Δημιουργία και Αξιολόγηση Εικονικού Χώρου Εργαστηριών Ηλεκτρονικής Σπύρος Πανέτσος ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ ΤΕΧΝΙΚΗ ΑΝΑΦΟΡΑ

Transcript

1 ΑΝΩΤΑΤΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΙΔΑΓΩΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗΣ (Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε.) «Αρχιμήδης ΙΙΙ Ενίσχυση Ερευνητικών ομάδων στην Α.Σ.ΠΑΙ.Τ.Ε.» Υποέργο: 2 Τίτλος: Επ. Υπεύθυνος: Δημιουργία και Αξιολόγηση Εικονικού Χώρου Εργαστηριών Ηλεκτρονικής Σπύρος Πανέτσος ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ ΤΕΧΝΙΚΗ ΑΝΑΦΟΡΑ Τίτλος Παραδοτέου: Δράση: 2. Αξιολόγηση Υπαρχόντων Εργαλείων Συντάκτες 1. Χαρκιολάκης Νικόλαος, Εξωτερικός συνεργάτης 2. Τσαρουχάς Ανδρέας, Εξωτερικός συνεργάτης 3. Τίγκας Οδυσσέας, Εξωτερικός συνεργάτης

2 Πίνακας περιεχομένων Περίληψη Εισαγωγή Χαρακτηριστικά Περιβάλλοντος Ανάπτυξης Εφαρμογών Εικονικής Πραγματικότητας Γενικά Χαρακτηριστικά Δυνατότητες του Περιβάλλοντος Διεπαφές Περιβάλλοντος Εργασίας, Εργαλειοθήκες, Γλώσσες Προγραμματισμού Άλλοι Παράγοντες Αξιολόγηση Λογισμικού Δημιουργίας Εικονικών Χώρων Alice Blender FLASH CS Java3d Second Life Dream Croquet LG3D Wonderland Worlds Tixeo Deepmatrix I-maginer Active Worlds DIVE There Moove Συμπεράσματα Σύστημα Διαχείρισης Μάθησης Αξιολόγηση Blackboard Learning System GUnet eclass CoMPUs Course Management Platform for Universities Moodle ILIAS Open Source Management Learning System Συμπεράσματα Ακαδημαϊκές Αναφορές [1]

3 Περίληψη Οι εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας αποτελούνται από ένα ολοκληρωμένο συνδυασμό συσκευών (hardware), τεχνικών αλληλεπίδρασης και εικονικών αντικειμένων, σε διάφορα επίπεδα ανάλυσης και αλληλεπίδρασης. Οι δημιουργοί των εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας καλούνται να επιλέξουν συνδυασμούς αυτών των στοιχείων που θα επιτρέψουν στους χρήστες την επιτυχή περιήγηση και αλληλεπίδραση με το εικονικό περιβάλλον. Είναι λοιπόν ευνόητο ότι θα υπάρχουν αρκετοί συνδυασμοί αυτών των στοιχείων που θα επιτρέπουν την δημιουργία λειτουργικών χώρων εικονικής πραγματικότητας και οι οποίοι θα ανταποκρίνονται στις ανάγκες των χρηστών. Δυστυχώς, στην πραγματικότητα η επιλογή της κατάλληλης μεθοδολογίας και των κατάλληλων εργαλείων επηρεάζεται από το κόστος των διαθέσιμων λύσεων και τα χαρακτηριστικά (περιορισμούς) της εκάστοτε εφαρμογής. Έτσι τα διαθέσιμα προς αξιολόγηση περιβάλλοντα εργασίας και ανάπτυξης λογισμικού, τουλάχιστον για το παρών έργο, περιορίζονται σε λύσεις λογισμικού ελεύθερου κώδικα ή περιορισμένου κόστους. Η παρούσα εργασία (παραδοτέο), παρουσιάζει την αξιολόγηση των περιβαλλόντων δημιουργίας χώρων εικονικής πραγματικότητας που μελέτησε και αξιολόγησε η ερευνητική ομάδα του έργου. Δεδομένου των περιορισμένων πόρων για εργασία και υλικά, θα γίνει προσπάθεια για δημιουργία εικονικών αντικειμένων που θα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ταυτόχρονα σε διαφορετικά περιβάλλοντα ανάπτυξης ανεξάρτητα της τεχνολογίας που τα υποστηρίζει. [2]

4 1 Εισαγωγή Η αύξηση του ενδιαφέροντος για την τεχνολογία εικονικής πραγματικότητας (Virtual Reality) είχε σαν αποτέλεσμα την αύξηση του αριθμού των διαθέσιμων εργαλείων για τους προγραμματιστές των εικονικών κόσμων. Μερικά από αυτά είναι οι βιβλιοθήκες λογισμικού, οι εργαλειοθήκες, καθώς και οι μεθοδολογίες ανάπτυξης εφαρμογών. Άλλα πάλι είναι ολοκληρωμένα περιβάλλοντα εργασίας που ενσωματώνουν σε ένα πακέτο όλα τα εργαλεία για τη δημιουργίας μιας εφαρμογής εικονικής πραγματικότητας, από τη δημιουργία μοντέλων μέχρι και τον προγραμματισμό της συμπεριφοράς του χώρου. Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν ακόμη προδιαγραφές (standards) για λογισμικά εικονικής πραγματικότητας, κάθε ένα από αυτά τα συστήματα ανάπτυξης έχει ένα μοναδικό σύνολο χαρακτηριστικών και διεπαφών (interfaces). Κάθε ένα από αυτά σχεδιάστηκε και υποστηρίζει ένα συγκεκριμένο τύπο υπολογιστών (hardware), παρέχοντας την δυνατότητα σε προγραμματιστές και χρήστες για ένα υψηλότερο επίπεδο διαχείρισης και δημιουργίας. Επιπλέον, κάθε λογισμικό εικονικής πραγματικότητας προσεγγίζει με το δικό του τρόπο την αλληλεπίδραση των επί μέρους τμημάτων όπως το λειτουργικό σύστημα, οι μονάδες εισόδου και παρουσίασης δεδομένων, τα δίκτυα και οι συσκευές αφής. Ένα επιπρόσθετο χαρακτηριστικό είναι ότι κάθε λογισμικό εικονικής πραγματικότητας έχει το δικό του περιβάλλον ανάπτυξης, το οποίο ορίζει τη δημιουργία γραφικών αντικειμένων, τον έλεγχο της συμπεριφοράς τους με το περιβάλλον, καθώς και την ανταπόκριση των σημάτων που δέχονται από τις μονάδες εισόδου δεδομένων. Ουσιαστική συνέπεια των παραπάνω διαφοροποιήσεων είναι ότι κάθε επιλογή έχει αντίστοιχες επιπτώσεις στη απόδοση και συμπεριφορά των εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας που αναπτύσσονται. Με λίγα λόγια, υπάρχουν πολλές παράμετροι για να εξετάσει ο δημιουργός, κατά την επιλογή ενός εργαλείου ανάπτυξης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας. Μερικές φορές οι διαφορές είναι λεπτές, ενώ σε άλλες τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα είναι πολύ δύσκολο να ποσοτικοποιηθούν και να συγκριθούν. Στόχος της παρούσας αναφοράς, είναι να αποσαφηνίσει το πρόβλημα, τουλάχιστον ως προς το έργο της έρευνας που έχει αναληφθεί. Για το σκοπό αυτό, θα εντοπιστούν σε πρώτη φάση τα χαρακτηριστικά και οι ιδιομορφίες εκείνες ενός περιβάλλοντος ανάπτυξης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας που θα επηρεάσουν το έργο της δημιουργίας και λειτουργίας του εικονικού χώρου του εργαστηρίου ηλεκτρονικής. Στην συνέχεια θα παρουσιαστούν το πιο δημοφιλή εμπορικά και ελεύθερου κώδικα (open source) περιβάλλοντα δημιουργίας εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας που υπάρχουν αυτή τη στιγμή διαθέσιμα. [3]

