Περιγραφή πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων, δίνοντας έμφαση στη διαδικασία σχεδίασης του εικονικού κόσμου

Transcript

1 Πανεπιστήμιο Αιγαίου Τμήμα Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων Περιγραφή πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων, δίνοντας έμφαση στη διαδικασία σχεδίασης του εικονικού κόσμου Διπλωματική Εργασία, Προπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών Χναράκης Νικόλαος Σύρος

2 Πανεπιστήμιο Αιγαίου Τμήμα Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων Διπλωματική Εργασία, Προπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών Θέμα Εργασίας: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων, δίνοντας έμφαση στη διαδικασία σχεδίασης του εικονικού κόσμου. Εκπόνηση εργασίας: Χναράκης Νικόλαος Α.Μ.: 511/ Επιβλέπων καθηγητής: Σταυράκης Μόδεστος Μέλη επιτροπής: Δαρζέντας Ιωάννης, Σπύρου Θωμάς Σύρος

3 3

4 Περιγραφή Περιγραφή πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων, δίνοντας έμφαση στη διαδικασία σχεδίασης του εικονικού κόσμου. Η ανάπτυξη της προσέγγισης αυτής, βασίζεται στη μελέτη υπαρχόντων προσεγγίσεων από ποικίλα επιστημονικά πεδία, καθώς και πλαισίων που αφορούν τη διαχείριση της ποικιλίας. Στο στάδιο ανάλυσης της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου, προτείνεται μεθοδολογία για τον καθορισμό της δομής και την ανάπτυξη των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, δίνοντας έμφαση στη συνεργασία με τη διαδικασία σχεδίασης της αλληλεπίδρασης. Τέλος, εξετάζονται παράγοντες που επηρεάζουν τη δημιουργία αυτή, προτείνοντας τεχνικές, μεθόδους και εργαλεία. 4

5 Ευχαριστίες Σε όσους με βοήθησαν με την υπομονή τους και την υποστήριξη τους. Ιδιαιτέρως δε στον επιβλέποντα μου Σταυράκη Μόδεστο, καθώς και στο συνάδελφο και φίλο Γκαβογίαννη Αντώνιο. Τέλος ευχαριστώ την οικογένεια μου και τους φίλους μου που ο καθένας συνέβαλε με το δικό του τρόπο. 5

6 Πίνακας περιεχομένων Λίστα εικόνων Λίστα πινάκων Εισαγωγή Προσεγγίσεις ανάλυσης της έννοιας της εικονικής πραγματικότητας Αναγνώριση προβληματικού χώρου Στόχοι εργασίας Δομή της εργασίας Ορολογία - Ορισμοί Ιστορική αναδρομή εικονικής πραγματικότητας Κατηγορίες εικονικών περιβαλλόντων Κατηγοριοποίηση εικονικών περιβαλλόντων βάσει υλικού Κατηγοριοποίηση εικονικών περιβαλλόντων βάσει περιεχομένου (δυνατότητες αλληλεπίδρασης) Κατηγορίες εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων Επιστημονικές περιοχές Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Εισαγωγή Μεθοδολογικοί περίοδοι και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων Προ-μεθοδολογική περίοδος (Pre-Methodological era) Πρώιμη-μεθοδολογική περίοδος (Early methodology era) Μεθοδολογική περίοδος (Methodology era) Μετά-μεθοδολογική περίοδος και εναλλακτικές μεθοδολογίες (Post- Methodology era and Alternatives) Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Η έννοια του σχεδιαστή σχεδιαστικής ομάδας στη διαδικασία σχεδίασης Οι έννοιες της μεθοδολογίας και της πολύ-μεθοδολογίας Τρία πλαίσια για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων 81 6

7 3.3.1 Μεταμοντέρνα συστημική σκέψη (POSTMODERN SYSTEM THINKING PANDA) Ολική συστημική παρέμβαση - ΟΣΠ (TOTAL SYSTEM INTERVENTION TSI) Κριτική συστημική πρακτική - ΚΣΠ (CRITICAL SYSTEMS PRACTICE CSP) Ανάλυση περιγραφή ενός πολύ-μεθοδολογικού πλαισίου για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων Επιλογή και ανάλυση μεθοδολογικού πλαισίου Περιγραφή πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Στάδιο προετοιμασίας Καταγραφή αναγκών Στόχοι της εφαρμογής Καταγραφή περιορισμών Χαρακτηριστικά συστήματος εικονικού περιβάλλοντος Εναλλακτικές τεχνολογίες Κριτήρια αξιολόγησης Στάδιο ανάλυσης Η ανάλυση χαρακτηριστικών των χρηστών Ανάλυση αναγκών Ανάλυση διεργασιών (εφαρμογής) Στάδιο προδιαγραφών Στόχοι του εικονικού περιβάλλοντος, προτεραιότητες Διαμόρφωση / επιλογή συστήματος εικονικού περιβάλλοντος (system configuration) Καθορισμός του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος (VE model specification) Ανάλυση εικονικών διεργασιών Εννοιολογικός σχεδιασμός (concept design) / Εικονογραφημένο σενάριο (Storyboarding)

8 5.3.6 Συλλογή πόρων Στάδιο ανάπτυξης Στάδιο αξιολόγησης Διαμορφωτική αξιολόγηση (Formative evaluation) Ευρετική αξιολόγηση (Heuristic evaluation) Αθροιστική αξιολόγηση (summative evaluation) Ερωτηματολόγια συνεντεύξεις (questionnaires - interviews) Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Άλλες σχεδιαστικές προσεγγίσεις Software Engineering of Virtual Worlds (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) VRID: A Design Model and Methodology for Developing VR Interfaces (Tenriverdi & Jacob, 2001) Software Engineering and HCI Techniques Joined to Develop VE (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado) Developing VR Applications: the TRES-D methodology (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005) The Structured Development of VE enhancing Functionality and Interactivity (Eastgate, September 2001), Structure development of VE (Wilson & Eastgate, 2002) Η νέα πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση για τη σχεδίαση του εικονικού κόσμου Στάδιο εννοιολογικού σχεδιασμού Στάδιο καθορισμού - Υψηλού επιπέδου καθορισμός Στάδιο καθορισμού - χαμηλού επιπέδου καθορισμός Ανάπτυξη και δημιουργία των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου Έλεγχος/ δοκιμές για σφάλματα Ανάπτυξη και δημιουργία ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση

9 6.3.1 Μοντέλα και δομές παράστασης της τρισδιάστατης (3Δ) γεωμετρίας του εικονικού κόσμου Γεωμετρική μοντελοποίηση της σκηνής και των αντικειμένων του εικονικού κόσμου Βελτιστοποίηση του πολυγωνικού μοντέλου Θέματα που σχετίζονται με την απεικόνιση: γραφική σωλήνωση εξόδου, αντιταύτιση, αποκοπή, προβολές, απόκρυψη επιφανειών Φωτισμός, μοντέλα και αλγόριθμοι φωτισμού, φωτεινές πηγές Απεικόνιση υφής και ανάγλυφου Στοιχεία αλληλεπίδρασης δυναμικός κόσμος Υλοποίηση εφαρμογή της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης Στάδιο προετοιμασίας Καταγραφή αναγκών Στόχοι της εφαρμογής Περιορισμοί Χαρακτηριστικά συστήματος Εναλλακτικές τεχνολογίες και μέσα Κριτήρια αξιολόγησης Στάδιο ανάλυσης Ανάλυση χαρακτηριστικών των χρηστών Ανάλυση αναγκών Στάδιο ανάλυσης διεργασιών Στάδιο προδιαγραφών Στόχοι του εικονικού περιβάλλοντος, προτεραιότητες Διαμόρφωση / επιλογή συστήματος εικονικού περιβάλλοντος (system configuration) Καθορισμός του μοντέλου εικονικού περιβάλλοντος (VE model specification) Ανάλυση εικονικών διεργασιών

10 7.3.5 Εννοιολογικός σχεδιασμός (Concept design) Εικονογραφημένα σενάρια (Storyboarding) Συλλογή πόρων Στάδιο ανάπτυξης Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Ανάπτυξη και δημιουργία των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση Απόψεις από την εφαρμογή Στάδιο αξιολόγησης Διαμορφωτική αξιολόγηση (Formative evaluation) Ευρετική αξιολόγηση (Heuristic evaluation) Αθροιστική αξιολόγηση (summative evaluation) Συλλογή πληροφορία των διαδικασιών αξιολόγησης Επανασχεδιασμός Βελτίωση σεναρίων διεργασιών Επαναληπτικές διαδικασίες αξιολόγησης Συμπεράσματα Παράρτημα Ερωτηματολόγια Ερωτηματολόγιο σταδίου ανάλυσης χαρακτηριστικών χρηστών Ερωτηματολόγιο σταδίου αξιολόγησης Αναφορές Βιβλιογραφία

11 Λίστα εικόνων Εικόνα 1: Περιγραφή εικονικής πραγματικότητας 3I's Εικόνα 2: Γραφική ταξινόμηση εικονικών περιβαλλόντων - AIP cube Εικόνα 3: ιεραρχική δομή της τοπογραφίας ενός Εικονικού Περιβάλλοντος 146 Εικόνα 4: διαδικασία για την δημιουργία εικονικών αντικειμένων Εικόνα 5: μοντελοποίηση της διαδικασίας αλλαγής της συμπεριφοράς και ενεργειών ενός αντικειμένου και των στοιχείων που επηρεάζουν την διαδικασία αυτή Εικόνα 6: VEDS - Virtual Environment Development Structure Εικόνα 7: σχεδιαστικές οδηγίες για συλλογή πόρων Εικόνα 8: το μεθοδολογικό πλαίσιο VEDS βελτιωμένο σύμφωνα με τιw αλλαγές που προτείνει ο (Eastgate, September 2001) Εικόνα 9: ανάλυση του σταδίου του καθορισμού Εικόνα 10: ανάλυση σταδίου γενικού σχεδιασμού Εικόνα 11: ανάλυση σταδίου συλλογής πόρων Εικόνα 12: ανάλυση σταδίων λεπτομερή σχεδιασμού, ανάπτυξης και ελέγχου Εικόνα 13: η νέα πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση για τη σχεδίαση του εικονικού κόσμου Εικόνα 14: ανάλυση του σταδίου του εννοιολογικού σχεδιασμού Εικόνα 15: παράδειγμα διαδρομής περιήγησης όπου φαίνεται ο χάρτης του εικονικού περιβάλλοντος πάνων στον οποίο έχει σχεδιαστεί μια τυπική διαδρομή (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) Εικόνα 16: ανάλυση του σταδίου του υψηλού επιπέδου καθορισμού Εικόνα 17: παράδειγμα δομής καταγραφής βασικών φυσικών ιδιοτήτων Εικόνα 18: ανάλυση του χαμηλού επιπέδου καθορισμού Εικόνα 19: ανάλυση του σταδίου ανάπτυξης και δημιουργίας των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση Εικόνα 20: ιεραρχική "διάσπαση" ενός αντικειμένου σε επιφάνειες - πολύγωνα κορυφές

12 Εικόνα 21: ιεραρχική λίστα αποθήκευσης πολυγωνικού μοντέλου Εικόνα 22: Utah teapot, αναπαράσταση με παραμετρικές καμπύλες Bezier 199 Εικόνα 23: παράδειγμα δένδρου CSG Εικόνα 24: αναπαράσταση ημικύκλιου με το μοντέλο παράστασης της υποδιαίρεσης χώρου Εικόνα 25: αναπαράσταση του χώρου που καταλαμβάνει ένα αντικείμενο σε voxel, ανάλογα με την ακρίβεια που απαιτείται ο αριθμός των voxel μπορεί να μειωθεί σημαντικά Εικόνα 26: καμπύλη Hilbert Εικόνα 27: σύνολο Mandlebrot Εικόνα 28: αλγόριθμος του μέσου σε 1 διάσταση Εικόνα 29: αλγόριθμος του μέσου σε 2 διαστάσεις Εικόνα 30: ανάπτυξη τρισδιάστατων μοντέλων εδαφών μέσω fractals Εικόνα 31: χειροκίνητος τρισδιάστατος ψηφιοποιητής Εικόνα 32: KONICA MINOLTA Non-Contact 3D Digitizer Εικόνα 33: παράδειγμα επιφάνειας σάρωσης - εξώθησης Εικόνα 34: παράδειγμα επιφάνειας σάρωσης με "λάθος" αποτέλεσμα - selfintersection Εικόνα 35: παράδειγμα επιφάνειας σάρωσης μεταβλητής τροχιάς - crosssection surfaces Εικόνα 36: παράδειγμα οδηγούμενης επιφάνειας Εικόνα 37: επιφάνεια σάρωσης εκ' περιστροφής Εικόνα 38: τυπική συλλογή από γεωμετρικά πρωτογενή αντικείμενα Εικόνα 39: παράδειγμα ελεύθερης παραμόρφωσης αντικειμένων Εικόνα 40: παράδειγμα φωτογραμμετρικής μοντελοποίησης Εικόνα 41: παράδειγμα μοντελοποίησης και απόδοσης από την τεχνική του (Debevec, 1996) Εικόνα 42: παράδειγμα διαφορετικών LOD, η μείωση των πολυγώνων δεν γίνεται αισθητή λόγω της απόστασης

13 Εικόνα 43: δύο διαφορετικά LOD του ίδιου μοντέλου, το πρώτο αποτελείται από πολύγωνα, ενώ το δεύτερο από μόλις Εικόνα 44: γραφική σωλήνωση εξόδου Εικόνα 45: απεικόνιση πολυγώνου χωρίς χρήση αντιταύτισης Εικόνα 46: διαδικασία δειγματοληψίας κι ανακατασκευής σήματος Εικόνα 47: παράδειγμα χαμηλής συχνότητας δειγματοληψίας Εικόνα 48: η τελική απόχρωση του pixel (I) υπολογίζεται από το ποσοστό επιφάνειας του κάθε πολυγώνου Α επί την απόχρωση του κάθε πολυγώνου Ι i. * A 1 + I 2 * A 2 + I 3 * A 3 + I B * A B I = I Εικόνα 49: παράδειγμα αλγορίθμου A-buffer όπου φαίνεται πως δημιουργείται η μάσκα του πολυγώνου Εικόνα 50: μέθοδοι αντιταύτισης με μετα-φιλτράρισμα, έστω ότι κάθε τετράγωνο συμβολίζει ένα pixel. Στην πρώτη περίπτωση βλέπουμε ένα παράδειγμα με ομοιόμορφη δειγματοληψία. Τα υπόλοιπα σχήματα παριστάνουν παραδείγματα στοχαστικής αντιταύτισης, στο δεύτερο σχήμα βλέπουμε δειγματοληψία με τυχαίους αριθμούς, στην τρίτη έχουμε δειγματοληψία με τυχαιότητα πάλι αλλά με ελάχιστη απόκλιση και τέλος έχουμε ένα παράδειγμα με τυχαία μετατόπιση Εικόνα 51: παραδείγματα παράλληλης και προοπτικής προβολής Εικόνα 52: μετασχηματισμός παρατήρησης από το παγκόσμιο στο σύστημα συντεταγμένων του παρατηρητή Εικόνα 53: η κομμένη πυραμίδα σύμφωνα με την ποία πραγματοποιείται η διαδικασία της αποκοπής Εικόνα 54: τομή αντικειμένων με επίπεδο y = ys Εικόνα 55: spans Εικόνα 56: αλγόριθμος ταξινόμησης κατά βάθος σε περίπτωση ξεκάθαρης ταξινόμησης πολυγώνων Εικόνα 57: πολύγωνα με επικαλυπτόμενες z περιοχές Εικόνα 58: τα βήματα του αλγόριθμου BSP Εικόνα 59: παράδειγμα υποδιαίρεσης επιφάνειας

14 Εικόνα 60: παράδειγμα υποδιαίρεσης επιφάνειας με τον αλγόριθμο Weiler Atherton Εικόνα 61: με τη σειρά που εμφανίζονται, ανακλώμενο, διαχεόμενο, απορροφούμενο και μεταδιδόμενο φως Εικόνα 62: τρόπος υπολογισμού των τριών αλγορίθμων φωτισμού Εικόνα 63: συνηστώς διάχυτης κατευθυνόμενης ανάκλασης και ιδανικής διλαχυτης ανάκλασης Εικόνα 64: κατευθυνόμενη ανάκλαση Εικόνα 65: αλγόριθμοι φωτισμού για το τοπικό μοντέλο φωτισμού Εικόνα 66: παράδειγμα παρακολούθησης ακτίνας σε μια σκηνή Εικόνα 67: παράδειγμα σκηνής που έχει αποδοθεί με το μοντέλο παρακολούθησης ακτίνας Εικόνα 68: παράδειγμα σκηνής που έχει αποδοθεί με το μοντέλο radiosity 268 Εικόνα 69: παράδειγμα κατευθυνόμενου φωτισμού Εικόνα 70: παράδειγμα σημειακού φωτισμού Εικόνα 71: παράδειγμα φωτισμού από προβολέα Εικόνα 72: παράδειγμα σκηνής που φωτίζεται με φως επιφάνειας Εικόνα 73: παράδειγμα αντικειμένου που λειτουργεί ως φωτεινή πηγή σε συνδυασμό με γενικό μοντέλο φωτισμού Εικόνα 74: παράδειγμα εφαρμογής σφαίρας περιβάλλοντος σε σκηνή Εικόνα 75: παράδειγμα εφαρμογής bump mapping σε σφαιρικά αντικείμενα Εικόνα 76: το πρώτο παράδειγμα απεικόνισης περιβάλλοντος στην κλασική Utah Teapot από τον Jim Blinn Εικόνα 77: διαφορά συμβατικής φωτογραφίας (αριστερά) με φωτογραφία HDRI (δεξιά) Εικόνα 78: παράδειγμα σκηνής που έχει εφαρμοστεί η τεχνική baking textures Εικόνα 79: προσανατολισμός των επιφανειών που θα γίνει απεικόνιση billboard Εικόνα 80: παράδειγμα απεικόνισης billboard για σύννεφα

15 Εικόνα 81: παράδειγμα του φαινομένου lens flare Εικόνα 82: παράδειγμα απόδοσης όπου συνδυάζονται διαφορετικά passes (multi-pass) Εικόνα 83: παράδειγμα όγκων οριοθέτησης για έλεγχο συγκρούσεων στο μοντέλο ενός εικονικού πράκτορα Εικόνα 84: Παράδειγμα οθόνης Εικόνα 85: Παράδειγμα οθόνης Εικόνα 86: Παράδειγμα αλληλεπίδρασης Εικόνα 87: Παράδειγμα οθόνης Εικόνα 88: Παράδειγμα οθόνης Εικόνα 89: Παράδειγμα οθόνης Εικόνα 90: Παράδειγμα οθόνης Εικόνα 91: Συλλογή πόρων Εικόνα 92: διαδρομή περιήγησης σύμφωνα με το τυπικό σενάριο για τη πλατεία και τον πρώτο όροφο Εικόνα 93:διαδρομή περιήγησης για το δεύτερο όροφο Εικόνα 94: διαδρομή περιήγησης για τον τρίτο όροφο

