ما هي تقنية الهولوجرام وكيف تعمل؟
بَدَتْ تقنية الهولوجرام في الماضي كأنَّها ضرب من ضروب الخيال العلمي، لكن سرعان ما حوَّلها التطور التكنولوجي البصري إلى صرح من صروح العلم والصناعة؛ إذ تُستخدم في صناعة المجسمات ثلاثية الأبعاد، وتُوظَّف في مجالات الحياة المختلفة، بما يخدم مصلحة البشرية ويعود بالنفع على الفرد والمجتمع.
نستعرض أدناه شرحاً مُفصلاً عن هذه التقنية الرائعة ما هو مفهومها؟ كيف تعمل؟ وكيف نوظفها في حياتنا؟
نبذة مختصرة عن تقنية الهولوجرام:
تقنية الهولوجرام هي من تطبيقات الليزر لإنشاء صور مجسمة ثلاثية الأبعاد، أو بمعنى آخر هي عبارة عن واقع افتراضي مجسم، ولقد تخطت تقنية الهولوجرام الحاسب الآلي في صناعة المجسمات؛ إذ تأتي في المرحلة التي تأتي بعد تقنية التصوير الفوتوغرافي؛ فهي تسجل الضوء المنتشر من كائن معين، ثم تعرضه على هيئة كائن 3D تستطيع مشاهدته بالعين المجردة بلا أية تجهيزات خاصة على خلاف الإسقاطات ثلاثية الأبعاد.
مع وجود أنواع الصور المجسمة الكثيرة، بما يتضمن صوراً مجسمة بألوان قوس قزح، أو صوراً مجسمة 3D حديثة، فإنَّ المجسمات الهولوجرامية باقية أولاً، وما يميز صور الهولوجرام أنَّها تجعل الرسوم المتحركة كأنَّها حقيقية تعوم في الهواء أو تستند إلى سطح معين؛ إذ تستطيع رؤية المجسم من الجوانب كلها ولمسه التفاعل معه.
بعبارة أخرى، الصور المجسمة أو الهولوجرام هي عبارة عن صور ثلاثية الأبعاد أُنشئَت عبر أشعة الضوء المتداخلة التي تعكس أشياء ملموسة وحقيقية، لكن متى اكتُشفت تقنية الهولوجرام؟ ومن الذي اخترع الهولوجرام؟
تاريخ ظهور تقنية الهولوجرام وكيفية تطورها:
اخترع تقنية الهولوجرام "دنيس غابور" في نهاية أربعينيات القرن المنصرم، بعد ذلك عمل "يوري دينيسيوك" عام 1962 على إنشاء صور 3D عملية سجلت الكائنات ثلاثية الأبعاد، لتُوظف في الثمانينيات صور هولوجرام ملونة بألوان قوس قزح في بطاقات الائتمان، وفي عام 2009 طُوِّرت عروض 3D تفاعلية، وفي العام الذي تلاه طُوِّرت صور هولوجرام ثلاثية الأبعاد، إضافة إلى ذلك، طُوِّرَت في المدة الأخيرة تقنية هولوجرام حديثة تستطيع عرض كائنات 3D من موقع آخر في الوقت نفسه، فكيف تعمل تقنية الهولوجرام؟ وما هي مكونات النظام؟
كيف تعمل تقنية الهولوجرام؟
تعتمد تقنية الهولوجرام على أنماط عدة من الموجات الضوئية تتشكل بتقسيم شعاع الليزر؛ إذ تقسَّم أنماط التداخل لينعكس الضوء في اتجاهات عدة؛ إذ ينتقل نصف من النمط إلى حزمة الكائن ونصفه الثاني إلى الحزمة المرجعية، بناء على ذلك ينعكس الضوء فينتج نمطاً فريداً من التداخل، يبدو بعد معالجته على هيئة كائن 3D.
أدوات عمل الهولوجرام:
لكي تستطيع عمل صورة مجسمة هولوجرامية يجب أن تتوفر لديك المكونات الآتية:
1. جهاز الليزر:
يُستخدم لإنتاج شعاع الليزر أو الضوء الأحمر الذي يكون عادة عبارة عن ليزر الهليوم نيون، وفي التطبيقات البسيطة الهولوجرام، وفي المؤشر الضوئي يستخدم ليزر الدايود، لكن هذا النوع لا يعطي صورة عالية الجودة.