5 Χαρακτηριστικά Αξιολόγησης Περιβάλλοντος Εικονικής Πραγματικότητας Πριν αποφασίσει ένας χρήστης ποιο σύστημα ανάπτυξης είναι καταλληλότερο για μια συγκεκριμένη εφαρμογή, θα πρέπει να μπορεί να εντοπίσει τα χαρακτηριστικά εκείνα που είναι σημαντικά για το είδος της εφαρμογής που πρέπει να αναπτυχθεί. Αυτό περιλαμβάνει γνώση των δυνατοτήτων που απαιτούνται για την υλοποίηση της εφαρμογής καθώς και τα συστήματα που ικανοποιούν αυτές τις απαιτήσεις. Στην ενότητα αυτή αναφέρουμε μια σειρά από χαρακτηριστικά που πρέπει να διαθέτει ένα περιβάλλον δημιουργίας εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας και σε ορισμένες περιπτώσεις θα παρουσιαστεί το κόστος αγοράς τους που πιστεύουμε ότι είναι αποδεκτό. Αξίζει να σημειωθεί εδώ, ότι όπως θα δούμε, σε πολλές περιπτώσεις κάθε περιβάλλον ανταποκρίνεται στα χαρακτηριστικά που μελετάμε με διαφορετικό τρόπο. 2 Χαρακτηριστικά Περιβάλλοντος Ανάπτυξης Εφαρμογών Εικονικής Πραγματικότητας 2.1 Γενικά Χαρακτηριστικά. Υπάρχουν τρεις βασικές απαιτήσεις από ένα σύστημα ανάπτυξης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας: Επίδοση (performance). Για την αίσθηση και την εξομοίωση ενός εικονικού χώρου με τον αντίστοιχο πραγματικό απαιτείται ένας υψηλός ρυθμός αλλαγής πλαισίου (frame rate) τουλάχιστον των 15 Hz και άνω και με όσο το δυνατόν μικρότερη καθυστέρηση. Η κακή απόδοση σ αυτό το χαρακτηριστικό δεν αποτελεί απλώς μια ενόχληση για τον τελικό χρήστη αλλά μπορεί να προκαλέσει δυσάρεστες παρενέργειες όπως αποπροσανατολισμό και ναυτία. Ως εκ τούτου, ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας θα πρέπει να επωφελείται από όλους του διαθέσιμους υπολογιστικούς πόρους, όπως επεξεργαστές και ειδικές μονάδες (hardware) γραφικών. Το περιβάλλον ανάπτυξης θα πρέπει να επιβαρύνει όσο το δυνατόν λιγότερο το υπολογιστικό σύστημα αυξάνοντας με αυτό τον τρόπο την αποδοτικότητα του. Προσαρμοστικότητα και πολυμορφικότητα (flexibility). Το περιβάλλον ανάπτυξης θα πρέπει να είναι σε θέση να προσαρμοστεί σε διάφορα υπολογιστικά συστήματα και διαμορφώσεις λογισμικού. Εάν το περιβάλλον δεν έχει δυνατότητα προσαρμογής τότε οι εφαρμογές που θα αναπτυχθούν θα είναι περιορισμένης δράσης και χρήσης. Ο προγραμματιστής και δημιουργός του εικονικού περιβάλλοντος δεν θα πρέπει να καταβάλει επιπλέον προσπάθεια για την προσαρμογή της εφαρμογής σε διαφορετικά υπολογιστικά και λειτουργικά συστήματα. Ακόμη, δεν θα πρέπει να παρεμποδίζεται από περιορισμούς του εργαλείου ανάπτυξης η δημιουργικότητα και η φαντασία του προγραμματιστή-δημιουργού και του χρήστη. [4]

6 Ευκολία χρήσης. Το περιβάλλον ανάπτυξης θα πρέπει να είναι εύκολο στη ρύθμιση και στη εκμάθησή του, κάτι που στην πραγματικότητα πολλές φορές δεν συμβαίνει. Ένα αρνητικό στοιχείο ενός εύκολου στη χρήση περιβάλλοντος ανάπτυξης είναι οι πολλές επιλογές που μπορεί να έχει και οι οποίες δυσκολεύουν στην βελτιστοποίηση της λειτουργίας του. Υπάρχει επομένως ένα όριο μεταξύ ευκολίας και βελτιστοποίησης, το οποίο πρέπει να εκτιμήσει ο χρήστης του περιβάλλοντος και να κρίνει με βάση την εμπειρία του και τις ανάγκες του έργου που αναλαμβάνει. Ένα ιδανικό σύστημα ανάπτυξης θα πρέπει να επιτυγχάνει καλύτερο αποτέλεσμα σε κάθε χαρακτηριστικό. Στην πραγματικότητα, όμως τα διάφορα χαρακτηριστικά συχνά έρχονται σε σύγκρουση μεταξύ τους, με συνέπεια το άριστο αποτέλεσμα σε ένα από αυτά να έχει αρνητικές επιπτώσεις σε κάποιο άλλο. Για παράδειγμα, η ευκολία χρήσης επιτυγχάνεται πολλές φορές σε βάρος της προσαρμοστικότητα, ενώ ένα πολύ προσαρμοστικό σύστημα έχει αρνητικές επιπτώσεις στη απόδοση λόγω των πολλαπλών επιλογών που θα προσφέρει στον χρήστη. Στόχος μας είναι ο προσδιορισμός του ιδανικού συνδυασμού των χαρακτηριστικών του κάθε περιβάλλοντος. 2.2 Δυνατότητες του Περιβάλλοντος Τα γενικά χαρακτηριστικά που προαναφέρθηκαν μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε πιο λεπτομερή, οι ιδιότητες των οποίων έχουν ως εξής: Συμβατότητα και Ταυτόχρονη Ανάπτυξη για Διαφορετικές Υπολογιστικές Πλατφόρμες Η σύγχρονη εμπορική πραγματικότητα δείχνει ότι όλοι οι πελάτες/χρήστες μιας υπολογιστική εφαρμογής δεν χρησιμοποιούν κατ ανάγκη τα ίδια υπολογιστικά συστήματα (hardware, software). Ακόμη και αν περιοριστούμε στις πιο δημοφιλής εφαρμογές όπως είναι αυτές που στηρίζονται στα λειτουργικά συστήματα UNIX (με τις διάφορες παραλλαγές του) και Windows NT, οι διαφορές του είναι ιδιαίτερα μεγάλες ώστε να απαιτείται ξεχωριστή προσπάθεια ανάπτυξης μιας εφαρμογής για το καθένα. Είναι σημαντικό αυτές τις περιπτώσεις να λάβουμε υπόψη τις τρέχουσες καθώς και τις μελλοντικές ανάγκες του πιθανού χρήστη όταν αποφασίζουμε τι θα επιλέξουμε. Ένα καλά σχεδιασμένο εργαλείο θα πρέπει να είναι συμβατό με όσο το δυνατών περισσότερα λειτουργικά συστήματα, έτσι ώστε η μεταφορά μιας εφαρμογής από το ένα στο άλλο να μπορεί να γίνει σύντομα και με το λιγότερο κόστος. Αυτό επιτυγχάνεται πολλές φορές με τη χρήση κοινής γλώσσας προγραμματισμού και κοινών μορφών (format) δεδομένων. Το αρνητικό σ αυτές τις περιπτώσεις είναι ότι χρήστης πρέπει να αφιερώσει χρόνο στην εκμάθηση της γλώσσας του περιβάλλοντος, από το οποίο πλέον θα εξαρτάται και μελλοντικά. [5]

7 Στην αντίθετη περίπτωση απαιτείται η χρήση κάποιας από τις υπάρχουσες και αξιόπιστες γλώσσες προγραμματισμού όπως η C++ και η Java, με αρνητικό σ αυτή την περίπτωση το χρόνο και την προσπάθεια που απαιτείται για την τροποποίηση των εκτελέσιμων αρχείων προκειμένου να λειτουργήσουν σε κάθε διαφορετικό περιβάλλον. Εξαίρεση στην τελευταία περίπτωση αποτελεί η Java που δεν χρειάζεται αλλαγή του κώδικα, αλλά εγκατάσταση ενός προαπαιτούμενου λογισμικού (JRE) σε κάθε διαφορετικό υπολογιστικό περιβάλλον. Υποστήριξη Εξειδικευμένου Υλικού (hardware) Εικονικής Πραγματικότητας Από τη φύση τους όλες οι εφαρμογές εικονική πραγματικότητα είναι ιδιαίτερα απαιτητικές ως προς την ποσότητα δεδομένων που επεξεργάζονται. Για την επιτάχυνση της επεξεργασίας των δεδομένων τους οι υπολογιστικές πλατφόρμες χρησιμοποιούν ειδικές ηλεκτρονικές συσκευές (graphics cards). Η χρήση τέτοιων συσκευών με μεγάλη χωρητικότητα και ταχύτητα επεξεργασίας είναι απαραίτητη για τη δημιουργία αξιόπιστων εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας. Επιπλέον οι εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας λόγω της ιδιομορφίας τους απαιτούν αρκετές φορές την χρήση συσκευών ελέγχου της κίνησης στον εικονικό χώρο, όπως joystick. Ακόμη και ως προς την προβολή του χώρου είναι απαραίτητο να είναι γνωστό αν θα γίνει μέσω οθόνης, προβολικού μηχανήματος, προβολικού κράνους (Head Mounted Display) ή συνδυασμού αυτών. Είναι απαραίτητο λοιπόν να είναι γνωστό εκ των προτέρων αν το υπολογιστικό περιβάλλον που αξιολογούμε έχει τη δυνατότητα προγραμματισμού τέτοιων δυνατοτήτων. Μελλοντικές εξελίξεις σ αυτό τον τομέα θα πρέπει ακόμη να ληφθούν υπόψη. Ανεξαρτησία Υλικού από Λογισμικό (hardware abstraction) Η υποστήριξη του απαιτούμενου υλικού είναι υποχρεωτική, αλλά ίσης ζωτικής σημασίας είναι η αυτοματοποίηση της προσαρμογής του κώδικα στο εκάστοτε υποστηρικτικό υλικό (hardware). Η ύπαρξη αντιστοίχων διεπαφών λογισμικού (API) που αναλαμβάνουν αυτόματα την προσαρμογή του κώδικα ανάλογα με το διαθέσιμο υλικό βοηθάει στην ευρύτερη χρήση μιας εφαρμογής από χρήστες με διαφορετικά υπολογιστικά συστήματα. Ένα καλά σχεδιασμένο περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας αποτελεί ιδανικό εργαλείο για τον προγραμματιστή και δημιουργό χώρων εικονικής πραγματικότητας. Το ιδανικό εδώ απαιτεί ισορροπία μεταξύ ενός ομοιόμορφου περιβάλλοντος ανάπτυξης με ένα εξειδικευμένο περιβάλλον ανάπτυξης. Το πρώτο προσφέρει ευκολία και ταχύτητα προγραμματισμού σε βάρος της εκμετάλλευσης των δυνατοτήτων κάθε συσκευής (hardware) ενώ το δεύτερο επιτρέπει τη μέγιστη αξιοποίηση των συνδεδεμένων [6]