16 Λίστα πινάκων Πίνακας 1: Προ-μεθοδολογική περίοδος Πίνακας 2: Πρώιμη-μεθοδολογική περίοδος Πίνακας 3: Μεθοδολογική περίοδος Πίνακας 4: Μετά-μεθοδολογική περίοδος Πίνακας 5: Χαρακτηριστικά περιόδων - Ενδεικτικές προσεγγίσεις Πίνακας 6: Στάδια και διεργασίες της PANDA Πίνακας 7: Φάσεις του πλαισίου ΟΣΠ Πίνακας 8:Φάσεις του πλαισίου ΚΣΠ Πίνακας 9: Σχέσεις μεταξύ των τριών συστημάτων Πίνακας 10: Στάδια μεθοδολογίας VEDEF Πίνακας 11: Βασικά στάδια πολυ-μεθοδολογίας Πίνακας 12: Στάδιο προετοιμασίας Πίνακας 13: Στάδιο ανάλυσης Πίνακας 14: Στάδιο προδιαγραφών Πίνακας 15: Κατηγορίες στοιχείων διαδικασίας συλλογής πόρων Πίνακας 16: Στάδιο ανάπτυξης Πίνακας 17: Στάδιο αξιολόγησης Πίνακας 18: Διαμορφωτική αξιολόγηση Πίνακας 19: απαιτήσεις της συλλογής πόρων για κάθε ομάδα αντικειμένων Πίνακας 20: χαρακτηριστικά μεθοδολογικών προσεγγίσεων όσον αφορά την ιεραρχική δομή και τη συνεργασία μεταξύ των εμπλεκομένων Πίνακας 21: σύγκριση του κόστους ων μεθόδων απόκρυψης Πίνακας 22: Ενδιαφέρον για φυσική περιήγηση ξενάγηση Πίνακας 23: Επιθυμητές δραστηριότητες κατά τη φυσική παρουσία Πίνακας 24: Χρήση εφαρμογής ΕΠ Πίνακας 25: Επιθυμητές δραστηριότητες κατά την εικονική παρουσία

17 Πίνακας 26: Σύγκριση φυσικής και εικονικής περιήγησης Πίνακας 27: Σύγκριση φυσικής και εικονικής περιήγησης Πίνακας 28: Αποτελέσματα ερωτηματολογίου

18 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1 Εισαγωγή Η τελευταία δεκαετία, χαρακτηρίζεται κυρίως από την αλματώδη εξέλιξη της τεχνολογίας και των υπολογιστικών συστημάτων, τόσο σε πρακτικό υλικό επίπεδο, όσο και σε επίπεδο έρευνας. Η εξέλιξη αυτή δημιούργησε νέα δεδομένα και ανάγκες όσον αφορά τις διαδικασίες και τα μέσα αλληλεπίδρασης του ανθρώπου με τα διάφορα υπολογιστικά συστήματα. Ένα από τα πιο αντιπροσωπευτικά παραδείγματα της νέας αυτής τάσης, αποτελεί ο χώρος της Εικονικής Πραγματικότητας. Η ανάπτυξη του τομέα της εικονικής πραγματικότητας οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο ενδιαφέρον που επέδειξε η ερευνητική κοινότητα για το συγκεκριμένο χώρο τα τελευταία χρόνια, σε συνδυασμό με τις τεράστιες δυνατότητες που προσέφερε η εξέλιξη των υπολογιστικών συστημάτων, όσον αφορά την υπολογιστική ισχύ καθώς και τα νέα συστήματα αλληλεπίδρασης. Ταυτόχρονα, κατά την ανάπτυξη και διάδοση των εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας παρατηρείται μια διαρκείς και αυξανόμενη τάση εκμετάλλευσης και υιοθέτησης των εφαρμογών του συγκεκριμένου επιστημονικού τομέα, από άλλους κλάδους όπως η ιατρική, η βιομηχανία, η εκπαίδευση, η ψυχαγωγία κτλ. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή εξέλιξη και διαφοροποίηση των εκάστοτε διαδικασιών και τεχνολογιών του χώρου, έτσι ώστε να καλυφθούν οι ανάγκες και οι ιδιαιτερότητες του κάθε επιμέρους τομέα. 18

19 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Η τεχνολογία και οι εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας μπορούν να χαρακτηριστούν ως σύγχρονος διάδοχος των παραδοσιακών συστημάτων αλληλεπίδρασης, που βασίζονται στη χρήση μενού επιλογών και γραφικών ελέγχου. Στις παραδοσιακές διεπαφές χρήστη μέσω γραφικών (Graphical User Interfaces - GUIs), ο χρήστης αλληλεπιδρά με κάποιο υπολογιστικό σύστημα μέσω κατάλληλων συσκευών εισόδου, πραγματοποιώντας προκαθορισμένες ενέργειες για τη μεταφορά πληροφορίας δεδομένων στο σύστημα. Επιπλέον, οι παραδοσιακές διεπαφές χρήστη αφορούν επί το πλείστον μεταφορές ενός εικονικού γραφειακού περιβάλλοντος (desktop), η αλληλεπίδραση του χρήστη με αυτές πραγματοποιείται σε μη πραγματικό χρόνο, ενώ οι συσκευές εισόδου είναι κυρίως παραδοσιακά περιφερειακά συστήματα επιτραπέζιου υπολογιστή, όπως ποντίκι, πληκτρολόγιο κτλ, ή παραλλαγές αυτών. Αντίθετα, στα συστήματα εικονικής πραγματικότητας υφίσταται ψηφιακή αναπαράσταση οπτικοποίηση (visualization) υπαρκτών ή φανταστικών περιβαλλόντων μέσω τρισδιάστατων γραφικών, η αλληλεπίδραση του χρήστη με το σύστημα πραγματοποιείται σε πραγματικό χρόνο (real time) μέσω ποικίλων και εξειδικευμένων συστημάτων εισόδου εξόδου. Ταυτόχρονα, σε πολλές περιπτώσεις συστημάτων εικονικής πραγματικότητας, οι χρήστες πραγματοποιούν τις διάφορες διεργασίες αλληλεπίδρασης μέσω ενεργειών κινήσεων παρόμοιες με αυτές που θα πραγματοποιούσαν για την υλοποίηση αντίστοιχων διεργασιών στο φυσικό περιβάλλον. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω χαρακτηριστικά των συστημάτων εικονικής πραγματικότητας, γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι πρόκειται για μια τεχνολογία η οποία, μέσω της ανάπτυξης της σε βάθος χρόνου, θέτει σήμερα νέα δεδομένα στη φιλοσοφία και τη σχέση των χρηστών με τα υπολογιστικά συστήματα. Ταυτόχρονα, ενισχύεται ακόμη περισσότερο η έννοια της αλληλεπίδρασης με μια απεικόνιση και όχι με καθεαυτό τον υπολογιστή, αφού οι χρήστες βιώνουν την ψευδαίσθηση ότι αλληλεπιδρούν μέσω ενός τεχνητού, τρισδιάστατου απεικονιστικού περιβάλλοντος και όχι μέσω της πληκτρολόγησης εντολών ή της επιλογής από μενού εντολών. Σε αυτό το πλαίσιο, ενδιαφέρον παρουσιάζει η άποψη των Sherman και Judkins, οι οποίοι διαφοροποιούν τα συστήματα εικονικής πραγματικότητας από τα συμβατά συστήματα ηλεκτρονικών υπολογιστών αναφέροντας ότι, σε ένα συμβατό σύστημα ηλεκτρονικού υπολογιστή η συμπεριφορά είναι προβλέψιμη, εκτός εάν το σύστημα καταρρεύσει ή προσβληθεί από κάποιον ιό. Εντούτοις, αυτό που λαμβάνει χώρα στα εικονικά περιβάλλοντα εξαρτάται κατά κύριο λόγο από το χρήστη του ηλεκτρονικού υπολογιστή. Αυτό που κάνει τη διαφορά ανάμεσα στην εικονική 19

20 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή πραγματικότητα και τα συμβατά συστήματα ηλεκτρονικών υπολογιστών, τις ταινίες, την τέχνη κτλ, είναι ο συνυπολογισμός των ενεργειών του χρήστη στον κόσμο της ψευδαίσθησης, και η ικανότητα του να επηρεάσει ότι υπάρχει μέσα σε αυτόν (Sherman and Judkins 1992). 1.1 Προσεγγίσεις ανάλυσης της έννοιας της εικονικής πραγματικότητας Ανεξάρτητα από τη συσχέτιση και την επιρροή των συστημάτων εικονικής πραγματικότητας από τις παραδοσιακές διεπαφές χρήστη, η εικονική πραγματικότητα δεν μπορεί να θεωρηθεί ως απλά ένα μέσο αλληλεπίδρασης ανθρώπου υπολογιστή ή μια υψηλής τεχνολογίας διεπαφή. Αντιθέτως, υφίστανται εφαρμογές οι οποίες καλύπτουν επιλύουν πραγματικά προβλήματα σε διάφορους κλάδους. Η έκταση στην οποία μια εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας μπορεί να επιλύσει ένα συγκεκριμένο πρόβλημα, η οποία έγκειται στην έκταση απόδοσης της προσομοίωσης, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ανθρώπινη φαντασία (human imagination) (Grigore C. Burdea, Grigore C. C. Burdea, and Philippe Coiffet 2003). Η έννοια της φαντασίας εισάγεται από τον (Burdea 1993), ο οποίος σε μια προσπάθεια περιγραφής της εικονικής πραγματικότητας, πλαισιώνουν τις δυο έννοιες της εμβύθισης και της αλληλεπίδρασης, οι οποίες είναι πιο γνωστές και διαδεδομένες στους περισσότερους χρήστες, με το χαρακτηριστικό της ανθρώπινης φαντασίας το οποίο αναφέρεται στην ικανότητα αντίληψης μη υπαρκτών καταστάσεων από τον άνθρωπο (3Is, Immersion Interaction Imagination). Εικόνα 1: Περιγραφή εικονικής πραγματικότητας 3I's Επίσης, σε μια ανάλυση των δομικών χαρακτηριστικών των εικονικών περιβαλλόντων, η οποία πραγματοποιείται από τους (Ellis and Kaiser 1993, 2-20

21 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 3) αναγνωρίζονται το περιεχόμενο, η γεωμετρία και η δυναμική ως τα τρία βασικά λειτουργικά στοιχεία ενός εικονικού περιβάλλοντος. Ως περιεχόμενο περιγράφεται το σύνολο των στοιχείων που περιλαμβάνονται σε ένα εικονικό περιβάλλον, αποτελούμενο από εικονικά αντικείμενα και δράστες (actors). Ο όρος της γεωμετρίας αναφέρεται στην περιγραφή του περιβάλλοντος μέσα στο οποίο τοποθετείται το περιεχόμενο (συναντάται και ως θεατρική σκηνή) ενώ τέλος, ως δυναμική αναγνωρίζεται το σύνολο των κανόνων που διέπουν την αλληλεπίδραση μεταξύ περιεχομένου και περιβάλλοντος. Τέλος, σε μια προσέγγιση περιγραφής της εικονικής πραγματικότητας, ο (Zeltzer 1992) προτείνει την τρισδιάστατη ταξινόμηση (γραφική αναπαράσταση) των εικονικών περιβαλλόντων, στο εσωτερικό ενός κύβου (AIP cube). Σε κάθε άξονας του κύβου προσμετρούνται τα επίπεδα αυτονομίας, αλληλεπίδρασης και παρουσίας (Autonomy Interaction Presence) σε κλίμακα από το μηδέν έως το ένα. Οι τρεις παραπάνω έννοιες αναφέρονται στα εξής: Αυτονομία: η ικανότητα των στοιχείων του εικονικού περιβάλλοντος να ενεργούν από μόνα τους Αλληλεπίδραση: το ποσοστό ελέγχου που παρέχει το σύστημα, όσον αφορά τη δυνατότητα διαχείρισης στοιχείων του εικονικού περιβάλλοντος και την πραγματοποίηση διεργασιών Παρουσία: το εύρος και η πιστότητα των αισθητήριων καναλιών (εισόδου - εξόδου) του χρήστη που ελέγχει το περιβάλλον 21

22 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Εικόνα 2: Γραφική ταξινόμηση εικονικών περιβαλλόντων - AIP cube 1.2 Αναγνώριση προβληματικού χώρου Στόχοι εργασίας Μελετώντας κανείς τη βιβλιογραφία και την έρευνα που αφορά τη διαδικασία σχεδίασης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας αντιλαμβάνεται εύκολα την ύπαρξη μιας μεγάλης ποικιλίας μεθόδων, μεθοδολογιών, σχεδιαστικών κανόνων, εργαλείων κτλ, που αντιμετωπίζουν το θέμα από διαφορετική οπτική γωνία, δίνοντας κυρίως έμφαση στην κάλυψη επιμέρους αναγκών και στην επίλυση συγκεκριμένων προβλημάτων. Ο πλουραλισμός αυτός οφείλεται κυρίως στην πολυδιάστατη φύση του θέματος καθώς και στη διαφορετικότητα που παρατηρείται μεταξύ των εφαρμογών. Επιπλέον είναι ιδιαίτερα σημαντικό το γεγονός, ότι στην πλειοψηφία των προσεγγίσεων δεν εξετάζεται ολιστικά η διαδικασία σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων, αλλά υποσύνολα αυτής όπως είναι για παράδειγμα η μοντελοποίηση του τρισδιάστατου κόσμου ή οι μέθοδοι αλληλεπίδρασης των χρηστών με το εικονικό περιβάλλον. Ταυτόχρονα η έλλειψη επικοινωνίας μεταξύ των επιμέρους σχεδιαστών του κάθε υποσυνόλου της διαδικασίας σχεδίασης έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας χαμηλής απόδοσης, οι οποίες δεν καλύπτουν στο έπακρο τις πραγματικές ανάγκες και τους στόχους της εφαρμογής. Οι παραπάνω απόψεις ενισχύονται από τον (Steve Bryson 1995) ο όποιος αναφέρει ότι δεν υπάρχει κοινώς αποδεκτή θεωρία σχεδίασης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας και ότι μια πετυχημένη εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας θεωρείτε κάτι το αξιοπρόσεκτο, αναγνωρίζοντας ως βασική αιτία γι αυτό την αποτυχία σχεδίασης. 22

23 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Αναγνωρίζοντας τα παραπάνω ως προβληματικό χώρο της διαδικασίας σχεδίασης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας, και σε μια προσπάθεια κάλυψης αυτού, πραγματοποιείται η παρούσα διπλωματική εργασία που έχει ως στόχο: Τη μελέτη, ταξινόμηση και αξιολόγηση των ερευνητικών προσεγγίσεων από διάφορους επιστημονικούς χώρους που εμπλέκονται στη διαδικασία σχεδίασης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας. Την πρόταση μεθοδολογικής προσέγγισης σχεδίασης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας, η οποία δίνει έμφαση στη σχεδίαση του εικονικού κόσμου, αλλά ταυτόχρονα εξετάζει την όλη διαδικασία ολιστικά με συνεχή αλληλεξάρτηση και ανατροφοδότηση με τα επιμέρους τμήματα της διαδικασίας και κυρίως με τη διαδικασία σχεδίασης της αλληλεπίδρασης. Την εφαρμογή της μεθοδολογικής προσέγγισης που προτείνεται και ανάπτυξη εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος. Την αξιολόγηση της μεθοδολογικής προσέγγισης βάσει της εφαρμογής που αναπτύχθηκε. 1.3 Δομή της εργασίας Στην παρούσα διπλωματική εργασία, γίνεται προσπάθεια περιγραφής μιας πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων. Η διαδικασία της σχεδίασης διαχωρίστηκε σε δυο βασικά τμήματα θεματικές ενότητες, τη σχεδίασης της αλληλεπίδρασης και τη σχεδίαση του τρισδιάστατου κόσμου. Ο διαχωρισμός αυτός στην πραγματικότητα δεν υφίσταται, αλλά πραγματοποιείται σε θεωρητικό επίπεδο για να είναι διακριτοί οι ρόλοι των σχεδιαστών και οι θεματικές ενότητες. Ταυτόχρονα, θεωρείται αναγκαία η συνεργασία των σχεδιαστών κατά τη διάρκεια όλης της διαδικασίας. Ο πρώτος θεματικός χώρος που αφορά την περιγραφή πολύμεθοδολογικής προσέγγισης σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων, δίνοντας 23

24 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή έμφαση στη διαδικασία σχεδίασης του εικονικού κόσμου, πραγματοποιείται στην παρούσα ανάλυση, ενώ η διαδικασία σχεδίασης της αλληλεπίδρασης πραγματοποιείται στη διπλωματική εργασία του Γκαβογιάννη Αντώνιου. Στη συνέχεια αναλύεται η δομή της εργασίας: Στο πρώτο κεφάλαιο πραγματοποιείται μια εισαγωγική ανάλυση σχετικά με την έννοια, τις ορολογίες και τους ορισμούς του επιστημονικού χώρου της εικονικής πραγματικότητας, ενώ ταυτόχρονα αναγνωρίζονται ο προβληματικός χώρος και οι στόχοι της εργασίας. Στη συνέχεια παρουσιάζεται μια σύντομη ιστορική ανασκόπηση της εξέλιξης της εικονικής πραγματικότητας, ενώ τέλος αναγνωρίζονται οι κατηγορίες εικονικών περιβαλλόντων, οι κατηγορίες εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας, καθώς και οι επιστημονικοί χώροι που έχουν άμεση σχέση με το χώρο της εικονικής πραγματικότητας. Στο δεύτερο κεφάλαιο, πραγματοποιείται έρευνα, ανάλυση προσεγγίσεων, ενώ στη συνέχεια οι προσεγγίσεις αυτές κατηγοριοποιούνται σε τέσσερις κατηγορίες (περιόδους). Αντίστοιχα στο τρίτο κεφάλαιο εξετάζονται πλαίσια που αφορούν τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων. Με βάση τη έρευνα που πραγματοποιείται στα δυο προηγούμενα κεφάλαια, στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται η επιλογή και ανάλυση κυρίαρχου μεθοδολογικού πλαισίου. Στα επόμενα κεφάλαια πραγματοποιείται η περιγραφή, η εφαρμογή και η αξιολόγηση της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης. Αναλυτικότερα, το πέμπτο κεφάλαιο περιλαμβάνει την ανάλυση των αρχικών βασικών σταδίων της πολύ-μεθοδολογίας. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται ο διαχωρισμός της διαδικασίας, με το κεφάλαιο έξι να περιλαμβάνει την ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου. Τέλος, στο κεφάλαιο επτά, αναλύεται η εφαρμογή υλοποίηση της πολύ-μεθοδολογικής που περιγράφεται, ενώ το τελευταίο κεφάλαιο περιλαμβάνει την καταγραφή συμπερασμάτων για την παραπάνω διαδικασία ανάλυση. 24

