Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology: Potentials and Challenges in Developing Countries (Case Study

1. Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology: Potentials and Challenges in Developing Countries (Case Study of Egypt) Mohamed Atef Elhamy Associate Prof. Arab Academy for Science, Technology and Maritime Transport.

2. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology One of the most important e-learning technologies is the Virtual Reality (VR) system, especially in the field of urban design. This paper presents the unique characteristics of emerging VR technology and the potential of virtual worlds as a learning environment in the field of urban design. Urban design is considered to beoneof the most important courses of architectural and urban planning education. The development of e-learning concept in urban design requires advanced methods and tools in order to design and evaluate urban spaces. Among these are VR technology and its applications integrated with using Geographical Information System (GIS). يعد نظام الواقع الافتراضي أحد تكنولوجيات التعلم الإلكتروني الأكثر أهمية وخاصة في مجال التصميم الحضري. وتعرض هذه الورقة الخصائص الفريدة لتكنولوجيا الواقع الافتراضي وإمكانات هذه العوالم الافتراضية كبيئة للتعلم في مجال التصميم الحضري. ويعتبر التصميم الحضري واحدا من أهم المواد الدراسية في مجال التصميم المعماري والتخطيط العمراني. ويتطلب تطوير مفهوم التعلم الإلكتروني في التصميم الحضري أساليب وأدوات متقدمة تعمل علي تصميم وتقييم المساحات الحضرية. ومن بين هذه التكنولوجيات تكنولوجيا الواقع الافتراضي وتطبيقاتها المتكاملة مع استخدام نظام المعلومات الجغرافية.

3. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology • VR Components • VR systems comprised of the computer hardware and software, the input and output devices, the data and the users. • Immersive VR System • This system totally immerses the user in VE with high realistic effects, specialist tracking and control tools. There are many types of display and navigation tools that enable users to totally immerse in virtual urban space with all properties of movement. • مكونات تكنولوجيا الواقع الافتراضي: • تتكون أنظمة الواقع الافتراضي من أجهزة الكمبيوتر والبرمجيات والبيانات، وأجهزة الإدخال والعرض، والمستخدمين ، ويمكن تصنيف تلك الأنظمة كالتالي: • أولا نظام الانغماس الكامل • في هذا النظام يتم غمس المستخدم كليا في البيئة الافتراضية نتيجة وجود عدد من المؤثرات شديدة الواقعية، وتحكم كامل للمستخدمين في التعامل مع المشاهد الافتراضية، وهناك أنواع عديدة من أدوات العرض والملاحة التي تمكن المستخدمين من الاندماج الكامل في الحيز الحضري الافتراضي،

4. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology • Display tools (Output devises) • Projected display: It exposes virtual scenes through single or multiple projections, such as: Computer Aided Virtual Environment (CAVE) System, which makes a large field of vision. • VR Workbenches: • It displays 3D images to support multiple users to share their consistent view of virtual urban design. • Head mounted display (HMD): • It enables users to see embodiment images using different sound effects within a VE. • Vision Station • Binocular omni orientation monitor (BOOM) device: It is one of the oldest VR displays, also known as driven equipment. VR Workbench CAVE system visionstation BOOM system HMD • 1- أدوات العرض مثل: • العرض من خلال الإسقاط Projected display: حيث تعرض المشاهد الافتراضية من خلال إسقاط مفرد أو متعدد، مثل: نظامCAVE) )، الذي يعطى مجال واسع للرؤية الافتراضية. • مناضد العمل الافتراضية :Workbenchesوهي تعرض البيئات بشكل ثلاثي الأبعاد لعدة مستخدمين، مما يتيح لهم تبادل وجهات النظر في التصميم الحضري الافتراضي. • خوذة العرض:Head mounted display وهي تمكن المستخدمين من مشاهدة الواقع الافتراضي باستخدام المؤثرات المختلفة. • مجهر اومني(BOOM): وهو واحد من أقدم أجهزة الواقع الافتراضي، ويتم التحكم به من خلال اذرع توجيه.

5. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology • Control and touch Devices (Input devises) • Data gloves: They connect the user's hands with VE to touch virtual objects. • 3D Mouse, trackballs and joystick: They are navigation tools, which are using to control users' movement in virtual urban space. Data gloves joystick TrackBall 3D Mouse • 2- أجهزة الاتصال والتحكم (الإدخال) Input devises مثل: • قفازات البيانات: وهى تتفاعل مع حركة يد المستخدم من أجل لمس الأشياء الافتراضية. • الفأرة ثلاثية الأبعاد، وعصا التحكم وtrackballsوهي أدوات تستخدم للسيطرة على حركة المستخدمين في الحيز الحضري الافتراضي.

6. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology • Non-Immersive VR System (Desktop): • Non-immersive VR System is where the user does not fully immerse into the virtual urban space. Those tools also enable users to navigate within 3D virtual models via the internet. • Another tool used in Non-Immersive VR System is Stationary Projection System Monitor (Fish Tank System). This tool helps in perceiving the 3D virtual world via an aquarium glass. • ثانيا نظام عدم غمر المستخدم في الواقع الافتراضي • Non-Immersive System )سطح المكتب): • في هذا النظام لا يغمر المستخدم تماما في الحيز الحضري الافتراضي. ويتميز هذا النظام بإمكانية تنقل المستخدمين وتشاركهم داخل نماذج افتراضية ثلاثية الأبعاد عن طريق الانترنت.

7. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology Augmented Reality (AR) System: AR adds real information to a computer-generated environment. AR mixes virtual characters with the actual world. The user moves in real environment and the virtual information changes accordingly. Augmented Virtuality (AV) System: AR adds computer-generated information to the real world. It enables urban designers to interact with the various urban features and adding more realism to all virtual scenes. Mixed Reality (MR) System: Mixed Reality system depends on the transitional stage from the real to the virtual environment. This system includes only the virtual elements and combines both of real and virtual environments together in a compact urban space. User can design 3D virtual urban space at various angles with accurate realistic results. Augmented Reality Augmented Virtuality نظام زيادة الواقعية (AR): وهو نظام يخلط البيئة الافتراضية مع المعلومات الواقعية، حيث يقوم المستخدم بالتحرك في البيئة الحقيقية، وتحدث التغيرات الافتراضية وفقا لذلك. نظام زيادة الافتراضية (AV): هذا النظام يمكن المصممين في المناطق الحضرية من التفاعل مع الميزات الحضرية المختلفة وإضافة المزيد من الواقعية على جميع المشاهد الافتراضية. النظام المختلط (MR): هذا النظام يعتمد على مرحلة انتقالية من البيئة الحقيقية إلى الافتراضية.

8. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology Challenges of Using VR in E-Learning in Developing Countries By using a modified extensive framework for e-learning challenges in developing countries, a questionnaire identifies which of these factors are most salient for urban design education in Egypt. As a result of the questionnaire, we found that using VR in the field of urban design is faced by both technical and cultural challenges. Cost, usability of software and interface devices, and fears about the technology are the most important challenges • تحديات استخدام الواقع الافتراضي- في التعلم الالكتروني في البلدان النامية • تم عمل استبيان يطرح عدد كبير من تحديات التعلم الإلكتروني في البلدان النامية، ويهدف الاستبيان لتحديد أي من هذه التحديات يعتبر الأكثر مواجهة في مجال تعليم التصميم الحضري في مصر. ونتيجة لذلك الاستبيان، وجدنا أن المشكلات التي تواجه تطبيق الواقع الافتراضي في مجال التصميم الحضري هي كالتالي: • التكلفة ، وصعوبة الاستخدام الأجهزة والبرمجيات ، والمخاوف بشأن التكنولوجيا

9. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology 1. Cost: Cost is the most important challenge to use VR as a suitable medium for urban design education. Today, commercial VR systems that are sophisticated enough to offer complex models and diverse functionality are extremely expensive. However, increasingly powerful computer systems are becoming more affordable each year. Tomorrow, communications experts envision VR as a public utility with powerful centralized processing that allows anyone low-cost access to internationally networked virtual worlds. 1. التكلفة: هي أهم تحد لاستخدام الواقع الافتراضي كوسيلة مناسبة للتعليم التصميم الحضري، ونظرا لأن نظم الواقع الافتراضي اليوم شديدة التطور والتعقيد فهي بالتأكيد مكلفة للغاية. ومع ذلك، فالجميع يلاحظ أن أنظمة الكمبيوتر تزداد قوة وتطورا وتقل أسعارها مع مرور الوقت، وبالتالي يتوقع خبراء الاتصالات تحول الواقع الافتراضي لأن يكون (منفعة عامة) وذلك باستخدام معالجة مركزية قوية تسمح لأي شخص الوصول إلى العوالم الافتراضية على شبكة الاتصال دوليا بطريقة منخفضة التكلفة.

10. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology 2. Usability: A crucial issue for integrating VR into urban design educational process is system usability - by students of various ages, by instructors, and by curriculum developers. Designing virtual-learning environments is substantially different from both traditional interface design and traditional curriculum design. Specialized VR software packages are being developed by several companies and universities, but several iterations of tool design will be necessary before a simple, reliable VR software toolkit is available for urban design studio use. 2. قابلية الاستخدام: القضية الحاسمة لدمج الواقع الافتراضي في العملية التعليمة في مجال التصميم الحضري هي قابلية استخدام النظام من قبل الطلاب من مختلف الأعمار، ومن قبل المدربين، وواضعي المناهج الدراسية، حيث يختلف تصميم بيئات التعلم الافتراضية كثيرا عن تصميم المناهج التقليدية. ويجري حاليا وضع العديد من حزم البرمجيات المتخصصة في مجال الواقع الافتراضي من قبل العديد من الشركات والجامعات، ولكن من المؤكد انه سيكون هناك عدد كبير من المحاولات لتبسيط أدوات وبرمجيات الواقع الافتراضي لتكون متاحة للاستخدام في أستوديو التصميم الحضري.

11. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology 3. Fears (VR technophobia) Instructors are concerned that more technology that they aren’t trained to use will be dropped into the classroom, and that it won’t really help them to teach more effectively. Furthermore, some instructors are fear of losing identity, becoming dependent’ slaves of cybernetic symbiosis. Others believe that using VR would negatively affect the student imagination. They believe that students will only be limited by their imagination regarding the uses of virtual reality. 3. التخوف من التكنولوجيا (Technophobia) عدد كبير من أعضاء هيئة التدريس أبدى قلقا من عدم التدرب على استخدام هذا النوع من التكنولوجيا، مما سيؤثر سلبا على كفاءته و فعاليته أثناء التدريس في الفصول الدراسية. وعلاوة على ذلك، فإن بعض أعضاء هيئة التدريس أبدى تخوفا من فقدان الهوية والتحول إلى تابع للتكنولوجيا. ويعتقد البعض الآخر أن استخدام الواقع الافتراضي سيؤثر سلبا على خيال الطالب، حيث سيحد استخدام تلك التكنولوجيا من الخيال والتفكير فيما هو ابعد مما يقدمه الواقع الافتراضي.

12. Potentials and Challenges in Developing Countries Virtual Reality as an Urban Design E-Learning Technology الاستنتاجات يجب أن يتم تحديث مجال التعلم التصميم الحضري من خلال استخدام تكنولوجيا الواقع الافتراضي والأدوات الرقمية والبرمجيات لإعداد جيل جديد من الطلاب لا يجد له مكانا مميزا على خارطة الإبداع العالمي فحسب، بل يستطيع ان ينافس بما يملكه من مهارات. من الضروري تعاون مجتمع الأعمال مع الحكومات في الدول النامية من خلال شراكة حقيقية لتوفير تلك التكنولوجيا المكلفة. يجب أن تتوفر الدورات التدريبية في مجال الواقع الافتراضي لتحسين المهارات التكنولوجية للطلاب وأعضاء هيئة التدريس. الخوف من التكنولوجيا واحد من أهم التحديات التي تواجه استخدام الواقع الافتراضي كوسيلة مناسبة لتعلم التصميم الحضري. من أجل ذلك ، تم اقترح بعض طرق الحد من هذا التخوف: (أ) من الضروري أولا نفهم ما هو الواقع الافتراضي وما هي إمكاناته. ومن ثم يجب علينا أن نفصل العلم عن الخيال (ب) من خلال تبادل الخبرات ومراقبة وتقييم وتنقيح الواقع الافتراضي، يمكن زيادة تفهم وقبول هذه التكنولوجيا، (ج) يجب أن يتوسع المعلمين في عمل أبحاث خاصة بقضايا الواقع الافتراضي مثل فاعلية نقل خبرات التعلم، مناسبة هذه الأنظمة لتنفيذ المناهج الدراسية، والإدراك المتعدد الوسائط وغيرها. يتعلم الناس، فرادى وجماعات، من الأخطاء، وقد كان الدرس الكبير في القرن العشرين هو أن إهمال التكنولوجيا يمكن أن يترك آثارا سلبية على نطاق واسع ودائم. لذلك من الضروري تجنب تلك السلبيات. وأخيرا، لا يمكن الفصل أن الواقع الافتراضي جيدا أو سيئا لبلداننا النامية، بل هو أداة جديدة بالنسبة لنا سيكون لها تأثيرا هاما في مستقبلنا المنظور. Conclusions The field of urban design education has to be more updated by using VR technology, digital tools and software to prepare a generation of students who can compete globally with more imaginative and innovative skills. Bringing VR costly tools to the educational process presents a challenge that must be met by the business community in partnership with governments. VR training courses should be available to present the various VR systems and improve technological skills of students and faculties. Fear of the technology is one of the most important challenges to the acceptance of VR as a suitable medium for urban design education. Accordingly, some approaches to reducing VR technophobia will be suggested: (a) We need first to understand what VR is and is not. We must separate science from fiction; VR is an interface technique that now allows us more immediate access to a subset of what computers already do; (b) By sharing experiences, observe, evaluate and refine VR, we increase professional and public understanding of that technology; (c) Educators must initiate formal research on VR issues such as transfer of learning, appropriate curriculum implementation, elements of effective VR design and multi-modal perception. People, individually and collectively, learn from mistakes. The big lesson of the Twentieth Century is that careless implementation of technology can cause large-scale and lasting negative effects. It is difficult to reverse the momentum of old mistakes, but it is easier to avoid new ones. Finally, VR is neither good nor bad. For our developing countries, it is a new tool that will have important implications in our future.

13. Thank you for your attention Mohamed Atef Elhamy Associate Prof. Arab Academy for Science, Technology and Maritime Transport.