تجربه هولوگرافیکِ واقعیت ترکیبی در موزه ها و در روش تدریس

برای میلیون ها کودک، کشیده شدن به موزه یک تجربه منحصر به فرد دردناک است، که بیشتر با ایستادن زمان همراه است تا آوردن تاریخ به زندگی – همان طور که در فیلم "شب در موزه" با بازی بن استیلر اتفاق می افتد.
 
اما همه این ها می تواند با توسعه فناوری جدید "واقعیت ترکیبی" (MR) ، که می تواند اشکال جدیدی از داستان سرایی تعاملی را به موزه های ما تزریق کند، تغییر نماید – مثلاً با معرفی راهنماهای تور هولوگرافیک و نمایشگرهای دیجیتال غوطه وری به جای کابینت های شیشه ای که با جای انگشت لکه دار شده و اطلاعات کم رنگ تابلوها.
 
برخلاف غوطه وری کاملِ واقعیت مجازی (VR) یا صفحه رایانه مورد نیاز برای واقعیت افزوده (AR) ، MR  از یک نمایشگر شیشه ای نصب شده بر روی سر، شبیه به عینکGoogle Glass، استفاده می کند، که کاربر را قادر می سازد محیط واقعی خود را ببیند در حالی که ویژگی های مجازی از بالا همپوشانی می شود، و احساس ادراک متفاوتی ایجاد می کند.
 این طیف جدید از دستگاه های دارای هولوگرام ممکن است پلی بزند بر شکاف بین سبک درس معلم محور و این که دانش آموز به دور از آموزش زنده اقدام به خود خوانی و خود آموزی کند.برای مدیریت این شاهکار، دستگاه های MR مجهز به سنسورهایی هستند که برای ردیابی حرکت کاربر بسیار مهم هستند. دستگاه های MR همچنین به دوربین هایی مجهز شده اند که نشانه هایی را از محیط شناسایی می کنند تا در سوار شدن یکپارچه ویژگی های مجازی بر دنیای فیزیکی کمک کنند. همه این ها از طریق فرافکنی گرافیک های سه بعدی بر روی نمایشگر شیشه ای حاصل می شود - فرآیندی که باعث ایجاد هولوگرام می شود.
 
در نتیجه، بازدید کنندگان موزه های آینده که دارای قابلیت MR هستند ممکن است در جستجوی سر نخ های آموزنده، خود را در مسیر جستجوی طلای دزدان دریایی گمشده، فرار از تله های انفجاری یا پرسه زدن در آب های آلوده به تمساح قرار دهند. ما سعی کردیم برخی از این ویژگی های مهیج را در مطالعه تجربی MR خود در موزه مصر قاهره بگنجانیم - که شاهد مهمانانی بود که از سر راه ارابه های جنگی کنار می رفتند و گرد و خاک روی آثار باستانی را پاک می کردند.
   
تصویر: چهره های رایانه ای سربازان مصری در یک موزه. یک صحنه نبرد که با استفاده از MR در موزه مصر، قاهره مشاهده شده است.
 
آزمایش موزه MR ما در قاهره از سخت افزار Microsoft HoloLens و نرم افزار جدیدی به نام "MuseumEye"  استفاده کرد. مصر باستان یک دوره شگفت انگیز از تاریخ بشریت بود که با کمک فناوری دو باره زنده شد - اگرچه تصاویر ما بیشتر شبیه تصاویر فیلم "مومیایی" بود تا "شب در موزه".
 

