3DGISالمجسمات ثلاثية الأبعاد في نظم المعلومات الجغرافية
تطبيقات التقنية في حقل إعادة تمثيل المواقع التاريخية و التراث العمراني
د.عماد هاني العلاف
قسم الهندسة المعمارية، كلية الهندسة، جامعة الموصل
برزت جليا خلال السنوات الأخيرة مزايا تطبيق وتوظيف نظم المعلومات الجغرافية ثلاثية الأبعاد 3DGISفي الكثير من مشاريع إعادة تمثيل وصيانة التراث العمراني من خلال قدرة هذه النظم على جمع وتحليل أنواع متعددة من المعلومات المطلوبة لهذه المشاريع ضمن بيئة نظام فردي ومستقل. يمكن استخدام النماذج الافتراضية ثلاثية الأبعاد عادة ضمن آليات وبرامج ترميم وإعادة بناء عناصر التراث العمراني مختلفة المستويات، والتي تعمل كقاعدة مثالية لإنتاج وعرض تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية على شبكة الإنترنت، كما تعمل بمثابة تقنية مناسبة لعرض مقترحات البحث والتطوير للمنطقة الحضرية قيد الدراسة. وباستخدام برامج عديدة من نظم المعلومات الجغرافية يمكن توليد وإدارة وتمثيل نماذج المدن والقطاعات الحضرية والفضاءات الخارجية الطبيعية بكفاءة ، خاصة تلك الكبيرة الحجم.
تم دعم التمثيل الصوري ثلاثي الأبعاد 3D لنظم المعلومات الجغرافية ذات الأبعاد الثنائية 2D كإضافة ملحقة (Plug-in , Extension) من قبل العديد من الموردين الرئيسيين لهذه النظم، لغرض تقديم مكونات التصور ثلاثي الأبعاد للوصول إلى قواعد البيانات الجغرافية القائمة والشاملة في كثير من الأحيان، وليتم تقديم عدد من النتائج السريعة والمناسبة للمستخدم وعلى نحو مرضي. فقد تم توفير طرق عرض الرسوم الشكلية (Graphic) كإمكانية التظليل القائمة على أساس الارتفاعات في نظم المعلومات الجغرافية والتي تنتج علاقات بين عناصر الخارطة المدروسة، مما يعزز قابلية الحصول على المعلومات وتحليلها .
وقد أظهرت مجموعة من المشاريع التي تم استخدام نظم المعلومات الجغرافية ثلاثية الأبعاد فيها المزايا التي تتمتع بها هذه النظم بتوفير نتائج بشكل ملفات ذات امتداد وصيغ برمجيات الرسم بمساعدة الحاسوب (CAD)، كإمكانية تحميل والتعامل مع فضاء واحد أو أكثر أو أجزاء المبنى قيد الدراسة بشكل انتقائي من قاعدة البيانات الكاملة للمشروع بناءً على معايير ومحددات مختلفة (رقم الطابق، تصنيف الغرفة، مواد البناء). كما أن توفير إمكانية التعامل مع المستخدمين المتعددين تعتبر ميزة إضافية أخرى، والتي تسمح لعدة فرق مختلفة من المحترفين للعمل في وقت واحد على نفس النموذج.
مزايا ومنافع استخدام نظم المعلومات الجغرافية في تمثيل المواقع التاريخية والتراثية
توفر نظم المعلومات الجغرافية مجموعة من المزايا والمنافع لإدارة نماذج المجسمات الافتراضية ثلاثية الأبعادالمستندة إلى بيئة واقعية حقيقية، ومنها إمكانات هيكلة المعلومات دلالياً لإدارة وتحرير المجسمات ثلاثية الأبعاد على أساس الخصائص التنبؤية والمتوقعة، ودعم خاصية تعدد المستخدمين، والتي تعتبر عامل أساسي في المشاريع الرئيسية. كما توفر مجموعة من المزايا التي تتضمن:
- إدارة المعلومات المكانية والوصفية: تساهم الأجهزة المتاحة في نظم المعلومات الجغرافية في جمع البيانات وتخزينها، واستعادتها وإدارتها وتحويرها لتعديل الظروف والشروط الملازمة لها، مع عرض المعلومات بطريقة تساعد على فهمها بصريا من قبل المستخدم.
- البيانات والمعلومات متعددة الأشكال : بالإضافة إلى استخدام نظم المعلومات الجغرافية كأداة مبدعة في حقل صناعة وإنتاج الخرائط، فأن الميزة الرئيسية لنظم المعلومات الجغرافية في مجال الحفاظ على التراث العمراني والمواقع التاريخية هي قدرتها على جمع وتحليل مختلف أشكال البيانات لتسهيل عملية تكوين معلومات جديدة.