25 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1.4 Ορολογία - Ορισμοί Όσον αφορά την ορολογία περιγραφής των συστημάτων του συγκεκριμένου επιστημονικού χώρου, τα οποία χαρακτηριζόντουσαν στο παρελθόν (και σε μεγάλο βαθμό ακόμα και σήμερα) με το γενικότερο όρο 'εικονική πραγματικότητα', παρατηρείται στη βιβλιογραφία μια πληθώρα ερμηνειών, χρησιμοποιώντας κατά καιρούς συνώνυμους εναλλακτικούς όρους όπως, δυνητική ή πλασματική πραγματικότητα, εικονικός κόσμος (Virtual world), συνθετικός κόσμος (Synthetic world), τεχνητή πραγματικότητα, συστήματα εικονικών περιβαλλόντων (Virtual environment systems), συνθετική εμπειρία (synthetic experience) κτλ. Παρ' όλα αυτά, τα τελευταία χρόνια στην επιστημονική κοινότητα τείνουν να έχουν επικρατήσει οι όροι 'εικονικά περιβάλλοντα' και 'συστήματα εικονικών περιβαλλόντων' έναντι του όρου 'εικονική πραγματικότητα' για τρεις βασικούς λόγους: Ο όρος 'εικονική πραγματικότητα' παρουσιάζει μια αντιφατικότητα, καθώς το 'εικονική' αναφέρεται σε μια μη πραγματική φανταστική κατάσταση, ενώ το 'πραγματικότητα' δηλώνει κάτι υπαρκτό φυσικό Στο περιεχόμενο ενός εικονικού περιβάλλοντος δεν εντάσσεται το σύνολο των στοιχείων του φυσικού κόσμου και των ιδιοτήτων τους, αλλά τμήμα αυτών, επομένως δεν μπορεί να γίνει λόγος για καθολική αναπαράσταση της πραγματικότητας μέσω ενός εικονικού περιβάλλοντος Ο όρος 'πραγματικότητα' δεν καλύπτει το σύνολο των περιπτώσεων, καθώς ένα εικονικό περιβάλλον δεν αποτελεί απαραίτητα αντιγραφή αναπαράσταση τμήματος του φυσικού κόσμου, αλλά μπορεί να είναι κάποιο φανταστικό περιβάλλον με μη πραγματικές ιδιότητες και νόμους Στο ίδιο γενικό πλαίσιο με την ορολογία του χώρου, κινείται και η απόδοση ορισμού της εικονικής πραγματικότητας, καθώς δεν υφίσταται κάποιος συγκεκριμένος και καθολικά αποδεκτός ορισμός που να αποσαφηνίζει και να προσδιορίζει σφαιρικά την έννοια και τα χαρακτηριστικά του χώρου. Η δυσκολία βάσει της οποίας δεν έχει επικρατήσει κάποια κοινός αποδεκτή 25

26 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή ερμηνεία, εντοπίζεται σύμφωνα με τους (Γιαννάκα et al. 2005) στους παρακάτω αλληλοσυνδεόμενους παράγοντες: Στην ορολογία που χρησιμοποιείται για την περιγραφή της εικονικής πραγματικότητας καθώς και στις προσπάθειες να καθιερωθεί ένας καθολικά αποδεκτός ορισμός. Στην αναγνώριση και στον προσδιορισμό της εικονικής πραγματικότητας μέσα από το τεράστιο εύρος των τεχνολογιών υλισμικού (hardware) και λογισμικού (software). Στην αναγνώριση και αξιολόγηση της εμπειρίας που παρέχει η εικονική πραγματικότητα, η οποία και τη διαφοροποιεί από τα άλλα συστήματα που παράγονται από τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Εικονική Πραγματικότητα (Virtual Reality) Κατά τη διαδικασία εξέλιξης και διαφοροποίησης των εικονικών περιβαλλόντων, έχουν διατυπωθεί διάφοροι ορισμοί, οι οποίοι διέφεραν μεταξύ τους, εξαιτίας της διαφορετικής οπτικής γωνίας που προσέγγιζαν το χώρο. Πιο συγκεκριμένα, σύμφωνα με τον Jaron Lanier, ο οποίος θεωρείται ο πατέρας του όρου 'εικονική πραγματικότητα', αναγνωρίζεται ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας ως ένα αλληλεπιδραστικό, τρισδιάστατο περιβάλλον, το οποίο αναπτύχθηκε από ηλεκτρονικό υπολογιστή και στο οποίο μπορεί κάποιος να εμβυθιστεί (Lingard 1995). Σε έναν πιο γενικό ορισμό των Aukstakalnis και Blatner, όπου το εικονικό περιβάλλον αναγνωρίζεται ως μέσο διάδρασης αναφέρεται ότι, η εικονική πραγματικότητα αποτελεί ένα μέσο για τους ανθρώπους προκειμένου να οπτικοποιήσουν, να διαχειριστούν και να αλληλεπιδράσουν με τα υπολογιστικά συστήματα όσο και με εξαιρετικά πολύπλοκα δεδομένα (Aukstakalnis, Blatner, and Roth 1992). Επίσης, ο Gigante δίνοντας έμφαση στον τομέα της εμβύθισης και της αλληλεπίδρασης αναφέρει ότι η εικονική πραγματικότητα είναι μια εμβυθισμένη, πολύ - αισθητική εμπειρία. Χαρακτηρίζεται από την ψευδαίσθηση της συμμετοχής σε ένα συνθετικό περιβάλλον και όχι απλώς από την εξωτερική παρατήρηση ενός τέτοιου περιβάλλοντος (Gigante 1993). Τέλος, εξετάζοντας κυρίως την τεχνική άποψη του θέματος, οι Loffler και Anderson αναφέρουν ότι η εικονική πραγματικότητα είναι ένα τρισδιάστατο περιβάλλον σε υπολογιστή του οποίου 26

27 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή η απεικόνιση γίνεται σε πραγματικό χρόνο και εξαρτάται από τη συμπεριφορά του χρήστη (Loeffler and T. Anderson 1994). Εικονικό Περιβάλλον (Virtual Environment) Αναλύοντας τις δυο έννοιες του όρου 'εικονικό περιβάλλον', ως 'εικονικό' ορίζεται η κατάσταση επιρροής από μη πραγματικά γεγονότα και το 'περιβάλλον' ως οι όροι, οι περιστάσεις και οι επιρροές που περιβάλλουν και επιδρούν σε μια δομή (organism) (Merriam-Webster's New Collegiate Dictionary, 9 th Eddition). Ο όρος 'εικονικό περιβάλλον' συναντάται στη βιβλιογραφία με διφορούμενη ερμηνεία. Σε πολλές περιπτώσεις χρησιμοποιείται ως συνώνυμο του όρου 'εικονική πραγματικότητα', περιγράφοντας με αυτό τον τρόπο το σύνολο των στοιχείων και των διαδικασιών που απαρτίζουν ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας, ενώ ταυτόχρονα σε άλλες περιπτώσεις χρησιμοποιείται για την περιγραφή των απεικονιζόμενων στοιχείων και των αντικειμένων (τρισδιάστατο μοντέλο) ενός περιβάλλοντος. Στα πλαίσια της πρώτης ερμηνείας οι (Bishop and Fuchs 1992) υποστηρίζουν ότι ο όρος 'εικονικό περιβάλλον' αποδίδει ακρίβεια περιγραφής σε σχέση με το 'εικονική πραγματικότητα', ενώ ο ορισμός που προτείνουν αναγνωρίζει τα εικονικά περιβάλλοντα ως πραγματικού χρόνου αλληλεπιδραστικά γραφικά τρισδιάστατων μοντέλων, όπου σε συνδυασμό με τεχνολογίες απεικόνισης παρέχουν στους χρήστες την αίσθηση της εμβύθισης στο μοντέλο του κόσμου και στην απευθείας διαχείριση. Αντίθετα, ο (Douglas A. Bowman 1999) ορίζει το εικονικό περιβάλλον ως ένα τρισδιάστατο μοντέλο ενός χώρου το οποίο απεικονίζεται στους χρήστες μέσω μιας εγωκεντρικής οπτικής άποψης χρησιμοποιώντας τρισδιάστατα γραφικά υπολογιστή. Εάν και ο ορισμός που αποδίδει ο Bowman έχει τα χαρακτηριστικά της δεύτερης άποψης, ταυτόχρονα δηλώνει ότι δεν προτιμάει να χρησιμοποιεί τον όρο 'εικονική πραγματικότητα' ορίζοντας την ως την εμπειρία παρουσίας σε ένα εικονικό περιβάλλον. Τέλος, στο ίδιο πλαίσιο οι (Barfield and Furness 1995) ορίζουν το εικονικό περιβάλλον ως, αναπαράσταση ενός υπολογιστικού μοντέλου ή βάσης δεδομένων, το οποίο αλληλεπιδραστικά μπορεί να βιωθεί και να διαχειριστεί από τους χρήστες. Εικονικός Κόσμος (Virtual World) Όσον αφορά την ερμηνεία του όρου 'εικονικός κόσμος' και σε αυτή την περίπτωση δεν παρατηρείται ταύτιση των προσεγγίσεων. Ειδικότερα, κατά τη 27

28 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή χρήση του όρου από πεδία πληροφορικής που εξετάζουν υπολογιστικά συστήματα, το διαδίκτυο κτλ, ως εικονικός κόσμος φέρεται να ορίζεται το σύστημα - περιβάλλον που υποστηρίζει τη συνεύρεση πολλών χρηστών ταυτόχρονα μέσω κάποιου δικτύου. Για παράδειγμα ο (Bell Mark) ορίζει ως εικονικό κόσμο, ένα συγχρονισμένο, συνεχές δίκτυο ανθρώπων, που αντιπροσωπεύονται από εικονικούς πράκτορες, και το οποίο απλοποιείται μέσω υπολογιστών. Αντίθετα, στο χώρο της εικονικής πραγματικότητας, αποδίδεται μια σαφέστερη ερμηνεία αναγνωρίζοντας ως εικονικό κόσμο το σύνολο του εικονικού μοντέλου και των διάφορων στοιχείων του, σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά ιδιότητες τους. Πιο συγκεκριμένα, οι (William R. Sherman and - Alan B. Craig 2003) ως εικονικό κόσμο ορίζουν την περιγραφή μιας συλλογής των αντικειμένων ενός χώρου, καθώς και των κανόνων και των σχέσεων που διοικούν τα αντικείμενα αυτά. Τέλος, στο ίδιο πλαίσιο, ο (Diehl 2001) αναφέρει ότι ένας εικονικός κόσμος αποτελείται από μοντέλα τρισδιάστατων χώρων βασιζόμενα σε ηλεκτρονικό υπολογιστή και από αντικείμενα περιορισμένης αλληλεπίδρασης. Ένας χρήστης μπορεί να κινηθεί σε αυτούς τους χώρους και να αλληλεπιδράσει με τα αντικείμενα. Στη συνέχεια αποδίδονται ορισμοί βασικών ορολογιών των εικονικών περιβαλλόντων: Εμβύθιση (Immersion): Ως εμβύθιση χαρακτηρίζεται ο βαθμός στον οποίο οι απεικονίσεις των υπολογιστών είναι ικανές να παρέχουν μια περιληπτική, εκτεταμένη, περιβαλλόμενη και έντονη ψευδαίσθηση της πραγματικότητας στις αισθήσεις των χρηστών των εικονικών περιβαλλόντων (Slater and Wilbur 1997). Ταυτόχρονα, σύμφωνα με τους (William R. Sherman and - Alan B. Craig 2003), αναγνωρίζονται δυο υποκατηγορίες εμβύθισης: η φυσική εμβύθιση, όπου πρόκειται για τη σωματική είσοδο σε ένα μέσο και η διανοητική εμβύθιση, η οποία αναγνωρίζεται ως μια κατάσταση βαθύ αποκλεισμού - αναστολής αμφιβολίας - συμμετοχής. Παρουσία - παρεύρεση (Presence): Σε πολλές περιπτώσεις ο όρος 'παρουσία' χρησιμοποιείται και ως συνώνυμο της εμβύθισης (Douglas A. Bowman 1999). Επίσης, όπως υποστηρίζουν οι (Steuer, Biocca, and Levy 1995) η ιδέα και η έννοια της 28

29 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή παρουσίας προκύπτει από την προσπάθεια ορισμού της εικονικής πραγματικότητας βάσει ορολογιών που αφορούν την εμπειρία του ανθρώπου και όχι βάσει του τεχνολογικού υλικού. Οι (Witmer and Singer 1998) ορίζουν την παρουσία ως την υποκειμενική εμπειρία του να βρίσκεσαι σε ένα χώρο ή ένα περιβάλλον, ακόμα και εάν είναι προσαρμοσμένο φυσικά μέσα σε ένα άλλο. Ο (Heeter 1992) υποστηρίζει ότι υφίστανται τρία είδη παρουσίας. Η περιβαλλοντολογική, που αναφέρεται στο βαθμό που ένα περιβάλλον αντιλαμβάνεται την παρουσία κάποιου και αντιδρά στις ενέργειες του, η κοινωνική, όπου κατά την παρουσία πολλών χρηστών στο ίδιο εικονικό περιβάλλον, το περιβάλλον εφοδιάζεται με επιπλέον πληροφορία στοιχεία, με αποτέλεσμα να είναι πιθανότερο κάθε χρήστης να βιώσει μεγαλύτερα επίπεδα παρουσία και τέλος, η τρίτη και πιο διαδεδομένη, κατηγορία είναι η ατομική παρουσία, όπου πρόκειται για μέτρηση του βαθμού αίσθησης κάποιου ότι βρίσκεται μέσα σε ένα εικονικό περιβάλλον. Ψευδαίσθηση (Illusion): Η ψευδαίσθηση, έχοντας άμεση σχέση με το ποσοστό εμβύθισης και την παρουσίας κάποιου σε ένα εικονικό περιβάλλον, αναφέρεται γενικά στην καταγραφή μιας αντίληψης ως πραγματικής, χωρίς όμως να υπάρχει αντίστοιχο εξωτερικό αίτιο που να τη δημιουργεί ή να την παράγει (αντίληψη χωρίς αντικείμενο). Η ψευδαίσθηση μπορεί να διαχωριστεί σε οπτική, ακουστική, απτική κτλ, ανάλογα με το είδος της πληροφορίας και τα αισθητήρια κανάλια στα οποία απευθύνεται. 1.5 Ιστορική αναδρομή εικονικής πραγματικότητας Σε ένα γενικό πλαίσιο, μπορεί να θεωρηθεί ότι η βασική λογική της εικονικής πραγματικότητας, η οποία εστιάζεται στην απεικόνιση πραγματικών ή φανταστικών καταστάσεων, πρωτοεμφανίζεται στην προϊστορική εποχή με τις απεικονίσεις σε πέτρα πραγματικών στοιχείων ή γεγονότων όπως ήταν για παράδειγμα το κυνήγι, οι θρησκευτικές τελετές, τα φυσικά φαινόμενα κτλ. Παρόμοια στοιχεία εντοπίζονται σε βάθος χρόνου σε αρκετά παραδείγματα, όπως η προσπάθεια απόδοσης προοπτικής άποψης στο χώρο των σκηνικών του αρχαίου ελληνικού θεάτρου, στο χώρο ζωγραφικής και την προβολή τρισδιάστατης προοπτικής σε δισδιάστατη επιφάνεια (Giotto di Bondone, 14ος αιώνας) και στην εμφάνιση για πρώτη φορά της λογικής της παρουσίας σε έναν 'τεχνητό χώρο', όπου ο Robert Barker (1778) ζωγράφισε μια άποψη 29

30 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή της πόλης του Εδιμβούργου 360 μοιρών τοποθετώντας τον καμβά σε κυκλική διάταξη. Όσον αφορά τη σύγχρονη δομή των συστημάτων εικονικών περιβαλλόντων, όπως τη γνωρίζουμε σήμερα, τα πρώτα στοιχεία εμφανίζονται το 1929, όπου ο Edward Link κατασκευάζει τον πρώτο μηχανικό εξομοιωτή πτήσης για την εκπαίδευση πιλότων σε εσωτερικούς χώρους, ενώ σημαντικό παράγοντα για την εξέλιξη του χώρου αποτέλεσε η κατασκευή του πρώτου ηλεκτρονικού υπολογιστή (ENIAC, 1946). Το 1956, ο Αμερικάνος κινηματογραφιστής Morton Heilig, εμπνευσμένος από το Cinerama (ευρεία οθόνη προβολής εικόνων) προτείνει "το σινεμά του μέλλοντος" το οποίο περικυκλώνει όλες τις αισθήσεις των θεατών, μεταφέροντας τους σε μια άλλη διάσταση. Ο ίδιος εξελίσσοντας την αρχική ιδέα, το 1960, κατασκευάζει το Sensorama, ένα μονο-χρηστικό σύστημα προσομοίωσης μοτοσυκλέτας το οποίο παρείχε στους χρήστες τεχνικά ερεθίσματα όπως τρισδιάστατη οπτική άποψη, ηχητική πληροφορία, δόνηση, αίσθηση του αέρα και οσμή. Το Sensorama αποτελεί την πρώτη εφαρμογή στη λογική της εμβύθισης και απομόνωσης του χρήστη από το εξωτερικό περιβάλλον. Οι μηχανικοί της εταιρίας Philco Comeau & Bryan αναπτύσσουν το 1961, το Headsight TV Surveillance System, ένα σύστημα απομακρυσμένης απεικόνισης το οποίο τοποθετείται στο κεφάλι (Head Mounted Display), έχοντας ενσωματωμένο σύστημα παρακολούθησης της κίνησης του κεφαλιού. Στη διδακτορική του διατριβή ο Ivan Sutherland (1963) εισάγει τα αλληλεπιδραστικά γραφικά μέσω υπολογιστή με την εφαρμογή του Sketchpad. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή χρησιμοποιείται ένα ελαφρύ στυλό για την επιλογή αντικειμένων, παράλληλα με τη χρήση του πληκτρολογίου. Ο ίδιος, δυο χρόνια αργότερα παρουσιάζει το 'Ultimate display' το οποίο πρόκειται για ένα αλληλεπιδραστικό εικονικό περιβάλλον, που δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να διαχειριστεί τα στοιχεία ενός δωματίου, παρέχοντας του ταυτόχρονα πληροφορία ανατροφοδότησης. Βασισμένος στο Ultimate display, ο Fred Brooks το 1967 ξεκινάει το GROPE, ένα σύστημα που είχε στόχο να βοηθήσει τους βιοχημικούς να αισθανθούν την αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων πρωτεΐνης (Frederick P. Brooks et al. 1990). Ο Ivan Sutherland, έχοντας ιδρύσει με τον David Evands την εταιρία Evans and Sutherland Computer Corp, παρουσιάζει την ίδια χρονιά το Sword of Damocles (Σπαθί του Δαμοκλή), ένα σύστημα απεικόνισης τοποθετούμενη στο κεφάλι, το οποίο θεωρείται το πρώτο σύστημα επαυξημένης πραγματικότητας. Μέσω του Sword of Damocles, ο χρήστης μπορούσε να δει 30