مومیایی باز می گردد

در تجربه موزه MR ما، هولوگرام های پادشاه توتانخامون و ملکه آنخسنامون همسر وی بازدید کنندگان را به اطراف موزه هدایت می کنند و در مورد چگونگی زندگی شان و در مورد چگونگی استفاده از برخی از 120،000 ابزار و مصنوعات به نمایش درآمده توضیح می دهند.
 واقعیت ترکیبی، همانطور که از طریق دستگاه هایی مانند HoloLens مشاهده می شود، می تواند به کاربران اجازه دهد تا بخشی فیزیکی از کلاس باقی بمانند، و علاوه بر آموزش نرمال، تصاویر بصری دیجیتال نیز در آن گنجانده شده است.مسئولیت دسترسی دادنِ بیشتر این آثار باستانی به بازدیدکنندگان، ما را ملزم می کرد که بسیاری از نمایشگاه ها را به صورت سه بعدی اسکن کنیم، تا بتوانند به صورت دیجیتالی به عنوان اشیاء سه بعدیِ قابل کنترل ارائه شوند. سپس عتیقه های اسکن شده به برنامه ای موسوم به "وحدت" (Unity) ، که به ما کمک می کرد حرکت دست را برای انجام وظایف ترسیم کنیم، تغذیه شدند - برای مثال، یک نیشگون (حرکت نیشگون وار) به عنوان دستوری برای کوچک سازی یک مصنوع کد گذاری می شد. شخصیت های متحرک نمایشگاه MR در برنامه های "zBrush" و "Autodesk Maya" مدل سازی شدند. در نتیجه‌ی این کارِ برنامه نویسیِ جامع، بازدید کنندگان می توانستند "وسایل را از قفسه بیرون بیاورند" و با استفاده از حرکات دستی حس شده توسطHoloLens ، آنها را با جزئیات بررسی کنند.
   
تصویر: یک فرعون متحرک، یک صندلی باستانی را در یک موزه به نمایش می گذارد. نمونه ای از نحوه ارائه یک مصنوع به صورت سه بعدی توسط فناوریMR ..
 
در جای دیگر، با سربازان و ارابه های جنگی موجود در اطراف اتاق های نمایشگاه، ما به متحرک سازی باز یابی هایی از چگونگی جنگ امپراتوری مصر باستان پرداختیم. ما همچنین به مهمانان این فرصت را دادیم که برای آن روز، باستان شناس شوند و گنجینه های پنهان شده در اطراف موزه را باز کنند. با به دست آوردن امتیاز در مورد اکتشافات انجام شده، ما فرآیند یادگیری موزه را به یک بازی تبدیل کردیم - چیزی که نشان داده شده است برای بهبود نتایج آموزشی حاصل از بازدید از موزه مفید است.
 به مایکروسافت اخیراً قراردادی 480 میلیون دلاری برای تأمین نمونه های اولیه HoloLens برای ارتش ایالات متحده اعطا شده است.حدود 171 مشتری موزه، برنامه‌ی MuseumEye را مورد ارزیابی قرار دادند، که بیش از 80٪ از آنان MR  را تجربه قابل توجهی در تعامل، سرگرمی و ارزش آموزشی ارزیابی کردند. و فواید دیگری نیز وجود دارد: در یک مطالعه جداگانه، ما راهنماهای MR را مقرون به صرفه تر از راهنماهای انسانی تور یافتیم، با توانایی های اضافی برای ارائه اطلاعات به صورت بلادرنگ در مورد رفتار مهمانان و ازدحام بخش.
 

تاریخچه هولوگرافی

تعدادی دیگر از موزه ها آزمایش MR را آغاز کرده اند. یکی از آنها از هولو لنز برای اثر گذاری قدرتمند در نمایشگاه خود استفاده کرد. موزهIntrepid ، Air & Sea  در نیویورک میزبان نصب MR به نام «سرپیچی از جاذبه: زنان در فضا» یا “Defying Gravity: Women in Space” بود. و در واشنگتن دی سی، موزه جغرافیای ملی (National Geographic Museum) میزبان "تبدیل شدن به جین" (“Becoming Jane”) به عنوان راهی برای غرق شدن بازدید کنندگان در زندگی و کار محقق شامپانزه، دکتر جین گودال، شد.
 
فراتر از موزه ها، MR  با پروژه HoloDentist مورد استفاده قرار می گیرد، که به جراحان دندان پزشک کار آموز کمک می کند تا با خیال راحت بیماران مجازی را عمل کنند. در همین حال، پروژه ".rooms" از MR برای کمک به طراحان داخلی استفاده می کند و به مردم امکان می دهد در خانه گشت بزنند و مبلمان و ویژگی های خانه خود را تغییر دهند.
 

