ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΤΕΧΝΕΣ ΠΟΛΥΜΕΣΑ ΓΤΠ61 ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ - ΠΟΛΥΜΕΣΑ

Transcript

1 ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΚΑ ΗΜΑΪΚΟ ΕΤΟΣ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΤΕΧΝΕΣ ΠΟΛΥΜΕΣΑ ΓΤΠ61 ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ - ΠΟΛΥΜΕΣΑ Εικονική Πραγµατικότητα (Virtual Reality) Κόνιαρης Γεώργιος Μάιος 2007

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Εισαγωγή Η έννοια της εικονικής πραγµατικότητας Ορισµοί Η καινοτοµία της εικονικής πραγµατικότητας Θεµελιώδη δοµικά στοιχεία Θεµελιώδεις έννοιες εικονικών περιβαλλόντων Υλικό Κατηγορίες εικονικών περιβαλλόντων Περιβάλλοντα βύθισης (immersive environments) Περιβάλλοντα µη βύθισης ή γραφείου (non immersive, desktop environments) Προβαλλόµενα περιβάλλοντα (projected environments) Περιβάλλοντα επαυξηµένης πραγµατικότητας (augmented environments) Συνεργατικά περιβάλλοντα εικονικής πραγµατικότητας (ΣΠΕΠ) Γλώσσα µοντελοποίησης εικονικής πραγµατικότητας (Virtual Reality Modeling Language VRML) Εφαρµογές της Εικονικής Πραγµατικότητας Η εικονική πραγµατικότητα στην Ελλάδα Συµπεράσµατα Βιβλιογραφία

3 Περίληψη Η εικονική πραγµατικότητα αποτελεί µια σηµαντική τεχνολογική ανακάλυψη που επιτρέπει τη διάδραση ανθρώπου υπολογιστή µε ένα φυσικό τρόπο, που δεν απαιτεί τη χρήση στατικών επιφανειών διεπαφής. Τα περιβάλλοντα που υιοθετούν την εικονική πραγµατικότητα και την τεχνολογία της, µπορούν να παρέχουν ένα πλήθος δυνατοτήτων στον τρόπο επικοινωνίας και αλληλεπίδρασης του χρήστη µε το εικονικό σύστηµα ή και µε τους άλλους χρήστες. Οι δυνατότητες αυτές και η δοµή του βασικού τρόπου αλληλεπίδρασης στοιχειοθετούν τις διάφορες κατηγορίες των εικονικών περιβαλλόντων. Οι εφαρµογές και οι δυνατότητές της είναι αρκετές σε πολλούς τοµείς της καθηµερινότητας του ανθρώπου. 1. Εισαγωγή Η εικονική πραγµατικότητα δεν είναι παρά µια ακόµα µορφή διασύνδεσης του ανθρώπου µε τον υπολογιστή. Η ραγδαία εξέλιξη στην τεχνολογία των γραφικών, οδήγησε στα δισδιάστατα γραφικά περιβάλλοντα και θα οδηγήσει στα τρισδιάστατα υπολογιστικά περιβάλλοντα εικονικής πραγµατικότητας του αύριο. Ο όρος εικονική πραγµατικότητα αναφέρεται σε ένα ιδεατό περιβάλλον, κατασκευασµένο µε ηλεκτρονικό υπολογιστή, µέσα στο οποίο ένα ή περισσότερα άτοµα βιώνουν ένα συνθετικό τρισδιάστατο χώρο έχοντας την αίσθηση ότι βρίσκονται µέσα σε αυτόν. Μέσα από τις εφαρµογές της εικονικής πραγµατικότητας µας δίνεται η δυνατότητα να βιώσουµε αφηρηµένες έννοιες και ιδέες, να επισκεφτούµε χώρους που είναι απρόσιτοι ή δεν υπάρχουν πια και να εξετάσουµε αντικείµενα από διαφορετικές και πρωτόγνωρες οπτικές γωνίες. Στην ουσία, η εικονική ή ιδεατή πραγµατικότητα αναφέρεται στη δηµιουργία οπτικών, ηχητικών και άλλων αισθητήριων δεδοµένων προς το χρήστη, από έναν «κόσµο» δηµιουργηµένο από τον υπολογιστή. Ο κόσµος αυτός µπορεί να είναι οτιδήποτε, από ένα αρχιτεκτονικό µοντέλο, ως µια επιστηµονική εξωπραγµατική εξοµοίωση. Ο χρήστης αλληλεπιδρά µε τον κόσµο αυτό και µπορεί να µεταχειριστεί άµεσα αντικείµενα που βρίσκονται µέσα του. Το βασικό σηµείο για την υλοποίηση ενός συστήµατος εικονικής πραγµατικότητας είναι ο έλεγχος της αλληλεπίδρασης αυτής του χρήστη µε τον εικονικό κόσµο, σε πραγµατικό χρόνο ( ηµητριάδης, Ποµπόρτσης & Τριανταφύλλου 2004, σ ). 2. Η έννοια της εικονικής πραγµατικότητας 2.1 Ορισµοί Ο πατέρας του όρου Jaron Lanier, έδωσε τον εξής ορισµό το 1989: «Ένα αλληλεπιδραστικό, τρισδιάστατο περιβάλλον, φτιαγµένο από υπολογιστή, στο οποίο µπορεί κάποιος να εµβυθιστεί» ( Έκτοτε, έχουν γίνει διάφορες απόπειρες ορισµού της εικονικής πραγµατικότητας, οι πιο δηµοφιλείς εκ των οποίων αναφέρονται είτε στην τεχνολογία που χρησιµοποιείται ή στις ιδιότητές της. Στην πρώτη περίπτωση ανήκει ο ακόλουθος ορισµός κατά τον οποίο: η εικονική πραγµατικότητα είναι µια τεχνολογία βασισµένη σε ηλεκτρονικό υπολογιστή που ενσωµατώνει εξειδικευµένες µονάδες εισόδου (γάντια δεδοµένων ή απτικά γάντια data gloves, τρισδιάστατο ποντίκι - 3D mouse) και εξόδου (στερεοσκοπικά κιάλια goggles ή head-mounted displays) που επιτρέπουν στο χρήστη να αλληλεπιδράσει µε ένα συνθετικό περιβάλλον σαν να αλληλεπιδρούσε στον «πραγµατικό κόσµο» (real world). Στην δεύτερη κατηγορία ανήκει ο ακόλουθος ορισµός κατά τον οποίο: η εικονική πραγµατικότητα είναι ένα τρισδιάστατο συνθετικό περιβάλλον που αναπαράγεται αναδραστικά στις ενέργειες του χρήστη σε «πραγµατικό χρόνο» (real time). Γενικά, η εικονική πραγµατικότητα είναι µια πολυαισθητηριακή εµπειρία, η οποία στηρίζεται σε: αναπαραγωγή τρισδιάστατων γραφικών σε πραγµατικό χρόνο, στερεοσκοπική 3

