تكنولوجيا الأرشيف

أدوات التحكم بالواقع الافتراضي

هذه المقالة هي الجزء 2 من 9 في سلسلة ما هو الواقع الافتراضي وكيف سيشكل مستقبلنا؟

تخيل لو أنك لا تستطيع التفاعل مع الوسط المحيط بك، يمكنك رؤية وسماع المؤثرات المختلفة ولكن لا تستطيع التفاعل معها. هكذا سيبدو الواقع الافتراضي بدون أدوات التحكم، حيث أنها تجعله يختلف عن وسائل التواصل الأخرى مثل مكالمات الفيديو أو الصوت. سيتناول هذ المقال أساليب وأدوات التحكم والتفاعل مع العالم الافتراضي.

1- عرض الرسوميات

إن استخدام الواقع الافتراضي يعتمد بشكل أساسي على حواس الإنسان وخاصة حاسّة البصر، لذلك من أهم الشروط الواجب تحقيقها هي العرض الجيد للأحداث بدقة عالية وبمعدل إطار ملائم. وقد ظهرت عدة تقنيات تحقق ذلك وهي:

1- تقنية الكهف « The Cave »

تُعد هذه التقنية أول تقنيات الإظهار والعرض ضمن هذا المجال. وقد ابتكرتها مهندسة الحاسوب «كارولينا كروزنيرا- Carolina Cruz-Neira» أول مرة في عام 1992م.

وهي عبارة عن غرفة مغلقة يتم فيها عرض الرسوميات المولدة من قبل الحاسوب على الجدران والأرضية والسقف، ويستخدم الشخص نظارات ثلاثية الأبعاد مشابهة لتلك المستخدمة في السينما ثلاثية الأبعاد وتكون هذه النظارات مصممة لتتوافق مع زوايا رؤية المستخدم وتصميم الغرفة. [1]

2- النظارات المحمولة على الرأس « Head-mounted display –HMD »

وهي الجيل الجديد من وسائل العرض، يتم وضعها كما النظارات تمامًا. تحتوي على شاشتين، واحدة أمام كل عين وتعرضان نفس الرسوميات ولكن أحدهما بتأخير زمني بسيط جدًا. تمنح الشاشتان إدراك برؤية ثلاثية الأبعاد بالتكامل مع المؤثرات الأخرى.

2- تتبع الحركة

وهي من أهم العناصر والتي تتكامل مع العرض لتوليد إدراك ثلاثي الأبعاد لدى المستخدم مثلًا، لو تحرك الشخص ولم يتغير منظور الرؤية لديه فلن تترجم إلا أنها صورة ثابتة أمام عين المستخدم ولن تولّد أي إدراك، ومن هنا جاءت أهمية تتبع الحركة. وهناك عدة أساليب وهي:

1- الكاميرات الحرارية:

والتي استخدمت ضمن غرف الكهف. يتم تثبيت كاميرات وحساسات في زوايا مختلفة من الغرفة تقوم بكشف مكان المستخدم بالاعتماد على حرارة جسمه وتتبع موقعه على هذا الأساس، ولكن من سلبياتها كان ضعف الأداء في حال كان المستخدم خارج المجال الفعّال للحساس أو الكاميرا.

2- نظام تتبع الرأس:

هو نظام مكون من عدد من الحساسات المترابطة مع بعضها والموزعة في مناطق مختلفة من جسم النظارات. تسجل الحساسات حركة وسرعة المستخدم من خلال قياس التسارع والاهتزاز، وترسل هذه المعلومات إلى المعالج الذي يقوم بترجمتها. ويحرك الرسومات بما يتناسب مع معلومات الحركة التي قرأها، يوجد نوع آخر من الحساسات يقيس زوايا ميل الرأس بشكل مشابه تمامًا للحساس في الهاتف الذكي، والذي يقوم بتدوير الشاشة بحسب زاوية ميل الهاتف والأمر ذاته ينطبق على جهاز التحكم، حيث يتم تحريك الرسوميات بنفس الطريقة بما يتناسب مع زوايا ميل الرأس.[2]

كل المعلومات المسجلة من قبل الحساسات تُعالج من قبل المعالج وتدمج مع الرسوميات المعروضة للمستخدم لتولد إدراك برؤية ثلاثية الأبعاد مشابهة قدر الإمكان للرؤية الحقيقية.