31 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή σε πραγματικό χρόνο, αντικείμενα σε πλεγματική (wireframe) μορφή να προβάλλονται πάνω στον πραγματικό κόσμο. Το 1972, η εταιρία ATARI, προσφέρει στο ευρύ κοινό αλληλεπιδραστικά γραφικά πραγματικού χρόνου, με το παιχνίδι Pong. Η ίδια εταιρία στη συνέχεια (1981) θα δημιουργήσει ερευνητικό εργαστήριο συγκεντρώνοντας πολλούς μελλοντικούς πρωτοπόρους της εικονικής πραγματικότητας, όπως είναι οι Alan Kay, Fisher, Bricken, Foster, Laurel, Walser, Robinett και Zimmerman. Η εταιρία των Sutherland και Evands το 1973, παραδίδει το Novoview, το πρώτο ψηφιακό υπολογιστικό σύστημα παραγωγής εικόνων (γραφικά υπολογιστή), για προσομοίωση πτήσεων. Το 1976 ολοκληρώνεται από τον Myron Krueger το πρωτότυπο Videoplace. Το Videoplace χρησιμοποιεί κάμερες και άλλες συσκευές εισόδου για τη δημιουργία ενός εικονικού κόσμου ο οποίος ελέγχεται μέσω αδέσμευτων ελεγκτών από τους χρήστες (Krueger, Gionfriddo, and Hinrichsen 1985). Το εργαστήριο Electronic Visualization το 1977 αναπτύσσει το Sayre Glove (βασισμένο στην ιδέα του φοιτητή Rich Sayre), το οποίο αποτελεί το πρώτο γάντι αλληλεπίδρασης, μέσω του οποίου υπήρχε δυνατότητα παρακολούθησης των κινήσεων του χεριού του χρήστη. Στα μέσα τις δεκαετίας του '80, συγκεκριμένα το 1984, ο Michael McGreevy δημιούργησε το πρώτο εικονικό περιβάλλον τερματικών σταθμών της NASA (γνωστό και ως προσωπικός προσομοιωτής και σύστημα εικονικής πραγματικότητας), για χρήση στην έρευνα της αλληλεπίδρασης ανθρώπου υπολογιστή. Επίσης, με τη συμβολή των Jim Humphries, Saim Eriskin και Joe DeardonSuper Cockpit ο Michael McGreevy σχεδιάζει και αναπτύσσει το εικονικό σύστημα οπτικής παρακολούθησης Virtual Visual Environment Display system (VIVED, pronounced "vivid") το οποίο αποτελεί το πρώτο χαμηλού κόστους σύστημα, με ευρύ οπτικό πεδίο, στερεοφωνικό και ανιχνευτή θέσης, εκμεταλλευόμενος την τεχνολογία οθονών υγρών κρυστάλλων (LCD). Αργότερα, στην αεροπορική βάση Wright Patterson υπό τις οδηγίες του Tom Furness, το 1986, αναπτύσσεται το Super Cockpit, το οποίο παρείχε οπτικά, ακουστικά και απτικά ερεθίσματα και ελεγχόταν αλληλεπιδραστικά από τον εκπαιδευόμενο πιλότο μέσω κινήσεων του κεφαλιού, των οφθαλμών, των χεριών αλλά και μέσω ομιλίας. Την ίδια χρονιά, ο Jaron Lanier ιδρύει την εταιρεία VPL Research, η οποία λίγο αργότερα κατασκευάζει το διάσημο Data Glove (1985) και το Eyephone HMD (1988) τα οποία αποτελούν τις πρώτες εμπορικές συσκευές εικονικής 31

32 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή πραγματικότητας. Το 1989 ο Jim Humphries σχεδιάζει το BOOM, το οποίο αποτελούνταν από ένα μικρό κουτί, που περιέχει δύο οθόνες CRT, συνδεδεμένο με ένα βραχίονα. Ο χρήστης μέσα από το κουτί έβλεπε τον εικονικό κόσμο, ενώ ταυτόχρονα μπορούσε να κινηθεί στο εικονικό περιβάλλον μετακινώντας το κουτί, του οποίου η φυσική θέση υπολογιζόταν μέσω του βραχίονα. Στα τέλη του '80, στο πανεπιστήμιο της Βόρειας Καρολίνας, αναπτύσσεται μια εφαρμογή εικονικού περιβάλλοντος αρχιτεκτονικού χαρακτήρα, στο οποίο οι χρήστες μπορούν να προηγηθούν (walk - through), ενώ παράλληλα αναπτύχθηκαν διάφορες συσκευές έτσι ώστε να μπορέσει να βελτιωθεί η ποιότητα της εφαρμογής αυτής. Στις αρχές του '90, σχεδιάστηκε από την NASA, το Virtual Wind Tunnel, μια εφαρμογή η οποία επέτρεπε την παρακολούθηση και την έρευνα διανυσματικών πεδίων (flow-fields) με τη βοήθεια συστημάτων, όπως το BOOM και DataGlove. Το 1992, υλοποιείται η ιδέα ενός δωματίου με γραφική απεικόνιση στους τοίχους του από το εργαστήριο Electronic Visualization του Πανεπιστημίου του Ιλινόις. Το σύστημα αυτό ονομάστηκε CAVE (CAVE Automatic Virtual Environment) (Cruz-Neira, Sandin, and DeFanti 1993) και βασικό του πλεονέκτημα ήταν η μεγάλη γωνία οπτικού πεδίου στους χρήστες. Επίσης, οι χρήστες περπατούσαν ελεύθερα μέσα στο χώρο αυτό, ενώ ταυτόχρονα συστήματα ανίχνευσης παρακολουθούσαν την τοποθεσία και τον προσανατολισμό τους, ρυθμίζοντας κατάλληλα την οπτική άποψη. Το 1993 παρουσιάζεται η έννοια της επαυξημένης πραγματικότητας (Augmented Reality - AR), μια τεχνολογία που παρουσιάζει εικονικά στοιχεία, στο φυσικό κόσμο εμπλουτίζοντας τον (Bryson 1993). Αυτό επιτυγχάνεται με τη χρήση ημιδιαφανών οθονών που προσαρμόζονται στο κεφάλι του χρήστη. Η τεχνολογία αυτή είχε χρησιμοποιηθεί και νωρίτερα στον εξοπλισμό των πιλότων. Στον τομέα της έρευνας, το 1993, πραγματοποιούνται τα δυο πρώτα ακαδημαϊκά συνέδρια ειδικά για την κοινότητα της εικονικής πραγματικότητας, στο Σιάτλ (VRAIS '93) και στο Σαν Χοσέ (Research frontiers in Virtual Reality IEEE Workshop). Το ίδιο έτος ο φοιτητής Thomas Massie και ο καθηγητής Kenneth Salisbury κατασκευάζουν το PHANTOM, μια απτική συσκευή αλληλεπίδρασης χαμηλού κόστους, ενώ το 1996 η Ascension Technologies Corporation παρουσιάζει το Motion Star, ένα σύστημα ασύρματης, μαγνητικής παρακολούθησης. Στα τέλη της δεκαετίας (1999) ύστερα από τη συνεργασία του Πανεπιστημίου της Ουάσινγκτον, του Human Interfaces Laboratory και του ATR Media Intergration & Communication παρουσιάζεται το ARToolkit. Ένα δωρεάν λογισμικό, ανοιχτού κώδικα κυρίως 32

33 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή για τη σχεδίαση εφαρμογών επαυξημένης πραγματικότητας. Επιπλέον το ARToolkit παρέχει μια μέθοδο παρακολούθησης τοποθεσίας μέσω βίντεο, η οποία απαιτεί τη χρήση μόνο ενός υπολογιστή και μιας κάμερας. Η παραπάνω ιστορική ανασκόπηση, πραγματοποιήθηκε κυρίως βάσει των αναλύσεων των: (Kooper 1994), (Strickland), (Hillis 1999), (Mazuryk and Gervautz 1996), (William R. Sherman and - Alan B. Craig 2003), (Heap 1995), 1.6 Κατηγορίες εικονικών περιβαλλόντων Στη βιβλιογραφία συναντώνται διάφορες κατηγοριοποιήσεις των εικονικών περιβαλλόντων, οι οποίες διαφοροποιούνται εξαιτίας των διαφορετικών κριτηρίων τα οποία εξετάζονται κάθε φορά. Τα κριτήρια αυτά μπορεί να αφορούν στοιχεία όπως ο αριθμός των χρηστών που μπορούν να λάβουν ταυτόχρονα μέρος σε ένα εικονικό περιβάλλον (μονο-χρηστικό / πολύ-χρηστικό εικονικό περιβάλλον), η αυτονομία και η δυναμικότητα ενός περιβάλλοντος και των στοιχείων του, η ύπαρξη ή όχι διαδικασιών αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον κτλ. Οι πιο κοινές κατηγοριοποιήσεις πραγματοποιούνται βάσει του είδους και του περιεχομένου της εφαρμογής του εικονικού περιβάλλοντος, καθώς και βάσει του υλικού (συσκευές εισόδου και εξόδου) που χρησιμοποιούνται κατά την εκτέλεση των εφαρμογών Κατηγοριοποίηση εικονικών περιβαλλόντων βάσει υλικού Ένα βασικό κριτήριο βάσει του οποίου γίνεται κατηγοριοποίηση των εικονικών περιβαλλόντων είναι το εξειδικευμένο υλικό διεπαφής, δηλαδή οι συσκευές εισόδου - εξόδου του συστήματος. Μέσω των διαφορετικών αυτών συσκευών παρέχονται και διαφορετικά συστήματα διεπαφής και διαδικασίες αλληλεπίδρασης με το εικονικό περιβάλλον. Σύμφωνα με το παραπάνω κριτήριο διακρίνονται τέσσερις βασικές κατηγορίες συστημάτων εικονικών περιβαλλόντων: τα περιβάλλοντα εμβύθισης (immersive environments), τα περιβάλλοντα οθόνης ή επιτραπέζια περιβάλλοντα (desktop environments), περιβάλλοντα προβολής ή προβολικά (projected environments) και τα ενισχυμένα περιβάλλοντα (augmented environments) (Bolzoni 1994). 33

34 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Στα περιβάλλοντα εμβύθισης οι χρήστες εφοδιάζονται με οθόνες οι οποίες προσαρμόζονται στο κεφάλι (head-mounted display) μέσω των οποίων πραγματοποιείται η αναπαράσταση του εικονικού περιβάλλοντος. Οι συσκευές αυτές αποτελούνται από δύο μικροσκοπικές οθόνες τοποθετημένες σε μικρή απόσταση από τα μάτια του χρήστη και οι οποίες προβάλουν γραφικές απεικονίσεις του περιβάλλοντος σε πραγματικό χρόνο. Επίσης, είναι σύνηθες οι συσκευές αυτές να περιλαμβάνουν ενσωματωμένα συστήματα παρακολούθησης των κινήσεων (head tracker) μέσω των οποίων υπολογίζεται η θέση και ο προσανατολισμός του οπτικού πεδίου του χρήστη ρυθμίζοντας έτσι την αναπαράσταση της σκηνής στην αντίστοιχη άποψη. Το χαρακτηριστικό των συστημάτων αυτών, το οποίο αποτελεί και το βασικό τους πλεονέκτημα, είναι ότι ο χρήστης απομονώνεται και δεν δέχεται δεδομένα (κυρίως οπτικές πληροφορίες) από το φυσικό κόσμο, επιτυγχάνοντας με αυτόν τον τρόπο μεγάλα ποσοστά εμβύθισης. Ταυτόχρονα με τις οθόνες αναπαράστασης που προσαρμόζονται στο κεφάλι του χρήστη, μπορεί να γίνει χρήση ειδικών συσκευών εισόδου εξόδου για την πραγματοποίηση των διαδικασιών αλληλεπίδρασης του χρήστη με το εικονικό περιβάλλον, όπως είναι για παράδειγμα τα γάντια αλληλεπίδρασης ή τα απτικά συστήματα. Παρ' όλα αυτά η κατηγορία περιβαλλόντων εμβύθισης απαιτεί τη χρήση εξειδικευμένων και δαπανηρών τεχνολογιών, γεγονός που αποτελεί τροχοπέδη για τη διευρυμένη χρήση τους, ενώ ταυτόχρονα απαιτείται και κάποιο διάστημα εξοικείωσης προσαρμογής των χρηστών με τα συστήματα αυτά. Στα περιβάλλοντα προβολής, το εικονικό περιβάλλον απεικονίζεται σε φυσικό χώρο, όπως είναι για παράδειγμα ένα δωμάτιο ή μια επιφάνεια εργασίας. Μέσω των συστημάτων αυτών παρέχονται μικρότερα ποσοστά εμβύθισης συγκριτικά με τα περιβάλλοντα εμβύθισης. Στα περιβάλλοντα προβολής χρησιμοποιούνται μεγάλες επιφάνειες για την προβολή του εικονικού κόσμου, ενώ επιπλέον παρέχουν τη δυνατότητα ταυτόχρονης παρουσίας περισσότερων του ενός χρηστών. Στην κατηγορία αυτή παρατηρούνται και διάφορες παραλλαγές όπως είναι η προβολή του εικονικού περιβάλλοντος σε περισσότερες από μια επιφάνειες ή οι κατάλληλα διαμορφωμένοι χώροι προβολής, όπου οι χρήστες εισάγονται σε ένα χώρο στον οποίο το εικονικό περιβάλλον προβάλλεται σε όλες του τις επιφάνειες. Τέλος και σε αυτή την κατηγορία τα υλικά και οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται είναι εξειδικευμένα και ακριβά συστήματα. 34

35 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Στην κατηγορία των επιτραπέζιων εικονικών περιβαλλόντων ή περιβαλλόντων οθόνης, περιλαμβάνονται συστήματα εικονικής πραγματικότητας τα οποία χρησιμοποιούν οθόνες συμβατών υπολογιστικών συστημάτων για την αναπαράσταση του εικονικού κόσμου. Τα συστήματα αυτά δεν έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν την εμπειρία μιας πλήρους εμβύθισης (στα ποσοστά των προηγούμενων κατηγοριών) αφού στο οπτικό πεδίο του χρήση ταυτόχρονα με την οθόνη στην οποία προβάλλεται το εικονικό περιβάλλον, περιλαμβάνεται μεγάλο ποσοστό του φυσικού κόσμου. Επομένως, με δεδομένο το γεγονός ότι δεν υπάρχει η δυνατότητα απομόνωσης του χρήστη από τα στοιχεία του φυσικού περιβάλλοντος, τα περιβάλλοντα οθόνης βασίζονται στην ψυχολογική εμβύθιση καταφέρνοντας σε πολλές περιπτώσεις να επιστήσουν όλη την προσοχή του χρήστη στο περιβάλλον. Επίσης, σε αντίθεση με τις δύο προηγούμενες κατηγορίες που συνήθως γίνεται χρήση συστημάτων παρακολούθησης των κινήσεων, στα επιτραπέζια εικονικά περιβάλλοντα η πληροφορία της θέσης και του προσανατολισμού του χρήστη γίνεται μέσω της χρήσης κλασικών συσκευών εισόδου των επιτραπέζιων υπολογιστικών συστημάτων, όπως είναι το πληκτρολόγιο, το ποντίκι, τα χειριστήρια κτλ. Τα συστήματα επιτραπέζιων εικονικών περιβαλλόντων αποτελούν την πλέον προσιτή και κατ' επέκταση δημοφιλή κατηγορία εικονικών περιβαλλόντων, εξαιτίας κυρίως των διαδεδομένων και εύχρηστων συστημάτων που χρησιμοποιούν, καθώς και λόγω των χαμηλών οικονομικών απαιτήσεων. Τα ενισχυμένα εικονικά περιβάλλοντα (augmented virtual environmets), γνωστά και ως περιβάλλοντα επαυξημένης εικονικής πραγματικότητας, πρόκειται για μια κατηγορία εικονικών περιβαλλόντων στα οποία γίνεται συνδυασμός της πραγματικής σκηνής που βιώνει ο χρήστης με εικονικά στοιχεία ή σκηνές. Στα ενισχυμένα εικονικά περιβάλλοντα γίνεται χρήση συσκευών απεικόνισης των εικονικών στοιχείων, μέσω των οποίων ο χρήστης έχει τη δυνατότητα ταυτόχρονα να βλέπει και το φυσικό περιβάλλον (see through). Σκοπός αυτών των εικονικών περιβαλλόντων είναι η παροχή επιπρόσθετης πληροφορίας στους χρήστες για κάποιο φυσικό περιβάλλον μέσω εικονικών στοιχείων. Τα ποσοστά εμβύθισης στο εικονικό περιβάλλον δεν είναι υψηλά, κάτι το οποίο είναι απόλυτα φυσιολογικό εξαιτίας της λογικής των περιβαλλόντων αυτών, καθώς οι χρήστες δέχονται μεγάλα ποσοστά πληροφορίας (οπτικοακουστικής) από το φυσικό περιβάλλον. 35