4 αναπαραγωγή εικόνας, καταγραφή της κίνησης του σώµατος του χρήστη (body tracking) και διοπτική όραση (binaural vision) (Gigante, 1993). Τελευταία στην επιστηµονική κοινότητα αντί του όρου Εικονική Πραγµατικότητα χρησιµοποιείται ο όρος Εικονικό Περιβάλλον, (Virtual Environment VE). Τα εικονικά περιβάλλοντα στη βιβλιογραφία αναφέρονται επίσης και µε τους όρους: συστήµατα εικονικών περιβαλλόντων ή εικονικοί κόσµοι ( Σύµφωνα µε τον Kalawsky (1994), «ένα εικονικό περιβάλλον είναι µία συνθετική αισθητήρια εµπειρία που µεταδίδει φυσικά και αφηρηµένα στοιχεία στο άτοµο (δηλαδή στον χρήστη του συστήµατος) που τη βιώνει. Αυτή η αισθητήρια εµπειρία γεννιέται από ένα υπολογιστικό σύστηµα µέσω της παρουσίασης, στα ανθρώπινα αισθητήρια συστήµατα, µιας διεπαφής ανθρώπου υπολογιστή που προσεγγίζει διάφορες ιδιότητες του πραγµατικού κόσµου. Αυτή η διεπαφή έχει τη µορφή τρισδιάστατου απεικονιστικού περιβάλλοντος το οποίο συνίστανται σε αντικείµενα και φαινόµενα». 2.2 Η καινοτοµία της εικονικής πραγµατικότητας Η εικονική (ή δυνητική ή πλασµατική) πραγµατικότητα (virtual reality - VR) θεωρείται µια καινοτόµος τεχνολογική ανακάλυψη που επέτρεψε στον άνθρωπο να ξεπεράσει τον κλασικό τρόπο διάδρασης µε τον ηλεκτρονικό υπολογιστή, µέσω των στατικών µέσων διεπαφής όπως το ποντίκι και το πληκτρολόγιο, και να µπει (to step through the computer screen) και πλοηγηθεί σε ένα τρισδιάστατο (three dimensional-3d) τεχνητό (artificial) κόσµο. Η εικονική πραγµατικότητα έχει αναφερθεί ως «το εισιτήριο σε έναν άλλο κόσµο» (Pimentel & Teixeira, 1993), ή ως «ένας ανοικτός κόσµος όπου το µυαλό του ανθρώπου είναι ο µόνος περιορισµός» (Minsky, 1975). 2.3 Θεµελιώδη δοµικά στοιχεία Η εικονική πραγµατικότητα βασίζεται σε τρία θεµελιώδη δοµικά στοιχεία (Ellis, 1991, Thalmann, 1994): Περιεχόµενο: πρόκειται για τα αντικείµενα που περιέχονται σε ένα εικονικό περιβάλλον. Κάθε σύστηµα εικονικής πραγµατικότητας περιέχει τουλάχιστον ένα αντικείµενο, τον δράστη ή την κάµερα που παρέχει την οπτική γωνία από την οποία αναπαράγεται το περιβάλλον. Γεωµετρία: πρόκειται για την περιγραφή του περιβάλλοντος µέσα στο οποίο τοποθετείται το περιεχόµενο, ο Kalawsky (2000) αναφέρεται στην γεωµετρία ως «θεατρική σκηνή». υναµική: πρόκειται για τους κανόνες που διέπουν την αλληλεπίδραση µεταξύ του περιεχοµένου των περιβαλλόντων (µεταξύ των αντικειµένων και των δραστών), ο Kalawsky (2000) αναφέρεται στην δυναµική ως «ανταλλαγή πληροφοριών ή ανταλλαγή ενέργειας». 2.4 Θεµελιώδεις έννοιες εικονικών περιβαλλόντων Σε ένα εικονικό περιβάλλον ο χρήστης µε την βοήθεια κατάλληλων συσκευών έχει την αίσθηση ότι «βυθίζεται» σε ένα τεχνητό κόσµο µέσα στον οποίο έχει την αίσθηση ότι κινείται και αλληλεπιδρά µε το περιεχόµενό του, το δε αναπαραγόµενο περιβάλλον µεταβάλλεται αναδραστικά στις κινήσεις του χρήστη. Τα εικονικά περιβάλλοντα συνεπώς διέπονται από τρεις θεµελιώδεις έννοιες: Εµβύθιση (immersion): χαρακτηριστική ιδιότητα της εικονικής πραγµατικότητας είναι η αίσθηση της εµβύθισης, της ψευδαίσθησης της ύπαρξης του χρήστη µέσα σε ένα εικονικό περιβάλλον (being there) (Slater, Usoh 1995). Βασικό παράδειγµα της γοητείας που ασκούν τα τρισδιάστατα διαδραστικά γραφικά αποτελεί η εµβύθιση σε video games. Αλληλεπίδραση (interaction): άλλη χαρακτηριστική ιδιότητα των εικονικών περιβαλλόντων είναι η δυνητική αναπαραγωγή του εικονικού περιβάλλοντος ανάλογα µε τις ενέργειες του χρήστη (ο τεχνητός κόσµος δεν είναι στατικός, αλλά ανταποκρίνεται στις δράσεις του χρήστη, η αναπαραγωγή του ψηφιακού εικονικού περιβάλλοντος, µία 4