2. العدسات:
تستخدم لتشتيت الضوء على جزء من الكائن المراد تصويره بخلاف عدسة الكاميرا؛ إذ تُجمِّع الضوء وتركِّزه.
3. مُجزِّئ الضوء:
هو عبارة عن مرآة تعمل على تمرير جزء من الضوء، وعكس الجزء المتبقي؛ أي القيام بفصل الشعاع إلى جزأين.
4. المرايا:
تستخدم في توجيه أشعة الليزر من خلال العدسات، ومُجزِّئ الضوء إلى الموقع المحدَّد.
5. فيلم الهولوجرام:
يستخدم في تسجيل فيلم يمتلك قدرة تحليلية بهدف تكوين صورة الهولوجرام، يحتوي على طبقة مكونة من مواد حساسة للضوء تُوضَع على سطح نافذ للضوء.
أسس استخدام تقنية الهولوجرام:
حدَّد "سكيك" عام 2007 آلية استخدام تقنية الهولوجرام في خمس خطوات رئيسة هي:
أولاً:
نسجِّل الجسم أو الكائن الذي نريده في بيئة نظيفة من خلال شعاع الليزر؛ إذ تُطبَّق المعلومات على وسيط تسجيل لينظف الصورة ويوضِّحها.
ثانياً:
يوجَّه شعاع الليزر إلى مُجزِّئ الضوء فيفصله إلى شعاعين، يُوجَّه مسار كل شعاع إلى هدفه من خلال المرايا.
ثالثاً:
يمرَّر كل شعاع عبر عدسة مفرقة لتُحوَّل حزمة الضوء المركَّزة إلى حزمة عريضة.
رابعاً:
يوجَّه أحد الشعاعين إلى الجسم أو الكائن ويُطلق عليه اسم "شعاع الجسم" object beam، لينعكس بذلك الشعاع عن الجسم ويسقط على الفيلم.
خامساً:
يوجَّه الشعاع الثاني الذي يطلق عليه اسم "المرجعي" reference beam إلى الفيلم مباشرة من خلال المرايا، ليتداخل بذلك الشعاعان ويتقاطعان، فينتج نمط التداخل على وسيط التسجيل ليُعيد تشكيل الصورة بتقنية الهولوجرام.
أنواع الهولوجرام:
كما ذكرنا الهولوجرام هو من تطبيقات شعاع الليزر على جسم حسَّاس للضوء؛ إذ ينتج عن تداخل أشعة الليزر مع الجسم مجسَّم ثلاثي الأبعاد، وتوجد أنواع عدة لليزر المستخدم؛ إذ يُصنَّف الهولوجرام بناء عليها وهي:
1. الليزر النافذ (Laser Transmission Holograms):
أو ما يطلق عليه اسم "هولوجرام الطيف" "Rainbow Hologram"، يسمح هذا النوع بتشكيل تصميمات بألوان وحركة طبيعية.
2. الليزر النابض (Pulsed Holography):
يشبه هذا النوع فلاش الكاميرات، يُستخدَم بتسجيل الكائن خلال مدة قصيرة.
3. الليزر التكامل (Integral Holography):
تُوضَع لقطات متتابعة لتصميمات متحركة، كما يجري في التصوير السينمائي؛ إذ توضع الهولوجرامات متتابعة لتتحول إلى صورة متكاملة.
4. الليزر البارز (Embossed Hologram):
يأتي هذا النوع ببروز بسيط في تصميمه.
5. الهولوجرام الإلكتروني:
ينتج المجسم في هذه الحالة من خلال الحاسب، بإعادة تشكيله على الفيلم الهولوغرافي بسرعة، لكن توجد قيود على وزنه ودقته؛ لكون الحاسوب يحتاج إلى تخزين كمية كبيرة من المعلومات في أثناء إجراء العملية.
6. الهولوجرام الرقمي:
أُنشئ المجسم من خلال هذا النوع بتعريضه للضوء بدقة؛ إذ تستطيع تحريكه في كل الزوايا، ويلائم هذا النوع التطبيقات المعمارية؛ إذ تعتمد دقة المُنتَج على كمية المعلومات المخزنة في النموذج الرقمي.
هدف الهولوجرام:
ربما يدور في ذهنك أنَّ الهدف من ابتكار تقنية الهولوجرام هو إنشاء مجسمات مصوَّرة لأغراض ترفيهية، لكن في الحقيقة لا يقتصر الأمر على ذلك؛ إنَّما تطورت لتوظف في مجالات الحياة كلها من تعليم وطب وجغرافيا وتاريخ وعلوم وهندسة وغير ذلك الكثير.
