الواقع الافتراضي

الواقع الافتراضي

الأهداف التعليمية:

عزيزي الطالب بعد دراستك لهذا الموضوع ينبغي أن تكون قادراً على أن:

-  تعرف مفهوم الواقع الافتراضي.

-  تميز بين  خصائص الواقع الافتراضي.

- تحدد مكونات الواقع الافتراضي المختلفة.

-  تصف أنماط الواقع الافتراضي.

- تميز بين أنماط الواقع الافتراضي.

مقدمة:

يتسم العصر الذى نعيشه بأنه عصر ثورة المعلومات، والاتصالات ، والتكنولوجيا ،  هذا العصر بما له من خصائص يتطلب نوعية من الأفراد تمتلك عديداً من المهارات الأساسية والضرورية للتعامل والتكيف مع معطياته وتحدياته.

ويعد الواقع الافتراضى نمطا جديداً من أنماط التعليم بالكمبيوتر الذى يضيف مدى واسعاً من التخيل العلمى لدى الأفراد ، كما يتيح لهم الشعور بالاستغراق Immersion ، بالإضافة إلى الإدراك الحسى والنفسى A Perceptual and Psychological Sense الذى يشعر به الأفراد فى البيئة الافتراضية .

تعريف الواقع الافتراضى Virtual Reality (VR)

يعرف الواقع الافتراضى بأنه أحد المستحدثات التكنولوجية التى تستخدم الكمبيوتر بالإضافة إلى بعض الأجهزة والبرامج كمنظومة متكاملة فى إنشاء بيئة تخيلية ثلاثية الأبعاد تمكن الفرد من المعايشة والتفاعل والتعامل معها من خلال حواسه وبعض الأدوات الأخرى بحيث يشعر هذا الفرد كما أنه يتعايش ويتفاعل ويتعامل مع الواقع الحقيقى بكل أبعاده، وتختلف درجة الواقعية والاستغراق والتفاعل والمعايشة التى يتيحها الواقع الافتراضى للفرد باختلاف نمط الواقع الافتراضى ذاته.

والواقع الافتراضى هو محاكاة لبيئات حقيقة أو تخيلية يكون فيها الفرد مستغرقاً Immersive فى هذه البيئات ومتفاعلاً Interactive معها.

ويستخدم مصطلح الواقع الافتراضى فى وقتنا الحاضر على نحو شائع لوصف منظومات قائمة على الكمبيوتر Computer-Based Systems يتم من خلالها استخدام الأجهزة Hardware والبرامج Software التى يمكنها إنشاء عالم مصغر Microworld يشابه الواقع.

   شكل: أحد استخدامات الواقع الافتراضي في التعليم

خصائص الواقع الافتراضى:

1.   المعايشة Presence , والاستغراق Immersion

إن استغراق الأفراد فى منظومة الواقع الافتراضى يمنحهم شعوراً بأنهم موجودون بالفعل فى المكان الحقيقى الذى يكتسبون منه الخبرة حيث يجد المستخدمون أنفسهم فى بيئة يستطيعون أن يتعاملوا مع مكوناتها سواء من خلال الرؤية أو الاستماع أو اللمس , وفى هذه البيئة المصطنعة تكون المعايشة بدرجة كبيرة والإحساس بالاستغراق فى الموقف يكون قوياً بدرجة كبيرة إلى الحد الذى يختفى فيه إحساس المستخدم بأنه يتعامل مع بيئة مصطنعة , فلا يستطيع التفريق بينها وبين البيئة الحقيقية , كما أن المستخدمين يفقدون كل تصوراتهم وانطباعاتهم بأنهم يتفاعلون مع الآلة . فهذه السمة تعكس الشعور بأن المستخدم يجرى التجارب , ويكتسب الخبرات كما لو كان حقاً فى عالم فعلى Actual World  متناسياً تماماً أنه  يوجد فى بيئة افتراضية برفقة ومشاركة بعض الآلات . ويتوقف بعد المعايشة Presence Dimension  بشكل أساسي على بعض الأمور المتعلقة بمشاركة المستخدم وتفاعله مع الموقف فى البيئة الافتراضية كمجال الرؤية Field of View  , ومعدل أداء الكمبيوتر فى توليد الصور , وتعدد الزوايا Polygon التى يمكن من خلالها التعامل مع الموقف , حيث توحي هذه الخصائص والإمكانات للمستخدم بحقيقة الأشياء المعروضة وموثوقيتها , ويعد الشعور بالمعايشة والاستغراق من الملامح المميزة للعالم الافتراضي عن غيره من الأنماط الأخرى لتطبيقات الكمبيوتر