5 διαδικασία γνωστή µε τον όρο rendering, γίνετε ανάλογα µε την οπτική γωνία από την οποία ο χρήστης παρατηρεί το εικονικό περιβάλλον σε «πραγµατικό» χρόνο (in real time)). Αυτό καθορίζει ένα χαρακτηριστικό σηµείο της VR το οποίο είναι η αλληλεπίδραση (interaction) σε πραγµατικό χρόνο. Πλοήγηση: η πλοήγηση σε περιβάλλοντα εικονικής πραγµατικότητας γίνεται µε διαισθητικό και φυσικό τρόπο (Οικονόµου 2005). Οτιδήποτε αναπαρίσταται στην εικονική πραγµατικότητα δεν υπάρχει απαραίτητα στην πραγµατικότητα, αλλά απαιτεί την ικανότητα του χρηστή να φανταστεί (imagine) πράγµατα που δεν υπάρχουν. Στο σχήµα 1 η έννοια της εικονικής πραγµατικότητας εγγράφεται σε ένα τρίγωνο το οποίο τονίζει τις θεµελιώδεις πτυχές της εικονικής πραγµατικότητας, την εµβύθιση (immersion), την αλληλεπίδραση (interaction) και την φαντασία (imagination) (το τρίγωνο αυτό υπάρχει µόνο στην φαντασία µας) (Burdea & Coiffet, 2003). Immersion Ι 3 Interaction Imagination Σχήµα 1: το τρίγωνο των τριών Ι του εικονικού περιβάλλοντος όπως παρουσιάζεται από τους Burdea & Coiffet. 2.5 Υλικό Η αποτελεσµατικότητα της αλληλεπίδρασης µε το εικονικό περιβάλλον εξαρτάται από την ευαισθησία των συσκευών εισόδου που χρησιµοποιούνται και της «µεταφοράς» (metaphore) αλληλεπίδρασης. Τα εικονικά περιβάλλοντα περιλαµβάνουν πρωτοποριακό υλικό που παρέχει νέες δυνατότητες για αλληλεπίδραση (Thalmann & Thalmann, 1999): α β γ Εικόνα 1: joystick (α), space ball (β), data glove (γ) Συσκευές χειρός (hand-held devices) όπως joystick, space ball ή 3D mouse (εικόνα 1α, β), χρησιµοποιούνται για να κινηθεί κάποιος στο εικονικό περιβάλλον µε διάφορους βαθµούς ελευθερίας (degrees-of-freedom), ενώ γάντια δεδοµένων (data gloves, εικόνα 1γ) που προσαρµόζονται στο χέρι µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να προσδιορίσουν την κίνηση 5

6 του χεριού. Οι ιχνηλάτες θέσης (position trackers) ή επεξεργαστές βίντεο χρησιµοποιούνται για αναγνώριση κίνησης του σώµατος ή του κεφαλιού ή αλληλεπίδρασης σε ένα εικονικό περιβάλλον. Στερεοσκοπικά κράνη (head-mounted displays HMD, εικόνα 2), κράνη που έχουν προσαρµοσµένες δύο οθόνες υγρών κρυστάλλων (liquid crystal display LCD) κοντά στα µάτια µε αποτέλεσµα να έχει ο χρήστης την αίσθηση του βάθους και να αισθάνεται πλήρη εµβύθιση στο εικονικό περιβάλλον. Εικόνα 2: στερεοσκοπικό κράνος Συστήµατα προβολής που επιτρέπουν την αναπαραγωγή του εικονικού περιβάλλοντος στο φυσικό χώρο (π.χ. τοίχους δωµατίων, επιφάνειες τραπεζιών). Απτικές συσκευές/ή συσκευές ανάδρασης (tactile/force feedback devices) δίνουν την δυνατότητα µίµησης της αίσθησης της αφής, της βαρύτητας ή της αντίστασης στην κίνηση. Επίσης συσκευές τρισδιάστατου ήχου παρέχουν στερεοσκοπικό ήχο και δίνουν την αίσθηση ότι ο ήχος προέρχεται από µια συγκεκριµένη πηγή στο χώρο (Οικονόµου 2005). 3. Κατηγορίες εικονικών περιβαλλόντων Υπάρχουν τέσσερις βασικές κατηγόριες περιβαλλόντων εικονικής πραγµατικότητας ανάλογα µε την σχέση τους ως προς τον πραγµατικό κόσµο και τον εξοπλισµό που χρησιµοποιούν: Τα περιβάλλοντα βύθισης (immersive environments). Τα περιβάλλοντα µη βύθισης ή γραφείου (non immersive, desktop environments). Τα προβαλλόµενα περιβάλλοντα (projected environments) (εδώ µπορεί να αναφερθεί ότι ανήκουν στην κατηγορία των συνεργατικών περιβαλλόντων εικονικής πραγµατικότητας). Τα περιβάλλοντα επαυξηµένης πραγµατικότητας (augmented environments) (Οικονόµου 2005). 3.1 Περιβάλλοντα βύθισης (immersive environments) Σε αυτά ο χρήστης εµβυθίζεται σε ένα ιδεατό περιβάλλον και αποµονώνεται από το πραγµατικό (εικόνα 3). Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η χρήση ενός κράνους το οποίο αποµονώνει το χρήστη από τον πραγµατικό κόσµο και του δηµιουργεί την ψευδαίσθηση του τεχνητού τρισδιάστατου περιβάλλοντος. Η εµβύθιση επιτυγχάνεται λόγω του ότι ένα µεγάλο µέρος του οπτικού πεδίου του χρήστη καλύπτεται από την απεικόνιση του εικονικού περιβάλλοντος µέσω µικροσκοπικών οθονών τοποθετηµένων σε ελάχιστη απόσταση από τα µάτια του χρήστη. Επιπλέον τα συστήµατα αυτά δίνουν τη δυνατότητα στο χρήστη να αλληλεπιδρά µε το κεντρικό σύστηµα µέσω κατάλληλων ειδικών συσκευών µε τις οποίες µπορεί να κάνει διάφορες επιλογές και χειρισµούς και να δεχτεί και απτικές απεικονίσεις. Οι πιο γνωστές συσκευές εισόδου είναι τα γάντια, τα ραβδιά και τα ειδικά χειριστήρια (joysticks). 6