- نظم حيوية ديناميكية: من خلال التحكم وتغيير سمات محتملة غير حقيقية للعناصر الممثلة، أو عن طريق إدخال معطيات جديدة تحدد المواقع المكانية والخصائص المتعلقة بها، يمكن تحديث قواعد بيانات هذه النظم بسهولة، مما يجعلها نظما حيوية ديناميكية. تسمح قاعدة بيانات هذه النظمللمستخدم بتنفيذ استعلامات متعلقة بالموقع المدروس وبعض من عناصره المتعلقة بأخرى بالإضافة إلى خصائص كل من هذه العناصر، وذلك للتأكيد على جميع العناصر التي تمتلك خصائص مشتركة، وأين يتم وضعها، وبالتالي، فمن الممكن استخدام منهجية نظام قواعد بيانات نظم المعلومات الجغرافيةنفسه لتنفيذ مزيد من أنشطة المسح مستقبلا
- صناعة القرار: يتم استخدام البحوث والتحليلات المنجزة بإمكانات نظم المعلومات الجغرافية كأداة لصنع القرار لأغراض تجنب فقدان المعلومات المدروسة والتي يمكن أن تؤثر في دراسات المواقع الأثرية، ولذلك تعتبر أداة هامة تسهم في عملية التخطيط الإقليمي وإدارة الموارد العمرانية والطبيعية وفي حماية هذه المصادر القيمة عن طريق اكتساب وصيانة بيانات المواقع التاريخية.
- التحليلات المتخصصة: كما تستخدم في حقل البحوث الأثرية العديد من تطبيقات وعمليات ومهام نظم المعلومات الجغرافية، كالتحليلات المكانية الموقعية (Intra-SiteSpatialAnalysis) أو تحليل البيانات الموزعة على الموقع الذي يساعد في فهم المنشآت وتطور التغييرات وفي توثيق الموقع، وبالتالي، فهي أداة مفيدة في البحث والتحليل واستخلاص النتائج
- النمذجة التنبؤية: يمكن من خلال النمذجة التنبؤية في نظم المعلومات الجغرافية تقييم المواقع الأثرية التي قد تكون موجودة أو تلك التي اندثرت ويمكن تعريف تفاصيلها، ومن ثم لاحقا، يتم توظيف هذه الدراسات ونتائجها وباستخدام هذه التقنية لاتخاذ القرارات والإستراتيجية المستقبلية لتنمية وتطوير وإدارة الموقع، مع ملاحظة أن هذه العملية تحقق نتائج دقيقة وتستغرق وقتا أقل . وعادة ما تستخدم البيانات المساحية بصورة أكثر والتي تركز على الفضاءات الخارجية والمشاهد الطبيعية، وتساعد على تفسير وتأويل وفهم ظروف وإعدادات وخصائص الأماكن الأثرية والتاريخية. ويمكن تحليلها من خلال النمذجة التنبؤية والتي تستخدم لتوقع أو تخيل وضع المواقع والعناصر ضمن المنطقة المدروسة، مستمدا من المعلومات المتوفرة وطريقة التنبؤ واستنادا إلى نتائج حقيقية، والتي تستخدم في الغالب لإدارة وحماية الموارد التراثية والثقافية.
المشاهدة الصورية التفاعلية: يمكن استخدام نظم المعلومات الجغرافية لإنشاء رسومات ومخططات وصور وخرائط وأفلام متحركة، ويمكن للباحثين استكشاف ودراسة مواضيعهم في الوضع المتقدم عن طريق تشغيل خيار التصور والمشاهدة الصورية. وعادة، ما تكون الصور مفيدة جداللتعبير عن المفاهيم والأفكار العملية لنظم المعلومات الجغرافية لدراسة المسائل المختلفة للمستخدم غير الخبير.
- دراسات مراحل تطور الأرض: تساعد تكنولوجيا نظم المعلومات الجغرافية بشكل جدي في إدارة وتحليل الكميات الهائلة من بيانات المشاريع المعقدة، كما تساهم في فهم أفضل لعمليات وتطبيقات المسوحات الأرضية، وتحسن إدارة ومراقبة الأنشطة البشرية لغرض إطالة الحياة الاقتصادية والثروة البيئية. وعن طريق تكنولوجيا نظم المعلومات الجغرافية يتوفر للباحثين القدرة على تحليل تطور وتغير الأرض على مدى الأيام والشهور والسنوات .