بازگشت به واقعیت

از آن جایی که فناوری MR در ابتدای راه است، دستگاه هایی که در حال حاضر در دسترس توسعه دهندگان هستند، هم محدود و هم گران هستند - به همین دلیل موزه مصر در حال حاضر از MR توسعه یافته توسط تیم ما، استفاده نمی کند. هزینه یک مایکروسافت هولولنز حدود 3500 دلار آمریکا (2570 پوند) است و برای اجرای تورهای مؤثر MR ممکن است برای موزه های بزرگ به 300 هدست نیاز باشد.
 
با این حال، به نظر می رسد این فناوری برای رشد سریع تنظیم شده است. پس از آن که هدست های Oculus Rift VR  فیس بوک نتوانستند خیال پردازی عمومی را به خود جلب کنند، این شرکت اخیراً از عرضه عینک هوشمند MR با نام تجاری خود که قرار است در اواخر سال جاری ارائه شود، خبر داد. در سال 2020، Nreal  هدست U + Real Glass MR  را به عنوان وسیله ای مقرون به صرفه برای استفاده روزمره، با برنامه ریزی برای گسترش فروش به ژاپن و اروپا طی سال های آینده، در کره راه اندازی کرد.
 
نرم افزار MuseumEye ما نشان داده است که چگونه فناوری MR می تواند تاریخ را زنده کند و هم به موزه ها و هم به میهمانانشان مزایایی را ارزانی دارد. با انتشار سخت افزار جدید MR با قیمت مناسب و توسعه بیشتر نرم افزار هولوگرام، انتظار داریم موزه ها در سال های آینده تعامل خود را با MR افزایش دهند - و "شب در موزه" را به یک واقعیت روزمره تبدیل کنند.
 

معلمان هولوگرافیک

 
تصویر: واقعیت ترکیبی می تواند آموزش را از راه هایی تقویت کند که با قلم و کاغذ یا حتی واقعیت مجازی غیر ممکن است. شاتر استوک
 طی 20 سال گذشته، محققان و شرکت ها با چشم انداز "واقعیت ترکیبی"، جایی که فیزیک و دیجیتال با هم مخلوط یا ترکیب شده اند و تجاربی بی نظیر و دیجیتالی را ایجاد می کنند، پیشرفت کرده اند.ذهنِ خود را به نقطه بازگشت قرن گذشته معطوف دارید. کارشناسان پیش بینی می کردند که در کلاس های درس دیگر معلمین انسانی وجود نخواهند داشت و نهادهای مجازی هولوگرافیک به جای آن درس ارائه می دهند.
 
این قطعاً اتفاق نیفتاده است. نزدیک ترین چیز در این رابطه که به سمت آن آمده ایم گپ ویدیویی گروهی از طریق برنامه هایی مانندFaceTime ، Zoom  یا Google Hangouts است. اما این بدان معنا نیست که هولوگرام بخشی از زندگی ما نیست - فقط به شکلی متفاوت تر به بازار عرضه می شود.
 
طی 20 سال گذشته، محققان و شرکت ها با چشم انداز "واقعیت ترکیبی"، جایی که فیزیک و دیجیتال با هم مخلوط یا ترکیب شده اند و تجاربی بی نظیر و دیجیتالی را ایجاد می کنند، پیشرفت کرده اند.
 
هر چند در ابتدا محدود به آزمایشگاه ها و نمونه های اولیه تحقیق بود، اما در سال های اخیر شاهد افزایش عمده ای در استفاده از فناوری واقعیت ترکیبی بوده ایم. و این در تنظیمات کلاس کاربرد خاصی دارد.
 

یک صنعت رو به رشد

بیش از سه میلیارد دستگاه واقعیت افزوده (AR) – که نوعی واقعیت ترکیبی است - در حال حاضر در حال استفاده هستند. و ارزش این صنعت در بازار بین 30 تا 200 میلیارد دلار برآورد شده است.
 