7 Εικόνα 3: περιβάλλον εµβύθισης (immersive environment) 3.2 Περιβάλλοντα µη βύθισης ή γραφείου (non immersive, desktop environments) Στα συστήµατα αυτά, ο χρήστης δε βυθίζεται στην εικονική πραγµατικότητα αλλά το ιδεατό περιβάλλον προβάλλεται σε µια απλή οθόνη υπολογιστή (εικόνα 4). Η τρισδιάστατη απεικόνιση πετυχαίνεται µε τη χρήση ειδικών γυαλών µε διαφράγµατα LCD. Ο υπολογιστής προβάλλει εναλλάξ τις όψεις που έπρεπε κάθε µάτι να βλέπει και τα διαφράγµατα LCD συγχρονίζονται έτσι ώστε κάθε µάτι να βλέπει την εικόνα που του αντιστοιχεί, µε αποτέλεσµα να δηµιουργείται η αίσθηση του τρισδιάστατου χώρου. Αυτό µειώνει την αίσθηση της πραγµατικότητας αλλά ο χρήστης µπορεί να έχει τα ίδια περιθώρια αλληλεπίδρασης και τις ίδιες επιλογές όπως µε ένα immersive σύστηµα. Στα desktop VR συστήµατα χρησιµοποιούνται οι ίδιες συσκευές εισόδου όπως και µε τα Immersive συστήµατα. Εικόνα 4: περιβάλλον µη βύθισης ή γραφείου (non immersive, desktop environment) 3.3 Προβαλλόµενα περιβάλλοντα (projected environments) Στη περίπτωση αυτή, ο χρήστης αντιλαµβάνεται το ιδεατό περιβάλλον µέσω προβολής της απεικόνισης σε µία ή περισσότερες οθόνες που τον περιβάλλουν. Το πλεονέκτηµα ενός τέτοιου περιβάλλοντος είναι η δυνατότητα να συµµετέχουν πολλοί χρήστες ταυτόχρονα. Τέτοια συστήµατα συναντάµε συνήθως σε καµπίνες προσοµοίωσης που χρησιµοποιούνται είτε για διασκέδαση είτε για εκπαίδευση (π.χ. προσοµοιωτές πτήσης). Ένα άλλο παράδειγµα προβολικού περιβάλλοντος είναι και η κιβωτός (Cave, εικόνα 5) που είναι ένα δωµάτιο όπου κάθε τοίχος και το δάπεδο αποτελούνται από οθόνες προβολής. Το περιβάλλον αυτό, σε συνδυασµό µε τα πιο εξελιγµένα µηχανήµατα προβολής, δίνει στους επισκέπτες την αίσθηση ότι βυθίζονται µέσα στην εικόνα. Το Cave αναπτύχθηκε στο ερευνητικό εργαστήριο Ηλεκτρονικής Οπτικοποίησης του Πανεπιστηµίου του Illinois στο Σικάγο και παρουσιάστηκε πρώτη φορά στο κοινό το Η χρήση του έχει εξαπλωθεί 7

8 κυρίως στους τοµείς της έρευνας, της βαριάς βιοµηχανίας καθώς και στα τµήµατα σχεδιασµού και ανάπτυξης των µεγάλων αυτοκινητοβιοµηχανιών. Αυτή τη στιγµή υπάρχουν γύρω στα 30 συστήµατα τέτοιου τύπου στον κόσµο. Ένα τέτοιο πρωτοποριακό περιβάλλον εικονικής πραγµατικότητας διαθέτει και το Ίδρυµα Μείζονος Ελληνισµού όπου οι επισκέπτες συµµετέχουν σε εικονικά ταξίδια φορώντας ειδικά στερεοσκοπικά γυαλιά και χρησιµοποιώντας µια µικρή συσκευή πλοήγησης ( ηµητριάδης, Ποµπόρτσης & Τριανταφύλλου 2004, σ ). Εικόνα 5: σύστηµα cave (κιβωτός) 3.4 Περιβάλλοντα επαυξηµένης πραγµατικότητας (augmented environments) Τα περιβάλλοντα επαυξηµένης πραγµατικότητας προσθέτουν στον πραγµατικό κόσµο εικονικά στοιχεία, πληροφορίες ή 3d µοντέλα, τα οποία ο χρήστης βλέπει µέσα από διαφανείς συσκευές προβολής συνήθως προσαρµοσµένες στο κεφάλι του (Adam 1993) ή άλλες φορητές συσκευές (Οικονόµου 2005). Εικόνα 6: περιβάλλον επαυξηµένης πραγµατικότητας (augmented environment) 3.5 Συνεργατικά περιβάλλοντα εικονικής πραγµατικότητας (ΣΠΕΠ) Τα εικονικά συνεργατικά περιβάλλοντα επεκτείνουν τον ορισµό των εικονικών περιβαλλόντων µιλώντας για εικονικά περιβάλλοντα που παρέχουν την κατάλληλη υποδοµή για την υποστήριξη συνεργασίας. Πρόκειται για λογισµικό που υποστηρίζει τους χρήστες στη διαχείριση των πολλαπλών µέσων επικοινωνίας που παρέχονται µέσω διαδικτύου (εικόνα 7). Η τεχνολογία των ΣΠΕΠ στοχεύει να µετασχηµατίσει τα σηµερινά δίκτυα υπολογιστών σε πλοηγήσιµους και εποικηµένους τρισδιάστατους τόπους που υποστηρίζουν τη συλλογική εργασία και το κοινωνικό παιχνίδι. Τα ΣΠΕΠ είναι διαµοιραζόµενοι εικονικοί 8