أوجه القصور وحدود نظم المعلومات الجغرافية ثلاثية الأبعاد
بالرغم من مجموعة المزايا سابقة الذكر والتي تقدمها نظم المعلومات الجغرافية، إلا أن عملية تكوين نماذج ثلاثية الأبعاد للعناصر والمكونات التراثية في هذه النظم تتضمن بعض الصعوبات، فعادة ما تكون عملية إنشاء مجسمات هندسية للعناصر المعقدة جدا أو الأجسام متعددة المستويات (غير النظامية الشكل) المشكلة الأكثر صعوبة، وذلك أنه حتى الآن لم يتم توفير إمكانية تمثيل درجة تعقيد هذه المكونات، بسبب عدم كفاءة مؤهلات معايير تبادل البيانات أو أدوات عملية المشاهدة البصرية لهكذا تطبيقات ضمن التقنية. وفيما يأتي بعض أوجه القصور:
إن صفة الهندسة غير النظامية والمعقدة والتي تمثل الطابع الرئيسي لخصائص أشكال أغلب المباني التراثية والتاريخية يمكن تمثيلها بشكل أفضل عن طريق تقنيات تكوين ورسم الأشكال الهندسية غير المستوية، مما يتطلب تخفيض مستوى التعقيد الهندسي للنموذج ضمن نظم المعلومات الجغرافية وتحويله إلى عدد من السطوح المستوية وذلك لضمان سهولة استخدام النتائج مع الأدوات القياسية وقيود أدوات العرض. كما أن عملية العرض الصوري للعناصر المعقدة في المباني ذات مواد الإنهاء المتعددة تعتبر صعوبة أخرى والتي تتضمن كميات كبيرة من بيانات مواد الإنهاء، وخصوصا، في سيناريوهات شبكة الإنترنت وعند استخدام أجهزة الحاسوب القياسية .
يعد رسم الخرائط والتحليل المكاني الهدف الرئيسي لنظم المعلومات الجغرافية، وليس دقة التصميم لبناء و إدارة منشآت وعناصر العالم الحقيقي، ومع هذا فان المستوى الهندسي لتصميم العناصر في نظم المعلومات الجغرافية يمكن أن يقترب ليمثل نماذج مناسبة للعرض عند استخدام التقنية كأحد أنظمة الرسم والتصميم بمساعدة الحاسوبCAD، ولكن من الصعب أن تمثل هذه العناصر الدقة الهندسية الملائمة للخبراء
.- يتطلب تكوين نموذج ثلاثي الأبعاد في تقنية 3DGISبناء وصف إحصائي للعنصر ذو الشكل اللانظامي، ويجب حفظ الروابط بين البيانات المكانية وغير المكانية؛ مع وجود درجة من عدم الدقة دائما سواء في البيانات الأولية وفي نتائج عملية النمذجة، لذلك فان المجسم النهائي ليس بالضرورة جيد التعريف والتحديد، مع الحاجة إلى خضوعه لمزيد من إجراءات التحليل والمحاكاة والتفسير ، وقد يتم إنشاء العديد من النماذج لمشروع معين والتي تستلزم عملية التنقيح وضرورة أن تدار مع بيانات مصدرها الأصلي وخيارات ومتطلبات عملية النمذجة.
- وبتدقيق إمكانات التقنية الحالية يمكن الكشف عن عدد من أوجه القصور منها، فقدان نظم إدارة قواعد البيانات الداعمة للعناصر ثلاثية الأبعاد، والذي تؤدي إلى عدم وجود أو محدودية دعم تعدد المستخدمين لها، ومراقبة والسيطرة على الدخول وغيرها، وغالبا ما تفتقر أيضا إلى دعم نظم إدارة قواعد البيانات لأنواع البيانات الأخرى مثل بيانات الارتفاعات ومواد إنهاء التضاريس (الصور والخرائط المتعامدة).
- كما أن هناك صعوبات إضافية في جانب توفر أدوات المشاهدة ثلاثية الأبعاد الملائمة بواسطة نظم المعلومات الجغرافية، مثل افتقار إمكانية التجول المناسبة للفضاءات الداخلية ومعايير المشاهدة الصورية التي تستكشف تفاعليا العناصر من الداخل والخارج، وتوفير الانتقال السلس والبديهي بين هذه الصيغ، لاسيما في مجالات التطبيق مثل حقل الحفاظ على التراث العمراني والمعماري.
- تشمل العديد من نظم المعلومات الجغرافية التجارية بشكل عام على امتداد ملفات ثلاثية الأبعاد تستخدم لعرض الكائنات المجسمة ذوات الأسطح المتعددة الطبقات ( المتجهة والنقطية ) ولكن لا تهدف أي منها إلى توفير إمكانية تفاعل تفصيلي ثلاثي الأبعادمع جميع أرشيفات البيانات المكانية (سواء ثنائية وثلاثية الأبعاد).
- لا تمثل المعلومات الزمنية والمؤقتة بشكل صريح ضمن نظم المعلومات الجغرافية الحالية. وبهدف استكشاف تأثير التغيرات من وجهة تقييم دورة الحياة (Lifecycle) ينبغي أن يضاف الوقت كبعد رابع، وهو ما يمكن تحقيقه من خلال تحليل متلازمة الزمكانية مع تقدم الوقت وتغير البيانات في بيئة نظام المعلومات الجغرافية.