8 συσκευών αλλά απαιτεί περισσότερη προσαρμογή και χρόνο για την μετατροπή του κώδικα σε κάθε μια από αυτές. Τοπικά Κατανεμημένες Εφαρμογές Για να πετύχουμε αύξηση της ταχύτητας εκτέλεσης και κατά συνέπεια της απόδοσης μιας εφαρμογής εικονικής πραγματικότητας, πολλές φορές επιμερίζουμε το φορτίο της σε άλλους υπολογιστές που μπορεί να είναι δικτυακά συνδεδεμένοι μαζί με τον βασικό υπολογιστή που τρέχει την εφαρμογή. Για να γίνει αυτό υπάρχουν δύο τρόποι, είτε το περιβάλλον ανάπτυξης της εφαρμογής θα αναλάβει αυτόματα και χωρίς τη συμμετοχή του χρήστη να ενσωματώσει στην εφαρμογή το λογισμικό διανομής φόρτου επεξεργασίας στο δίκτυο, είτε θα τις ενσωματώσει ο προγραμματιστής με συγγραφή του αντίστοιχου κώδικα. Όπως είναι φανερό κάθε μια από αυτές τις επιλογές έχει τα θετικά και αρνητικά της αλλά η κατανομή του φόρτου επεξεργασίας επιταχύνει το ρυθμό αλλαγής πλαισίου (frame rate) της απεικόνισης του χώρου και αυτό είναι θετικότατο και άμεσα απαραίτητο. Τέτοιες δυνατότητες είναι λογικό ότι δεν μπορούν να μην ληφθούν υπ όψη στην αξιολόγηση ενός περιβάλλοντος ανάπτυξης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας. Διαδικτυακά Κατανεμημένες Εφαρμογές Συνήθως με την κατανομή επεξεργασίας εννοούμε τις περισσότερες φορές την κατανομή μιας εφαρμογής σε υπολογιστικούς σταθμούς που είναι κατανεμημένοι τοπικά. Στην πραγματικότητα όμως και με δεδομένες τις υψηλές ταχύτητες του WWW μπορούμε πλέον να επιμερίσουμε το φορτίο μιας εφαρμογής σε υπολογιστές που βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη ανά τον κόσμο. Περιβάλλοντα ανάπτυξης που διαθέτουν τέτοιες δυνατότητες μπορούν πλέον να επιτρέπουν τη διαδραστικότητα και την ταυτόχρονη συμμετοχή σε εικονικούς χώρους ανθρώπων από διαφορετικά μέρη της Γης. Τέτοια περιβάλλοντα έχουν συνήθως ενσωματωμένες ή μπορούν να ενσωματώσουν εξωτερικά εργαλειοθήκες που επιτρέπουν τέτοιες δυνατότητες, αν και το επίπεδο της υποστήριξης ποικίλλει. Προβλήματα που μπορούν να εμφανιστούν σε τέτοιες εφαρμογές αφορούν στην εξάρτηση από δίκτυα τα οποία μπορεί να έχουν καθυστερήσεις στην επικοινωνία και διαφορετικές ταχύτητες επεξεργασίας, συγχρονισμού και ελέγχου των αλληλεπιδράσεων των χρηστών στον εικονικό χώρο. Η χρησιμότητα επομένων διαδικτυακής κατανομής εξαρτάται από το είδος της εφαρμογής και το περιβάλλον λειτουργίας της. Γρήγορη Ανάπτυξη Πρωτότυπου Δεδομένου ότι οι περισσότερες ομάδες προγραμματιστών θα έχουν πρόσβαση μόνο σε ένα ή δύο ολοκληρωμένα περιβάλλοντα ανάπτυξης εικονικών χώρων (λόγω του υψηλού κόστους τέτοιων σταθμών εργασίας) είναι σημαντικό να μπορούν όλοι να έχουν [7]

9 πρόσβαση στον ακριβό εξοπλισμό που θα διατίθεται. Επειδή όμως κάτι τέτοιο είναι πρακτικά αδύνατο πολλά περιβάλλοντα εργασίας δίνουν τη δυνατότητα εκτέλεσης εφαρμογών σε εξομοιωτές. Αυτοί δεν είναι τίποτε άλλο παρά ενσωματωμένο λογισμικό που αναλαμβάνει να εξομοιώσει τη συμπεριφορά και την απόκριση εξωτερικών μηχανημάτων και συσκευών που θα χρησιμοποιούνται στο πραγματικό περιβάλλον εκτέλεσης της τελικής εφαρμογής. Τέτοιες δυνατότητες είναι πολύ σημαντικές διότι επιτρέπουν τον έλεγχο των εφαρμογών από τα αρχικά στάδια ανάπτυξης τους και την επιδιόρθωση λαθών νωρίς και πριν οι επιπτώσεις τους δημιουργήσουν προβλήματα στην αξιοπιστία τους και στο χρόνο ανάπτυξης τους. Παρότι τώρα τελευταία όλα τα περιβάλλοντα εργασίας έρχονται με τέτοιες δυνατότητες η αξιοπιστία της εξομοίωσης που παρέχουν και η επιβάρυνση που προκαλούν στην ανάπτυξη μιας εφαρμογής αποτελούν μέρος της εκτίμησης που πρέπει να κάνουμε για την χρήση τους. Ένας επιμέρους παράγοντας που μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα ανάπτυξης μιας εφαρμογής εικονικής πραγματικότητας και πρέπει να αναφερθεί εδώ, είναι η ύπαρξη εξειδικευμένης και συνοπτικής γλώσσας προγραμματισμού (scripting language) για τον έλεγχο και τη συμπεριφορά των αντικειμένων του εικονικού χώρου. Αυτή η δυνατότητα είναι χρήσιμη διότι επιτρέπει την ταχύτερη ανάπτυξη μια τέτοιας εφαρμογής. Ευελιξία Εκτέλεσης Είναι συχνά επιθυμητό ο χρήστης να είναι σε θέση να αλλάξει διαμορφώσεις υλικού ενώ η εφαρμογή τρέχει και χωρίς να είναι απαραίτητη η επανεκκίνηση της, όπως για παράδειγμα όταν μία συσκευή υπολειτουργεί ή έχει καταστραφεί ολοσχερώς. Ακόμη πολλές φορές οι αρχικές ρυθμίσεις λειτουργία μιας συσκευής μπορεί να μην είναι οι ιδανικές για την εφαρμογή που τρέχει με αποτέλεσμα να χρειαστεί νέα ρύθμιση ή επανεκκίνηση της συσκευής μέχρι να επιτευχθεί η ιδανική λειτουργία της. Αυτή η δυνατότητα είναι επιπλέον χρήσιμη στις περιπτώσεις που θέλουμε να μεταφερθούμε από τον εξομοιωτή μιας συσκευής (όπως για παράδειγμα το προβολικό κράνος) στη πραγματική συσκευή χωρίς διακοπή και επαναλειτουργία της εφαρμογής που δουλεύουμε. Σ αυτή τη περίπτωση το μόνο που χρειάζεται να κάνει στην πραγματικότητα το περιβάλλον εργασίας είναι να αντικαταστήσει το APA του εξομοιωτή με αυτό της πραγματικής συσκευής χωρίς τη συνειδητή ενημέρωση της εφαρμογής που τρέχει. [8]

10 2.3 Διεπαφές Περιβάλλοντος Εργασίας, Εργαλειοθήκες, Γλώσσες Προγραμματισμού Υψηλού επιπέδου και χαμηλού επιπέδου Διεπαφές (interfaces) Κάθε ένα από τα υπάρχοντα περιβάλλοντα εικονικής πραγματικότητας δίνει στον προγραμματιστή ένα διαφορετικό τρόπο αλληλεπίδρασης (user interface) για τη δημιουργία των εφαρμογών. Μερικά προσφέρουν μια αφ υψηλού αντιμετώπιση όπου οι εφαρμογές μπορούν να δημιουργηθούν με γραφικά εργαλεία και με συνοπτικές γλώσσες (scripting) προγραμματισμού, ενώ άλλα επιτρέπουν τον προγραμματισμό ακόμη και στο επίπεδο του υλικού. Η πρώτη κατηγορία δίνει τη δυνατότητα γρήγορης εκμάθησης του περιβάλλοντος και ταχύτερη ανάπτυξη εφαρμογών σε βάρος της ιδανικής και ευρείας εκτέλεσης τους (όσον αφορά τους διάφορους τύπους υλικού) ενώ η δεύτερη προσφέρει ιδανική ταχύτητα εκτέλεσης αλλά απαιτεί εξειδικευμένες γνώσεις από πλευράς του προγραμματιστή. Γραφικές Διεπαφές Τα υπάρχοντα περιβάλλοντα ανάπτυξης εφαρμογών διαφέρουν ριζικά ως προς τον τρόπο αντιμετώπισης των γραφικών. Ενώ μερικά περιβάλλοντα τονίζουν την χρήση μοντέλων που δημιουργούνται από εξειδικευμένο λογισμικά πακέτα (όπως CAD), άλλα ενσωματώνου ειδικά API για τη δημιουργία τους. Μερικά επιτρέπουν στον χρήστη τον έλεγχο ενός μοντέλου στο επίπεδο των επιμέρους πολυγώνων που αντιπροσωπεύουν την επιφάνειά του, ενώ άλλα επιτρέπουν μόνο το φόρτωμα και την απεικόνιση τους. Ακόμη, άλλα επιτρέπουν το χειρισμό ολόκληρου του σκηνικού του εικονικού χώρου, ενώ άλλα απαιτούν τον προγραμματισμό και των πιο επιμέρους χαρακτηριστικών και λειτουργιών του χώρου όπως είναι η κίνηση και οι συγκρούσεις αντικειμένων, καθώς και απεικόνιση της υφής και του χρώματος των διαφόρων επιφανειών. Η επιλογή του κατάλληλου γραφικού περιβάλλοντος εξαρτάται από τον στόχο της κάθε εφαρμογή. Για παράδειγμα, αν στόχος είναι να φορτώσει το μοντέλο ενός αυτοκινήτου και να επιτρέπει σε έναν χρήστη να κινηθεί γύρω από αυτό, τότε το περιβάλλον ανάπτυξης πρέπει να υποστηρίζει τα μοντέλα σε μορφή CAD με την οποία το μοντέλο του αυτοκινήτου δημιουργήθηκε. Στην περίπτωση όμως μιας προσομοίωσης ενός επιστημονικού φαινόμενου, ο προγραμματιστής μπορεί να χρειαστεί να επέμβει στο επίπεδο των πολυγώνων της αναπαράστασης. Η επιλογή τέτοιων παροχών από ένα περιβάλλον ανάπτυξης είναι πολύτιμη, διαφορετικά ο προγραμματιστής θα πρέπει να αναπτύξει το αντίστοιχο λογισμικό. Η τελευταία διαδικασία είναι συνήθως επίπονη και χρονοβόρα, ακόμα και για έμπειρους προγραμματιστές. [9]

