مراقبة المنطقة باستخدام الطائرات المسيرة ومحاكاة ويبوتس - كتاب الذكاء الإصطناعي - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

مراقبة المنطقة Area Surveillance

في هذا الدرس والدراسة ستستخدم أداة ويبوتس لعمل محاكاة للطائرة مسيرة تحلق فوق أحد المنازل، ثم ستقوم بترقيتها لتكتشف الحدود البشرية كمراقبة، حيث تتكون المحاكاة من طائرة مسيرة تقلع من وضع السكون على الأرض وتبدأ في الدوران حول المنزل. وفي الدرس التالي، ستضيف ميزة رؤية للحاسب للطائرة المسيرة باستخدام الكاميرا الخاصة بها باستخدام مكتبة أوبن سي في (OpenCV). وهذا سيمكنك من تحليل الصور التي التقطتها الكاميرا.

نقطة الطريق (Waypoint): نقطة الطريق هي موقع جغرافي محدد في فضاء ثلاثي الأبعاد تتم برمجة الطائرة المسيرة لتطير إليها أو تمر من خلالها. وتستخدم نقاط الطريق لإنشاء مسارات طيران معرفة مسبقًا لتتبعها الطائرات المسيرة، ويمكن ضبطها باستخدام إحداثيات نظام تحديد المواقع العالمي أو أنظمة أخرى قائمة على المواقع.

يتم التحكم في الطائرة المسيرة بواسطة نص برمجي بلغة البايثون وهو مسؤول عن التحكم في جميع الأجهزة المسيرة بما فيها محركات المراوح والكاميرا ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS – Global Positioning System) وما إلى ذلك، كما أنه يحتوي على مقطع برمجي لمزامنة جميع المحركات لتحريك الطائرة المسيرة إلى نقاط الطريق (Waypoints) المتنوعة وجعلها مستقرة في الهواء.

البدء مع ويبوتس Starting with Webots

ستتعرف في هذا الدرس على أداة ويبوتس وبيئتها، حيث تتكون محاكاة ويبوتس من عنصرين:

التعريف بروبوت واحد أو أكثر وبيئاتها في ملف عالم ويبوتس (Webots World).

برنامج متحكم واحد أو أكثر للروبوتات المذكورة.

عالم ويبوتس (Webots World) هو وصف ثلاثي الأبعاد لخصائص الروبوت، حيث يتم تعريف كل كائن بما في ذلك موقعه، واتجاهه، وهندسته، ومظهره مثل: لونه أو سطوحه، وخصائصه المادية، ونوعه وما إلى ذلك، كما يمكن أن تحتوي الكائنات على كائنات أخرى بها أنظمة هرمية التي تشكل العوالم. على سبيل المثال، قد يحتوي الروبوت على عجلتين، ومستشعر مسافة، ومفصل يحتوي على كاميرا، ونحوها. يحدد ملف العالم (World File) فقط اسم المتحكم اللازم لكل روبوت، ولا يحتوي على المقطع البرمجي للمتحكم (Controller) في الروبوتات، وتحفظ العوالم في ملفات بتنسيق ".wbt". ويحتوي كل مشروع ويبوتس على مجلد فرعي بعنوان (العوالم) تخزن فيه الملفات بتنسيق "wbt".

متحكم ويبوتس (Webots Controller) هو برنامج حاسب يتحكم في روبوت محدد في ملف العالم، ويمكن استخدام أي لغة من لغات البرمجة التي يدعمها ويبوتس لتطوير المتحكم مثل: لغة سي بلس بلس (++C) ولغة جافا (Java)، ولكننا سنستخدم في هذا المشروع لغة البايثون. يُطلق ويبوتس كل برنامج من برامج المتحكم المعطاة كعملية منفصلة عندما تبدأ المحاكاة، ويقوم بربط عمليات المتحكم بالروبوتات التي تمت محاكاتها، وعلى الرغم من أن العديد من الروبوتات يمكنها مشاركة المقطع البرمجي نفسه لبرنامج المتحكم، إلا أن كل روبوت سيشغل العملية الخاصة به. يُخزن مصدر كل برنامج متحكم وملفاته الثنائية معًا في مجلد المتحكم (Controller Directory)، حيث يحتوي كل مشروع ويبوتس على مجلد فرعي داخل المجلد الفرعي الذي يتخذ اسم controllers (المتحكمات).

بيئة الويبوتس The Webots Environment

عندما تفتح البرنامج، ستلاحظ عدة حقول ونوافذ، حيث تشمل المكونات الرئيسة لواجهة ويبوتس ما يلي:

شريط القائمة (Menu Bar): يقع في الجزء العلوي من الواجهة. ويوفر شريط القوائم إمكانية الوصول إلى أوامر وخيارات متنوعة للعمل على المحاكاة، مثل: إنشاء نموذج روبوت أو استيراده، وتهيئة بيئة المحاكاة، وتشغيل عمليات المحاكاة.

شريط الأدوات (Toolbar): هو مجموعة من الأزرار الموجودة أسفل شريط القائمة ويوفر الوصول السريع إلى الوظائف المستخدمة بشكل متكرر مثل: إضافة كائنات إلى المشهد، وبدء المحاكاة وإيقافها، وتغيير عرض الكاميرا.