36 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Ανεξάρτητα από τις τέσσερις παραπάνω βασικές κατηγορίες, αναγνωρίζονται κάποιες υποκατηγορίες, συνδυασμοί ή παραλλαγές αυτών οι οποίες είτε αφορούν πολύ εξειδικευμένες εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας, είτε δεν είναι σε τόσο μεγάλο βαθμό διαδεδομένες τη δεδομένη χρονική στιγμή. Παραδείγματα τέτοιων υποκατηγοριών είναι: Εικονικά περιβάλλοντα προσομοίωσης: Στην κατηγορία αυτή γίνεται χρήση εξειδικευμένων συστημάτων (πλατφόρμες) έτσι ώστε οι συνθήκες παρουσίας και οι διαδικασίες αλληλεπίδρασης του χρήστη με το εικονικό περιβάλλον να αποτελούν αντιγραφή πραγματικών καταστάσεων. Τα συστήματα και οι συσκευές που χρησιμοποιούνται σε αυτή την κατηγορία εξαρτώνται από το είδος της εφαρμογής και από το φυσικό περιβάλλον το οποίο προσομοιώνεται. Αντιπροσωπευτικότερο παράδειγμα της κατηγορίας αυτής είναι οι προσομοιωτές πτήσης, όπου γίνεται αντιγραφή των πραγματικών συνθηκών χρήσης ενός αεροσκάφους. Εικονικά περιβάλλοντα τηλεπαρουσίας (telepresence virtual environmets): πρόκειται για εικονικά περιβάλλοντα όπου μέσω κατάλληλων συστημάτων μεταφοράς πληροφορίας ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να λαμβάνει ερεθίσματα από μια πραγματική απομακρυσμένη από αυτόν τοποθεσία και να αλληλεπιδρά με τα στοιχεία της απομακρυσμένης θέσης αυτής Κατηγοριοποίηση εικονικών περιβαλλόντων βάσει περιεχομένου (δυνατότητες αλληλεπίδρασης) Η κατηγοριοποίηση των εικονικών περιβαλλόντων βάσει περιεχομένου πραγματοποιείται με βασικό κριτήριο τις διαδικασίες αλληλεπίδρασης που μπορούν να πραγματοποιήσουν οι χρήστες μέσα στο περιβάλλον. Λαμβάνοντας υπόψη όμως την πολυδιάστατη φύση του χώρου και την πληθώρα διεργασιών που μπορούν να πραγματοποιηθούν σε ένα εικονικό περιβάλλον, γίνεται εύκολα αντιληπτή η παρουσία πολλών επιμέρους κριτηρίων βάσει των οποίων μπορεί να πραγματοποιηθεί κατηγοριοποίηση των εικονικών περιβαλλόντων, όπως είναι για παράδειγμα οι διαδικασίες και οι τεχνικές αλληλεπίδρασης, η διαδικασίες πλοήγησης (fly-through, walkthrough), η μορφή της πληροφορίας μέσω της οποίας πραγματοποιείται η αλληλεπίδραση (πχ ακουστικά εικονικά περιβάλλοντα - Aural VE's), οι 36

37 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή διαδικασίες ανατροφοδότησης πληροφορίας από το σύστημα κτλ. Εξετάζοντας όμως το σύνολο των δυνατοτήτων αλληλεπίδρασης που παρέχονται στους χρήστες από το σύστημα, αναγνωρίζονται τρία βασικά είδη εικονικών περιβαλλόντων: τα παθητικά, τα εξερευνητικά και τα διαδραστικά (Μπουρδάκης). Στα παθητικά εικονικά περιβάλλοντα, οι χρήστες λαμβάνουν μέρος στο εικονικό περιβάλλον ως απλοί - εξωτερικοί παρατηρητές χωρίς να έχουν τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης με τον εικονικό κόσμο και τα στοιχεία αυτού. Επιπρόσθετα, η πορεία που διαγράφουν μέσα στο εικονικό περιβάλλον κατά την πλοήγηση τους είναι προκαθορισμένη και δεν μπορούν να επέμβουν και να τη διαφοροποιήσουν. Συνήθως, τα παθητικά εικονικά περιβάλλοντα αφορούν αρχιτεκτονικές εφαρμογές ή εφαρμογές περιήγησης - ξενάγησης, όπου σκοπός τους είναι η παροχή συγκεκριμένων πληροφοριών για κάποιο φυσικό περιβάλλον το οποίο αναπαριστάται εικονικά στους χρήστες. Τα εξερευνητικά εικονικά περιβάλλοντα αποτελούν την πλειοψηφία των περιβαλλόντων που υπάρχουν σήμερα. Αντίθετα με τα παθητικά εικονικά περιβάλλοντα, σε αυτή την κατηγορία η πορεία που διαγράφουν οι χρήστες μέσα στο εικονικό περιβάλλον ελέγχεται από τους ίδιους και δεν είναι προκαθορισμένη. Παρ 'όλα αυτά και σε αυτή την περίπτωση οι χρήστες δεν έχουν δυνατότητα πραγματοποίησης άλλον διεργασιών, όπως για παράδειγμα η αλληλεπίδραση με τα επιμέρους στοιχεία αντικείμενα του εικονικού κόσμου. Τέλος, στα διαδραστικά εικονικά περιβάλλοντα, όπως συμβαίνει και στα ερευνητικά εικονικά περιβάλλοντα η πορεία πλοήγησης ελέγχεται από τους ίδιους τους χρήστες, ενώ ταυτόχρονα τους παρέχεται η δυνατότητα να διαχειριστούν στοιχεία του εικονικού κόσμου, καθώς και να επέμβουν ακόμα σε βασικά χαρακτηριστικά ιδιότητες του περιβάλλοντος. Για παράδειγμα διεργασίες που μπορούν να πραγματοποιήσουν οι χρήστες σε μια εφαρμογή διαδραστικού εικονικού περιβάλλοντος, είναι η μετακίνηση, αφαίρεση ή αλλαγή των ιδιοτήτων ενός εικονικού αντικειμένου, η αλλαγή των καιρικών συνθηκών που επικρατούν στο περιβάλλον, η άντληση επιλεγμένων πληροφοριών κτλ. 37

38 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή 1.7 Κατηγορίες εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων Τα εικονικά περιβάλλοντα μέχρι σήμερα έχουν χρησιμοποιηθεί ήδη σε πολλά και διαφορετικά πεδία εφαρμογών με επιτυχία και συνεχώς η επιστημονική κοινότητα μελετά την εφαρμογή τους σε νέους τομείς. Τα χαρακτηριστικά των εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων που έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον για την ανάπτυξη τους σε αρκετούς διαφορετικούς τομείς είναι η δυνατότητα αναπαράστασης τόσο πραγματικών περιβαλλόντων και καταστάσεων όσο και φανταστικών, καθώς και η δυνατότητα αλληλεπίδραση με περιβάλλοντα που στο φυσικό κόσμο υπάρχουν απαγορευτικοί παράγοντες να πραγματοποιηθούν, όπως είναι το κόστος, η επικινδυνότητα, η πρόσβαση κτλ. Ταυτόχρονα, ιδιαίτερα σημαντικός παράγοντας για την εξέλιξη και διάδοση των εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων είναι η αίσθηση και η εμπειρία που παρέχεται στους χρήστες κατά την παρουσία τους μέσα σε ένα εικονικό περιβάλλον. Ο παρακάτω διαχωρισμός των εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων είναι ενδεικτικός, δεδομένο του ότι κάποια εφαρμογή μπορεί να ανήκει σε πάνω από μία κατηγορίες. Μερικοί από τους πιο σημαντικούς χώρους εφαρμογής των εικονικών περιβαλλόντων σύμφωνα με τους (Καλαμπαλίκης and Κάτσικας 1992), (Anon 1993) είναι οι παρακάτω: Εκπαίδευση: Η εικονική πραγματικότητα μπορεί να χαρακτηριστεί ως ένα πολύ ισχυρό εργαλείο για τον τομέα της εκπαίδευσης. Μέσω των εφαρμογών εκπαιδευτικού χαρακτήρα παρέχεται στους χρήστες η δυνατότητα εξερεύνησης και εκμάθησης θεματικών περιοχών οι οποίες δεν είναι προσβάσιμες στον πραγματικό κόσμο. Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων εφαρμογών είναι η εικονική τάξη εικονικά μαθήματα όπου ένας ή παραπάνω χρήστες μπορούν να συμμετέχουν σε μια διαδικασία διδασκαλίας αλληλεπιδρώντας με ένα εικονικό περιβάλλον (ή μέσω τηλεπαρουσίας με ένα φυσικό χώρο), η πραγματοποίηση εικονικών πειραμάτων που είναι δύσκολο, επικίνδυνο ή υψηλού κόστους έτσι ώστε να εκτελεστούν στην πραγματικότητα, οι προσομοιωτές πραγματικών συνθηκών και περιβαλλόντων (περιβάλλοντα εξάσκησης). Επίσης σημαντικό χαρακτηριστικό για τη διαδικασία εκμάθησης μέσω εικονικών περιβαλλόντων αποτελεί το γεγονός ότι η εκπαίδευση πραγματοποιείται μέσω μιας ευχάριστης και 38

39 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή πρωτότυπης για τους χρήστες διαδικασίας, ενώ οι δυνατότητες και τα μέσα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια εφαρμογή κάνουν την 'εικονική' εκπαίδευση αποδοτικότερη σε συνάρτηση με τις πραγματικές διαδικασίες. Ψυχαγωγία: Εάν και η χρησιμοποίηση των εικονικών περιβαλλόντων στον τομέα της ψυχαγωγίας διασκέδασης επικεντρώνεται κατά κύριο λόγο στα βιντεοπαιχνίδια και τα παιχνίδια ηλεκτρονικών υπολογιστών, η πλειοψηφία των εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων, ανεξάρτητα περιεχομένου, μπορεί να θεωρηθεί ότι παρέχει μια ψυχαγωγική και ενδιαφέρουσα εμπειρία προς τους χρήστες. Στον τομέα των εφαρμογών παιχνιδιών ηλεκτρονικού υπολογιστή παρατηρείται μεγάλη ανάπτυξη και εξέλιξη όσον αφορά τα γραφικά και την ρεαλιστικότητα, τις μεθόδους αλληλεπίδρασης με το περιβάλλον και της αίσθησης της παρουσίας του χρήστη. Το γεγονός αυτό, είναι αποτέλεσμα της αυξημένης ζήτησης και του ενδιαφέροντος το οποίο έχουν επιδείξει οι χρήστες για τη συγκεκριμένη κατηγορία εφαρμογών, καθώς και των δυνατοτήτων που παρέχουν σε υπολογιστική ισχύ τα ολοένα εξελισσόμενα υπολογιστικά συστήματα. Επιπρόσθετα, στην κατηγορία αυτή μπορούν να ενταχθούν εφαρμογές που αφορούν τις τέχνες, όπως είναι για παράδειγμα μια εφαρμογή εικονικού θεάτρου, καθώς και εφαρμογές άθλησης όπου πραγματοποιείται ρεαλιστική προσομοίωση υπαίθριων φυσικών περιβαλλόντων. Ιατρική: Οι εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων χρησιμοποιούνται με επιτυχία στο χώρο της ιατρικής, κυρίως σε τομείς που αφορούν την εκπαίδευση, τη διάγνωση και τη θεραπεία. Πιο συγκεκριμένα, οι εφαρμογές εκπαιδευτικού χαρακτήρα αφορούν κυρίως την προσομοίωση χειρουργικών επεμβάσεων, στις οποίες πολύ σημαντικός παράγοντας είναι η χρήση εξειδικευμένων απτικών συστημάτων αλληλεπίδρασης μέσω των οποίων παρέχεται μια ιδιαίτερα ρεαλιστική προσέγγιση των πραγματικών συνθηκών στους χρήστες, καθώς και τη χρήση τρισδιάστατων μοντέλων του ανθρώπινου σώματος για την ανάλυση της ανατομίας. Επίσης, η τρισδιάστατη μοντελοποίηση της πληροφορίας που συλλέγεται από τομογραφίες ή ακτινογραφίες έχει αποδειχθεί πολύ χρήσιμο εργαλείο για τον τομέα της διάγνωσης ασθενειών. Τέλος, όσον αφορά τη θεραπεία, μέσω εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων οι ασθενείς βοηθούνται να ξεπεράσουν το πρόβλημα τους μέσω της έκθεσης τους σε καταστάσεις αυξανόμενης 39

40 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή δυσκολίας, αντιμετωπίζοντας μέσω αυτής της διαδικασίας κυρίως ψυχολογικές παθήσεις, όπως είναι για παράδειγμα η ακροφοβία. Οπτική μοντελοποίηση ή οπτικοποίηση πληροφοριών: Πρόκειται για εφαρμογές οι οποίες βασίζονται στο κύριο χαρακτηριστικό των εικονικών περιβαλλόντων που είναι η αλληλεπίδραση με τρισδιάστατα μοντέλα γραφικών και οι οποίες προσφέρουν έναν εναλλακτικό τρόπο για την αναζήτηση εξερεύνηση και ερμηνεία πληροφοριών. Λαμβάνοντας ταυτόχρονα υπόψη την ικανότητα του ανθρώπου να αναγνωρίζει, να επεξεργάζεται και να αξιολογεί ευκολότερα μορφές, σχήματα και μοτίβα από μεγάλου όγκου κείμενο ή αριθμούς, οι εφαρμογές αυτές αποτελούν ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για τη διαχείριση και την καλύτερη κατανόηση πληροφοριών και δεδομένων. Παραδείγματα εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων της κατηγορίας αυτής αποτελούν, η οπτικοποίηση συστημάτων πληροφοριών (απεικόνιση των στοιχείων βάσης δεδομένων), η οπτικοποίηση οικονομικών δεδομένων και η οπτικοποίηση δομής δικτύων. Μάρκετινγκ: Οι χώροι του μάρκετινγκ και της διαφήμισης χρησιμοποιούν τις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων μέσω των οποίων αναπαριστώνται φυσικές περιοχές - τοποθεσίες ή οπτικοποιούνται διαδραστικοί κατάλογοι προϊόντων όπου οι χρήστες έχουν τη δυνατότητα να δουν ή και να δοκιμάσουν προϊόντα. Σε αυτή την κατηγορία εντάσσονται εφαρμογές εικονικών ταξιδιών, όπου οι χρήστες μπορούν να βρεθούν εικονικά σε έναν πιθανό προορισμό διακοπών, καθώς και εφαρμογές καταστημάτων ηλεκτρονικού εμπορίου. Τηλεχειρισμός: Μέσω ρεαλιστικών συστημάτων διεπαφής τα οποία παρέχονται από εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων, μπορούν να πραγματοποιηθούν διάφορες επικίνδυνες ή απομακρυσμένες διεργασίες στο φυσικό κόσμο έμμεσα μέσω τηλερομποτικών (telerobot) συστημάτων. Τέτοιου είδους διεργασίες μπορεί να είναι για παράδειγμα η μεταφορά επικινδύνων υλικών, η επισκευή πυρηνικού αντιδραστήρα, η προσέγγιση πυρκαγιάς, η κατασκευή μικροκυκλωμάτων κτλ. Εφαρμογές για άτομα με ειδικές ανάγκες: Μέσω εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων, παρέχεται η δυνατότητα ενίσχυσης των ικανοτήτων ανθρώπων οι οποίοι δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν μία ή περισσότερες από τις αισθήσεις τους. Η λογική που ακολουθείται σε 40

41 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή αυτού του είδους τις εφαρμογές είναι η 'μετάφραση' της εισερχόμενης και εξερχόμενης πληροφορίας σε μορφή αισθήσεις που μπορούν να γίνουν αντιληπτές. Επιπρόσθετα, εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων συνεισφέρουν στην εκμάθηση νέων δεξιοτήτων και στη δοκιμή νέων εμπειριών από άτομα με ειδικές ανάγκες. Σχεδιασμός και ανάπτυξη: Σε αυτή την κατηγορία ανήκουν εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων στις οποίες πραγματοποιείται οπτικοποίηση ενός έργου (προϊόντος ή συστήματος) κατά τη διαδικασία σχεδίασης μελέτης του, με σκοπό την εξέταση και την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών και λειτουργιών του. Για παράδειγμα, κατά τη διαδικασία σχεδίασης ενός προς παραγωγή βιομηχανικού προϊόντος, μέσω εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος μπορούν να εξεταστούν χαρακτηριστικά όπως η καταστευασιμότητα, η εργονομία, η δυνατότητα συντήρησης, η στατικότητα και αντοχή, η εμφάνιση, οι διαδικασίες χειρισμού μέσω σεναρίων χρήσης κτλ. Η διαδικασία ελέγχου μέσω εικονικού πρωτοτύπου, πραγματοποιείται πριν την παραγωγή ή ολοκλήρωση του αντικείμενου, με αποτέλεσμα να δίνεται στους σχεδιαστές η δυνατότητα διόρθωσης προβλημάτων που αναδύονται. Ένα επιπλέον παράδειγμα αξιοποίησης των εφαρμογών της κατηγορίας αυτής είναι η αρχιτεκτονική και διακόσμηση, όπου ο αρχιτέκτονας ή ο μελλοντικός χρήστης έχουν τη δυνατότητα να κινηθούν μέσα στο τρισδιάστατο μοντέλο ενός κτιρίου ή ενός διαμορφωμένου χώρου, πριν από την πραγματική κατασκευή του. Τηλεπαρουσία: Οι εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων τηλεπαρουσίας, επιτρέπουν σε ανθρώπους που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση μεταξύ τους, να επικοινωνούν ή να εργάζονται μαζί σε ένα εικονικό περιβάλλον. Ως εξέλιξη των εφαρμογών αυτών, μπορούν να χαρακτηριστούν οι εικονικές κοινότητες, όπου άνθρωποι οι οποίοι μοιράζονται κοινά ενδιαφέροντα και ιδέες μέσω διαδικτύου ή άλλων συνεργατικών δικτύων έχουν τη δυνατότητα να συγκεντρώνονται σε ένα πολύ-χρηστικό εικονικό περιβάλλον και να πραγματοποιούν διάφορες διεργασίες που αφορούν τα ενδιαφέροντα τους. Επιπλέον, παρατηρούνται και άλλοι τομείς που γίνεται χρήση εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων, οι οποίοι δεν αναφέρονται παραπάνω στις βασικές κατηγορίες, είτε επειδή δεν είναι σε τόσο μεγάλο βαθμό διαδεδομένες, είτε γιατί παρουσιάζουν ένα συνδυαστικό χαρακτήρα, 41

42 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή συνδυάζοντας χαρακτηριστικά των βασικών κατηγοριών. Μερικά παραδείγματα τέτοιων περιπτώσεων είναι: Εφαρμογές αρχαιολογίας, όπου πραγματοποιείται εικονική αναπαράσταση φυσικών περιβαλλόντων και καταστάσεων της αρχαιότητας. Οι εφαρμογές αυτές δίνουν τη δυνατότητα αναπαράστασης ολόκληρων μνημείων και πόλεων της ιστορίας, είτε μέσω κλασσικών εικονικών περιβαλλόντων, είτε μέσω εφαρμογών επαυξημένης πραγματικότητας, όπου μνημεία που έχουν καταστραφεί προβάλλονται στο φυσικό τους χώρο. Εκτός από τον εκπαιδευτικό τους χαρακτήρα, οι εφαρμογές αυτές έχουν αποτελέσει ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την έρευνα στον τομέα της αρχαιολογίας. Εφαρμογές αστρονομίας, στις οποίες αντίστοιχα με τις εφαρμογές της αρχαιολογίας πραγματοποιείται αναπαράσταση ενός χώρου με τον οποίο δεν μπορούμε ο άνθρωπος να έχει φυσική επαφή. Μέσω της γραφικής αναπαράστασης πλανητών και διαστημικών χώρων, οι χρήστες έχουν τη δυνατότητα εικονικής παρουσίας σε πλανητικά συστήματα ή στο περιβάλλον κάποιου πλανήτη. Με αυτόν τον τρόπο ενισχύεται σε μεγάλο βαθμό η διαδικασία της εκπαίδευσης, ενώ ταυτόχρονα είναι ιδιαίτερα σημαντική η συμβολή των εφαρμογών στον τομέα της έρευνας. Στρατιωτικές εφαρμογές και εφαρμογές αμυντικής ασφάλειας. Η βιομηχανία άμυνας έχει αποτελέσει έναν από τους μεγαλύτερους χρηματοδότες της έρευνας της εικονικής πραγματικότητας. Ο συγκεκριμένος χώρος, εκμεταλλεύεται την εικονική πραγματικότητα, είτε με εφαρμογές οι οποίες προσομοιώνουν ρεαλιστικές συνθήκες πολέμου, οι οποίες χρησιμοποιούνται στη διαδικασία εκπαίδευσης του ανθρώπινου δυναμικού, είτε με εφαρμογές στις οποίες πραγματοποιούνται εικονικές δοκιμές οπλικών συστημάτων. 1.8 Επιστημονικές περιοχές Η επιστήμη που ασχολείται με τα εικονικά περιβάλλοντα άπτεται πολλών επιστημονικών περιοχών. Από τις επιστημονικές αυτές περιοχές αντλεί επιστημονική γνώση, αλλά και τεχνολογίες τις οποίες χρησιμοποιεί. Οι πιο σημαντικές από αυτές της επιστημονικές περιοχές είναι οι εξής: 42