11 Εξ ίσου σημαντικό είναι να λάβουμε υπ όψη μας τι είδους API υποστηρίζει η βιβλιοθήκη γραφικών που χρησιμοποιείται. Έχει τη δικιά του βιβλιοθήκη ή υποστηρίζει γνωστές βιβλιοθήκες όπως OpenGL και Direct3D που μπορούν να χρησιμοποιηθούν και σε άλλου είδους εφαρμογές εκτός αυτών της εικονικής πραγματικότητας; Οι δημοφιλείς βιβλιοθήκες όπως αυτές που αναφέρθηκαν έχουν το πλεονέκτημα ότι υπάρχει άφθονο υποστηρικτικό υλικό για τη χρήση τους και την εκπαίδευση προγραμματιστών, ενώ επιπλέον επιτρέπουν την εύκολη σχετικά ενσωμάτωσή τους στα διάφορα περιβάλλοντα εργασίας. Αλληλεπίδραση Σε πολλά περιβάλλοντα εργασίας, ο προγραμματιστής μπορεί να δημιουργήσει λογισμικό χειρισμού συμβάντων του εικονικού χώρου. Με αυτό τον τρόπο ο εικονικός χώρος στέλνει μηνύματα κατά την αλληλεπίδραση χρήστη και αντικειμένων έτσι ώστε να πραγματοποιηθούν οι απαραίτητες μετακινήσεις και οι αλλαγές των αντικειμένων και του σκηνικού. Εναλλακτικά, ο προγραμματιστής μπορεί να έχει τον απόλυτο έλεγχο του εικονικού χώρους και αξιοποιώντας τα σήματα που στέλνουν οι εξωτερικές συσκευές των χρηστών αποφασίζει αν υπάρχει κάποιο ερέθισμα (όπως επαφή ή δυνάμεις) που απαιτεί ανανέωση του σκηνικού. Σε γενικές γραμμές πάντως, περιβάλλοντα υψηλών προδιαγραφών ή αυτά που δέχονται αντικείμενα από εφαρμογές τύπου CAD, έχουν μεγαλύτερη ευχέρεια στην αλληλεπίδραση με τον εικονικό χώρο. Τέτοια περιβάλλοντα έχουν συνήθως τις δικές τους ρουτίνες ανίχνευσης συγκρούσεων, και μπορεί ακόμη και να έχουν ενσωματωμένη υποστήριξη για τη συμπεριφορά αντικειμένων σύμφωνα με τους νόμους της φύσης (όπως οι νόμοι της βαρύτητας και της σύγκρουσης). Περιβάλλοντα που επιτρέπουν στον προγραμματιστή την ανάπτυξη γραφικών με χρήση της OpenGL ή κάποιου άλλου API δίνουν συνήθως και την δυνατότητα κωδικοποίησης της αλληλεπίδρασης χρήστη και αντικειμένων. APIs και Γλώσσες Προγραμματισμού Εικονικών Χώρων Μία άλλη παράμετρο που πρέπει να εξετάσει κανείς, όταν επιλέγει ένα περιβάλλον ανάπτυξης εικονικής πραγματικότητας είναι ο τρόπος με τον οποίο θα δημιουργήσουν εφαρμογές τους οι προγραμματιστές. Αυτό μπορεί να γίνει είτε με χρήση ειδικών γραφικών διεπαφών χρήστη (GUI), είτε με χρήση συνοπτικών και εξειδικευμένων γλωσσών προγραμματισμού (scripting languages), είτε ακόμη με χρήση κλασικών γλωσσών προγραμματισμού όπως η C++ και η Java. Οι εξειδικευμένες γλώσσες προγραμματισμού έχουν ιδιαίτερα χαρακτηριστικά και δομές που είναι σχεδιασμένες για τον συγκεκριμένο σκοπό που τους επιτρέπουν να ανταποκρίνονται άμεσα στις απαιτήσεις εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας. Αυτές οι γλώσσες όπως έχουμε ξαναπεί έχουν το πλεονέκτημα της γρήγορης [10]

12 παραγωγής εφαρμογών αλλά απαιτούν έμπειρους προγραμματιστές για την αξιοποίηση τους. Επιπλέον, η χρήση τους απαιτεί επανεγγραφή κώδικα που θα προϋπήρχε σε άλλες γλώσσες προγραμματισμού και πρόκειται να χρησιμοποιηθεί ξανά. 2.4 Άλλοι Παράγοντες Επεκτασιμότητα Μια βιβλιοθήκη λογισμικού εικονικής πραγματικότητας πρέπει να είναι εύκολο να επεκταθεί σε νέες συσκευές, νέες πλατφόρμες και νέες διεπαφές εικονικής πραγματικότητας δεδομένου ότι το πεδίο της εικονικής πραγματικότητας αλλάζει συνεχώς. Οι βιβλιοθήκες λογισμικού πρέπει να μπορούν να προσαρμόζονται εύκολα στις αλλαγές, για να μην απαρχαιωθούν και περιορίσουν τη λειτουργία των εικονικών χώρων που δημιουργήθηκαν με αυτές σε παλαιά υπολογιστικά συστήματα. Ελάχιστα Προαπαιτούμενα Ενώ η απλότητα είναι πολύτιμη, το λογισμικό δεν θα πρέπει να περιορίζει έμπειρους χρήστες από το κάνουν αυτό που θέλουν. Το περιβάλλον δεν πρέπει να απαιτεί υπερβολικούς περιορισμούς στη δομή του προγράμματος, ούτε θα πρέπει να εμποδίζει τον προγραμματιστή στην απευθείας επικοινωνία με το λειτουργικό σύστημα του υπολογιστή. Θα πρέπει γενικά, να υπάρχει ένας τρόπος για να αλληλεπιδράσει με το λειτουργικό σύστημα ή τις συνδεδεμένες συσκευές, όταν αυτό απαιτείται. Στην ιδανική περίπτωση, δεν θα πρέπει να υπάρχουν περιορισμοί που ένας έμπειρος χρήστης να μη μπορεί να παρακάμψει. Παρακολούθηση απόδοσης Ένα λογισμικό σύστημα εικονικής πραγματικότητας θα πρέπει να είναι σε θέση να συλλέγει και να παρουσιάζει δεδομένα σχετικά με την απόδοση των εφαρμογών που αναπτύσσονται με αυτό. Τέτοιες πληροφορίες είναι απαραίτητες προκειμένου να βελτιστοποιηθεί το λογισμικό και να διαμορφώσει το υλικό γραφικών (graphics hardware) ώστε να αποδίδει καλύτερα. Εμπορικό, Ερευνητικό και Ελεύθερο Λογισμικό Μερικά από τα συστήματα που θα καλύψουμε σ αυτό το παραδοτέο είναι εμπορικά προϊόντα, ενώ άλλα έχουν δημιουργηθεί σε ακαδημαϊκά/ερευνητικά ιδρύματα. Και οι δύο τύποι προϊόντων έχουν πλεονεκτήματά αλλά και μειονεκτήματα. Τα περισσότερα από τα συστήματα που είναι προϊόντα ακαδημαϊκής έρευνας είναι διαθέσιμα χωρίς κόστος, το οποίο είναι από τη φύση του ένα μεγάλο πλεονέκτημα. Επιπλέον, οι ομάδες που τα δημιούργησαν είναι συνήθως ανοικτές σε συνεργασίες για την επέκτασή τους και την προσθήκη περεταίρω δυνατοτήτων. Σε πολλές δε από αυτές τις περιπτώσεις διαθέτουν ελεύθερα όλο τον κώδικα του περιβάλλοντος, [11]

13 προσφέροντας έτσι σε οποιονδήποτε χρήστη τη δυνατότητα να τον προσαρμόσει και να τον επεκτείνει ανάλογα με τις ανάγκες του. Βασικό μειονέκτημα αυτών των λύσεων είναι ότι απαιτούν ιδιαίτερες γνώσεις για την εφαρμογή τους, που τις περισσότερες φορές προκύπτουν μέσα από δοκιμές και λάθη. Στον αντίποδα των προηγουμένων βρίσκονται τα εμπορικά πακέτα που είναι εξαιρετικά φιλικά στην χρήση και εύκολα στην εκμάθηση τους αλλά είναι σχεδιασμένα για τον μέσο χρήστη και το τυπικό υπολογιστικό περιβάλλον. Αυτό γίνεται βασικά διότι αυτές οι εφαρμογές έχουν σκοπό το κέρδος που προέρχεται από την ευρεία κατανάλωση τους από όσο το δυνατόν περισσότερους χρήστες. Το πρόβλημα με αυτά τα πακέτα προκύπτει όταν η εφαρμογή που πρέπει να αναπτυχθεί ξεφεύγει από τα χαρακτηριστικά που χρειάζεται ο τυπικός χρήστης. Σ αυτές τις περιπτώσεις τα εμπορικά πακέτα μπορεί να προσφέρουν επεκτάσεις που δυστυχώς θα αυξήσουν το κόστος της λύσης. [12]