شرکت هایی مانند اپل و گوگل، AR را از طریق چارچوب های توسعه دهنده ای مانند ARKit و ARCore که با تلفن هوشمند استاندارد کار می کنند، پذیرفته اند. مایکروسافت همچنین از طریقHoloLens ، هدستی مستقل که از سال 2016 در دسترس توسعه دهندگان است، زمینه واقعیت ترکیبی را پیش برده است.
 
اما پیشرفت به کندی صورت گرفته است - در اصطلاحات، سردرگمی ایجاد شده است و در این مسیر گام های نادرستی برداشته شده است. کاربران Google Glass را از ترس این که مبادا از دوربین داخلی برای ضبط مخفیانه افراد استفاده کنند با عبارت گلاسول ("glassholes") مورد خطاب قرار می دهند. (گلاسول شخصی است که از Google Glass  استفاده می کند و هنگام تعامل مستقیم با افراد دیگر، اجتماعات خصوصی یا رویدادهای عمومی، از برداشتن آن خودداری می کند.)
   
تصویر: دو دانشجوی علوم با استفاده از هولوگرام از طریق HoloLens مغز انسان را در طی یک درس فیزیولوژی تجسم می کنند. دکتر کریستین مورو
 

سرمایه گذاری قابل توجه نظامی

به مایکروسافت اخیراً قراردادی 480 میلیون دلاری برای تأمین نمونه های اولیه HoloLens برای ارتش ایالات متحده اعطا شده است. از HoloLens قبلاً در آموزش استفاده می شده است، اما این اولین بار است که از این دستگاه ها در جنگ برای "ارائه اطلاعات بیشتر و بهتر به سربازان برای تصمیم گیری" استفاده می شود.
 با انتشار سخت افزار جدید MR با قیمت مناسب و توسعه بیشتر نرم افزار هولوگرام، انتظار داریم موزه ها در سال های آینده تعامل خود را با MR افزایش دهند.در سال 2016، دولت اسرائیل هولولنز را در آموزش نبرد برای سربازان آزمایش کرد. این دستگاه به سربازان این امکان را می داد تا مدل های زمینی نظامی را دستکاری کنند، و در عین حال به داده های اطلاعاتی دسترسی داشته باشند.
 
از این فناوری همچنین می توان برای ارائه دستور العمل های دیداری و شنیداری برای کمک به سربازان جنگی برای تعمیر تجهیزات معیوب و یا کمک به پزشکان برای انجام جراحی بر روی سربازان زخمی استفاده نمود.
 
مایکروسافت و ارتش با ترکیب فیزیک و دیجیتال، فکر می کنند که می توانند اطلاعات پیشرفته و جدیدی را فراهم کنند که به سربازان کمک می کند تا در مورد موضوع درگیری با دشمن به کشف و تصمیم برسند.
 
اگر چه تدارک هولولنز برای ارتش در بر دارنده قابلیت های پیشرفته و مخفی خواهد بود، اما به هر حال یک نسخه از آن قبلاً در دسترس توسعه دهندگان است. و این نسخه در حال حاضر در آموزش دانشگاه در حال آزمایش است - بنابراین آیا می توان گفت که این یک فناوری مخرب است که روش آموزش دانشجویان ما را تغییر می دهد؟
 

نه استاد هولوگرافیک، بلکه استادی با هولوگرام

از فناوری آموزشی به طور فزاینده ای در برنامه های درسی مدرن استفاده می شود. این امر به ویژه در رشته هایی مانند علوم بهداشتی و پزشکی وجود دارد، جایی که نمایش های سه بعدی بدن انسان تجربه یادگیری پیشرفته را در مقایسه با تصاویر سنتی رسانه ها یا کتاب های درسی تسهیل می کند.
 
از واقعیت مجازی (VR) در حال حاضر برای تدریس در چندین دانشگاه استفاده می شود. اما فناوری VR به کاربرانی نیاز دارد که از هدستی استفاده می کنند که دنیای واقعی را مسدود کرده و دانش آموزان را از کلاس خارج کرده و آنها را در فضای مجازی خودشان قرار می دهد.
 
این کار برای مربیان، کار با این فناوری را در یک جلسه آموزشی دشوار می کند. آموزش از طریق واقعیت مجازی تا حد زیادی مستقل و مکمل مطالبی است که در غیر این صورت در کلاس آموزش داده می شود.
 