ما هي تطبيقات تقنية الهولوجرام الأخرى؟
تطبيقات تقنية الهولوجرام:
تستطيع توظيف تطبيق صور الهولوجرام أو الصور المجسمة في جوانب الحياة المختلفة، وأبرز تطبيقاتها:
1. الهولوجرام في الذكاء الجغرافي:
تساعد الصور المجسمة على تسجيل معلومات مفصلة عن التضاريس الجغرافية وتقديمها، كما تسمح بعرض الموقع إضافة إلى تصويرها بأبعاد ثلاثية والتفاعل مع الصورة المجسمة من خلال الإيماءات، يرتبط هذا التطبيق بشدة في الصناعات، بما يتضمن الدفاع والتعدين وأبحاث الطيران.
2. الهولوجرام في الطب والرعاية الصحية:
تفيد الصور الهولوجرامية في دراسة علم التشريح وفهمه؛ إذ تصور التشريح البشري بتفصيل دقيق، وهذا ما يميزها عن التصورات التقليدية، إضافة إلى ذلك، يفيد في محاكاة الهياكل الجزيئية في عمليات اكتشاف الأدوية، كما أنَّها تسمح للطبيب بتكوين صورة ثلاثية الأبعاد للمنطقة التي يشخصها وتحريكها وتفحصها، وهي تعوم في الهواء.
في الوقت الراهن تعمل إحدى الشركات الطبية على تطوير تقنية جديدة، تسمح بإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد لجسم المريض تربط مع نظام تحكم؛ إذ يستطيع الطبيب رؤية المنطقة التي تريد فحصها بأبعادها الثلاثة.
3. الهولوجرام في الحماية ومنع الاحتيال:
تستطيع توظيف تقنية الهولوجرام بدلاً من الطرائق الميكانيكية التقليدية بهدف منع الاحتيال والأمان في مجال الخدمات المالية؛ إذ تستخدم بطاقات الائتمان في الوقت الراهن صورة ثلاثية الأبعاد بسيطة بألوان قوس قزح؛ إذ يتغير اللون عند إمالتها بهدف التحقُّق من أصالتها.
4. فن الصور المُجسمة:
تستطيع توظيفها في صناعة العروض المجسمة والمنشآت الفنية في المتاحف والأماكن العامة والمعالم الأثرية، هذا ما يعود بالنفع على المجتمع لكونه يحقق إيرادات للقطاع العام.
5. الوجود عن بُعد:
تتطلب الرقمنة في العصر الحديث ضرورة الوجود عن بُعد؛ لذا تُعدُّ الصور المُجسمة المتكونة من خلال تقنية الهولوجرام خير وسيلة لتحقيق ذلك، على سبيل المثال تستطيع تحويل أحد أعضاء الاجتماع إلى صورة مجسمة يستطيع الآخرون رؤيتها والتفاعل معها كما لو أنَّه هو.
6. تقنية الهولوجرام في الفن والمسرح:
تستطيع استخدام تقنية الهولوجرام في مجال الفن تكوين مجسمات مصورة لفنانين مضى عليهم حقبة من الزمن؛ إذ توظف تقنية الهولوجرام في مصر لعرض حفل للفنانة الراحلة "أم كلثوم" على مسرح دار الأوبرا، كما عُرِض في كل من السعودية والإمارات، وقد حقق نجاحاً كبيراً.
7. تقنية الهولوجرام في التعليم:
مما لا شك فيه أنَّ تقنية الهولوجرام في التعليم سوف تجعل عملية التعلم أكثر تفاعلية؛ إذ تنقلها من مرحلة التلقين إلى الإبداع؛ إذ تستطيع الاستفادة منها في هذا المجال:
- تجعل كل من المدرسين والطلاب يحضرون الدروس عن بُعد مع إمكانية التفاعل بينهم.
- تسمح للمدرسين بإجراء تجارب تفاعلية للطلاب بما يتضمن الغوص في أعماق البحار أو السفر إلى الفضاء.
- كما أنَّ توظيفها في شرح دروس التاريخ يعيد تجسيد الأحداث التاريخية، مما يجعل الطلبة يعيشونها؛ ومن ثَمَّ يتعزز لديهم الفهم.
- أمَّا إذا أردتَ توظيفها لشرح دروس الجغرافيا وشرح تضاريس الكرة الأرضية تستطيع ذلك لإنشاء مجسم هواوجرامي.