3- قبضة التحكم

لهذه القبضة عدد من المهام تتكامل مع الأدوات التي ذكرناها سابقًا، تحتوي هذه القبضة على أزرار تحكم للقيام بحركات معينة كالتقاط الأشياء على سيبل المثال، تحتوي أيضاً على حساسات للحركة وحساسات زوايا الميل من أجل معرفة مكان اليدين في الفضاء وتتبع حركتهما باستمرار. تتم معالجة جميع هذه البيانات ومزامنتها مع بعضها لتولد بالنتيجة إدراك ثلاثي الأبعاد للمستخدم.

تحتوي بعض أنواع هذه القبضات على هزازات لتحقيق ما يسمى بالتغذية العكسية اللمسية وكمثال لتبسيط هذا المصطلح، عندما تكون ممسكًا بكوب ماء وتريد وضعه على الطاولة، في اللحظة التي يلامس فيها الكوب الطاولة ستشعر باهتزاز في يدك ناتج عن رد فعل الطاولة لوزن الكوب، وبالتالي وظيفة هذه الهزازات هي توليد مثل هذه الاهتزازات في مواقف مشابهة. [3]

يوجد دراسة متقدمة تجريها بعض المختبرات وهي استخدام الجلد الصناعي، هذه الفكرة تعتمد على لباس يرتديه المستخدم متزامن مع وحدات المعالجة ويحتوي على حساسات موزعة على كامل الجسم، مما يوفر تتبع للحركة و ينقل الإحساس بلمس الأشياء من الواقع الافتراضي إلى الواقع بدون استخدام قبضات أو أدوات تحكم، حيث ستكون جميعها مدمجة ضمن هذا الجلد الصناعي.

تتنافس الشركات الكبرى الآن على ابتكار وصنع العتاد الأفضل وتحقيق قفزة نوعية ضمن هذا المجال، فهل من الممكن الوصول إلى نقل كامل الإدراك البشري الى عالم افتراضي واحد؟

المصادر:

1- Coursera
2-ScienceDirect
3- CircuitStream

مقدمة في الواقع الافتراضي في 4 أسئلة

هذه المقالة هي الجزء 1 من 9 في سلسلة ما هو الواقع الافتراضي وكيف سيشكل مستقبلنا؟

مقدمة في الواقع الافتراضي في 4 أسئلة

بعد إعلان مؤسس فيسبوك (مارك زوكربيرغ) عن اسم الشركة الجديد وشرحه للجيل الجديد من طرق التواصل الاجتماعي عبر الواقع الافتراضي، هل تساءلت ما هو الواقع الافتراضي وما هي تفاصيله؟ في هذا المقال سوف نأخذك في رحلة في هذا العالم لتتعرف عليه وتعلم ماهيته عبر مقدمة في الواقع الافتراضي من خلال 4 أسئلة ضرورية.

1. ما هو الواقع الافتراضي؟

الواقع الافتراضي هو عمليةُ محاكاةٍ لتجربة معينة أو إحساس معين ضمن عالم ثلاثي الأبعاد يتم توليده من قبل معالجات رسومية خاصة، يتفاعل معها المستخدم عن طريق حواسه، وبالتالي يعتمد عمل الواقع الافتراضي على حواس المستخدم وبشكل خاص على البصر والسمع. ويكون المستخدم وكأنه جزء من هذا العالم حيث يتفاعل مع عناصره كما يتفاعل مع عناصر العالم الحقيقي، مثلًا يمكنك القرع على الباب في العالم الافتراضي وتسمع صوت القرع وكأنه حقيقي.[1]

2. كيف يعمل؟

الصعوبة كانت تكمن بتوليد هذا العالم من وجهة نظر المستخدم، أي يجب معرفة كيف يقوم العقل البشري بمعالجة مختلف المدخلات التي يتلقاها من حواس الجسم لتوليد الإدراك، فمثلًا عندما تنظر إلى أي شيء في غرفتك تستطيع معرفته وتمييزه بناءًا على تفاعل سابق معه أو عندما تنظر إلى اتجاه ظل الأشياء تعلم من أي اتجاه يأتي الضوء.[2]

بالاعتماد على الفهم السابق لمنطق العقل في التحليل تم إنشاء بيئة افتراضية تفاعلية، ولكن كيف يصبح المستخدم جزءاً منها وكيف يتحكم بحركته وتفاعله معها؟

بما أن التجربة تعتمد على الحواس فيجب تحقيق عدّة متطلبات تقنية كي نصل إلى ربط كامل بين حواس المستخدم والعالم الافتراضي.