14 3 Αξιολόγηση Λογισμικού Δημιουργίας Εικονικών Χώρων Στο συγκεκριμένο παραδοτέο περιγράφονται τα επικρατέστερα λογισμικά από αυτά που μελετήθηκαν στις διάφορες κατηγορίες λογισμικών. 3.1 Alice Το Alice (Εικόνα 1) είναι ένα σύστημα ταχείας κατασκευής πρωτοτύπων για τη δημιουργία διαδραστικών γραφικών εφαρμογών. Έχει σχεδιαστεί από την ακαδημαϊκή κοινότητα ως ένα εργαλείο για χρήστες χωρίς τεχνικό υπόβαθρο. Η δημόσια διανομή του Alice είναι διαθέσιμη για Windows, Mac, και Linux. Το Alice είναι ελεύθερα διαθέσιμο από την ηλεκτρονική διεύθυνση Εικόνα 1. Περιβάλλον Εργασίας Alice Βασικός στόχος του περιβάλλοντος Alice είναι η δημιουργία και αναπαράσταση ιστοριών και διαδραστικών παιχνιδιών, καθώς επίσης, και για την δημιουργία βίντεο και ταινιών γραφικών στο διαδίκτυο. Η ανάπτυξη μιας εφαρμογής προχωράει με βάσει υποθετικά σενάρια (what if) όπως "Τι θα συμβεί αν αλλάξουμε την κλίμακα του μοντέλου;", "Τι θα συμβεί αν περιστρέφεται πιο γρήγορα;", "Τι θα συμβεί αν κινηθούμε το χώρο που δημιουργήσαμε σε διαφορετική πορεία;". Αυτά είναι όλα παραδείγματα [13]

15 ερωτήσεων που απαιτούν συνήθως εκ νέου κωδικοποίηση και εκ νέου εκτέλεση του κώδικα. Συστήματα γρήγορης ανάπτυξης προτύπου (rapid prototyping) επιτρέπουν τον έλεγχο αυτών των σεναρίων και την γρήγορη αξιολόγησή. Με μικρές αλλαγές στον συνοπτικό κώδικα (script) μπορούν να δοκιμαστούν πολλές ιδέες και επιλογές σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Εκτός από την ταχεία ανάπτυξη, το Alice έχει σχεδιαστεί για να παρέχει σε μη τεχνικούς χρήστες την ικανότητα να γράφουν προγράμματα εικονικής πραγματικότητες χωρίς πρότερη εμπειρία στο αντικείμενο. Αυτό σημαίνει ότι η διεπαφή ανάπτυξης εφαρμογών και η γλώσσα προγραμματισμού του πρέπει να είναι απλά και εύκολα στην κατανόησή και εκμάθησή τους. Επιπλέον είναι εύκολο για διάφορους χρήστες να δημιουργούν αντικείμενα στους εικονικούς χώρους την συμπεριφορά των οποίων θα κωδικοποιούν προγραμματιστές αργότερα. Στο διαδραστικό περιβάλλον του Alice, οι χρήστες μπορούν να εισάγουν (drag and drop) προϋπάρχονται αντικείμενα, συμπεριφορές και τμήματα κώδικα από προχωρημένες γλώσσες προγραμματισμού, όπως είναι η Java, η C++ και η C#. Επιτρέπεται έτσι στους χρήστες να δουν άμεσα, κατά την εκτέλεση του προγράμματος τους, τις μετατροπές που επιτεύχθηκαν και να κατανοήσουν πιο εύκολα τις σχέσεις των τμημάτων του κώδικά τους με τις αλλαγές στη συμπεριφορά των αντικειμένων του χώρου, ώστε να πετύχουν την εξομοίωση που θέλουν. Το Alice διοργανώνει τον εκάστοτε εικονικό χώρο ως μια ιεραρχική συλλογή αντικειμένων στην μορφή γονέας-παιδί επιτρέποντας έτσι γρήγορες αλλαγές στο εσωτερικό της ιεραρχίας κατά το χρόνο εκτέλεσης. Επιπλέον επιτρέπεται η εύκολη αλλαγή του συστήματος αναφοράς των διαφόρων αντικειμένων, έτσι ώστε να ομαδοποιούνται αντικείμενα κρατώντας κατά την μετακίνηση τους σταθερή την σχετική τους θέση και τον προσανατολισμό τους. Για να διατηρηθούν οι υψηλοί ρυθμοί αλλαγής πλαισίου, το σύστημα Alice χειρίζεται ανεξάρτητα τη διεργασία επεξεργασίας των γεωμετρικών δεδομένων του εικονικού χώρου από τη διεργασία απεικόνισης τους (rendering - προβολή στην οθόνη του υπολογιστή). Η πρώτη διεργασία εστιάζει στον υπολογισμό των μεταβολών που υφίστανται στον χώρο ενώ η δεύτερη εστιάζει στην απεικόνιση το χώρου από τη οπτική σκοπιά της θέσης του χρήστη στο χώρο. Αυτός ο διαχωρισμός επιτρέπει στην διεργασία της απεικόνισης να ολοκληρωθεί γρήγορα χωρίς να περιμένει την ολοκλήρωση της διεργασίας υπολογισμού των αλλαγών. Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ, ότι ο διαχωρισμός αυτός των δύο διεργασιών γίνεται στο υπόβαθρο των δραστηριοτήτων της εφαρμογής χωρίς να απαιτεί επιπλέον εργασία από τον προγραμματιστή ο οποίος αναπτύσσει μια καθόλα σειριακή εφαρμογή που το σύστημα από μόνο του μετατρέπει σε παράλληλη. Πλεονεκτήματα Γρήγορη Ανάπτυξη Πρωτότυπου: Το Alice έχει σχεδιαστεί εξ αρχής για γρήγορη παραγωγή εφαρμογών και το πετυχαίνει με ταχύτητα και ευκολία. Η δυνατότητα αντιγραφής έτοιμων τμημάτων κώδικα [14]

16 (plug and play) καθώς και οι ανώτερες γλώσσες προγραμματισμού που υποστηρίζει επιτρέπουν τον γρήγορο έλεγχο σεναρίων για τον εντοπισμό αυτού που ταιριάζει στις απαιτήσεις του χρήστη. Εύκολη εκμάθηση: Στόχος του Alice είναι ο μη εξειδικευμένος χρήστης. Εξαιτίας αυτού, το προϊόν έρχεται με ένα πολύ φιλικό γραφικό περιβάλλον εργασίας που προϊδεάζει θετικά τον υποψήφιο χρήστη ανεξαρτήτως της εμπειρίας που πιθανόν να έχει με άλλα εργαλεία. Περιορισμοί Υποστήριξη εξοπλισμού Εικονικής Πραγματικότητας: Το σύστημα δεν υποστηρίζει από μόνο του πολλά είδη συσκευών εικονικής πραγματικότητας (όπως προβολικά κράνη για παράδειγμα) με αποτέλεσμα ο ενδιαφερόμενος προγραμματιστής να πρέπει να εισάγει και να ενσωματώσει API άλλων παρόχων ή να γράψει τον αντίστοιχο κώδικα ο ίδιος. Το Alice θέτει περιορισμούς στους τύπους των εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας που μπορούν να αναπτυχθούν με αυτό. Θα ήταν δύσκολο, για παράδειγμα, να δημιουργηθούν εφαρμογές που ασχολούνται με μεγάλες ποσότητες δεδομένων (πολύπλοκή γεωμετρία χώρων και αντικειμένων) που θα απαιτούσαν άμεση επικαιροποίηση της γεωμετρίας του χώρου σε κάθε πλαίσιο (καρέ). Επίσης θα ήταν επίσης δύσκολο να δημιουργηθούν εφαρμογές που απαιτούν τον πλήρη έλεγχο της γεωμετρίας του χώρου, όπως είναι για παράδειγμα η εξομοίωση φυσικών φαινόμενων (η ατμόσφαιρα, ο κυματισμός κ.λ.π.). 3.2 Blender Το Blender (Εικόνα 2) είναι ένα περιβάλλον σχεδιασμού τρισδιάστατων αντικειμένων και χώρων. Είναι ελεύθερα διαθέσιμο σε μορφή ανοιχτού κώδικα κάτω από τους περιορισμούς χρήσης GNU/GPL. Το μέγεθος του είναι σχετικά μικρό, μόλις 70ΜΒ και για μικρές εφαρμογές έχει περιορισμένες απαιτήσεις από το λειτουργικό σύστημα συγκριτικά με εκείνες ανάλογων περιβαλλόντων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για μοντελοποίηση στατικών γραφικών (εικόνων), animation, UV unwrapping, texturing, rigging, rendering, particle και άλλων προσομοιώσεων. Επίσης είναι κατάλληλο για μη γραμμική επεξεργασία, καθώς και για διαδραστικές λειτουργίες ή ακόμα και για ανάπτυξη παιχνιδιών (χάρη στην game engine που διαθέτει). Οι δυνατότητες του Blender μπορούν να καλύψουν και τους πιο απαιτητικούς χρήστες αφού κάποιος μπορεί να δημιουργήσει από το μοντέλο ενός απλού αντικειμένου ή λογοτύπου, μέχρι λεπτομερέστατες εικόνες εξαιρετικής ποιότητας, τόσο ρεαλιστικές ώστε να μην φανερώνουν την προέλευσή τους. Έχει επίσης χρησιμοποιηθεί για εμπορικούς σκοπούς όπως [15]