از طرف دیگر، واقعیت ترکیبی، همانطور که از طریق دستگاه هایی مانند HoloLens مشاهده می شود، می تواند به کاربران اجازه دهد تا بخشی فیزیکی از کلاس باقی بمانند، و علاوه بر آموزش نرمال، تصاویر بصری دیجیتال نیز در آن گنجانده شده است. به این ترتیب، مربی زنده با دستور العمل های کلامی و آموزش به صورت عادی بخشی از تجربه مستقیم باقی می ماند.
 فراتر از موزه ها، MR  با پروژه HoloDentist مورد استفاده قرار می گیرد، که به جراحان دندان پزشک کار آموز کمک می کند تا با خیال راحت بیماران مجازی را عمل کنند.ارائه های هولوگرافیک یک لایه اضافی برای جلسات یادگیری عادی فراهم می آورد. همچنین به دانشجویان اجازه می دهد تا دستشان آزاد باشد، و بنابراین بتوانند یادداشت بردارند یا با منابع پیرامون فضای کار تعامل داشته باشند.
 
این طیف جدید از دستگاه های دارای هولوگرام ممکن است پلی بزند بر شکاف بین سبک درس معلم محور و این که دانش آموز به دور از آموزش زنده اقدام به خود خوانی و خود آموزی کند.
 
با توسعه این فناوری ها، ما به عنوان مربیان می توانیم با استفاده از نمایش های سه بعدی، روش تعلیم خود را ارتقا دهیم. به عنوان مثال، در طی یک درس در مورد سیستم قلبی عروقی، یک قلب تپنده می تواند در مقابل دانش آموزان نشان داده شود، در حالی که مربی آنها را از طریق ویژگی ها راهنمایی می کند. یا می توان مغز انسان را در فضای سه بعدی تجسم کرد، در حالی که مناطق توسط مربی برجسته و جدا می شوند.
 
این یک سبک از تدریس است که از طریق قلم و کاغذ ساده یا حتی از طریق واقعیت مجازی امکان پذیر نیست.
 

استاد و هولوگرام ها به عنوان معلمین مشترک

از سال 1928، هنگامی که اولین "ماشین تدریس" اختراع شد، فناوری آموزشی دوره هایی را تجربه کرده است که همواره جدیدترین دستگاه ها هیجان زیادی را دریافت می کنند، اما در افزایش یادگیری کار چندانی انجام نداده اند.
 
در واقع، سوای پاورپوینت و سیستم های مدیریت یادگیری، از تعداد کمی از فناوری ها به طور گسترده توسط مربیان، به ویژه در دانشگاه ها استفاده می شود.
 
اما واقعیت ترکیبی مکانیزمی را فراهم می آورد که دانش آموزان، مربیان، منابع فیزیکی و فناوری همه بتوانند با هم کار کنند و یک محیط یادگیری پیشرفته ایجاد کنند، نه هرگز مانند قبل.
 
HoloLens همچنان یک نسخه توسعه است و هنوز تاریخ مصرف آن برای مصرف کننده اعلام نشده است. بلکه، با سرمایه گذاری های کلان ارتش روی آن، این فناوری این جاست که بماند و فقط پیشرفت کند.
 MR  از یک نمایشگر شیشه ای نصب شده بر روی سر، شبیه به عینکGoogle Glass، استفاده می کند، که کاربر را قادر می سازد محیط واقعی خود را ببیند در حالی که ویژگی های مجازی از بالا همپوشانی می شود، و احساس ادراک متفاوتی ایجاد می کند.واقعیت ترکیبی گر چه یک "استاد هولوگرافیک" مستقل نیست، اما به احتمال زیاد نحوه آموزش ما را به هم می زند، و سبک تدریس را که آن گونه که در تعدادی از رشته ها اجرا می شود تغییر می دهد و تجربه یادگیری را متحول می نماید.
 
منبع: رامی هامادی، کارت استراتیرن، میکائیل کاولینگ، کریستین مورو، Solent University، Edinburgh Napier University، CQUniversity Australia، Bond University