2.   الإبحار Navigation

الأفراد يمكنهم أن يلاحظوا وأن يسافروا فى البيئة الافتراضية دون أن يتحركوا من أماكنهم ,كما تمنح البيئات الافتراضية شعوراً بأنهم يتحركون ويتجولون فى كل مكان داخل هذه البيئات بأساليب وطرق مختلفة , على سبيل المثال : مشياً على الأقدام , محلقين كالطيور , كما يمكنهم أن يتحركوا ويتجولوا داخل هذه البيئة الافتراضية باستخدام مركبة Vehicle  , أو بملامسة شئ ما , أو بالإشارة فى أى اتجاه داخل البيئة الافتراضية . كل هذه الأنشطة السابقة المتعلقة بالتجول داخل البيئة الافتراضية يمكن أن يبدأ الطلاب فى ممارستها من خلال إعطاء أوامر لفظية Verbal Orders.
 

3.   المقياس Scale

يمكن تغيير المقاييس التى تكون عليها البيئات الافتراضية , كما يمكن تغيير الحجم النسبي للمستخدمين لكي يتناسب مع العالم الافتراضي حيث يسمح لهؤلاء المستخدمين بأن يصبحوا فى نفس الحجم الذى يكون عليه الشئ الأكبر مثل النجم , أو حجم الشئ الأصغر مثل الذرة.

4.   موضع الرؤية View point

وهى سمة تعبر عن إمكانية المستخدم من تغيير النقطة أو الزاوية التى يرى من خلالها البيئة الافتراضية , وتحريك عينيه فى أى اتجاه وبأي زاوية , فعلى سبيل المثال يستطيع المستخدم اجتياز زاوية رؤيته لشئ ما أو عملية معطاة له فى العالم المصطنع إلى رؤية مشارك آخر فى هذا العالم , ويمكن أيضاً للمستخدمين أن تكون زاوية رؤيتهم من خلال طيرانهم أو تحركهم بأي سرعة وفى أى اتجاه , أى أن زاوية رؤية الطلاب فى البيئة الافتراضية حرة وغير مقيدة بأي شئ.

5.   التفاعل Interaction

يستطيع الأفراد أن يستخدموا مدىً واسعاً من أساليب التفاعل والتعامل والتكيف مع البيئة الافتراضية , كما يستطيع الأفراد تحريك المواد والأشياء الافتراضية بالأيدي, وبحركة العين Eye Movement, أو الصوت Voice  , كما أن الأفراد لديهم القدرة على إنشاء بيئات افتراضية وتغييرها أو تعديلها , وهذه السمة تعكس مدى ملائمة استجابات البيئة الافتراضية واتساقها مع مدخلات المستخدم  User Inputs , كما أن هذه السمة - وهى التفاعل - تشير إلى أن المستخدم User  والشخصيات Characters , والأشياء Objects  فى العالم الافتراضى تكون متفاعلة مع بعضها البعض.

6.   التلقائية Autonomy

البيئة الافتراضية بيئة تعمل بشكل تلقائى فهى مستقلة بذاتها , كما أنها بيئة ديناميكية , أى أنها تتميز بالتغير المستمر والتلقائى , وذلك عندما تكون مصممة بشكل يسمح لها بالتحرك أو السعى نحو تحقيق أهدافها , فالأفعال والمواقف تؤدى وتنفذ وتتطور وذلك بغض النظر عن أى تفاعلات أو تدخل من جانب المستخدم.

7.   المحاكاة Simulation

فالخبرة فى البيئة المصطنعة يتم محاكاتها كالخبرة الحقيقة تماماً , حيث يطلب من الأفراد اتخاذ القرارات وحل المشكلات والتعامل مع المواقف المختلفة فى ضوء المعطيات والظروف التى تتيحها البيئة المصطنعة.