3. كيف يحاكي الواقع الافتراضي حواسنا البشرية؟

أولًا: مجال الرؤية. مجال الرؤية هو الزاوية التي يراها المستخدم من منظوره. فالعين الطبيعية تغطي زاوية تقدر بين 120 إلى 220 درجة. بينما توفر النظارات التي يستخدمها المستخدم حوالي 114 درجة كزاوية رؤية. ويتم العمل على زيادتها لكي تحقق نفس زاوية العين الطبيعية.[2]
ثانيًا: معدل الإطار. وهو معدل الحركة للرسوم في الثانية. وكما نعلم أنه مقياس مهم في عالم الألعاب. وبما أن العالم الافتراضي مبني على الرسوميات ويوجد به الكثير من العناصر التي تتحرك وتتفاعل مع عين المستخدم باستمرار، لذلك يجب توفير معدل إطار مناسب بشكل كافي لكي تظهر وكأن حركتها حقيقية. إذ تميز العين البشرية 30 إلى 60 إطار بالثانية. بينما الواقع الافتراضي يوفر بين 75 إلى 90 إطار بالثانية وأحيانا تصل إلى 120 إطار. يعطي زيادة عدد الإطارات انطباع أكثر واقعية للعناصر المتحركة.[2]
ثالثًا: المؤثرات الصوتية. هي عامل مهم وتعمل بشكل متكامل مع باقي العوامل التي ذكرناها لتوليد إدراك كامل للمجال ثلاثي الأبعاد، ولتحقيق ذلك يجب تحقيق عوامل مكانية، كمراعاة مكان قدوم الصوت، مثلًا الصوت القادم من جهة اليمين، يُسمع عن طريق الأذن اليمنى قبل الأذن اليسرى بفاصل زمني بسيط جداً قد لا ندركه بشكل فعلي ولكنه مهم جدا بالنسبة للدماغ.[2]
رابعًا: تتبع الحركة، تعتمد حركة المستخدم في الواقع الافتراضي على حركته في الواقع وليس على أزرار كما هو الحال في الألعاب الرقمية. ويتم تتبع حركة الجسم أو الرأس عن طريق حساسات تقوم بتجميع معلومات عن زاوية الحركة وإحداثيات الجسم ويتم معالجتها وتنفيذها بحذافيرها في العالم الافتراضي.[2]
خامسًا: الشعور باللمس، مؤخرًا تم الإعلان عن تطوير جلد اصطناعي لهذا الغرض، يرتديه المستخدم، يقوم هذا الجلد بنقل شعور لمس العناصر والأشياء بالعالم الافتراضي إلى جسده كما لو كانت واقعية.

4. ما هي تطبيقات الواقع الافتراضي؟

أولًا: ألعاب الفيديو. من أبرز استخدامات الواقع الافتراضي هي مجال ألعاب الفيديو. وأبرز هذه الألعاب هي Microsoft Flight Simulator والتي تعطيك شعور واقعي بالطيران وسبر بقاع العالم المختلفة. وقد أعلن مارك زوكربيرغ مؤخرًا أنه يتم العمل على تطبيق اللعبة المشهورة (GTA : San Andereas ) في العالم الافتراضي. بالتالي سيتسنى للمستخدمين خوض التجربة كما في اللعبة تمامًا.[3]
ثانيًا: اجتماعات العمل. حيث يتم عقد اجتماعات ضمن الواقع الافتراضي ويكون التفاعل متاح مع جميع الموجودين. لهذا أهمية كبيرة تساعد في تذليل العديد من العقبات بسبب بعد المسافات أو القيود المفروضة بسبب وباء كورونا.[3]
ثالثًا: التدريب الطبي. وهو من أهم المجالات التي سوف يدفع بها العالم الافتراضي خطوات للأمام. حيث سيتاح للأطباء حديثي التخرج والمتدربين على إجراء العمليات الجراحية الحساسة أو العمليات الإسعافية ضمن بيئة افتراضية مخصصة لذلك.[3]

وكما هو الحال في جميع التقنيات الحديثة فهي سيف ذو حدين، ويعتمد ذلك على الطريقة التي يتم استخدامها بها.فالجانب الآخر لهذه التقنية قد يؤدي إلى إدمان عند بعض المستخدمين. إذ يقلل من تفاعل المستخدمين مع العالم الحقيقي، الأمر الذي قد يولد بعض الاضطرابات النفسية والاجتماعية. كما قد يسبب أضرار جسدية بسبب قلة الحركة. كما سيصبح عالم ممتلئ بالخداع، فالعالم الافتراضي يتيح لك أن تصبح ما تريد، وبالتالي قلة قليلة من الناس قد تتواجد ضمنه على حقيقتها.[4]من المتوقع ازدياد الاعتماد على هذه التقنية مع مرور الزمن، بل ويعتقد البعض أن حياتنا ما هي إلا محاكاة بالفعل، فهل ستكون كفؤً لتلبية متطلبات الإنسان المتزايدة أم أنها سوف تفشل مستقبلاً؟