17 διαφημιστικά, ντοκιμαντέρ, ταινίες (Spiderman 2, History Channel και αλλού). Είναι διαθέσιμο από την ιστοσελίδα όπου επιπρόσθετα μπορεί κανείς να βρει χρήσιμα plugins και scripts, συλλογές αντικειμένων, οδηγούς συσκευών (drivers) και ότι άλλο αφορά το blender. Είναι διαθέσιμο για όλα τα κύρια λειτουργικά συστήματα όπως τα Windows της Microsoft, το Linux και το Mac OS X. Επίσης υποστηρίζεται και το Solaris.. Το Blender διαθέτει εξειδικευμένα εργαλεία για animation, διάφορα εργαλεία για σχεδίαση χαρακτήρων και ρούχων, εργαλεία για δημιουργία υλικού καθώς επίσης και τη γλώσσα προγραμματισμού Python για εσωτερικό scripting. Εικόνα 2. Περιβάλλον Εργασίας Blender Πλεονεκτήματα Στα πλεονεκτήματα του Blender κατατάσσονται μεταξύ άλλων: Η ρεαλιστική απεικόνιση αντικειμένων με την ενσωματωμένη μηχανή απεικόνισης Cycles που επιτρέπει ιδανική χρήση του επεξεργαστή (CPU) και του επιταχυντή γραφικών (GPU). Η δυνατότητα γρήγορης μοντελοποίησης, που οφείλεται κυρίως στην πλούσια βιβλιοθήκη γραφικών που διαθέτει, την ομαδοποίηση ενεργειών με την ενεργοποίησή τους με απλό συνδυασμό πλήκτρων (keyboard shortcuts), και τη χρήση συνοπτικών γλωσσών όπως η Python. Η ρεαλιστική απεικόνιση επιφανειών που εξομοιώνουν διαφορετικά υλικά. [16]

18 Το γρήγορο rigging, που επιτρέπει τον μετασχηματισμό ενός μοντέλου σε διαφορετικές πόζες, όπως είναι η ομαδοποίηση τμημάτων, η σκελετοποίηση και η αυτόματη κάλυψη τμημάτων με επιφάνειες επικάλυψης (επιδερμίδα), καθώς και η εξομάλυνση αμβλυμμένων χαρακτηριστικών που μπορεί να προκύψουν από τη χρήση επίπεδων πολυγώνων σε κυρτές επιφάνειες. Πλούσια εργαλειοθήκη για προσομοίωση ζωντανών οργανισμών, που στηρίζεται στην ομαλή κίνηση επιτρέπει ουσιαστικά το πρόγραμμα την προσομοίωση προσωπικότητας, τον συγχρονισμό της ομιλίας με τις μεταβολές στο πρόσωπο. Τη δημιουργία μοντέλων με εργαλεία που προσομοιώνουν την διαδικασία κατασκευής γλυπτών. Τέλος, τη σύνθεση των επιμέρους τμημάτων κάτω από το σενάριο εξέλιξης και αλληλεπίδρασης με τον εικονικό χώρο. Η αξιόπιστη εξομοίωση φυσικών φαινόμενων όπως είναι η κίνηση ρευστών, και αερίων, η φυσική κίνηση νημάτων (μαλλιών για παράδειγμα), ρούχων και σωματιδίων. Η σύνθεση και παραγωγή διαδραστικών εφαρμογών όπως είναι τα ηλεκτρονικά παιχνίδια. Η χρήση εικονικής κάμερας στον εικονικό χρόνο για δημιουργία ταινιών εικονικής πραγματικότητας που δίνουν πραγματική αίσθηση της κίνησης. Φιλικό περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών, κοινό για όλα τα λειτουργικά συστήματα. Η δυνατότητα επέκτασης του Blender από τον οποιοδήποτε με τις απαραίτητες γνώσεις και ενδιαφέρον. Υποστήριξη των πλέον δημοφιλών τύπων αρχείων όπως JPEG, TIFF, AVI, MPEG, Quicktime, 3DS, SVG, VRML, και X3D. Και τέλος, ένα πλήθος πρόσθετων βιβλιοθηκών που επεκτείνουν τις δυνατότητες του λογισμικού, όπως γεννήτριες εδάφους, φυτών και δένδρων, καιρικών χαρακτηριστικών (σύννεφα) και διεπαφές για εισαγωγή χώρων και αντικειμένων που δημιουργήθηκαν με άλλα λογισμικά εικονικής πραγματικότητας. Περιορισμοί Η υποστήριξη του από εθελοντές, που ανά πάση στιγμή μπορεί να σταματήσεις με αποτέλεσμα να μην ανταποκρίνεται σε μελλοντικές αλλαγές της τεχνολογίας. Η έλλειψη έμπειρων προγραμματιστών και χρηστών που θα μπορεί να υποστηρίξει επαγγελματικές λύσεις. [17]

19 Η έλλειψη αποτελεσματικού εκπαιδευτικού υλικού που θα μπορούσε κανείς να χρησιμοποιήσει για να εξοικειωθεί με το περιβάλλον γρήγορα και αποτελεσματικά 3.3 FLASH CS6 Το Flash στην έκδοση CS6 (Εικόνα 3) είναι ένα εργαλείο για την ανάπτυξη εφαρμογών πλούσιου περιεχομένου, διεπαφών χρηστών και διαδικτυακών εφαρμογών. Είναι κατασκευασμένο από τη εταιρία Adobe και επιτρέπει στους σχεδιαστές και προγραμματιστές εικονικών χώρων να ενσωματώσουν βίντεο, κείμενο, ήχο και γραφικά σε υψηλή ποιότητα. Είναι από τα πιο ευρύτατα διαδεδομένα υποστηρικτικά λογισμικά (plugins και players) εφαρμογών Internet, με ισχυρές προοπτικές παραμονής του στην εμπορική επικαιρότητα για πολλά ακόμη χρόνια. Η δημοφιλής παρουσία του επικυρώνεται από την αποδοχή και χρήση του σε μερικές από τις μεγαλύτερες εμπορικές διαδικτυακές πλατφόρμες της εποχής μας. Διαχειρίζεται διανυσματικά και raster γραφικά ώστε να προσφέρει ζωτικότητα στις ιστοσελίδες ενώ μπορεί να λειτουργεί τελείως διαδραστικά επιτρέποντας στον εκάστοτε χρήστη να αλληλεπιδρά με μια εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας και τους τρισδιάστατους χώρους της. Εικόνα 3. Περιβάλλον Εργασίας Flash Η έκδοση CS6 στηρίζεται στην μεγάλη επιτυχία των προηγούμενων εκδόσεων που έφερα το προϊόν στην κορυφή προτίμηση των σχεδιαστών και προγραμματιστών παιχνιδιών, εξασφαλίζοντας έτσι την επιτυχία της παρούσας έκδοσης. [18]

20 Πλεονεκτήματα Ευκολία Χρήσης. Για έναν νέο χρήστη/προγραμματιστή στη συγκεκριμένη έκδοση του Flash η καμπύλη εκμάθησης (learning curve) είναι ιδιαίτερα χαμηλή λόγω της ευκολίας με την οποία μπορεί να εγκλιματιστεί κανείς στο περιβάλλον. Διατηρώντας τα ίδια βασικά χαρακτηριστικά διεπαφής με προηγούμενες εκδόσεις, δίνει τη δυνατότητα σε έμπειρου χρήστες να κάνουν άμεση χρήση των νέων δυνατοτήτων χωρίς επιπλέον προσπάθεια εκμάθησης. Η μόνη φανερή προσθήκη σ αυτόν τον τομέα είναι η καινοτόμα αξιοποίηση του παραγωγού κίνησης (motion editor). Η χρήση σχημάτων και συμβόλων από την βιβλιοθήκη του προγράμματος και ο μετασχηματισμός/παραμόρφωση των ιδιοτήτων τους στη σκηνή εργασίας ή στον παραγωγό κίνησης με χρήση συνοπτικής γλώσσας, έχουν ουσιαστικά παραμείνει αμετάβλητα. Η εταιρεία Adobe ακολουθεί σταθερά τη φιλοσοφία, αν δεν είναι κάτι σπασμένο δεν χρειάζεται φτιάξιμο. Μια καινούργια λειτουργία που προστέθηκε και είναι ο παραγωγός κινουμένων σελίδων (sprite sheet generator), η οποία είναι πολύ χρήσιμη για προγραμματιστές κυρίως παιχνιδιών αλλά και για οποιουδήποτε είδους διαδραστικότητας. Στο παρελθόν οι προγραμματιστές είχαν την δυνατότητα να επιλέξουν να αφήσουν επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες κίνησης μέσα σε ένα απόσπασμα μιας ταινίας ή να σώσουν το τμήμα σε ακολουθία καρέ διαφόρων τύπων όπως gif και jpeg. Σ αυτή τη περίπτωση η πρώτη μέθοδος καθυστερούσε την επανάληψη της προβολής ενώ η δεύτερη έπαιρνε πολύ χρόνο για την ανάγνωση των καρέ και τη τοποθέτηση τους στην ακολουθία κίνησης. Με τον νέο παραγωγό κινουμένων σελίδων, οι προγραμματιστές μπορούν να μετατρέψουν ένα ή περισσότερα τμήματα ταινιών στη βιβλιοθήκη. Η κάθε κινούμενη σελίδα περιλαμβάνει τα καρέ μιας κατάστασης συμβόλων καθώς και τις συντεταγμένες τους στον χώρο σε μορφή bitmap προσφέροντας αύξηση της απόδοσης από τις αντίστοιχες διανυσματικές αναπαραστάσεις. Πολλαπλές Επιλογές. Η τάση, που παρατηρείται τελευταία αναφορικά με την υποστήριξη της τυποποιημένης γλώσσας HTML5 για εφαρμογές διαδικτύου και η υιοθέτησή της από μεγάλες εταιρείες εφαρμογών λογισμικού, οδήγησε την Adobe, στην έκδοση CS6, να ενσωματώσει επιλογή για την εξαγωγή αρχείων σε μορφή που HTML5 καθώς και την απορρόφησή τους από το πολύ πετυχημένο προϊόν Abobe AIR της ίδια εταιρείας. Το προϊόν αυτό μπορεί να παράγει κώδικα για πολλές πλατφόρμες κινητών όπως είναι το Android και το ios της Apple. Η διαφορά του κώδικα που παράγει το AIR από αυτόν που παράγει το Flash είναι ότι ο κώδικας του AIR μπορεί να λειτουργήσει σε κινητά αλλά και σταθερούς υπολογιστές ταυτόχρονα. Το πλεονέκτημα σ αυτές τις περιπτώσεις είναι ότι δεν [19]