43 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Αλληλεπίδραση ανθρώπου υπολογιστή (Human Computer Interaction - HCI): Η αλληλεπίδραση ανθρώπου υπολογιστή είναι η γνωστική περιοχή της πληροφορικής που μελετάει το σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την αξιολόγηση διαδραστικών υπολογιστικών συστημάτων, δηλαδή συστημάτων που αλληλεπιδρούν με τους χρήστες (ACM 1992). Γίνεται άμεσα σαφές, μέσω του παραπάνω ορισμού, η σημαντικότητα του επιστημονικού χώρου της αλληλεπίδρασης ανθρώπου υπολογιστή στη διαδικασία σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων. Πιο συγκεκριμένα η αλληλεπίδραση ανθρώπου υπολογιστή, αναμφισβήτητα, έχει αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη του συνόλου των διαδικασιών αλληλεπίδρασης στα εικονικά περιβάλλοντα, προσφέροντας μεθόδους σχεδίασης, σχεδιαστικές οδηγίες κτλ τα οποία αποτελούν παράγωγα έρευνας για τις διαδικασίες αλληλεπίδρασης των χρηστών με υπολογιστικά συστήματα μέσω παραδοσιακών διεπαφών. Η αλληλεπίδραση ανθρώπου υπολογιστή είναι ένας επιστημονικός χώρος που εξελίσσεται ραγδαία τα τελευταία χρόνια και ως στόχο έχει να υποστηρίξει τη σχεδίαση υπολογιστικών συστημάτων εύχρηστων και προσαρμοσμένων στις ανάγκες και τα χαρακτηριστικά των χρηστών τους (Αβούρης, Νικόλαος 2000). Γραφικά υπολογιστή (Computer Graphics): Με τον όρο γραφικά υπολογιστή θα μπορούσε να περιγραφεί η χρήση ηλεκτρονικού υπολογιστή για τον καθορισμό, χειρισμό, αποθήκευση και απεικόνιση πληροφοριών. Η απεικονιζόμενη αυτή πληροφορία μπορεί να αποτελείται από δισδιάστατα ή τρισδιάστατα στοιχεία. Για την παραγωγή των απεικονίσεων αξιοποιούνται τεχνικές και μοντέλα που αναπαριστούν είτε τμήμα του φυσικού κόσμου, είτε ένα φανταστικό περιβάλλον. Για παράδειγμα μοντέλα που αναπαριστούν τον τρόπο αλληλεπίδρασης του φωτός με το περιβάλλον, την κίνηση, τη δημιουργία ειδικών εφέ (νερό, καπνός), κτλ. Μερικές ενδεικτικές εφαρμογές των γραφικών είναι η σχεδίαση υποστηριζόμενη από υπολογιστή (CAD), η δημιουργία συνθετικών ταινιών, η γραφική αλληλεπίδραση με το χρήστη, τα ηλεκτρονικά παιγνίδια κα. Στην εικονική πραγματικότητα τα γραφικά υπολογιστή προσφέρουν αλγόριθμους και τεχνικές για τη παραγωγή γραφικών σε πραγματικό χρόνο, καθώς και τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης του χρήστη με τα γραφικά αυτά. 43

44 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή Ηλεκτρονικά παιγνίδια (Computer Games): Τα ηλεκτρονικά παιχνίδια αναδύθηκαν σαν φυσική εξέλιξη των τεχνικών εξελίξεων των ηλεκτρονικών υπολογιστών. Σύμφωνα με την (Laurel 2001) το πρώτο παιχνίδι δημιουργήθηκε το 1962 από φοιτητές του MIT που προσπαθούσαν να σχεδιάσουν μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή για να εκμεταλλευτούν το λογισμικό παραγωγής γραφικών pattern που μόλις είχαν σχεδιάσει. Το παιχνίδι που προέκυψε ήταν το Spacewar (ο πρόγονος του πασίγνωστου Space Invaders). Τα ηλεκτρονικά παιχνίδια ήταν η φυσική εξέλιξη ενός μέσου που απαιτούσε τη συμμετοχή του χρήστη. Τα τελευταία χρόνια έχει δημιουργηθεί μια ολόκληρη επιστημονική κοινότητα που ασχολείται με τα ηλεκτρονικά παιχνίδια. Θα μπορούσαμε να διακρίνουμε δυο κύρια πεδία έρευνας. Πρώτον ένα θεωρητικό πεδίο που ασχολείται με τη διερεύνηση της έννοιας των ηλεκτρονικών παιχνιδιών (και προσπαθεί να απαντήσει σε ερωτήματα όπως το τι είναι ένα ηλεκτρονικό παιχνίδι, τη σχέση και τις διαφορές που έχει με την έννοια του παραδοσιακού παιχνιδιού, ποια είναι τα στοιχεία που κάνουν ένα παιχνίδι πιο ευχάριστο από ένα άλλο, ποια είναι τα είδη των ηλεκτρονικών παιχνιδιών κτλ) και ένα πρακτικό - τεχνικό πεδίο όπου προσπαθεί να δημιουργήσει, να βελτιώσει και να απορρίψει τεχνικές σχεδιασμού (η έρευνα γίνεται σε πολλά επίπεδα, όπως στο επίπεδο του συνολικού σχεδιασμού του παιχνιδιού, είτε στο επίπεδο ενός απλού τεχνικού ζητήματος όπως ο σχεδιασμός ενός αποδοτικού αλγορίθμου αναζήτησης μέσα στα πλαίσια ενός παιχνιδιού πραγματικού χρόνου). Τεχνητή νοημοσύνη (Artificial Intelligence): Τεχνητή νοημοσύνη είναι ο τομέας της επιστήμης των υπολογιστών που ασχολείται με τη σχεδίαση και υλοποίηση προγραμμάτων τα οποία είναι ικανά να μιμηθούν τις ανθρώπινες γνωστικές ικανότητες, εμφανίζοντας έτσι χαρακτηριστικά που αποδίδουμε συνήθως σε ανθρώπινη συμπεριφορά, όπως για παράδειγμα η επίλυση προβλημάτων, η αντίληψη πληροφορίας μέσω της όρασης, η μάθηση, η εξαγωγή συμπερασμάτων, η κατανόηση φυσικής γλώσσας, κτλ (Βλαχάβας et al. 2006). Στην επιστήμη των εικονικών περιβαλλόντων η τεχνητή νοημοσύνη χρησιμοποιείται στη δημιουργία των ευφυή εικονικών πρακτόρων, εικονικών πρακτόρων δηλαδή που δεν ακολουθούν προκαθορισμένες συμπεριφορές, αλλά έχουν τη δυνατότητα να παίρνουν αποφάσεις από μόνοι τους (Βοσινάκης, Σπύρος 2006). Συστήματα που περιέχουν ευφυείς 44

45 Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή εικονικούς πράκτορες ονομάζονται ευφυή εικονικά περιβάλλοντα. Ψυχολογία: Η ψυχολογία είναι η επιστήμη που μελετά τον νου, ή τη συμπεριφορά, ή απλούστατα, τους ανθρώπους. Στο σχεδιασμό των εικονικών περιβαλλόντων η επιστήμη της ψυχολογίας συμβάλει στη δημιουργία των κατάλληλων-επιθυμητών νοητικών καταστάσεων και ερεθισμάτων του εκάστοτε συστήματος τα οποία θα συμβάλουν ώστε ο χρήστης να βιώσει μία εικονική εμπειρία, καθώς και στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς των χρηστών σε συγκεκριμένα ερεθίσματα. Γνωστική ψυχολογία (Cognitive Psychology): Η γνωστική ψυχολογία ασχολείται με την μελέτη των εσωτερικών διαδικασιών μέσω των οποίων αποκτάται η γνώση. Ορισμένες από τις κύριες περιοχές της γνωστικής ψυχολογίας είναι η αντίληψη, η μνήμη, η αναπαράσταση και η γλώσσα. Η γνωστική ψυχολογία είναι χρήσιμη στην ανάπτυξη εικονικών περιβαλλόντων σε θέματα που σχετίζονται με την μνήμη των χρηστών, στην αντιληπτική τους ικανότητα, στη δυνατότητα αντίληψης και χρήσης των μεταφορών του περιβάλλοντος κλπ. Εργονομία: Η εργονομία είναι η επιστήμη που ασχολείται με το σχεδιασμό κάθε είδους εργαλείων, εξοπλισμού αλλά και συστημάτων εργασίας (Λάιος and Σιούταρη 2003). Η προσφορά της εργονομίας στη σχεδίαση των εικονικών περιβαλλόντων είναι η διαχείριση προβλημάτων που σχετίζεται με θέματα ανθρώπινης φυσιολογίας. Έτσι επιτυγχάνετε η ανάπτυξη συστημάτων τα οποία είναι πιο εύχρηστα, άρα και πιο αποδοτικά. 45

46 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) 2.1 Εισαγωγή 2 Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Στο σημείο αυτό πραγματοποιείται έρευνα και ανάλυση διάφορων προσεγγίσεων σχεδίασης, που προέρχονται από τους επιστημονικούς κλάδους της σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων, της αλληλεπίδρασης ανθρώπου - υπολογιστή και της σχεδίασης συστημάτων. Πρόκειται για τρεις επιστημονικούς χώρους οι οποίοι έχουν άμεση σχέση με τη διαδικασία σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων. Οι προσεγγίσεις που μελετούνται στο σημείο αυτό, κατηγοριοποιούνται σύμφωνα με τους (David E. Avison and Guy Fitzgerald 2005) σε τέσσερις περιόδους. Η αναγνώριση των τεσσάρων αυτών περιόδων δεν αφορούν χρονικό προσδιορισμό της ανάπτυξης της κάθε μεθοδολογίας, αλλά πρόκειται για κατηγοριοποίηση σε περιόδους με βάσει το περιεχόμενο, τη δομή και τη φιλοσοφία ανάπτυξης των μεθοδολογιών. Οι προσεγγίσεις που αναφέρονται και αναλύονται στη συνέχεια παρουσιάζονται ως ενδεικτικά παραδείγματα των τεσσάρων περιόδων και δεν αποτελούν το σύνολο των υφιστάμενων προσεγγίσεων. 46

47 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) 2.2 Μεθοδολογικοί περίοδοι και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων Οι προσεγγίσεις που αναλύονται στο σημείο αυτό, κατηγοριοποιούνται σε τέσσερις περιόδους μεθοδολογιών ανάπτυξης συστημάτων σύμφωνα με τους (David E. Avison and Guy Fitzgerald 2005). Ο διαχωρισμός των μεθοδολογιών γίνεται στις εξής κατηγορίες: προ-μεθοδολογική περίοδος (Premethodology Era), πρώιμη-μεθοδολογική περίοδος (Early Methodology Era), μεθοδολογική περίοδος (Methodology Era) και μετά-μεθοδολογική περίοδος (Post-methodology Era). Ο σκοπός αυτής της κατηγοριοποίησης δεν είναι να μελετηθεί η χρονική ανάπτυξη των μεθοδολογιών, αλλά να περιγράψει τις σημαντικότερες τάσεις στην ανάπτυξη συστημάτων. Οι τέσσερις αυτές μεθοδολογικοί περίοδοι, δεν κρίνονται μεταξύ τους, αξιολογώντας τις προσεγγίσεις της μιας περιόδου ως καλύτερες ή πληρέστερες συγκριτικά με τις προσεγγίσεις κάποιας άλλης περιόδου. Όλες οι προσεγγίσεις χαρακτηρίζονται ως χρήσιμες και αναγκαίες, ενώ ο διαχωρισμός και η κατηγοριοποίηση τους στις περιόδους, πραγματοποιείται βάσει της διαφορετικότητας των προσεγγίσεων, οι οποίες ενασχολούνται και αντιμετωπίζουν διαφορετικά ζητήματα. Στη σύγχρονη ανάπτυξη των εικονικών περιβαλλόντων, παρατηρείται συνδυασμός τεχνικών και θεωριών από αυτές τις περιόδους. Στη συνέχεια, για κάθε μία από τις παραπάνω περιόδους αναφέρονται μερικά παραδείγματα, τα οποία αναγνωρίζονται ως χαρακτηριστικά στον επιστημονικό τους τομέα, έτσι ώστε να γίνει καλύτερη η κατανόηση τους. Για την μελέτη των μεθοδολογιών χρησιμοποιούνται οι όροι οντολογία (ontology): αναγνώριση των στοιχείων που αντιλαμβάνονται ως σημαντικά προς ανάλυση, επιστημολογία (epistemology): προσδιορισμός των χαρακτηριστικών της γνώσης σχετικά με τα αντικείμενα που ασχολείται η ανάλυση, πραξεολογία (praxeology): αναγνώριση του τρόπου με τον οποίο αποκτάται η γνώση και αξιολογία (axiology): αναγνώριση της αξίας της γνώσης που αποκτήθηκε (J. A. Anderson 1996) 47

48 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Προ-μεθοδολογική περίοδος (Pre-Methodological era) Η ανάπτυξη εφαρμογών κατά την περίοδο αυτή, γίνεται χωρίς κάποια καθορισμένη μεθοδολογία, δίνοντας έμφαση κυρίως στην επίλυση τεχνικών προβλημάτων τα οποία πηγάζουν από περιορισμούς του υλισμικού. Ταυτόχρονα, οι ανάγκες των χρηστών σπάνια καθορίζονται, ενώ δίνεται έμφαση στη βελτίωση των ήδη υπαρχόντων συστημάτων παρά στην ανάπτυξη νέων. Γενικά οι προσεγγίσεις που προτείνονται στη συγκεκριμένη περίοδο είναι ατομιστικές, με αποτέλεσμα το φτωχό έλεγχο και προγραμματισμό. Οι οντολογικές αντιλήψεις αυτής της περιόδου ασχολούνται με το σχεδιασμό των εικονικών περιβαλλόντων οι οποίες στερούνται συγκεκριμένων - φορμαλιστικών μεθοδολογιών ανάπτυξης. Οι επιστημολογικοί ισχυρισμοί βασίζονται στη θεμελιώδη αρχή της αληθινής γνώσης που προέρχεται από μία μονοδιάστατη, απλοποιημένη κατανόηση της σχεδιαστικής διαδικασίας. Η γνώση θεωρείται ότι είναι συγκεκριμένη και κατακτάται μέσω κατανόησης και επεξήγησης όλων των γνωστών σχεδιαστικών θεμάτων. Επίσης η γνώση είναι εξατομικευμένη, προερχόμενη από το σχεδιαστή ο οποίος χαρακτηρίζεται ως ειδικός, ενώ τέλος θεωρείται υποθετικά αξιόπιστη. Η γνώση αποκτάται βάσει παραδοχών οι οποίες προέρχονται μέσω της χρήσης εργαλείων, τα οποία βασίζονται σε εμπειρικές και επιστημονικές αντιλήψεις. Η γνώση είναι συχνά υποκειμενικά προσδιοριζόμενη και δεν αναλύεται μέσω αλληλεπίδρασης με άλλα μέλη της επιστημονικής κοινότητας. Οι σχεδιαστές είναι κυρίως προγραμματιστές ή μηχανικοί οι οποίοι εξειδικεύονται στην επίλυση τεχνικών προβλημάτων και πειραματίζονται με πλήθος τεχνικών θεμάτων. Η αξία της γνώσης που αποκτήθηκε δίνει έμφαση στην αξιολόγηση των τεχνικών και των διαδικασιών που χρησιμοποιούνται για την επίλυση τεχνικών προβλημάτων. Λόγω της φύσης αυτού του συγκεκριμένου τρόπου ανάπτυξης εικονικών περιβαλλόντων, ο οποίος χαρακτηρίζεται ως εμπειρικός, δεν υπάρχουν αρκετές γραπτές αναφορές. Οι πρώτες επιστημονικές μελέτες που ασχολούνται με τις μεθοδολογίες της περιόδους αυτής είναι των (S Smith and Duke 2001) και (G. Jounghyun Kim et al. 1998). Σε αυτές τις πρώτες προσπάθειες σχεδιασμού εικονικών περιβαλλόντων η σχεδιαστική διαδικασία 48

49 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) επικεντρώνεται εμπειρικά στα εξής θέματα: 1) αναγνώριση των σχεδιαστικών προδιαγραφών και 2) επικέντρωση στην ανάπτυξη και αξιολόγηση των εργαλείων λογισμικού, παρά στη σχεδιαστική διαδικασία. Οι ερευνητές δίνουν έμφαση στην επίλυση τεχνικών προβλημάτων που σχετίζονται με τις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων και την ανάπτυξη τους. Τέλος, λόγω του ότι η έννοια της σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων, σε αυτή την περίοδο, βρίσκεται ακόμα σε «εμβρυακό» στάδιο άνευ πρότερης εμπειρικής γνώσης αλλά και χωρίς απώτερο στόχο, οι περισσότεροι σχεδιαστές ταυτίζονται με το ρόλο του προγραμματιστή - μηχανικού ο οποίος στοχεύει κυρίως στην επίλυση τεχνικών προβλημάτων Παραδείγματα Ο Molina (Molina, JP. et al. 2005) αναγνωρίζει μέσω των εργασιών των (S Smith and Duke 2001) και (G. Jounghyun Kim et al. 1998), ότι οι πρώτες πρακτικές ανάπτυξης εικονικών περιβαλλόντων αποτελούνταν από τις εξής διαδικασίες: δημιουργία των τρισδιάστατων μοντέλων τοποθέτηση τους στον εικονικό κόσμο προσθήκη λειτουργιών και χαρακτηριστικών συμπεριφοράς Σημαντικότερα προβλήματα είναι η λανθασμένη διάδραση και τα προβλήματα χρηστικότητας, λόγω της απομονωμένης αντιμετώπισης των παραπάνω. Με στόχο την επίλυση αυτών των προβλημάτων οι (G. Jounghyun Kim et al. 1998) προτείνουν μία διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού, η οποία μέσω εργαλείων θα καθορίζει τις προδιαγραφές για τη μορφή, τη λειτουργία και τη συμπεριφορά (form, function, behaviour). Τα τρία αυτά στοιχεία απαρτίζουν μια εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας, τα οποία είναι αλληλοεπηρεαζόμενα και αλληλοσυνδεόμενα, σε μία ταυτόχρονη και επαναληπτική διαδικασία. Ένα παράδειγμα σύνταξης οδηγιών σχεδιασμού (design guidelines) που αφορούν τα χαρακτηριστικά διεπαφών χρήστη στο χώρο της αλληλεπίδρασης ανθρώπου υπολογιστή, γίνεται από τους (S. L. Smith et al. 1986). Στόχος των κανόνων που αναφέρουν είναι να βοηθήσουν τους σχεδιαστές: 49