9 κόσµοι µέσω ενός δικτύου υπολογιστών στους οποίους µπορούν να συµµετέχουν χρήστες. Στους συµµετέχοντες παρέχονται γραφικές αναπαραστάσεις του εαυτού τους, αποκαλούµενες εικονικοί εκπρόσωποι (avatars, εικόνα 8), οι οποίοι µεταβιβάζουν πληροφορίες σχετικά µε την ταυτότητά τους, την παρουσία τους, τη θέση τους, και τις δραστηριότητες τους στο ΣΠΕΠ. Οι συµµετέχοντες αλληλεπιδρούν µε το περιεχόµενο του ΣΠΕΠ δια µέσω των εικονικών εκπροσώπων και επικοινωνούν µεταξύ τους χρησιµοποιώντας διάφορα µέσα συµπεριλαµβανοµένου του ήχου, βίντεο, χειρονοµίες, και κείµενο (Benford, Greenhalgh, Rodden, & Pycock, 2001). Εικόνα 7: συνεργατικό περιβάλλον εικονικής πραγµατικότητας Εικόνα 8: παραδείγµατα διάφορων εικονικών εκπροσώπων (avatars) 4. Γλώσσα µοντελοποίησης εικονικής πραγµατικότητας (Virtual Reality Modeling Language VRML) Η γλώσσα µοντελοποίησης εικονικής πραγµατικότητας είναι µία γλώσσα γενικής εφαρµογής για την περιγραφή αλληλεπιδρώντων τρισδιάστατων αντικειµένων που διανέµονται µέσω του διαδικτύου. Ουσιαστικά πρόκειται για τον ορισµό ενός συγκεκριµένου τύπου αρχείου (file format), το οποίο περιέχει µια ASCII περιγραφή τρισδιάστατων σκηνών (εικόνα 9). Με τη χρήση VRML, µπορούµε να κατασκευάσουµε µια σειρά οπτικών εικόνων και να τις συνδέσουµε µε άλλα αντικείµενα του δικτύου. Για παράδειγµα, ο χρήστης µπορεί να δει ένα δωµάτιο (και να το αντιληφθεί σαν να περπατούσε µέσα σε αυτό στην πραγµατικότητα) και να χρησιµοποιήσει σηµεία ελέγχου για να το µετακινήσει. Για να δούµε ένα αρχείο VRML, χρειάζεται ένα αντίστοιχο πρόγραµµα θέασης (viewer) ή πρόσβασης (browser) στο διαδίκτυο. 9

10 Σκοπός της VRML είναι να προσφέρει µια πλούσια, εντυπωσιακή και αλληλεπιδραστική εµπειρία στο χρήστη. Οι εφαρµογές της δίνουν έµφαση στην περιοχή οπτικοποίησης δεδοµένων, όπου ο χρήστης πρέπει να αντιληφθεί τα δεδοµένα ή και να αλληλεπιδράσει µε αυτά. Η VRML µπορεί να χρησιµοποιηθεί από ευρύ φάσµα εφαρµογών όπως µηχανική και επιστηµονική απεικόνιση, παρουσιάσεις πολυµέσων, ψυχαγωγία, εκπαιδευτικούς τίτλους και ιστοσελίδες (Τερζίδης 2004, σ ). #VRML V1.0 ascii # ηµιουργία σφαίρας. Sphere { radius 5 } παράδειγµα κώδικα γλώσσας VRML Εικόνα 9: δηµιουργία σφαίρας µε τη γλώσσα VRML 5. Εφαρµογές της Εικονικής Πραγµατικότητας Η εικονική πραγµατικότητα έχει χρησιµοποιηθεί µε επιτυχία σε πολλά και διαφορετικά πεδία εφαρµογών: Στις τέχνες και τη διασκέδαση η εικονική πραγµατικότητα µπορεί να παρέχει µια πιο ενδιαφέρουσα και αλληλεπιδραστική εµπειρία για το χρήστη, όπως για παράδειγµα τα παιχνίδια εικονικής πραγµατικότητας ή το τρισδιάστατο θέατρο. Εφαρµογές µάρκετινγκ όπως εικονικά ταξίδια µε ξεναγό, πριν από την κράτηση διακοπών ή εικονικός εκθεσιακός χώρος ελκύουν την προσοχή πιθανών πελατών και τους επιτρέπουν να δοκιµάσουν προϊόντα µε νέους, πιο ρεαλιστικούς τρόπους. Στον τοµέα του τηλεχειρισµού (teleoperation) η εικονική πραγµατικότητα παρέχει ένα ρεαλιστικό σύστηµα διεπαφής µέσα από το οποίο επικίνδυνες ή αποµακρυσµένες ενέργειες του πραγµατικού κόσµου µπορούν να λάβουν χώρα έµµεσα µε την τηλεκατεύθυνση ροµπότ, όπως για παράδειγµα η επισκευή πυρηνικών αντιδραστήρων ή συντήρηση δικτύου υπολογιστών. 10