21 χρειάζεται να ανησυχεί ο προγραμματιστής για τη συμβατότητα της εφαρμογής που αναπτύσσει με τα διάφορα λειτουργικά συστήματα. Η υποστήριξη που παρέχει το AIR, στην νέα έκδοση του Flash CS6, έχει επεκταθεί σημαντικά με ιδιαίτερο χαρακτηριστικό τις επεκτάσεις που παρέχει αναφορικά με την παραγωγή γηγενή (native) κώδικα για συσκευές που λειτουργούν σε περιβάλλοντα ios, Android, Blackberry, Windows και Mac. Δεδομένου ότι κάθε πλατφόρμα Android και ios έχει αποκλειστικές βιβλιοθήκες για τον έλεγχο των τμημάτων τους, θα ήταν λογικό οι βιβλιοθήκες του AIR SDK να τις καλύψουν μόνο ως ένα βαθμό. Για να μπορέσουν οι προγραμματιστές να επικεντρώσουν τις εφαρμογές τους σε συγκεκριμένες συσκευές, η Adobe προσφέρει στον ενδιαφερόμενο προγραμματιστή επεκτάσεις που αξιοποιούν τις ιδιαιτερότητες της κάθε συσκευής για την καλύτερη εξυπηρετήσει και εμπειρία του τελικού χρήστη. Από τη στιγμή που κάποιος εγκαταστήσει τις απαραίτητες βιβλιοθήκες και γράψει τον κώδικα της εφαρμογής του, το Flash μπορεί να δοκιμάσει τον κώδικα σε εξομοιωτή της τελικής συσκευής με προσομοίωση των χαρακτηριστικών των συσκευών όπως επιταχυνσιόμετρο, αφή και τη χειρονομία (σύρσιμο δακτύλου επί της οθόνης). Επιπλέον, με τη δημιουργία μιας σύνδεσης μέσω των ρυθμίσεων Δημοσίευση (Publish), το Flash μπορεί να πακετάρει τη διεύθυνση IP με την εφαρμογη, ώστε να συνδέεται αυτόματα με δικτυωμένη κινητή συσκευή μέσω Wi Fi. Σε συνδυασμό με το πλαίσιο ανάπτυξης εφαρμογών CreateJS, το Flash CS6 είναι σε θέση να εξάγει κίνηση και δεδομένα σε ένα έγγραφο HTML5, ενόσω το CreateJS μεταφράζει τη γλώσσα actionscript σε javascript. Οι βασικές βιβλιοθήκες που απαρτίζουν το CreateJS περιλαμβάνουν, το EaselJS που βοηθά στην εμφάνιση των αντικειμένων που χρησιμοποιούνται στον καμβά εργασίας, το TweenJS που αναλαμβάνει τη δημιουργία ενδιάμεσων πλαισίων για ομαλή κίνηση, και το SoundJS που παρέχει ένα API για τη χρήση των ετικετών ήχου της HTML5 για αναπαραγωγή ήχου στο διαδίκτυο. Απόδοση. Τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα εργαλεία του Flash λειτουργούν το ίδιο καλά με προηγούμενες εκδόσεις τους. Η πραγματική όμως αύξηση της απόδοσης της παρούσας έκδοσης δεν έρχεται υποχρεωτικά από το ίδιο το Flash, αλλά από τον τρόπο που κατανέμει τις εργασίες στις συσκευές που εκτελούν τις εφαρμογές του. Ειδικότερα αυτό επιτυγχάνεται με την υποστηρικτική βιβλιοθήκη (API) Stage 3D, που παρέχει στους προγραμματιστές παιχνιδιών μια διεπαφή για να διαχειριστούν καλύτερα την κάρτα επιτάχυνσης γραφικών (GPU). Με την πρόσβαση σε αυτές τις βιβλιοθήκες, οι προγραμματιστές μπορούν να απεικονίσουν με υψηλή ευκρίνεια μεγάλα πλήθη γεωμετριών (τριγώνων που συνθέτουν επιφάνειες) που βρίσκονται την κάθε χρονική στιγμή στον z-buffer, σε σχεδόν [20]

22 60 πλαίσια το δευτερόλεπτο (fps). Συνδυάζοντας αυτό με την δυνατότητα χρήσης της τεχνολογίας Direct κατά την εγκατάσταση του χώρου, οι δημιουργοί εικονικών χώρων μπορούν να δοκιμάζουν και να δουν τα αποτελέσματα των επιλογών τους απευθείας στην οθόνη όπως ακριβώς θα το έβλεπε και ο χρήστης. Ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που αυξάνει την απόδοση των εφαρμογών Flash είναι η υιοθέτηση της τεχνολογιών συμπίεσης και ακολουθίας πλαισίων (sequencing), SWF και PNG αντίστοιχα. Αυτές παρότι δεν επηρεάζουν τον τρόπο εργασίας του προγραμματιστή επιφέρουν σημαντική αύξηση της ταχύτητας εξέλιξης μιας εφαρμογής. Στην πράξη αυτό μπορεί να αντιστοιχεί σε αύξηση της απόδοσης κατά 40%, κάτι που είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για αρχεία δεδομένων και κώδικα. Κατά την παραγωγή μιας ακολουθίας πλαισίων PNG, οποιοδήποτε τμήμα του φιλμ που δημιουργείται μπορεί να σωθεί σε μορφή αρχείων PNG. Αυτή η δυνατότητα επιτρέπει σε ένα προγραμματιστεί να έχει υψηλής ευκρίνειας διαφανείς εικόνες που εύκολα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές διαδικτύου ανεξάρτητα από το Flash, όπως για παράδειγμα κινούμενα σχέδια και παιχνίδια. Περιορισμοί Επειδή το Flash έχει σχεδιαστεί για της δημιουργία εφαρμογών που θα εκτελούνται σε πολλά περιβάλλοντα (λειτουργικά συστήματα και browsers), περιορίζει τις παροχές του σε ότι κοινό μπορεί να έχουν αυτά μεταξύ τους ώστε να μπορεί εύκολα και γρήγορα να μετατρέπει μια εφαρμογή κατάλληλη για τα διάφορα περιβάλλοντα. Η εταιρία Adobe επιτυγχάνει το παραπάνω χαρακτηριστικό με έτοιμες επεκτάσεις του προϊόντος που μπορούν να παράγουν κώδικα ιδανικό για κάθε περιβάλλον. Ένα άλλο μειονέκτημα του Flash είναι ότι δεν υποστηρίζει στον πυρήνα του την τυποποιημένη γλώσσα διαδικτυακών (web) εφαρμογών HTML5. Αυτό οφείλεται ουσιαστικά στην επιτυχία και μεγάλη αποδοχή των αρχείων swf και του υποστηρικτικού λογισμικού (Flash plugin) της Adobe και επιπλέον στο ότι η επίσημη τυποποίηση της γλώσσας αυτής άργησε να γίνει. 3.4 Java3d Η εμφάνιση των γραφικών API υψηλού επιπέδου, κατά τα τελευταία χρόνια, είναι μια φυσική εξέλιξη της ώθησης της βιομηχανίας λογισμικού γραφικών να διαχειριστεί την εγγενή πολυπλοκότητα που εμπλέκονται με 3d rendering σε ένα αντικειμενοστραφή (object-oriented) τρόπο. Java3d είναι ένα νέο παράδειγμα αυτού του είδους και είναι ειδικά σχεδιασμένο για την υποστήριξη 3D γραφικών βασιζόμενο στην πλατφόρμα Java. Οι χρήστες του Java3d κερδίζουν το θεωρητικά "write once, κλπ." όφελος της [21]

