التصور (الرسومات)

كموضوع في علوم الحاسوب ، يُعرَّف التصور العلمي بأنه استخدام تمثيلات حسية تفاعلية، بصرية في الغالب، للبيانات المجردة لتعزيز الإدراك وبناء الفرضيات والاستدلال . ويُعنى التصور العلمي بتحويل البيانات أو اختيارها أو تمثيلها من عمليات المحاكاة أو التجارب، مع بنية هندسية ضمنية أو صريحة، لتمكين استكشاف البيانات وتحليلها وفهمها. ويركز التصور العلمي على تمثيل البيانات ذات المستوى الأعلى باستخدام تقنيات الرسومات والتحريك بشكل أساسي. ^{[ 5 ] [ 6 ]} وهو جزء بالغ الأهمية من التصور، وربما يكون أولها، إذ أن تصور التجارب والظواهر قديم قدم العلم نفسه. وتشمل المجالات التقليدية للتصور العلمي: تصور التدفق ، والتصور الطبي ، والتصور الفيزيائي الفلكي ، والتصور الكيميائي . وهناك العديد من التقنيات المختلفة لتصور البيانات العلمية، ومن أكثرها شيوعًا إعادة بناء الأسطح المتساوية وتجسيد الحجم المباشر .

يُعدّ تمثيل البيانات فئة فرعية ذات صلة من فئات التمثيل المرئي، ويتعامل مع الرسومات الإحصائية والبيانات الجغرافية المكانية (كما هو الحال في رسم الخرائط الموضوعية ) التي يتم تجريدها في شكل تخطيطي. ^{[ 7 ]}

يركز تمثيل المعلومات بصريًا على استخدام الأدوات المدعومة بالحاسوب لاستكشاف كميات كبيرة من البيانات المجردة. وقد صاغ مصطلح "تمثيل المعلومات بصريًا" في الأصل فريق أبحاث واجهة المستخدم في مركز أبحاث زيروكس بارك، وكان من بين أعضائه جوك ماكينلي . ^{[ 8 ]} يتضمن التطبيق العملي لتمثيل المعلومات بصريًا في برامج الحاسوب اختيار البيانات المجردة وتحويلها وتمثيلها بشكل يُسهّل التفاعل البشري لاستكشافها وفهمها. ومن أهم جوانب تمثيل المعلومات بصريًا ديناميكية التمثيل البصري والتفاعلية. تُمكّن التقنيات المتقدمة المستخدم من تعديل التمثيل البصري في الوقت الفعلي، مما يتيح إدراكًا فريدًا للأنماط والعلاقات الهيكلية في البيانات المجردة قيد الدراسة.

التصور التعليمي هو استخدام المحاكاة لإنشاء صورة لشيء ما بهدف تدريسه. يُعد هذا مفيدًا للغاية عند تدريس موضوع يصعب رؤيته بطريقة أخرى، مثل التركيب الذري ، لأن الذرات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن دراستها بسهولة دون معدات علمية باهظة الثمن ومعقدة الاستخدام.

يهدف استخدام التمثيلات المرئية لنقل المعرفة بين شخصين على الأقل إلى تحسين عملية نقل المعرفة من خلال استخدام أساليب التصور الحاسوبية وغير الحاسوبية بشكل تكاملي. ^{[ 9 ]} لذا، يُعدّ التصور المصمم جيدًا جزءًا مهمًا ليس فقط من تحليل البيانات، بل من عملية نقل المعرفة أيضًا. ^{[ 10 ]} يمكن تحسين نقل المعرفة بشكل ملحوظ باستخدام التصاميم الهجينة، حيث إنها تعزز كثافة المعلومات، ولكنها قد تقلل من وضوحها. على سبيل المثال، يمكن تنفيذ تصور حقل قياسي ثلاثي الأبعاد باستخدام أسطح متساوية لتوزيع الحقل، وقوام لتدرج الحقل. ^{[ 11 ]} من أمثلة هذه الأشكال المرئية: الرسومات التخطيطية ، والمخططات ، والصور ، والأجسام، والتصورات التفاعلية، وتطبيقات تصور المعلومات، والتصورات التخيلية كما في القصص . بينما يركز تصور المعلومات على استخدام الأدوات المدعومة بالحاسوب لاستخلاص رؤى جديدة، يركز تصور المعرفة على نقل الرؤى وإنشاء معارف جديدة في مجموعات . يتجاوز تمثيل المعرفة مجرد نقل الحقائق ، إذ يهدف إلى نقل الأفكار والخبرات والمواقف والقيم والتوقعات ووجهات النظر والآراء والتقديرات في مختلف المجالات باستخدام تمثيلات بصرية تكميلية متنوعة. انظر أيضًا: قاموس الصور ، القاموس المرئي