11 Η Τηλεπαρουσία (telepresence) και τα συνεργατικά εικονικά περιβάλλοντα, όπως η τηλεχειρουργική ή οι εικονικές πόλεις επιτρέπουν σε ανθρώπους που βρίσκονται σε µεγάλη απόσταση µεταξύ τους να επικοινωνήσουν ή να εργαστούν µαζί σε ένα ρεαλιστικό περιβάλλον. Εφαρµογές σχεδιασµού και αξιολόγησης επιτρέπουν την οπτικοποίηση ενός µοντέλου από το εσωτερικό του, καθώς και τον χειρισµό του. Για παράδειγµα, εικονικά µοντέλα για σχεδιασµό ρούχων ή έλεγχος ασφάλειας από φωτιά µε µετακίνηση σε εικονικά µοντέλα κτιρίων. Σε ότι αφορά την εκπαίδευση, η εικονική πραγµατικότητα επιτρέπει σε ένα χρήστη να εξερευνήσει και να µάθει για µια θεµατική περιοχή µε άµεσο πειραµατισµό, ειδικά σε περιπτώσεις που το αντικείµενο δεν είναι προσβάσιµο στην πραγµατικότητα. Τέτοια παραδείγµατα είναι η εκµάθηση φυσικής µέσα από το πρόγραµµα NewtonWorlds (εικόνα 10β) ή η γνώση της χηµείας µέσω αλληλεπίδρασης µε χηµικές δοµές. Εικονικά περιβάλλοντα εξάσκησης, όπως προσοµοιωτές πτήσης για την εξάσκηση των πιλότων ή εικονικές χειρουργικές επεµβάσεις για την εξάσκηση των χειρούργων (εικόνα 10α), παρέχουν ρεαλιστικά περιβάλλοντα, στα οποία µπορεί κανείς να εξασκηθεί σε διάφορες ικανότητες, κυρίως σε εκείνες της αντίληψης του χώρου. α β Εικόνα 10: εφαρµογές εικονικής πραγµατικότητας α) στην ιατρική, β) στην εκπαίδευση Τα εικονικά περιβάλλοντα οπτικοποίησης πληροφορίας παρέχουν ένα αλληλεπιδραστικό τρισδιάστατο οπτικό µοντέλο ενός συνόλου πληροφοριών, που βοηθάει στην εξερεύνηση και ερµηνεία των δεδοµένων, όπως για παράδειγµα το σύστηµα διαχείρισης πληροφοριών NASA VIEW ή οι εικονικές βιβλιοθήκες (Βοσινάκης 2003). Η τεχνολογία της εικονικής πραγµατικότητας µπορεί να προσφέρει εναλλακτικές, συνθετικές πραγµατικότητες µέσω οπτικών, ακουστικών και απτικών αναπαραστάσεων, γεγονός που την καθιστά ιδανικό µέσο για ενίσχυση των δυνατοτήτων ανθρώπων που δεν µπορούν να χρησιµοποιήσουν µία ή περισσότερες από τις αισθήσεις τους. Για παράδειγµα, ένα γάντι δεδοµένων µπορεί να χρησιµοποιηθεί σαν συσκευή εισόδου από ένα βαρήκοο άτοµο το οποίο επικοινωνεί µέσω χειρονοµιών και στη συνέχεια τα µηνύµατά του να µεταφραστούν µέσω του συστήµατος σε κείµενο (για αποµακρυσµένο βαρήκοο συνοµιλητή), οµιλία (για τυφλό συνοµιλητή) ή γραφή Braille (Γιαννακά 2006). Στη φυσική, δίνεται η δυνατότητα για αναπαράσταση πυρηνικών αντιδράσεων στο εργαστήριο, καθώς βέβαια και για πραγµατοποίηση άλλων πειραµάτων, που είτε είναι 11

12 δύσκολα είτε είναι χρονοβόρα ή που η υλοποίησή τους απαιτεί ακριβό εξοπλισµό. Παρόµοια στη χηµεία, είναι εφικτή η απεικόνιση των ατόµων σε τρισδιάστατη εικόνα και αναλυτική περιγραφή, όλων των µεταβολών, που συµβαίνουν κατά τη διάρκεια µιας χηµικής αντίδρασης.. Οι βιολόγοι έχουν τρόπο να απεικονίζουν το DNA, πρωτεΐνες, τον τρόπο σύνδεσής τους σε ζωικούς και φυτικούς ιστούς, ενώ επιτρέπεται απεικόνιση βιολογικών φαινοµένων, σε πραγµατικό χρόνο. Η ιατρική έχει να επιδείξει σηµαντικά οφέλη από την εικονική πραγµατικότητα, τόσο στον τοµέα της διάγνωσης όσο και της χειρουργικής θεραπείας. Μια πρώτη ιδέα, είναι αυτή της λαπαροσκόπησης, οπού µια οπτική ίνα εισάγεται µε τη βοήθεια ενός καθετήρα στο εσωτερικό του ασθενούς και µε τη βοήθεια µιας µικροκάµερας, έχουµε πλήρη έγχρωµη απεικόνιση της περιοχής που µας ενδιαφέρει. Το laser, που οδηγείται µέσω της ίνας, χτύπα επιλεκτικά τα σηµεία, που επιθυµούµε µε βάση την εικόνα του monitor. Έτσι, αποφεύγεται τελείως η εγχείρηση και όλες οι επιπτώσεις που αυτή µπορεί να έχει. Οι διαγνωστικές τεχνικές µπορούν να δώσουν καλύτερα αποτελέσµατα µε την εφαρµογή των τρισδιάστατων απεικονίσεων ( Θα ήταν υπερβολικό να υποθέσει κανείς, ότι τα πάντα είναι πλέον δυνατά. Σίγουρα πολλά είναι αυτά, που θα ακολουθήσουν τα επόµενα χρόνια. 6. Η εικονική πραγµατικότητα στην Ελλάδα Στην Ελλάδα, το Ίδρυµα Μείζονος Ελληνισµού (Ι.Μ.Ε.) διαθέτει τρία συστήµατα Εικονικής Πραγµατικότητας. Το Ι.Μ.Ε. αξιοποιεί την εξελιγµένη τεχνολογία της Εικονικής Πραγµατικότητας, έτσι ώστε η µάθηση να επιτυγχάνεται συνδυάζοντας τη φαντασία µε την ενεργό συµµετοχή του επισκέπτη. Κατά συνέπεια, οι επισκέπτες του «Ελληνικού Κόσµου» έχουν τη δυνατότητα να προσεγγίσουν το παρελθόν µε σύγχρονο και ζωντανό τρόπο. Μπορούν να βιώσουν την ιστορία, να εξερευνήσουν το γεωγραφικό χώρο και να ανακαλύψουν την αρχιτεκτονική πόλεων της Αρχαιότητας, σε ένα ταξίδι στο χρόνο µε σταθµούς τόπους της πολιτιστικής κληρονοµιάς µας. Τα εκθέµατα που λειτουργούν είναι: «Κιβωτός»: το κεντρικό έκθεµα Εικονικής Πραγµατικότητας είναι η «Κιβωτός», ένα εντυπωσιακό περιβάλλον µέσα στο οποίο οι επισκέπτες συµµετέχουν σε εικονικά ταξίδια φορώντας ειδικά στερεοσκοπικά γυαλιά (εικόνα 11α) και χρησιµοποιώντας µία µικρή συσκευή πλοήγησης. Η «Κιβωτός» είναι ένα ολόκληρο δωµάτιο διαστάσεων 3x3x3 µέτρα, όπου κάθε τοίχος και το δάπεδο αποτελούν οθόνες προβολής. Το περιβάλλον αυτό, σε συνδυασµό µε τα πιο εξελιγµένα µηχανήµατα προβολής, δίνει στους επισκέπτες την αίσθηση ότι βυθίζονται µέσα στην εικόνα (εικόνα 11β). α Εικόνα 11: είδη στερεοσκοπικών γυαλιών (α), νεαροί επισκέπτες ενώ αλληλεπιδρούν µε τον εικονικό κόσµο στην «Κιβωτό» Εικονικής Πραγµατικότητας του Ελληνικού Κόσµου (β) β 12