8.   التعليم التعاونى Cooperative Learning

إن وجود بيئات افتراضية منتشرة فى أماكن مختلفة ومزودة بشبكات اتصال تربط بينها يوفر للمستخدمين لهذه البيئات نوعاً من التفاعل الجماعى والمشاركة الجماعية فى التعليم , كما أن ذلك يوفر لعديد من المستخدمين إمكانية المشاركة فى استخدام البيئات الافتراضية فى نفس الوقت the same timeat , وبالتالى فإن التفاعل فى ذات الزمن real-time interaction  بين مختلف الأفراد يؤدى إلى تعلم تعاونى حقيقى.

مكونات تكنولوجيا الواقع الافتراضى

تنقسم مكونات تكنولوجيا الواقع الافتراضى إلى ما يلى:

 الأجهزة Hardware

وهذه بدورها تنقسم إلى نوعين من الأجهزة هما:

النوع الأول : أجهزة الإدخال Input Devices

وهى الأجهزة المسئولة عن إدخال البيانات والمعلومات والأوامر والاستجابات إلى أجهزة الكمبيوتر التى تعمل ضمن منظومة تكنولوجيا الواقع الافتراضى وتتضمن ما يلى:-

1- لوحة المفاتيح Keyboard

تعد لوحة المفاتيح إحدى مكونات منظومة الكمبيوتر ، لذا فإن التعرف على هذه المفاتيح ومعرفة وظائفها يجب أن يحفظها الفرد المستخدم، واستخدام لوحة المفاتيح يتيح لنا استخدام معظم تطبيقات الواقع الافتراضى غير المكلفة.

2- الفأرة  Mouse

تستخدم الفأرة عادة فى شكل ذى بعدين two-dimensional(2-D) fashion لتحريك سهم صغير على شاشة الكمبيوتر فى العالم الافتراضى، والفأرة العادية يمكن أن تستخدم فى الإبحار navigation ، أو التحكم فى اليد الافتراضية للمستخدم.

3- فأرة ثلاثية الأبعاد Three- dimensional Mouse

هذه الفأرة يمكن رفعها عن المكتب ( الطاولة) وتحريكها فى اتجاهات مختلفة فى الفضاء ، ويكون الكمبيوتر قادراً على التعرف على المكان الذى تتواجد فيه الفأرة ، وتوصيل هذه المعلومات لإجراء التطبيقات اللازمة.

4- عصا التحكم Joystick

وهى أداة إدخال مألوفة للتحكم فى حركة جسم المستخدم وزاوية رؤيته، تبعا للاتجاه الذى يحرك فيه المستخدم تلك العصا، فإذا أراد المستخدم التحرك إلى الأمام فى العالم الافتراضى فما عليه إلا أن يحرك تلك العصا إلى الأمام.

5- قفاز البيانات Data Glove

وهو عبارة عن قفاز مصنوع من نوع خاص من الأقمشة الصناعية ، ومزود بأجهزة حسية من الألياف الضوئية ملحقة بقمته بمحاذاة كل إصبع، وعند تحريك الأصابع داخل القفاز قرباً أو بعداً من كف اليد ، فإن الألياف الضوئية تكون قادرة على إخبار الكمبيوتر بالحد أو المدى الذى تثنى به الأصابع داخل القفاز ، ثم يستخدم الكمبيوتر هذه المعلومات ليعرض صورة دقيقة معبرة عن حركة اليد.

6- أدوات التتبع Trackers

القفازات Gloves تكون غير قادرة على تتبع المكان الذى تستطيع أن تتواجد فيه اليد ، ولكى نخبر الكمبيوتر بالمكان الذى تتواجد فيه اليد فإننا بحاجة إلى أدوات التتبع ، والهدف من هذه الأدوات هو تزويد الكمبيوتر بالقيم المتعلقة بالإحداثيات x،y ، z التى تبين موقع أو مكان الأشياء فى الفضاء Space ، وكذلك القيم المتعلقة بالانحرافات التى تكون عليها الأشياء ودرجات وزوايا ميلها وانحدارها ودورانها.

النوع الثانى: أجهزة المخرجات Output Devices

وهى الأجهزة المسئولة عن عرض البيانات والمعلومات والأوامر والاستجابات ونتائج المعالجات سواء بطريقة مقروءة أو مسموعة أو مرئية أو بمزيج من هذه الطرق، وهى أجهزة تعمل ضمن منظومة تكنولوجيا الواقع الافتراضى وتتضمن ما يلى:-

1- شاشات تليفزيونية Monitors

بالرغم من أن هذه الشاشات تستخدم لعرض الواقع الافتراضى من خلالها سواء لفرد واحد أو مجموعة من الأفراد إلا أنها لا تمكن المستخدم من الاستغراق الحقيقى فى الواقع الافتراضى.