تتضمن عملية تصور المنتجات استخدام برامج متخصصة لعرض ومعالجة النماذج ثلاثية الأبعاد، والرسومات الفنية، وغيرها من الوثائق المتعلقة بالمكونات المصنعة والمجموعات الكبيرة من المنتجات. وهي جزء أساسي من إدارة دورة حياة المنتج . توفر برامج تصور المنتجات عادةً مستويات عالية من الواقعية الفوتوغرافية، مما يسمح بمعاينة المنتج قبل تصنيعه فعليًا. يدعم هذا وظائف متنوعة، بدءًا من التصميم والتنسيق وصولًا إلى المبيعات والتسويق. يُعد التصور الفني جانبًا مهمًا من جوانب تطوير المنتجات. في الأصل، كانت الرسومات الفنية تُعدّ يدويًا، ولكن مع ظهور رسومات الحاسوب المتقدمة، استُبدلت لوحة الرسم بالتصميم بمساعدة الحاسوب (CAD). تتميز رسومات ونماذج CAD بعدة مزايا مقارنةً بالرسومات اليدوية، مثل إمكانية النمذجة ثلاثية الأبعاد ، والنماذج الأولية السريعة ، والمحاكاة . يعد تصور المنتجات ثلاثي الأبعاد بتجارب تفاعلية أكثر للمتسوقين عبر الإنترنت، ولكنه في الوقت نفسه يمثل تحديًا لتجار التجزئة للتغلب على عقبات إنتاج المحتوى ثلاثي الأبعاد، حيث أن إنتاج محتوى ثلاثي الأبعاد على نطاق واسع قد يكون مكلفًا للغاية ويستغرق وقتًا طويلًا. ^{[ 12 ]}

في السنوات الأخيرة، ازداد دمج التقنيات التفاعلية والفورية في عرض المنتجات، لا سيما في بيئات التجارة الإلكترونية. تُمكّن أدوات العرض ثلاثي الأبعاد الحديثة المستخدمين من استكشاف المنتجات بتفصيل دقيق، وتخصيص خصائصها مثل اللون والمواد والتكوين، وعرضها في سياقات محاكاة أو واقعية.

تعزز هذه الإمكانيات تفاعل المستخدمين وتدعم اتخاذ قرارات أكثر استنارة من خلال توفير تمثيلات واقعية ومراعية للسياق للمنتجات. ونتيجة لذلك، يمكن أن تساعد رؤية المنتج في تقليل الشكوك قبل الشراء والمساهمة في خفض معدلات إرجاع المنتجات. ^{[ 13 ]}

التواصل البصري هو نقل الأفكار من خلال عرض المعلومات بصريًا . ويرتبط في المقام الأول بالصور ثنائية الأبعاد ، ويشمل: الحروف والأرقام ، والفنون ، واللافتات ، والموارد الإلكترونية . وقد ركزت الأبحاث الحديثة في هذا المجال على تصميم مواقع الويب وسهولة الاستخدام الموجهة نحو الرسوم .

يركز التحليل المرئي على تفاعل الإنسان مع أنظمة التصور كجزء من عملية أوسع لتحليل البيانات. وقد عُرِّف التحليل المرئي بأنه "علم الاستدلال التحليلي المدعوم بواجهة مرئية تفاعلية". ^{[ 14 ]}

يركز هذا المجال على الخطاب المعلوماتي البشري (التفاعل) ضمن فضاءات معلوماتية ضخمة ومتغيرة باستمرار. ويركز البحث في التحليلات المرئية على دعم العمليات الإدراكية والمعرفية التي تمكّن المستخدمين من رصد المتوقع واكتشاف غير المتوقع في فضاءات المعلومات المعقدة.