13 «Μαγική Οθόνη»: µία µεγάλη φωτεινή οθόνη σε σχήµα σχεδιαστικού τραπεζιού, είναι το πρώτο έκθεµα Εικονικής Πραγµατικότητας στην Ελλάδα. Όπως και η «Κιβωτός», η «Μαγική Οθόνη» αξιοποιείται από το Ι.Μ.Ε. για να µεταφέρει µικρούς και µεγάλους σε µαγικούς κόσµους του πολιτισµού µας (εικόνα 12 α, β). α β Εικόνα 12: Επισκέπτες ενώ αλληλεπιδρούν µε τα εικονικά εκθέµατα στο σύστηµα Εικονικής Πραγµατικότητας «Μαγική Οθόνη» (α), νεαροί επισκέπτες ενώ απολαµβάνουν τις εικονικές παρουσιάσεις στο σύστηµα Εικονικής Πραγµατικότητας «Μαγική Οθόνη» «Εικονικός Κινηµατογράφος»: είναι µια µεγάλη φωτεινή οθόνη η οποία έχει πλάτος 3,2 και ύψος 2,4 µέτρα. Η ανάλυση της εικόνας είναι 1024 x 768. Οι διαστάσεις αυτές επιτρέπουν σε είκοσι περίπου άτοµα να σταθούν άνετα µπροστά στην οθόνη. Το µηχάνηµα προβολής είναι τοποθετηµένο πάνω και µπροστά από την οθόνη, σε τέτοιο σηµείο ώστε να µη παρεµποδίζεται η προβολή. Με τη βοήθεια στερεοσκοπικών γυαλιών, οι επισκέπτες έχουν την αίσθηση ότι «βυθίζονται» στο περιβάλλον που δηµιουργούν τα τρισδιάστατα ψηφιακά γραφικά. Επιπλέον, µε τη βοήθεια µιας διαδραστικής συσκευής χεριού, ένας από τους επισκέπτες έχει τη δυνατότητα να κατευθύνει την περιήγηση και να συµµετέχει ενεργά στην εξερεύνηση και µερικές φορές ακόµη και στην τροποποίηση του εικονικού περιβάλλοντος. Ο «Εικονικός Κινηµατογράφος» αξιοποιείται από το Ι.Μ.Ε. για να µεταφέρει µικρούς και µεγάλους σε µαγικούς κόσµους της πολιτιστικής µας κληρονοµιάς ( Επίσης στο Ίδρυµα Ευγενίδου λειτουργεί ένα υπερσύγχρονο πλανητάριο. Με τα υπερσύγχρονα Ψηφιακά Συστήµατα Αστρικών Προβολών Digistar της αµερικανικής εταιρείας προσοµοιωτών Evans and Sutherland και Digital Sky της εταιρείας Sky Skan Inc που διαθέτει, παρέχεται στον επισκέπτη η δυνατότητα παρουσίασης δεκάδων χιλιάδων άστρων έτσι όπως φαίνονται από οποιοδήποτε σηµείο του πλανήτη µας, του ηλιακού συστήµατος αλλά επί πλέον και από οποιοδήποτε άλλο άστρο σε απόσταση εκατοντάδων ετών φωτός από τη Γη (εικόνα 13). Η πλοήγηση σ' αυτό τον χώρο γίνεται σε δευτερόλεπτα δίνοντας έτσι στους θεατές την ψευδαίσθηση µεταφοράς τους, µε µία µηχανή του χώρου και του χρόνου, σε τρισδιάστατα ταξίδια στο εσωτερικό του Γαλαξία µας, αλλά και πέρα απ' αυτόν σ' ολόκληρο το Σύµπαν των 100 δισεκατοµµυρίων γαλαξιών ( Εικόνα 13: το πλανητάριο του Ιδρύµατος Ευγενίδου 13