50 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) στη λήψη αποφάσεων, στην επίτευξη κάλυψη των σχεδιαστικών απαιτήσεων, στην αξιολόγηση της διάδρασης, στη μείωση των επαναλήψεων κατά τη διαδικασία της σχεδίασης, στη βελτίωση των εργαλείων τεχνικών και συστημάτων για την ανάπτυξη λογισμικού, και γενικά στην ανάπτυξη αποδοτικότερων διαδικασιών σχεδίασης. Σύμφωνα με τις σχεδιαστικές απαιτήσεις, της εκάστοτε εφαρμογής, προτείνονται οι κατάλληλες οδηγίες οι οποίες για να επιτευχθούν πρέπει να ακολουθηθούν συγκεκριμένοι σχεδιαστικοί κανόνες. Ο κατάλογος αυτός περιέχει 944 κανόνες χωρισμένους στις παρακάτω κατηγορίες: κανόνες εισαγωγής δεδομένων (Data Entry), κανόνες παρουσίασης δεδομένων (Data Display), κανόνες ελέγχου συνέχειας (Sequence Control), κανόνες υποβοήθησης χρήστη (User Guidance), κανόνες μετάδοσης δεδομένων (Data Transmission) και κανόνες προστασίας δεδομένων (Data Protection). Κάθε κανόνας της συλλογής αυτής είναι αυστηρά διατυπωμένος και ακολουθείται από παραδείγματα εξαιρέσεις και σχόλια, ενώ στο τέλος παρέχονται αναφορές σε πρότυπα βιβλία ή στην ίδια τη συλλογή. Πρόκειται για ένα αυστηρό μοντέλο σχεδίασης μέσω σχεδιαστικών οδηγιών, το οποίο εξαιτίας του πολύ μεγάλου όγκου πληροφορίας, η διαδικασία εύρεσης των κατάλληλων κανόνων είναι ιδιαίτερα δύσκολη. Τέλος, το πλαίσιο αυτό, δεν καταφέρνει να εκπληρώσει τους στόχους του λόγω της δυσχρηστίας και του μεγάλου χρόνου που απαιτείται για την έρευνα και την εφαρμογή του. Μεθοδολογία / Προσέγγιση και ερευνητές Χαρακτηριστικά 50

51 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Software Engineering of Virtual Worlds G. Jounghyun Kim Kyo Chul Kang Ανάπτυξη λογισμικού, χρήση εργαλείων Καθορισμός προδιαγραφών για φόρμα λειτουργία - συμπεριφορά Στόχος: επιτυχημένη διάδραση, ευχρηστία Hyejung Kim Jiyoung Lee Desing Guidelines for Designing User Interface Software Sidney L. Smith Jane N. Mosier Παροχή συνόλου σχεδιαστικών οδηγιών, χωρισμένες σε κατηγορίες Στόχος: λήψη αποφάσεων από τους σχεδιαστές, κάλυψη σχεδιαστικών απαιτήσεων, αξιολόγηση διάδρασης, μείωση επαναλήψεων, βελτίωση εργαλείων και τεχνικών Πίνακας 1: Προ-μεθοδολογική περίοδος Πρώιμη-μεθοδολογική περίοδος (Early methodology era) Στις προσεγγίσεις της πρώιμης μεθοδολογικής περιόδου, δίνεται έμφαση στην αναγνώριση διαφορετικών φάσεων - βημάτων στην ανάπτυξη των συστημάτων, με σκοπό την επίλυση των προβλημάτων προγραμματισμού που υπήρχε στην προηγούμενη περίοδο. Τα βήματα αυτά πρέπει να εφαρμόζονται σε μία διαδοχική - σειριακή ακολουθία (μοντέλο καταρράκτη), (Αβούρης, Νικόλαος 2000, ) όπου κάθε φάση θα πρέπει να ολοκληρώνεται ώστε να αρχίσει η επόμενη. Επίσης παρατηρείται η έννοια της επανάληψης μεταξύ των φάσεων, αν και στην πράξη συνήθως αγνοείται. 51

52 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Η οντολογία της περιόδου αυτής σχετίζεται με το σχεδιασμό των εικονικών περιβαλλόντων αλλά επίσης και με την αναγνώριση της ανάγκης για έλεγχο του τρόπου σχεδιασμού εξαιτίας της πολυπλοκότητας του σχεδιασμού εικονικών περιβαλλόντων. Η επιστημολογία εστιάζει στον έλεγχο της σχεδιαστικής διαδικασίας μέσω σχεδιαστικών μεθόδων και καθοδηγείται από την ανάγκη για έλεγχο της αυξανόμενης πολυπλοκότητας των σχεδιαστικών προδιαγραφών. Η προσπάθεια της περιόδου αυτής, επικεντρώνεται στην ανάπτυξη δομημένων σχεδιαστικών μεθοδολογιών. Ο τρόπος για να επιτευχθεί αυτό (πραξεολογία), βασίζεται στην αναγνώριση φάσεων - σταδίων κατά τη διαδικασία του σχεδιασμού εικονικών περιβαλλόντων, τα οποία θα οδηγήσουν στον καλύτερο έλεγχο της σχεδιαστικής διαδικασίας. Οι μεθοδολογίες που αναπτύχθηκαν είναι γνωστές ως μοντέλα καταρράκτη (waterfall model) και αποτελούνται από στάδια ανάπτυξης τα οποία θα πρέπει απαραίτητα να ακολουθούνται σε σειριακή μορφή και τα οποία απαιτούν την ολοκλήρωση τους ώστε να μεταβεί η διαδικασία στο επόμενο στάδιο. Τα στάδια αυτά συνήθως περιλαμβάνουν: μελέτη εφικτότητας (feasibility study), εξέταση συστήματος (system investigation), ανάλυση (analysis), σχεδιασμό (design), ανάπτυξη (development), εφαρμογή (implementation) και συντήρηση (maintenance). Η αξιολογία της περιόδου αυτής εξετάζει, ως πρωταρχικό στόχο τη μείωση της πολυπλοκότητας αλλά αγνοεί την αξιολόγηση της ίδιας της δομημένης μεθοδολογίας που χρησιμοποιήθηκε. Εξαιτίας αυτού, αναδύονται σημαντικά προβλήματα τα οποία είναι αξιοπρόσεκτα στα εικονικά περιβάλλοντα, τα οποία είναι σχεδιασμένα σύμφωνα με την παραπάνω συντηρητική σχεδιαστική διαδικασία. Τα προβλήματα αυτά είναι παρόμοια με αυτά που αναφέρονται από τους (David E. Avison and Guy Fitzgerald 2005) σχετικά με τη σχεδίαση συστημάτων: αποτυχία στην εκπλήρωση των αναγκών των πελατών, συντηρητικά εικονικά περιβάλλοντα εξαιτίας της επαναχρησιμοποίησης εφαρμογών, αστάθεια, ανελαστικότητα, απογοήτευση χρηστών και προβλήματα τεκμηρίωσης Παραδείγματα Η ανάπτυξη εικονικών περιβαλλόντων σε αυτή την περίοδο είναι κυρίως μία διαδικασία χρήσης γνωστών πρακτικών οι οποίες αναγνωρίζονται ως αρκετά δομημένες μέθοδοι που ανταποκρίνονται στις ανάγκες των σχεδιαστών. Τυπικά παραδείγματα τέτοιων πρακτικών αναφέρονται στις 52

53 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) εργασίες των (Stephen R. Ellis 1991), (Thalmann, D. 1994) σχετικά με το σχεδιασμό περιβαλλόντων, όπως και στις εργασίες των, (Bordegoni 1994) (van Dam, Herndon, and Gleicher 1994) σχετικά με τη σχεδίαση της διάδρασης. Αναγνωρίζονται ως βασικά στάδια - βήματα που ακολουθούνται στις μεθοδολογίες τους τα παρακάτω: Για το σχεδιασμό περιβαλλόντων: γεωμετρία, ενσάρκωση του χρήστη, εικονικοί πράκτορες ή εικονικοί ηθοποιοί και αντικείμενα που υπάρχουν στο περιβάλλον. Για το σχεδιασμό της διάδρασης: πλοήγηση και έλεγχος οπτικής άποψης, αλληλεπίδραση - διαχείριση αντικειμένων (επιλογή, περιστροφή και μετακίνηση αντικειμένων), χειρισμός αντικειμένων για αλλαγή της κατάστασης τους και αναζήτηση για εύρεση των περιεχομένων ενός αντικειμένου. Μια άλλη πηγή μεθοδολογιών αυτής της περιόδου είναι τα εγχειρίδια λογισμικού για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων. Σύμφωνα με τους (Molina, JP. et al. 2005), το EON Reality (Eonreality 2005) προτείνει ότι η δημιουργία εικονικών κόσμων με το εργαλείο αυτό είναι τόσο εύκολη σαν να ακολουθείς τρία βήματα: τρισδιάστατη μοντελοποίηση σε ένα τρίτο λογισμικό μοντελοποίησης, εξαγωγή της γεωμετρίας για το εργαλείο ανάπτυξης και τέλος προγραμματισμός της διάδρασης. Η (K. Kaur 1997) μελετώντας περιπτώσεις σχεδίασης αναγνωρίζει ότι συνήθως ακολουθείται η παρακάτω μεθοδολογία ανάπτυξης εικονικών κόσμων, η οποία αποτελείται από τα παρακάτω στάδια: καθορισμός προδιαγραφών συλλογή υλικών από των πραγματικό κόσμο δημιουργία των μοντέλων γραφικών ανάπτυξη αντικειμένων και τοποθέτηση τους στον εικονικό κόσμο εμπλουτισμός του περιβάλλοντος με φυσικά στοιχεία και αλληλεπιδράσεις Ταυτόχρονα, αναφέρει ότι οι εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων παρουσιάζουν προβλήματα χρηστικότητας, καθώς στη σχεδιαστική διαδικασία δεν συμπεριλαμβάνονται καθόλου ανθρώπινοι παράγοντες. 53

54 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Ο (Gerard Kim 2005) αναγνωρίζει τη μεγάλη δυσκολία στην ανάπτυξη εφαρμογών, ενώ τονίζει ότι απαιτείται βαθιά γνώση σε διάφορα επιστημονικά πεδία. Σημαντικότεροι παράγοντες και απαιτήσεις που διαφοροποιούν τα συστήματα εικονικών περιβαλλόντων από άλλες εφαρμογές είναι: η επίτευξη των απαιτήσεων απόδοσης σε πραγματικό χρόνο σε συνδυασμό με ένα αποδεκτό επίπεδο ρεαλισμού και εμβύθισης η μοντελοποίηση της εμφάνισης και των φυσικών ιδιοτήτων των αντικειμένων σε σχέση και με σκοπό να εξυπηρετούν τις λειτουργίες και τη συμπεριφορά των αντικειμένων αυτών η εξέταση πολλών διαφορετικών στυλ τεχνικών διάδρασης σε σχέση με τις διάφορες διεργασίες και τις συσκευές εισόδου εξόδου Επίσης τονίζεται την ύπαρξη δυσκολιών στην επίτευξη πολλών διαφορετικών στόχων, μερικοί από τους οποίους είναι αλληλοσυγκρουόμενοι. Τέλος προτείνεται ένα μοντέλο ανάπτυξης συστημάτων εικονικής πραγματικότητας το οποίο αποτελείται από διάφορα στάδια στην κλασσική σπειροειδή διαδικασία, περιλαμβάνοντας επαναλήψεις μεταξύ των σταδίων. Τα στάδια του παραπάνω μοντέλου είναι: Εικονογραφημένο σενάριο και ανάλυση απαιτήσεων (storyboarding requirement analysis) Συνολική συμπεριφορά συστήματος (gross system behavior). Περιλαμβάνεται, καθορισμός συστήματος (system specification), σχεδιασμός συστήματος (system design) και προσομοίωση και επαλήθευση συστήματος (system simulation and validation) Απόδοση και διάσπαση διεργασιών (performance/ task decompositions), καθορισμός μοντέλων αλληλεπίδρασης (behavior models refinement) Βελτίωση παρουσίας (improving presence) Η συγκεκριμένη προσέγγιση εάν και προτείνει μια συστημική άποψη αναγνωρίζοντας το πρόβλημα της πολυπλοκότητας, μέσω της εφαρμογής της μεθοδολογίας που προτείνεται, φαίνεται ότι δεν ξεφεύγει από την κλασσική ενασχόληση με τα τεχνικά θέματα. 54

55 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Μεθοδολογία / Προσέγγιση και ερευνητές Χαρακτηριστικά Pictorial Communication in Virtual And Real Environments 1991 Stephen R. Ellis Automatic Control and Behavior of Virtual Actors 1994 Δομημένες μέθοδοι Σχεδίαση εικονικού μοντέλου Βασικά στάδια: 1) γεωμετρία, 2) ενσάρκωση χρήστη, 3) εικονικοί πράκτορες, 4) αντικείμενα περιβάλλοντος Thalmann, D An environment for the specification and recognition of dynamic gestures 1993 Bordegoni, M Δομημένες μέθοδοι Σχεδίαση αλληλεπίδρασης Βασικά στάδια: 1) πλοήγηση (έλεγχος οπτικής άποψης), 2) διαχείριση αντικειμένων, 3) χειρισμός αντικειμένων για αλλαγή της κατάστασης τους, 4) εύρεση περιεχομένων αντικειμένου The challenges of 3D interaction 1994 Kenneth P. Herndon Andries van Dam Michael Gleicher Developing VR applications: the TRES-D methodology 2005 Χρήση εργαλείων - εγχειρίδια λογισμικού (EON Reality) Βασικά στάδια: 1) τρισδιάστατη μοντελοποίηση, 2) εξαγωγή γεωμετρίας, 3) 55

56 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Molina, JP προγραμματισμός διάδρασης AS. García V López P. González Σύνηθες μεθοδολογία σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων Designing virtual environments for usability 1998 Kaur, K Αντιμετώπιση προβλημάτων χρηστικότητας Συμμετοχή των χρηστών στη διαδικασία σχεδίασης Βασικά στάδια: 1) καθορισμός προδιαγραφών, 2) συλλογή υλικού από πραγματικό κόσμο, 3) δημιουργία μοντέλων γραφικών, 4) ανάπτυξη αντικειμένων, 5) εμπλουτισμός του περιβάλλοντος Designing Virtual Reality Systems: The Structured Approach 2005 Gerard Kim Σπειροειδή δομή μοντέλου ανάπτυξης Αναγνωρίζονται ως σημαντικότεροι παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδικασία: απαιτήσεις απόδοσης σε πραγματικό χρόνο, προβλήματα μοντελοποίησης, εμφάνισης και φυσικών ιδιοτήτων των αντικειμένων, ποικιλία τεχνικών αλληλεπίδρασης Βασικά στάδια: 1) Εικονογραφημένο σενάριο και ανάλυση απαιτήσεων, 2) Συνολική συμπεριφορά συστήματος, 3) Απόδοση και διάσπαση διεργασιών, 4) Βελτίωση παρουσίας Πίνακας 2: Πρώιμη-μεθοδολογική περίοδος 56

57 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Μεθοδολογική περίοδος (Methodology era) Περίοδος κατά την οποία για πρώτη φορά γίνεται χρήση της έννοιας της μεθοδολογίας, αποτελούμενη από φάσεις, διαδικασίες, κανόνες, τεχνικές, εργαλεία, τεκμηριώσεις, διαχείριση και επιμόρφωση. Σκοπός των προσεγγίσεων αυτής της περιόδου είναι να ξεπεραστούν οι περιορισμοί που συναντούνται στην πρώιμη μεθοδολογική περίοδο. Επίσης σημαντικό στοιχείο είναι η ύπαρξη φιλοσοφίας πίσω από τη μεθοδολογία. Γενικοί στόχοι των μεθοδολογιών της περιόδου αυτής είναι: η ανάπτυξη καλύτερων τελικών προϊόντων, η καλύτερη διαδικασία ανάπτυξης και τέλος η τυποποίηση των διαδικασιών. Η παρούσα μεθοδολογική περίοδος κρίνεται ως η πιο παραγωγική από άποψη επιστημολογικής σκέψης για το σχεδιασμό των εικονικών περιβαλλόντων, καθώς ένας μεγάλος αριθμός ερευνητών και σχεδιαστών εικονικών περιβαλλόντων επικεντρώνονται στην ανάλυση εμπειρικών σχεδιαστικών πρακτικών, αλλά και στη σχεδιαστική σκέψη. Οι οντολογικές αντιλήψεις της περιόδου αυτής ασχολούνται και πάλι με το σχεδιασμό των εικονικών περιβαλλόντων, ενώ αναγνωρίζεται και η ανάγκη για έλεγχο του τρόπου σχεδιασμού, δίνοντας όμως έμφαση κυρίως στην ανάλυση των περιορισμών που δημιουργήθηκαν από τις δομημένες μεθοδολογίες της προηγούμενης περιόδου. Η επιστημολογία της περιόδου αυτής ασχολείται με την καλύτερη κατανόηση της χρήσης και της έννοιας των μεθοδολογιών. Ταυτόχρονα, θεωρείται δεδομένο ότι οι δομημένες μεθοδολογίες που περιορίζουν τη σχεδιαστική διαδικασία πρέπει να αντικατασταθούν από πιο ευέλικτες. Το πραξεολογικό ενδιαφέρον της περιόδου αυτής επικεντρώνεται στην ανάπτυξη και την αξιολόγηση των μεθοδολογιών. Η πεποίθηση ότι μία μεθοδολογία είναι ικανή να προσφέρει τα μέσα για μείωση της πολυπλοκότητας εγκαταλείπεται και αντικαθιστάται από την ιδέα της ολιστικής σχεδίασης, όπου οι μεθοδολογίες βρίσκονται σε μία κατάσταση συνεχούς επανακαθορισμού. Η μεθοδολογία αποτελεί μια συλλογή επιστημονικών ιδεών, που προέρχονται από διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους (άρα και διαφορετικής οπτικής) και για πρώτη φορά στην ιστορία της σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων, η συμμετοχή των χρηστών θεωρείται αναγκαία για την ανάπτυξη και αξιολόγηση τους. Τα αξιολογικά στοιχεία της περιόδου δίνουν έμφαση στην αξιολόγηση νέων ιδεών για να συμπεριληφθούν ή να αποκλειστούν από τη συγκεκριμένη μεθοδολογία, 57