2- حاجب زجاجى Shutter Glasses

وهو يستخدم لإسقاط صور ثلاثية الأبعاد خارج شاشات العرض التليفزيونية Out of the monitor، وذلك فى الحيز بين عينى المستخدم ومستوى السطح الأمامى للشاشة ، وهذا من شأنه أن يعزز الشعور بالاستغراق لدى المستخدم.

3- وحدة العرض المحمولة على الرأس Head-Mounted Display

وهى تشبه خوذة الرأس التى يرتديها قائدوا الدراجات البخارية وتحتوى على شاشتى رؤية منفصلتين مثبتتين على مسافة سنتيميترات قليلة بعيداً عن عينى مرتدى الخوذة ( شاشة أمام كل عين)، وعند عرض صور على هاتين الشاشتين تظهر بها اختلافات طفيفة أمام كل عين على حدة ، أى أن الصورة المعروضة أمام العين اليمنى يكون بينها وبين الصورة المعروضة أمام العين اليسرى اختلاف بسيط، ويعمل مخ الإنسان المستخدم على مزج وتداخل هذه الصور معاً، فينشأ عن ذلك تخيل لحيز ثلاثى الأبعاد Three dimensional space ، وهذا الأمر يعد ضرورياً لتحقيق التأثير المرغوب فيه للواقع الافتراضى، وهذا الجهاز له مقدرة على تحديد وكشف اتجاه حركة الرأس وسرعتها.

4- الكهوف Caves

الكهف عبارة عن مسرح أبعاده 10 × 10 × 9 قدم ، وهو مزود بثلاثة شاشات للعرض الخلفى rear-projection screens واحدة فى المقدمة the front، والأخرى على اليمين ، والثالثة على الشمال ( مقدمة ويمين وشمال حوائط المسرح) ، بالإضافة إلى شاشة عرض سفلية Projection down-screen ، وهى قريبة من أرضية المسرح ( الكهف)، كما أن الكهف مزود بأربعة أجهزة عرض للفيديو Video projectors وهذا يسمح بالعرض المجسم stereo projection ويتم ذلك بمساعدة سوبر كمبيوتر super computer  وكل هذه التجهيزات تساعد علي أن تتحرك الصور وتحيط من كل جانب بالمشاهد ، كما تظهر الصور والأشياء المجسمة وهذا من شأنه أن يشعر المشاهد بالمعايشة presence في البيئة الافتراضية .

أنماط الواقع الافتراضى

1.   الواقع الافتراضى الـلا استغراقى Non-immersiveVR

كما يطلق عليه أيضاً Desktop VR  أى الواقع الافتراضى الذى يتم التعامل معه من خلال شاشة الكمبيوتر, ويرى كرونين أن هذا النمط هو أكثر أنظمة الواقع الافتراضى انتشاراً ,وأقلها تكلفة , وهو عبارة عن كمبيوتر ينتج عالماً افتراضياً, حيث يرى المستخدم هذا العالم الافتراضى مجسماً بأبعاده الثلاثة من خلال النوافذ الموجودة على شاشة الكمبيوتر , كما يمكن للمستخدم أيضاً أن يتجول خلال هذا العالم الافتراضى من خلال أجهزة تحكم مثل الفأرة Mouse  , وعلى الرغم من أن هذا النمط يتميز بانخفاض تكلفته نسبياً إلا أن جانب القصور الرئيسى له هو انخفاض إحساس الفرد بالإندماج مع العالم الافتراضى الذى يراه أمامه على شاشة الكمبيوتر .

