرجع الالكترونية :

http://fathkg.forumegypt.net/t15-topic

www.ergo-eg.com/ppt/2vra.pdf

http://fathkg.forumegypt.net/t15-topic

http://technologyame.weebly.com

http://rf102010.blogspot.com/2011/05/blog

www.ergo-eg.com/ppt/2vra.pdf

مرسلة من / عبدالرحمن المحرج