14 7. Συµπεράσµατα Η Εικονική Πραγµατικότητα είναι µια τεχνολογία που αναπτύσσεται µε ραγδαίους ρυθµούς τα τελευταία χρόνια και προβλέπεται να καθιερωθεί στα επόµενα χρόνια ως το νέο περιβάλλον εργασίας σε τοµείς όπως η βιοµηχανία, η ιατρική, η εκπαίδευση κ.λπ. Είναι ένα µέσο, όπως τόσα άλλα, που τα αποτελέσµατά της κρίνονται από το πώς χρησιµοποιείται από τον άνθρωπο. Παρόλα αυτά οι ερευνητές θεωρούν ότι είναι πολύ νωρίς ακόµη για να αξιολογήσει κανείς εµπεριστατωµένα τις αρνητικές ή θετικές επιπτώσεις. Πρόκειται πάντως για µια τεχνολογία που παίζει µε τη φαντασία και την ουτοπία και έτσι δίνει κυρίως στους ερευνητές την αίσθηση, που ίσως είναι ουτοπική, ότι µπορούν να γίνουν πάρα πολλά ακόµη στον τοµέα της εικονικής πραγµατικότητας. Σε αντίθεση µε το παρελθόν, όπου οι τεχνολογίες και οι συνθήκες που επικρατούσαν δεν ήταν αρκετά ώριµες, για να δεχτούν την Εικονική Πραγµατικότητα, το µέλλον υπόσχεται µια συνεχή ανάπτυξή της σε πιο στέρεες βάσεις. Πλέον, διάφορα κρατικά ερευνητικά προγράµµατα προσφέρουν µια σταθερή χρηµατοδότηση για την έρευνα και την ανάπτυξη συστηµάτων εικονικής πραγµατικότητας, καθώς και για την εύρεση νέων εφαρµογών τους. Μάλιστα τελευταία γίνονται προσπάθειες να συγκεντρωθεί όλη η γνώση που έχει συσσωρευτεί διάσπαρτη σε ερευνητικά ιδρύµατα και εταιρείες που ασχολούνται µε την Εικονική Πραγµατικότητα, µε σκοπό τόσο την κατανόηση των αναγκών όσο και την ανάπτυξη οδηγιών για τη σχεδίαση και υλοποίηση των περιβαλλόντων εικονικής πραγµατικότητας. Τέλος, δεν πρέπει να ξεχνάει κανείς ότι η συνεχής ανάπτυξη της τεχνολογίας, δίνει τη δυνατότητα για αναβάθµιση της ποιότητας της εµβύθισης που µπορεί να γίνει αντιληπτή από το χρήστη, µέσω της βελτίωσης των συσκευών εισόδου και εξόδου, ενώ παράλληλα µειώνεται και το κόστος αυτών των συσκευών, που τουλάχιστον µέχρι τώρα είναι απαγορευτικό για το µέσο χρήστη. Έτσι θα έλεγε κανείς ότι δεν θα αργήσει η µέρα που η Εικονική Πραγµατικότητα θα βρεθεί σε κάθε σπίτι, ιδιαίτερα αν υποστηριχθεί από τον τοµέα της ψυχαγωγίας και των παιχνιδιών. 14

15 8. Βιβλιογραφία Adam, J.A. (1993) Virtual Reality is for real. IEEE Spectrum, 30(10), σ Benford, S., Greenhalgh, C., Rodden, T. & Pycock, J. (2001) Collaborative Virtual Environments. Communications of the ACM, 44(7), ACM Press, pp Burdea G. & P. Coiffet (2003) Virtual Reality Technology, 2nd edition, Wiley, NJ. Ellis, S.R. (1991) Prologue. Pictorial Communication in virtual and real environments, S.R. Ellis, M. Kaiser & A.J. Grunwald (eds.), London: Taylor and Francis, σ Gigante, M.A. (1993) Virtual Reality: definitions, history and applications. Virtual Reality Systems, R.A. Earnshaw, M.A. Gigante & H. Jones (eds.), London: Academic Press, ISBN , σ (2007), Εικονική Πραγµατικότητα, [Online], ιαθέσιµο από: < [29 April 2007]. (2005), Εικονική Πραγµατικότητα, [Online], ιαθέσιµο από: < [28 April 2007]. (n.d), Εικονική Πραγµατικότητα: Εκθέµατα, [Online], ιαθέσιµο από: < [29 April 2007]. Kalawsky, R. (2000) The science of virtual reality and virtual environments. England: Addison-Wesley Publishing Company. Minsky, M. & Riechen, D. (1994) A Conversation with Marvin Minsky about Agents. Communications of the ACM, 37(7), σ Pimentel, K. & Teixeira, K. (1993) Virtual reality: through the new looking glass, NY; London : Intel/Windcrest. Slater, M. & Usoh, M. (1995) Modelling in immersive virtual environments: a case for the science of VR. Virtual Reality Applications, R.A. Earnshaw, J.A. Vince & H. Jones (eds.), Academic Press, σ Thalmann, D. (1994) Automatic control and behaviour of virtual actors. Interacting with virtual environments, L. MacDonald & J. Vince (eds.), Chichester-NY: John Wiley & Sons, σ (n.d), Ενότητα: εξοπλισµός, [Online], ιαθέσιµο από: < [29 April 2007]. (n.d), Εφαρµογές της Virtual Reality, [Online], ιαθέσιµο από: < s/>, [28 April 2007]. Βοσινάκης Σ. (2003), ιδακτορική ιατριβή: Ευφυείς Πράκτορες σε Εικονικά Περιβάλλοντα, [Online], ιαθέσιµο από: < [28 April 2007]. Γιαννακά Α. (2006) Εικονική Πραγµατικότητα, [Online] ιαθέσιµο από: < > [30 April 2007]. ηµητριάδης Σ., Ποµπόρτσης Α. & Τριανταφύλλου Ε. 2004, Τεχνολογία Πολυµέσων Θεωρία και Πράξη, Τζιόλας, Θεσσαλονίκη. 15

16 Οικονόµου. (2005), Συνεργατικά περιβάλλοντα εικονικής πραγµατικότητας και εικονικοί εκπρόσωποι στην διάθεση του πολιτισµού, [Online], ιαθέσιµο από: < [28 April 2007]. Τερζίδης Κ. (2004), Πληροφορική -Πολυµέσα, τόµος Α: Ηλεκτρονικοί Υπολογιστές στις Γραφικές Τέχνες, ΕΑΠ, Πάτρα. 16