تجد التقنيات الناتجة عن التحليلات المرئية تطبيقاتها في جميع المجالات تقريبًا، ولكنها مدفوعة باحتياجات بالغة الأهمية (والتمويل) في علم الأحياء والأمن القومي.

كان نظام الرسومات التفاعلية الهرمية للمبرمج ( PHIGS ) من أوائل الجهود البرمجية في مجال التصور التفاعلي، وقد قدم قائمة بأنواع المدخلات التي يقدمها البشر. يمكن للأشخاص:

1. اختر جزءًا من تمثيل مرئي موجود؛
2. حدد نقطة اهتمام (والتي قد لا يكون لها تمثيل موجود)؛
3. ارسم مساراً؛
4. اختر خياراً من قائمة الخيارات؛
5. قم بالتقييم عن طريق إدخال رقم؛ و
6. اكتب عن طريق إدخال النص.

تتطلب جميع هذه الإجراءات جهازًا ماديًا. تتراوح أجهزة الإدخال من الأجهزة الشائعة - لوحات المفاتيح ، والفأرات ، وأجهزة الرسم اللوحية ، وكرات التتبع ، ولوحات اللمس - إلى الأجهزة المتخصصة - القفازات السلكية ، وأذرع الميكروفونات ، وحتى أجهزة المشي متعددة الاتجاهات .

يمكن استخدام إجراءات الإدخال هذه للتحكم في كلٍ من المعلومات الفريدة المعروضة أو طريقة عرضها. عند تغيير المعلومات المعروضة، يكون التصور عادةً جزءًا من حلقة تغذية راجعة . على سبيل المثال، لنفترض نظام إلكترونيات طيران حيث يُدخل الطيار بيانات الدوران والانحراف والالتفاف، ويُقدم نظام التصور صورةً للوضع الجديد للطائرة. مثال آخر هو عالم يُغير محاكاةً أثناء تشغيلها استجابةً لتصور لتقدمها الحالي. يُسمى هذا التوجيه الحسابي .

في أغلب الأحيان، يتم تغيير طريقة عرض المعلومات بدلاً من المعلومات نفسها.

أظهرت التجارب أن تأخيرًا يزيد عن 20 مللي ثانية بين إدخال البيانات وتحديث التمثيل المرئي ملحوظ لدى معظم الناس . لذا، يُفضّل أن توفر العروض المرئية التفاعلية عرضًا بناءً على إدخال المستخدم خلال هذه الفترة الزمنية. مع ذلك، يصبح هذا الأمر صعبًا، بل مستحيلاً، عند معالجة كميات كبيرة من البيانات لإنشاء عرض مرئي، باستخدام التقنيات الحالية. لذلك، يُستخدم مصطلح "العرض المرئي التفاعلي" عادةً للأنظمة التي تُقدّم ملاحظات للمستخدمين في غضون ثوانٍ معدودة من إدخال البيانات. ويُستخدم مصطلح " معدل الإطارات التفاعلي " لقياس مدى تفاعلية العرض المرئي. يقيس معدل الإطارات عدد مرات توليد الصورة (الإطار) بواسطة نظام العرض المرئي. يُعتبر معدل 50 إطارًا في الثانية جيدًا، بينما يُعتبر 0.1 إطار في الثانية ضعيفًا. مع ذلك، فإن استخدام معدل الإطارات لوصف التفاعلية مُضلل بعض الشيء، لأن معدل الإطارات هو مقياس لعرض النطاق الترددي ، بينما يكون البشر أكثر حساسية لزمن الاستجابة . على وجه التحديد، من الممكن تحقيق معدل إطارات جيد يبلغ 50 إطارًا في الثانية، ولكن إذا كانت الصور التي تم إنشاؤها تشير إلى تغييرات في التصور قام بها شخص ما منذ أكثر من ثانية واحدة، فلن يشعر الشخص بالتفاعل.