2.   الواقع الافتراضى شبه الاستغراقى Semi-immersive VR

كما يطلق عليه أيضاً الواقع الافتراضى الإسقاطى Projected VR  وفى هذا النمط يمكن لعدد كبير من المشاركين أن يجتمعوا فى حجرة لمشاهدة عرض الواقع الافتراضى VR display  على شاشة كبيرة تميل تجاههم بزاوية متسعة تصل إلى 130 درجة بحيث تتيح أكبر مجال ممكن للرؤية , وهو مايمنح المشارك شعوراً نسبياً بالإندماج مع العالم الافتراضى الذى يراه أمامه على شاشة العرض , ويرى كرونين أن هذا النمط يتميز بأنه يوفر قدراً مناسباً من الإندماج مع مكونات البيئة الافتراضية إذا ما قورن بنمط الواقع الافتراضى اللاستغراقى , كما أن المساحة الكبيرة لشاشة العرض تمنح المشارك رؤيه أفضل للبيئة الافتراضية , بالإضافة إلى إمكانية تقديم العرض لعدد كبير من الأفراد فى وقت واحد ,إلا أن عيوب هذا النمط تتمثل فى أنه أثناء تقديم العرض يظل المشاهد فى كل الأوقات مدركاً وجود غيره من المشاركين, رغم اندماجه الجزئى مع كل مايراه , كما أن هذا النمط لايتيح إمكانية التفاعل الفردى مع مكونات البيئة الافتراضية .

3.   الواقع الافتراضى ذو الاستغراق الكلى Fullyimmersive VR

هذا النمط للواقع الافتراضى قادر على أن يستحوذ على خيال الأفراد , كما أنه يأتى فى قمة أنماط الواقع الافتراضى التى يتم من خلالها اكتساب الخبرة , ويتكون هذا النمط من وحدة عرض بصرية توضع على رأس المستخدم , وهذا يعنى أن الشخص الموجود داخل وحدة العرض الرأسية(HMD) يكون معزولاً تماماً عن العالم الخارجى ويكون محاطاً بالكامل بالواقع الافتراضى الذى تم توليفه , فإذا أدار الشخص رأسه فإن العالم الافتراضى يتحرك وفقاً لذلك لإعطاء هذا الشخص شعوراً قوياً بمعايشته للبيئة الافتراضية , ومع أن هذا النمط للواقع الافتراضى يمنح الفرد إحساساً قوياً بالمعايشـة presence , والاسـتغراق immersion , إلا أن هذا التعايش والاستغراق يتفاوت وفقاً لوضوح العرض المقدم من خلال تلك المنظومة , ومجال الرؤية, ومعدل حداثة وقدم الصور المستخدمة فى العرض , وتتمثل عيوب هذا النمط كما يراها كرونين فى ضعف وضوح الشاشة عن النمطين السابقين, بمعنى أن قدرة شاشة العرض فى هذا النمط أقل من مثيلتها فى النمطين السابقين , بالإضافة إلى مشكلات ميكانيكية متنوعة , وضعف حركة الرسوم على الشاشة.

الإسهامات التربوية لتكنولوجيا الواقع الافتراضى

الإسهامات التربوية التى تتيحها برامج الواقع الافتراضى لكل من المتعلم والمعلم والأهداف التربوية والموضوعات الدراسية.

·       تتيح تكنولوجيا الواقع الافتراضى للمتعلم

1- بناء معرفته والتوصل إليها بنفسه

2- الشعور بمسئوليته الذاتية عن تعلمه

3- المشاركة والتفاعل مع مادة التعلم

4- تركيز الانتباه أثناء التعلم

5- الاستمتاع بعملية التعلم

6- التفكير أثناء التعلم

·       تتيح تكنولوجيا الواقع الافتراضى للمعلم

1- تنظيم عملية التعلم

2- تحديد مصادر التعلم

3- رصد سلوك المتعلمين أثناء التعلم

4- إثارة دافعية المتعلمين للتعلم

5- تصميم بيئة التعلم

6- توجيه الطلاب أثناء التعلم

·       تكنولوجيا الواقع الافتراضى يمكن أن تسهم فى تحقيق الأهداف التربوية التالية:

1- تنمية القدرة على التصور البصرى

2- تنمية الاتجاه نحو التعلم بالاكتشاف

3- تنمية الاتجاه نحو التعلم الذاتى

4- تنمية الاتجاه نحو مادة التعلم

5- تنمية القدرة على فهم العمليات والمفاهيم والأفكار المجردة

6- تنمية مهارات حل المشكلات

7- تنمية القدرة على التفكير

8- تنمية القدرة على الاستنتاج

9- تنمية القدرة على التخيل

نشاط:
ناقش مع مجموعتك كيف يمكنك الاستفادة من أنماط الواقع الافتراضي في تدريس بعض الموضوعات.