المصادر:

[1] vrs
[2] softwaretestinghelp
[3] forbes
[4] forbes

هل سنتمكن من صنع عباءة اختفاء؟

نجح باحثون من المملكة المتحدة في جعل جسم مرتفع يبدو مسطحًا أمام الموجات الكهرومغناطيسية – مما يعني أنهم يقتربون من امتلاك جهاز يمكنه إخفاء الأشياء بشكل كامل. في حين لا يزال هذا الاكتشاف بعيدًا عن تقديم عباءة الاختفاء الخاصة بهاري بوتر، إلا أن التجربة الناجحة قد تساعد الباحثين في تطوير أنظمة ميكروويف وأنظمة بصرية أفضل للاستخدامات التجارية والصناعية. فدراسة «الأمواج السطحية-» ومعالجتها هو المفتاح لتطوير الحلول التكنولوجية والصناعية لتصميم منصات واقعية.

للقيام هذا، قام الفريق بتغطية سطح مرتفع بـ «وسط مركب نانوي-nanocomposite medium» مطور حديثًا – وهو في الأساس نوع من المواد يتكون من طبقات مختلفة من الجسيمات النانوية، مع كل طبقة لها خاصية كهربائية مختلفة. تسمح المادة للموجات الكهرومغناطيسية بضرب الجسم وبالمرور من خلاله دون تشتيت، وبالتالي إخفائه. لقد أظهر الباحثون إمكانية استخدام المركبات النانوية للتحكم في انتشار الموجات السطحية من خلال «الطّباعة ثلاثيّة الأبعاد-3D printing, or additive manufacturing». وربما الأهم من ذلك، أن النهج المستخدم يمكن تطبيقه على الظواهر الفيزيائية الأخرى التي تم وصفها بواسطة «المعادلات الموجية-wave equations»، مثل الصوتيات. لهذا السبب، نعتقد أن لهذا العمل تأثيرًا صناعيًا كبيرًا. بعبارة أخرى، طور الفريق مادة يمكنها إخفاء جسم ما فعليًا، بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية.

لم يخض الباحثون في تفاصيل كيفية التوصل إلى مادة الجسيمات النانوية أو كيف تعمل على المستوى التقني – ربما لأنهم يأملون في الحصول على براءة اختراع – على الرغم من أنه يمكننا التخمين بدرجة ما، استنادًا إلى مشاريع مشابهة سابقة. على سبيل المثال، في سبتمبر 2015 م، ابتكر فريق من Berkeley Lab في الولايات المتحدة جهاز إخفاء يعمل بشكل مشابه تمامًا للجهاز الموجود في الدراسة الجديدة. تعمل هذه العباءة، كما أفاد بيتر دوكريل، من خلال استخدام «المواد الخارقة-metamaterials» المصممة خصيصًا، والتي يمكن أن تنحني أو تحني انعكاس الضوء عبر بنيتها الفيزيائية على عكس المواد الطبيعية، مما يجعل الأشياء غير قابلة للكشف بصريًا.

على الرغم من حقيقة أن الباحثين لا يزالون بعيدين عن صنع عباءة إخفاء حقيقية، فإن الفريق متحمس للغاية بشأن المادة الجديدة لأنها توسع دراسات “عباءة الاختفاء” السابقة التي استخدمت تقنيات مماثلة لكن تعمل بتردد واحد فقط. فقد أظهرت الأبحاث السابقة أن هذه التقنية تعمل بتردد واحد. ومع ذلك، يمكن للباحثين إثبات أنها تعمل على نطاق أكبر من الترددات مما يجعلها أكثر فائدة للتطبيقات الهندسية الأخرى، مثل الهوائيات النانوية ومجال الفضاء الجوي.