يُعدّ وقت الاستجابة السريع المطلوب للتصور التفاعلي قيدًا يصعب تحقيقه، وقد تم استكشاف العديد من الأساليب لتزويد المستخدمين بتغذية بصرية سريعة بناءً على مدخلاتهم. وتشمل بعض هذه الأساليب ما يلي:

1. المعالجة المتوازية - حيث يُستخدم أكثر من جهاز كمبيوتر أو بطاقة فيديو في آنٍ واحد لمعالجة صورة. يمكن معالجة عدة إطارات في الوقت نفسه بواسطة أجهزة كمبيوتر مختلفة، ثم تُنقل النتائج عبر الشبكة لعرضها على شاشة واحدة . يتطلب هذا من كل جهاز كمبيوتر الاحتفاظ بنسخة من جميع المعلومات المراد معالجتها، مما يزيد من عرض النطاق الترددي، ولكنه يزيد أيضًا من زمن الاستجابة. كذلك، يمكن لكل جهاز كمبيوتر معالجة منطقة مختلفة من إطار واحد وإرسال النتائج عبر الشبكة لعرضها. وهذا بدوره يتطلب من كل جهاز كمبيوتر الاحتفاظ بجميع البيانات، وقد يؤدي إلى اختلال في توزيع الحمل عندما يكون أحد الأجهزة مسؤولاً عن معالجة منطقة من الشاشة تحتوي على معلومات أكثر من الأجهزة الأخرى. أخيرًا، يمكن لكل جهاز كمبيوتر معالجة إطار كامل يحتوي على مجموعة فرعية من المعلومات. بعد ذلك، يمكن إرسال الصور الناتجة، بالإضافة إلى مخزن العمق المرتبط بها ، عبر الشبكة ودمجها مع الصور من أجهزة الكمبيوتر الأخرى. والنتيجة هي إطار واحد يحتوي على جميع المعلومات المراد معالجتها، على الرغم من أن ذاكرة أي جهاز كمبيوتر منفرد لم تكن تحتوي على جميع المعلومات. يُطلق على هذه العملية اسم " تركيب العمق المتوازي" ، وتُستخدم عندما يكون من الضروري معالجة كميات كبيرة من المعلومات بشكل تفاعلي.
2. العرض التدريجي - حيث يتم ضمان معدل الإطارات من خلال عرض مجموعة فرعية من المعلومات المراد تقديمها وتوفير تحسينات تدريجية (تدريجية) للعرض بمجرد توقف التصور عن التغيير.
3. عرض مستوى التفاصيل ( LOD ) - حيث تُعرض تمثيلات مبسطة للمعلومات لتحقيق معدل إطارات مطلوب أثناء إدخال المستخدم للبيانات، ثم يُستخدم التمثيل الكامل لإنشاء صورة ثابتة بعد انتهاء المستخدم من معالجة العرض. أحد أنواع عرض مستوى التفاصيل الشائعة هو أخذ عينات فرعية . عندما تُخزن المعلومات المراد تمثيلها في مصفوفة مستطيلة طوبولوجيًا (كما هو شائع في الصور الرقمية ، وصور الرنين المغناطيسي ، ومحاكاة الفروق المحدودة )، يمكن بسهولة إنشاء نسخة ذات دقة أقل عن طريق تخطي عدد n من النقاط لكل نقطة واحدة يتم عرضها. يمكن أيضًا استخدام أخذ العينات الفرعية لتسريع تقنيات العرض مثل عرض الحجم التي تتطلب أكثر من ضعف العمليات الحسابية لصورة ضعف الحجم. من خلال عرض صورة أصغر ثم تغيير حجمها لملء مساحة الشاشة المطلوبة، يقل الوقت اللازم لعرض البيانات نفسها بشكل كبير.
4. العرض بدون إطار - حيث لم يعد يتم عرض التصور كسلسلة زمنية من الصور، ولكن كصورة واحدة يتم فيها تحديث مناطق مختلفة بمرور الوقت.