23 Java χωρίς σοβαρή απώλεια απόδοσης. Είναι γραμμένο πάνω από native API, όπως Direct3d, OpenGL, και QuickDraw3d. Αυτό το API γράφτηκε για πολλούς διαφορετικούς τύπους εφαρμογών, όπως animation, την εικονική πραγματικότητα, επιστημονικές απεικονίσεις, και παιχνίδια. Εικόνα 4. Δημιουργία Εικονικού Χώρου με Java3d Το Java3d ακολουθεί τα γραφικά μοντέλα προγραμματισμού σκηνών (scene graph-based programming model) που έγιναν δημοφιλή από το OpenInventor 3D και τα γραφικά API της SGI. Βασικά, ένα γράφημα σκηνής είναι μια μη κυκλική, ιεραρχική δομή δέντρου που περιέχει κόμβους που διασχίζονται από μια μηχανή rendering κατά την αναπαράσταση ενός εικονικού χώρου. Αυτοί οι κόμβοι μπορούν να περιέχουν γεωμετρίες, μετασχηματισμούς, πληροφορίες φωτισμού, ιδιότητες εμφάνισης, υφές και ακόμη ακουστικά χαρακτηριστικά. Σε ένα γράφημα σκηνής οι κόμβοι κληρονομούν τις ιδιότητες των κόμβων πρόγονοι, αλλά δεν επηρεάζονται από κόμβους που δεν είναι στην άμεση διαδρομή προς τον κόμβο ρίζας. Αυτό επιτρέπει επιπλέον την παράλληλη επεξεργασία για τις παράλληλες ξεχωριστές διαδρομές από τον κόμβο ρίζα. Για την απεικόνιση των αντικειμένων του εικονικού χώρου το Java3d παρέχει στους προγραμματιστές τρεις δυνατότητες Άμεση Λειτουργία (Immediate Mode): Επιτρέπει τη μέγιστη ευελιξία σε βάρος της ταχύτητας απεικόνισης. Ο προγραμματιστής μιας εφαρμογής μπορεί να χρησιμοποιήσει ή να αγνοήσει τη εγγενή δομή [22]

24 γραφήματος στην οποία στηρίζεται η απεικόνιση τρισδιάστατων χώρων της Java. Συγκρατημένη Λειτουργία (Retained Mode): Επιτρέπει ένα μεγάλο μέρος της ευελιξίας που παρέχεται από την άμεση λειτουργία, ενώ παρέχει επίσης μια σημαντική αύξηση της ταχύτητας επεξεργασίας. Όλα τα αντικείμενα που ορίζονται στο γράφημα σκηνής είναι προσιτά σε επεξεργασία και ο προγραμματιστής μιας εφαρμογής μπορεί να κατασκευάσει γρήγορα το γράφημα σκηνής, να δημιουργήσει και να διαγράψει κόμβους, καθώς και να δει αμέσως τις επιπτώσεις αυτών των αλλαγών στον εικονικό χώρο. Η συγκρατημένη λειτουργία επιτρέπει σε έναν προγραμματιστή να κατασκευάσει αντικείμενα, να τα τοποθετήσει σε μια βάση δεδομένων, να συνθέσει αντικείμενα και να προσθέσει σ αυτά συμπεριφορές βελτιστοποιώντας συνεχώς την απεικόνιση τους. Μεταγλωττισμένη Συγκρατημένη Λειτουργία (Compiled-Retained Mode): Επιτρέπει την εκτέλεση μιας αυθαίρετα σύνθετης σειρά από βελτιστοποιήσεις, συμπεριλαμβανομένων, ενδεικτικά αλλά όχι περιοριστικά, τη συμπίεση γεωμετρίας, την ισοπέδωση (flattening) του γραφήματος σκηνής, τη γεωμετρία ομαδοποίησης και την ομαδοποίησης των αλλαγών κατάστασης αντικειμένων. Ένας προγραμματιστής μπορεί να ζητήσει από το Java 3D να μεταγλωττίσει ένα αντικείμενο ή ένα γράφημα σκηνής. Μόλις γίνει αυτό, ο προγραμματιστής έχει ελάχιστη πρόσβαση στην εσωτερική δομή του αντικειμένου ή του γραφήματος. Το Java 3D μπορεί να εκτελέσει μια σειρά από βελτιστοποιήσεις που επιταχύνουν την απεικόνιση των αντικειμένων ενός γραφήματος, επειδή γνωρίζει ότι η πλειοψηφία αυτών δεν πρόκειται να αλλάξει. Πλεονεκτήματα Μεθοδολογία προγραμματισμού. Η προσέγγιση γράφημα σκηνής παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλους τρόπους απεικόνισης όπως η άμεση μορφή (immediate-mode rendering) απεικόνισης (παρότι το API επιτρέπει την παράκαμψη του μοντέλου γράφου σκηνής για χρήση της άμεσης επιλογής). Σε αυτά τα πλεονεκτήματα συμπεριλαμβάνονται η αντικειμενοστραφής δομή, η δυνατότητα γρήγορης δημιουργίας σύνθετων 3d μοντέλων, η δυνατότητα ελέγχου της σύνταξης του κώδικα (compiling) μη μεταβλητών τμημάτων ενός γραφήματος σκηνής για αύξηση της απόδοσης, η εξάλειψη από την αναπαράσταση κόμβων του γραφήματος που δεν είναι ορατά και ο επιμερισμός και ενημέρωση πολύπλοκων γεωμετριών μεταξύ των διαφόρων μερών του σκηνικού. Όπως και στην περίπτωση των διαγραμμάτων κλάσηςαντικείμενου (class-object) των αντικειμενοστραφών μεθοδολογιών, η προσέγγιση γραφήματος επιτρέπει στους σχεδιαστές εφαρμογών γραφικών να κατασκευάσουν και να παρουσιάσουν τη συνολική μιας σκηνής με έναν συνεπή και κατανοητό τρόπο. [23]

25 Διαχωρισμός του φυσικού από τον εικονικό κόσμο. Μία από τις πιο ενδιαφέρουσες πτυχές του Java3d είναι ότι δεν επιβάλλει ένα μοντέλο βασισμένο σε κάμερα για το περιβάλλον προβολής. Αντί να περιορίζει το σχεδιαστή του λογισμικού να σκέφτεται με όρους μιας φωτογραφική μηχανή που κινείται στον εικονικό κόσμο, παρέχει περισσότερες εφαρμογές σε ευρεία βάση, όπως προγράμματα περιήγησης (browser), που επιτρέπουν την πλοήγηση με 6DOF (6 βαθμούς ελευθερία ) σε πραγματικό χρόνο με συσκευές εισόδου, όπως το προβολικό κράνος. Σε ένα μοντέλο βασισμένο σε κάμερα, ο σχεδιαστής του λογισμικού πρέπει να γράψει ξεχωριστό κώδικα για να μιμηθεί συμπεριφορές πλοήγησης και παρακολούθησης της κίνηση, ενώ στο Java3d αυτό υποστηρίζεται άμεσα. Πράγματι, το Java3d επιτρέπει τον διαχωρισμό του φυσικού από τον εικονικό κόσμο με διαφοροποίηση που κάνει στο σύστημα συντεταγμένων και στις συσκευές εισόδου του καθενός. Το Java3d διευκολύνει αυτή την έννοια παρέχοντας ξεχωριστούς κόμβους για το μοντέλο του φυσικού περιβάλλοντος και του φυσικού αντικειμένου. Οι κόμβοι των μοντέλων του φυσικού περιβάλλοντος λειτουργούν όπως τα οπτικά της συσκευής προβολής (π.χ. το προβολικό κράνος), η οποία επηρεάζει το οπτικό πεδίο, ενώ οι κόμβοι των μοντέλων φυσικών αντικειμένων λειτουργούν με το ύψος και την απόσταση των ματιών του χρήστη από τα αντικείμενα. Υποστήριξη ήχο. Ένα θετικό χαρακτηριστικά του Java3d είναι η υποστήριξη που παρέχει για ήχο. Αυτό το επιτυγχάνει με τη χρήση κόμβων Sound, Soundscape και Aural. Οι κόμβοι αυτοί εντάσσονται ισοδύναμα σε ένα γράφημα σκηνής ακριβώς όπως αυτοί της εμφάνισης και γεωμετρίας αντικειμένων. Σε κάθε τέτοιο κόμβο μπορεί να γίνει αναφορά στα δεδομένα του ήχου όπως ο συντελεστής πλάτους κλίμακας, ένας δείκτης (flag) απελευθέρωσης που δείχνει αν ο ήχος που συνδέεται με τον κόμβο είναι να αναπαραχθεί μέχρι το τέλος, πότε πρέπει να απενεργοποιηθεί, πόσες φορές πρέπει να επαναληφθεί, κλπ. Κάθε φορά που ο ακροατής είναι εντός ορίων προγραμματισμού του κόμβου ήχου, ο ήχος ενεργοποιείται. Υποκλάσεις του κόμβου Sound μπορούν να χακτηρήσουν έναν ήχο σαν υπόβαθρο, την ομοιομορφία του και την κατεύθυνση από όπου πηγάζει. Φωτισμός. Η υποστήριξη φωτισμού είναι παρόμοια με εκείνη που παρέχεται από ανάλογες εφαρμογές και περιλαμβάνει κόμβους για την πηγή, την προβολή, την κατεύθυνση και το περιβάλλον της πηγή φωτός. Κάθε ένα από αυτά σχετίζεται με ένα χρώμα, μια κατάσταση (αν είναι εντός ή εκτός σκηνής), και τα όρια της περιοχής επιρροής του φωτός. Επιπλέον κάθε αντικείμενο του χώρου έχει επιπλέον χαρακτηριστικά που καθορίζουν πως απορροφά και ανακλά την κάθε ακτίνα φωτός που πέφτει στη επιφάνειά του. Έλεγχος συμπεριφορά. Το Java3d παρέχει τη δυνατότητα να ελέγχουμε τη συμπεριφορά ενός κόμβου και τη δομή του γραφήματος κατά το χρόνο εκτέλεσης μέσω της χρήσης των κόμβων [24]