- يستطيع مدرس العلوم أن يصمِّم صوراً ومجسمات هولوجرامية لمحاكاة جسم الكائنات مثل الإنسان أو الحيوان.
- تسمح بإجراء تجارب محاكاة وعرضها؛ إذ يستطيع المدرس الجراح أن يجري عملية جراحية لطلابه عن بُعد.
- إضافة إلى ذلك، يستطيع طلاب الهندسة المعمارية أو الميكانيكية إنشاء مجسمات ومحاكاتها وإجراء تجارب عليها.
بكل تأكيد تطبيق تقنية الهولوجرام في قطاع التعليم سيوفر للطلاب تجربة تعلم لا مثيل لها، لكن ما يعوق تطبيقها فعلياً هو الكلفة المادية المترتبة على ذلك، فكم تبلغ تكلفة تقنية الهولوجرام؟
كم تكلفة تقنية الهولوجرام؟
لو أردت استخدام تقنية الهولوجرام في إنشاء تطبيقات بسيطة تستطيع فعل ذلك من خلال هاتفك، ولن يكلفك ذلك كثيراً، لكن لو أردت تصميم مجسمات كبيرة فسوف تحتاج إلى أجهزة خاصة يتراوح سعرها من 600 حتى 2000 دولار، ويعتمد ذلك على طبيعة الجهاز ونوع المحتوى الذي يُعرض والمساحة التي سيُجرى العرض عليها.
كما رأيت تتنوع تطبيقات تقنية الهولوجرام واستخداماتها، وكل ذلك يعود إلى الخصائص التي تتمتع بها هذه التقنية، والميزات التي تتمتع بها، فما هي خصائص تقنية الهولوجرام وما هي ميزاتها؟
خصائص تقنية الهولوجرام:
تتميز الصور المجسمة المتكونة من خلال تقنية الهولوجرام بخصائص فريدة تجعلها مثالية للاستخدام في كل المجالات، تتجلى في البنود الآتية:
- تسمح بتكوين كائنات من الخيال والتفاعل معها؛ إذ تستطيع باستخدام الصور محاكاة أي شيء تريده.
- تجمع تقنية الهولوجرام بين الصوت والمرئيات؛ إذ تستطيع أن تجد سماعات الرأس ومكبرات الصوت مع الصور 3D لإنشاء تجربة رائعة مثل Microsoft HoloLens 2 أو Holoboard.
- إمكانية التفاعل مع الصور المُجسمة باستخدام إيماءات محدَّدة مسبقاً، فعلى سبيل المثال تستطيع النقر على مجسم للكرة التي أنشأتها شركة Microsoft HoloLens، وتجعلها ترتد على السطح.
- تحقيق التكامل مع العالم الحقيقي؛ إذ تستطيع دمج المجسمات الهولوجرامية مع البيئة الواقعية التي تُعرَض عليها، من خلال تقنيات التثبيت المكاني، لتستطيع إبعاد العالم حولهم وعرض الصورة على الموقع الصحيح في سياق محيطها من الأشياء والبيئة.
ما هي ميزات تقنية الهولوجرام؟
تتميز صور الهولوجرام:
- تتميز بإمكانية توظيفها في تطبيقات واسعة، ودمجها مع التقنيات الأخرى بسهولة.
- تسمح بإنشاء صور عدة على اللوحة نفسها، بما يتضمن الصور ثلاثية الأبعاد.
- لا تحتاج إلى نظارات خاصة إلى الرؤية؛ بل تستطيع رؤيتها بالعين المجردة من أي زاوية، كما أنَّها لا تحتاج إلى شاشة عرض لكونها تنتج شيئاً ملموساً.
عيوب تقنية الهولوجرام:
لكن ما يعيب صور الهولوجرام 3D:
- كلفة إنتاجها أعلى بالمقارنة مع الإسقاط ثنائي الأبعاد، أو في حال استخدمت لتصميم المنتجات.
- لا تستطيع رؤيته بسهولة في ظل إضاءة الفلورسنت.
- تحتاج إلى وقت طويل لتكوين صور هولوجرامية بالهولوجرام.
في الختام:
يمكن القول إنَّ تقنية الهولوجرام قد حوَّلت الخيال إلى واقع لتستخدم في إنشاء صور ومجسمات تستطيع عرض المفاهيم التقنية المعقدة والمنتجات الجذابة.