إن استخدام الجسيمات النانوية ليس الطريقة الوحيدة التي يحاول بها الباحثون ابتكار عباءة إخفاء. ففي عام 2014 م، ابتكر باحثون من جامعة روتشستر في نيويورك عدسة تضم أربع عدسات بأطوال بؤرية مختلفة تقوم بحني الضوء، مما يعطي الانطباع بأن شيئًا ما قد اختفى. هناك العديد من الأساليب عالية التقنية لصنع عباءة الإخفاء، والفكرة الأساسية وراء كل منها هي جعل الضوء يمر بشيء كما لو لم يكن موجودًا، وهذا يتم غالبًا باستخدام مواد عالية التقنية أو «مواد غريبة-exotic materials».

الأخبار المحزنة هي أن الباحثين قاموا منذ ذلك الحين بقياس حدود إمكانية أجهزة الإخفاء، ووجدوا أنه مع التكنولوجيا الحالية، لن نتمكن أبدًا من الحصول على عباءة تخفي تمامًا البشر أو الأشياء الكبيرة مثل الدبابات.لذا في الوقت الحالي، لا يسعنا إلا الغيرة من هاري بوتر وعباءته السحرية.
نُشرت النتائج الدراسة في مجلة Scientific Reports.

المصادر: Phys, ScienceAlert, ScienceDaily
إقرأ أيضًا: لماذا يصعب علينا الانقطاع عن قراءة “هاري بوتر”؟

الآلات يمكن أن تتعلم الأن بسرعة الضوء

تعمل «الشبكات العصبونية – neural network» ضمن ما يعرف ب «تعلم الآلة – machine learning»، الذي أصبح نهجاً شائعاً في مجال تطوير الذكاء الصناعي بين العلماء، والباحثون الهادفين لنسخ وظائف الدماغ البشري إلى الآلة، للتعلم من تلقاء نفسها من دون تدخل الأنسان، ولتسخيرها في خدمة العديد من التطبيقات. ولقد حقق باحثون نقلة نوعية في تطوير الذكاء الصناعي، من خلال استخدام الضوء بدلًا من الكهرباء لتنفيذ العمليات الحاسوبية.

البحث الذي نُشر في مجلة Applied Physics Reviews، يكشف أن TPU – وهي وحدة معالجة الشبكة العصبية تستخدم في الذكاء الأصطناعي – التي تعتمد على الفوتون كانت قادرة على أداء أوامر ما بين 2-3 مرة أكثر من TPU الكهربائي، حيث يمكن أن يخزن ويعالج البيانات على التوازي.

الطريقة الجديدة تحسن بشكل هائل كلاً من السرعة والكفاءة لتعلم الآلة التي تستخدم الشبكات العصبونية، وسوف تساعد في حل بعض من التحديات التي أعاقت المعالجات الحالية من تنفيذ عمليات أكثر تعقيداً. المعالجات الحالية التي تُستخدم في تعلم الآلة محدودة في تنفيذ العمليات الصعبة، بسبب الطاقة المطلوبة في معالجة البيانات. فكلما زاد ذكاء الشبكة العصبونية، زاد معه تعقيد البيانات، والطاقة المطلوبة لها. وايضاً محدودة بسرعة انتقال الإلكترونات ضمن الشبكة الواصلة بين المعالج والذاكرة، حيث تمثل الإلكترونات البيانات المرسلة داخل الشبكة.

اكتشف الباحثون من جامعة جورج واشنطن، في الولايات المتحدة، أن استخدام الفوتونات داخل وحدات معالجة الشبكة العصبية، يمكن أن يتغلب على هذه القيود ويخلق ذكاء اصطناعي أكثر قوة وكفاءة في استخدام الطاقة. وبمجرد أن تُدرب الشبكات العصبية على البيانات، فسوف يكونون قادرين على التمييز والتعرف على أجسام وأنماط محددة، مثل البحث عن نمط معين داخل مجموعة من البيانات. تتضمن التطبيقات التجارية المحتملة للمعالج المبتكر، شبكات 5G-6G التي تتطلب قدر عالي من الطاقة ومعالجة البيانات، بالإضافة إلى مراكز البيانات المكلفة بأداء كميات هائلة من تحليل ومعالجة البيانات.

سوف تشكل التقنية الجديدة تطور كبير في أدارة البيانات، من خلال تقليل الطاقة الازمة، وتسريع عمليات نقل البيانات باستخدام الفوتونات، التي تسير بسرعة الضوء ومعالجتها وتخزينها.

الآلات يمكن أن تتعلم الأن بسرعة الضوء

مصادر (الآلات يمكن أن تتعلم الأن بسرعة الضوء):

Independent

Unilad

المزيد:

الهندسة الاجتماعية، فن اختراق البشر