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

314

مراقبة المنطقة Area Surveillanceفي هذا الدرس والدراسة ستستخدم أداة ويبوتس لعمل محاكاة للطائرة مسيرة تحلق فوق أحد المنازل، ثم ستقوم بترقيتها لتكتشف الحدود البشرية كمراقبة، حيث تتكون المحاكاة من طائرة مسيرة تقلع من وضع السكون على الأرض وتبدأ في الدوران حول المنزل. وفي الدرس التالي، ستضيف ميزة رؤية للحاسب للطائرة المسيرة باستخدام الكاميرا الخاصة بها باستخدام مكتبة أوبن سي في (OpenCV). وهذا سيمكنك من تحليل الصور التي التقطتها الكاميرا.--- SECTION: نقطة الطريق (Waypoint) --- نقطة الطريق (Waypoint): نقطة الطريق هي موقع جغرافي محدد في فضاء ثلاثي الأبعاد تتم برمجة الطائرة المسيرة لتطير إليها أو تمر من خلالها. وتستخدم نقاط الطريق لإنشاء مسارات طيران معرفة مسبقًا لتتبعها الطائرات المسيرة، ويمكن ضبطها باستخدام إحداثيات نظام تحديد المواقع العالمي أو أنظمة أخرى قائمة على المواقع.يتم التحكم في الطائرة المسيرة بواسطة نص برمجي بلغة البايثون وهو مسؤول عن التحكم في جميع الأجهزة المسيرة بما فيها محركات المراوح والكاميرا ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS – Global Positioning System) وما إلى ذلك، كما أنه يحتوي على مقطع برمجي لمزامنة جميع المحركات لتحريك الطائرة المسيرة إلى نقاط الطريق (Waypoints) المتنوعة وجعلها مستقرة في الهواء.--- SECTION: البدء مع ويبوتس Starting with Webots --- البدء مع ويبوتس Starting with Webotsستتعرف في هذا الدرس على أداة ويبوتس وبيئتها، حيث تتكون محاكاة ويبوتس من عنصرين:التعريف بروبوت واحد أو أكثر وبيئاتها في ملف عالم ويبوتس (Webots World).برنامج متحكم واحد أو أكثر للروبوتات المذكورة.عالم ويبوتس (Webots World) هو وصف ثلاثي الأبعاد لخصائص الروبوت، حيث يتم تعريف كل كائن بما في ذلك موقعه، واتجاهه، وهندسته، ومظهره مثل: لونه أو سطوحه، وخصائصه المادية، ونوعه وما إلى ذلك، كما يمكن أن تحتوي الكائنات على كائنات أخرى بها أنظمة هرمية التي تشكل العوالم. على سبيل المثال، قد يحتوي الروبوت على عجلتين، ومستشعر مسافة، ومفصل يحتوي على كاميرا، ونحوها. يحدد ملف العالم (World File) فقط اسم المتحكم اللازم لكل روبوت، ولا يحتوي على المقطع البرمجي للمتحكم (Controller) في الروبوتات، وتحفظ العوالم في ملفات بتنسيق ".wbt". ويحتوي كل مشروع ويبوتس على مجلد فرعي بعنوان (العوالم) تخزن فيه الملفات بتنسيق "wbt".متحكم ويبوتس (Webots Controller) هو برنامج حاسب يتحكم في روبوت محدد في ملف العالم، ويمكن استخدام أي لغة من لغات البرمجة التي يدعمها ويبوتس لتطوير المتحكم مثل: لغة سي بلس بلس (++C) ولغة جافا (Java)، ولكننا سنستخدم في هذا المشروع لغة البايثون. يُطلق ويبوتس كل برنامج من برامج المتحكم المعطاة كعملية منفصلة عندما تبدأ المحاكاة، ويقوم بربط عمليات المتحكم بالروبوتات التي تمت محاكاتها، وعلى الرغم من أن العديد من الروبوتات يمكنها مشاركة المقطع البرمجي نفسه لبرنامج المتحكم، إلا أن كل روبوت سيشغل العملية الخاصة به. يُخزن مصدر كل برنامج متحكم وملفاته الثنائية معًا في مجلد المتحكم (Controller Directory)، حيث يحتوي كل مشروع ويبوتس على مجلد فرعي داخل المجلد الفرعي الذي يتخذ اسم controllers (المتحكمات).--- SECTION: بيئة الويبوتس The Webots Environment --- بيئة الويبوتس The Webots Environmentعندما تفتح البرنامج، ستلاحظ عدة حقول ونوافذ، حيث تشمل المكونات الرئيسة لواجهة ويبوتس ما يلي:شريط القائمة (Menu Bar): يقع في الجزء العلوي من الواجهة. ويوفر شريط القوائم إمكانية الوصول إلى أوامر وخيارات متنوعة للعمل على المحاكاة، مثل: إنشاء نموذج روبوت أو استيراده، وتهيئة بيئة المحاكاة، وتشغيل عمليات المحاكاة.شريط الأدوات (Toolbar): هو مجموعة من الأزرار الموجودة أسفل شريط القائمة ويوفر الوصول السريع إلى الوظائف المستخدمة بشكل متكرر مثل: إضافة كائنات إلى المشهد، وبدء المحاكاة وإيقافها، وتغيير عرض الكاميرا.