58 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) στοχεύοντας σε αυτό που θεωρείται σημαντικό, που είναι ο εμπλουτισμός της μεθοδολογίας. Αυτό συνήθως οδηγεί σε ανίσχυρες, πολύπλοκες μεθοδολογίες οι οποίες γίνονται δύσχρηστες εξαιτίας της υπέρ-πληροφόρησης και της μη ρεαλιστικής εκτίμησης ή αδυναμίας να ακολουθηθούν οι σχεδιαστικές οδηγίες Παραδείγματα Η Kaur ήταν μία από τους πρώτους ερευνητές που επικεντρώθηκαν στην ανάπτυξη ολιστικών μεθοδολογικών απόψεων για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων, ενώ ταυτόχρονα δίνει έμφαση στην αντιμετώπιση προβλημάτων που αφορούν τη χρηστικότητα. Στη διδακτορική της διατριβή (Kulwinder Kaur 1998), υπογραμμίζει τρείς βασικές περιοχές στη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων που πρέπει να εξεταστούν για τη βελτίωση της ευχρηστίας: διεργασίες ανάπτυξης (Development Activities): καθορισμός προδιαγραφών (requirement specification), σχεδίαση συστήματος (system design), σχεδίαση διεπαφής (interface design), ανάπτυξη (implementation), αξιολόγηση (evaluation) κατηγορίες εικονικών περιβαλλόντων (Classes of VE): μονο-χρηστικά (single-user), πολυ-χρηστικά (multiuser), μοντέλα πραγματικού κόσμου (real world model), επιτραπέζια (desktop), αφαιρετικά περιβάλλοντα (abstract), εμβύθισης (immersive), επαυξημένης πραγματικότητας (augmented), προβολής (projected) κριτήρια σχεδιασμού (Design Considerations): ευχρηστία (usability), κόστος (cost), εργονομία (ergonomics), ρεαλιστικότητα (reliabiloity), πόροι (utility), ασφάλεια (health and safety), κίνητρο (motivation). Βασιζόμενη σε αυτήν την ιδέα, η Kaur προτείνει ένα ευέλικτο θεωρητικό μοντέλο το οποίο οι σχεδιαστές εικονικών περιβαλλόντων μπορούν να χρησιμοποιήσουν ώστε να παράγουν αποδοτικά και κυρίως να αξιολογήσουν τα εικονικά περιβάλλοντα ως προς τη χρηστικότητα. Η διαδικασία που προτείνει περιέχει τα εξής στάδια: 58

59 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) ορισμός προδιαγραφών καθορισμός στοιχείων καθορισμός διάδρασης σχεδιασμός στοιχείων σχεδιασμός διάδρασης ανάπτυξη περιβάλλοντος αξιολόγηση περιβάλλοντος Ο (C. Fencott 1999) εισάγει μια μεθοδολογική άποψη που τονίζει τους δύο σημαντικούς παράγοντες για το σχεδιασμό εικονικών περιβαλλόντων: την αισθητική άποψη του σχεδιασμού εικονικών περιβαλλόντων για τη δημιουργία επιθυμητών αντιληπτικών αντιδράσεων τη μηχανική άποψη του σχεδιασμού για τη δημιουργία σχεδίων και μοντέλων από τα οποία θα δημιουργηθεί και θα δοκιμαστεί το επιθυμητό αποτέλεσμα Βασισμένος στις παρατηρήσεις της Kaur, δημιουργεί μία αντίστοιχη, κυκλική, μη γραμμική μεθοδολογική προσέγγιση, προτείνοντας τα επόμενα βήματα: μοντελοποίηση προδιαγραφών (requirements modeling) εννοιολογική μοντελοποίηση (conceptual modeling) αντιληπτική μοντελοποίηση (perceptual modeling) μοντελοποίηση της δομής (structural modeling) ανάπτυξη (building) Τέλος προτείνει τη χρήση διαφόρων εργαλείων και τεχνικών για την υποβοήθηση των διεργασιών του κάθε σταδίου. Ένα άλλο παράδειγμα μεθοδολογικού πλαισίου της μεθοδολογικής περιόδου είναι το VEDEF (Wilson, Eastgate, and D Cruz 2002) το οποίο παρέχει ένα δομημένο συστημικό πλαίσιο για το σχεδιασμό εικονικών περιβαλλόντων. Στόχος του είναι να βοηθήσει τους σχεδιαστές καθορίζοντας ποιά θέματα είναι σχετικά, τί πληροφορία χρειάζονται, τί αποφάσεις πρέπει να ληφθούν σε κάθε στάδιο και πως τα στάδια συνδέονται μεταξύ τους συμπεριλαμβάνοντας επαναλήψεις ανατροφοδότησης. Μέσω του VEDEF γίνεται προσπάθεια να ξεπεραστούν τέσσερις περιορισμοί που παρατηρούνται 59

60 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) στα εικονικά περιβάλλοντα: τεχνικοί περιορισμοί, περιορισμοί ευχρηστίας, περιορισμοί εφαρμογών και περιορισμοί αξιολόγησης. Το πλαίσιο αποτελείται από έξι βασικά στάδια: προετοιμασία (preparation) ανάλυση (analysis) προδιαγραφές (specifications) ανάπτυξη (building) εφαρμογή - εγκατάσταση (implementation) αξιολόγηση (evaluation) Τα στάδια αυτά αναλύονται εκτενώς σε επιμέρους βήματα, που περιγράφουν αναλυτικά τις διαδικασίες για την ανάπτυξη του εικονικού περιβάλλοντος. Η μεθοδολογία περιλαμβάνει διαδικασίες ανατροφοδότησης και επαναλήψεων, και αποτελεί μια σύνθετη προσέγγιση εξαιτίας της εκτενούς ανάλυσης. Τέλος, εάν και το μοντέλο ανάπτυξης εφαρμόζεται καλύτερα ακολουθώντας top down (σχεδίαση διεργασιών και επιλογή μεταφορών) διαδικασία σχεδίασης, αναγνωρίζεται η ανάγκη σε μερικές περιπτώσεις να γίνεται χρήση bottom up (σχεδίαση για απόδοση) διαδικασίας. Η μεθοδολογία VRID των (Tanriverdi and Jacob 2001) υποστηριζόμενη από το μοντέλο VRID έχει σκοπό: να βοηθήσει τους σχεδιαστές να σκεφτούν καθολικά τη συνολική σχεδίαση της διάδρασης να διαχωρίσει τη διαδικασία της σχεδίασης σε μικρότερα και άρα ευκολότερα στη σχεδίαση τμήματα να υποβοηθήσει την επικοινωνία και τη συνεργασία μεταξύ των χρηστών, των σχεδιαστών και των προγραμματιστών Η μεθοδολογία που προτείνεται είναι μια top - down μεθοδολογία, που απαιτεί όμως επαναλήψεις μεταξύ των δύο επιπέδων (γενικό - ειδικό). Το πρώτο - υψηλό επίπεδο (High-level Design phase), αποτελείται από τις εξής φάσεις: προσδιορισμός πληροφορίας προσδιορισμός αντικειμένων μοντελοποίηση αντικειμένων 60

61 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Στο δεύτερο - χαμηλό επίπεδο (Low-level Design phase) συλλέγεται πληροφορία από το προηγούμενο επίπεδο και δημιουργείται ο καθορισμός των υπό-στοιχείων των αντικειμένων ώστε να καταλήξουμε στο λεπτομερή σχεδιασμό τους. Παρόλα αυτά δεν επιτυγχάνεται πλήρως ο στόχος της επικοινωνίας συνεργασίας μεταξύ των σχεδιαστών, των χρηστών και των προγραμματιστών, καθώς δεν προτείνεται λύση για το συγκεκριμένο πρόβλημα, αλλά αναφέρεται ότι αναδύεται μέσω της μεθοδολογίας που προτείνεται. Επίσης μολονότι η μεθοδολογία ασχολείται μόνο με την ανάλυση της διάδρασης σε εικονικά περιβάλλοντα, δεν αναγνωρίζονται τα υπόλοιπα βασικά στοιχεία που απαρτίζουν μια εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας, αλλά περιγράφονται ως το παράδειγμα της μεταφοράς του μαύρου κουτιού (black - box), κάτι το οποίο είναι αντίθετο με την έννοια της καθολικής σχεδίασης. Τέλος, από τη στιγμή που η μεθοδολογία που προτείνεται αποτελεί μια top - down διαδικασία, ασχέτως με το εάν περιλαμβάνει επαναλήψεις, πρόκειται για μια γραμμική διαδικασία, σε αντίθεση με ότι υποστηρίζουν οι συγγραφείς της. Η μεθοδολογία TRES-D (Molina, JP. et al. 2005) βασίζεται σε επαναληπτικές διαδικασίες και στόχος είναι η προσαρμογή της σε πλήθος διαφορετικών εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων. Μέσω της μεθοδολογίας προσπαθούν να προσδιοριστούν οι διαφορετικοί ρόλοι των σχεδιαστών που εμπλέκονται στη σχεδιαστική διαδικασία, τα εργαλεία που έχουν στόχο να υποβοηθήσουν την υλοποίηση των εργασιών και τις αρχές και οδηγίες σχεδιασμού που βοηθούν τους σχεδιαστές να ολοκληρώσουν τις εργασίες αυτές. Η διανομή των παραπάνω εργασιών γίνεται στα εξής στάδια: αρχικοποίηση προδιαγραφών κατανόηση προδιαγραφών σχεδίαση πρωτοτύπου επαναληπτική σχεδίαση σε δύο επίπεδα: υψηλού και χαμηλού επιπέδου (abstract/presentation) ανάπτυξη εφαρμογή και συντήρηση Το ενδιαφέρον της συγκεκριμένης μεθοδολογίας είναι ότι έχει κατανοήσει την ανάγκη για επικοινωνία μεταξύ των διάφορων ρόλων που υπάρχουν στη σχεδιαστική διαδικασία και αναδύεται λόγω της έλλειψης ενός κοινού 61

62 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) λεξιλογίου. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος προτείνεται η συμμετοχή μη ειδικών, οι οποίοι όμως θεωρούνται ότι είναι αυτοί που κατέχουν την πληροφορία - γνώση, στη σχεδιαστική διαδικασία, παρέχοντας τους μη εξειδικευμένα εργαλεία ώστε να δημιουργούν οι ίδιοι τα σχεδιαστικά πρωτότυπα. Επίσης προτείνεται η δημιουργία εργαλείων, διαγραμμάτων αποφάσεων, για μη - ειδικούς που θα βοηθούν στη λήψη τεχνικών αποφάσεων. Η παράληψη της μεθοδολογία TRES-D είναι ότι δεν αναγνωρίζει την ισότητα μεταξύ των διαφόρων σχεδιαστών, αλλά τοποθετεί κάποιον ο οποίος επιβλέπει την όλη διαδικασία και ο οποίος θεωρείται ειδικός, αν και από την αρχή γίνεται αναφορά για την ανάγκη ανάπτυξης από μη ειδικούς. Τέλος όσον αφορά τα εργαλεία λήψης αποφάσεων τα οποία προτείνονται, πιστεύουμε ότι δεν είναι από μόνα τους ένα ικανό εργαλείο για να δώσει λύσεις στον τεράστιο και πολύπλοκο χώρο των τεχνικών χαρακτηριστικών μίας εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος. Ο (Steve Bryson 1995) υποστηρίζει ότι δεν υπάρχει ολοκληρωμένη και κοινώς αποδεκτή θεωρία σχεδίασης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας. Αυτό συμβαίνει για δυο λόγους: α) είτε λόγω της αναποτελεσματικής χρήσης της τρισδιάστατης διεπαφής είτε β) λόγω της αποτυχίας παροχής της απόδοσης που απαιτείται. Επομένως, αναγνωρίζει δυο βασικές απαιτήσεις κατά τη διαδικασία της σχεδίασης: α) το εικονικό περιβάλλον και η διεπαφή του θα πρέπει να είναι προσαρμοσμένα στις διεργασίες που εκτελούνται, β) αυστηροί περιορισμοί απόδοσης θα πρέπει να επιτυγχάνονται, ώστε να ευνοείται το περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας. Οι δυο αυτές απαιτήσεις βρίσκονται συχνά σε σύγκρουση και η επιτυχημένη σχεδίαση μιας εφαρμογής θα πρέπει να σέβεται ταυτόχρονα και τις δυο παραπάνω απαιτήσεις. Για αυτό το λόγο αναφέρεται ότι, η σχεδίαση είναι μια διαδικασία από την κορυφή προς τα κάτω (με την έννοια ότι η συνολική διεργασία οδηγεί στη σχεδίαση) αλλά και από τη βάση προς τα πάνω (με την έννοια ότι η απόδοση οδηγεί στη σχεδίαση). Επίσης, συμπεραίνεται ότι μια καλή πρακτική σχεδίασης είναι αυτή η οποία συναντιέται στη μέση δηλαδή ικανοποιεί ταυτόχρονα και τις δυο σχεδιαστικές απαιτήσεις. Σχετικά με τη σχεδίαση από την κορυφή προς τα κάτω αναφέρει ορισμένες γενικές αρχές οι οποίες συνοψίζονται γύρω από την ιδέα της μεταφοράς. Σχετικά με τη σχεδίαση από τη βάση προς τα πάνω, καταρχήν διαχωρίζει τους περιορισμούς απόδοσης σε δυο κατηγορίες (οπτικής και αλληλεπίδρασης) και δίνει κάποιες ελάχιστες απαιτήσεις για αυτούς τους περιορισμούς, προτείνοντας και διάφορους παράγοντες που θα 62

63 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) πρέπει να ελέγχονται κατά τη διαδικασία αυτή. Τέλος αναφέρει ότι ο συνδυασμός των δυο αυτών προσεγγίσεων δεν είναι εύκολο να πραγματοποιηθεί και είναι αναμενόμενο ότι θα υπάρχει ανάδραση που θα επηρεάζει τη σχεδίαση και από τα δυο άκρα της διαδικασίας. Η σχεδιαστική διαδικασία που προκύπτει είναι μια επαναληπτική διαδικασία σε πολλά επίπεδα που πρέπει να είναι ευέλικτη και να επιτρέπει σημαντικούς επανασχεδιασμούς, ενώ εισάγει και την έννοια της συμμετοχής των χρηστών. Βασικά στοιχεία της διαδικασίας είναι η ανάλυση απόδοσης, ο έλεγχος του συστήματος και η δοκιμή από τους χρήστες. Οι (Gabbard, Swan, and JE 1999) προτείνουν μια δομημένη επαναληπτική μεθοδολογία, που προέρχεται από το χώρο της αλληλεπίδρασης ανθρώπου υπολογιστή, η οποία έχει ως στόχο την εξασφάλιση της ευχρηστίας στα εικονικά περιβάλλοντα μέσω ανθρωποκεντρικού σχεδιασμού και αξιολόγησης. Η ανάπτυξη διαχωρίζεται σε δυο μέρη: στον τομέα συμπεριφοράς (behavioral) όπου αναπαριστά την άποψη του χρήστη και τη διάδραση του χρήστη με την εφαρμογή στον κατασκευαστικό τομέα (constructional) όπου αναπαριστά την άποψη του σχεδιαστή λογισμικού και του συστήματος γενικότερα Για τους παραπάνω τομείς αναγνωρίζονται διάφοροι ρόλοι με διαφορετική εκπαίδευση, προσόντα και χαρακτηριστικά, οι οποίοι ασχολούνται με την ευχρηστία. Επομένως, για την ανάπτυξη διαδραστικών συστημάτων απαιτείται η συνεργασία των δυο τομέων και των ρόλων που υπάρχουν στους τομείς αυτούς. Η μεθοδολογία που προτείνεται βασίζεται σε σειριακή ανάπτυξη και αποτελείται από τέσσερα μέρη: ανάλυση διεργασιών χρήστη αξιολόγηση βάσει οδηγιών σχεδιασμού από ειδικούς διαμορφωτική ανθρωποκεντρική αξιολόγηση (πραγματοποιείται αξιολόγηση από τους χρήστες, από τα πρώτα στάδια και καθ όλη τη διάρκεια της σχεδιαστικής διαδικασίας) συνολική συγκριτική αξιολόγηση Τέλος σε μια σύγκριση της μεθοδολογίας αυτής με άλλες, ισχυρίζονται ότι είναι επιτυχημένη, οικονομικά αποδοτική και βελτιώνει την ευχρηστία. 63

64 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Μεθοδολογία / Προσέγγιση και ερευνητές Χαρακτηριστικά Designing virtual environments for usability 1998 Kaur, K Αναγνωρίζονται ως βασικές περιοχές της σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων: οι διεργασίες ανάπτυξης, οι κατηγορίες εικονικών περιβαλλόντων, τα κριτήρια σχεδιασμού Βασικά στάδια: 1) ορισμός προδιαγραφών, 2) καθορισμός στοιχείων, 3) καθορισμός διάδρασης, 4) σχεδιασμός στοιχείων, 5) σχεδιασμός διάδρασης, 6) ανάπτυξη περιβάλλοντος, 7) αξιολόγηση περιβάλλοντος Έμφαση στην αντιμετώπιση προβλημάτων που αφορούν τη χρηστικότητα Towards a Design Methodology for Virtual Environments Fencott, C Αναγνωρίζονται ως βασικότεροι παράγοντες η αισθητική άποψη και η μηχανική άποψη Κυκλικής δομής διαδικασίας Χρήση εργαλείων τεχνικών υποβοήθησης Βασικά στάδια: 1) μοντελοποίηση προδιαγραφών, 2) εννοιολογική μοντελοποίηση, 3) αντιληπτική μοντελοποίηση, 4) μοντελοποίηση δομής, 5) ανάπτυξη Structured development of virtual environments (VEDEF) Wilson, J.R Eastgate, R Δομημένο συστημικό πλαίσιο Στόχος: καθορισμός σχετικών θεμάτων, απαιτούμενης πληροφορίας, λήψη αποφάσεων, σύνδεση σταδίων και διαδικασιών Διαδικασίες επανάληψης και 64

65 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) ανατροφοδότησης Βασικά στάδια: 1) προετοιμασία, 2) ανάλυση, 3) προδιαγραφές, 4) ανάπτυξη, 5) εφαρμογή εγκατάσταση, 6) αξιολόγηση A Design Model and Methodology for Developing Virtual Reality Interfaces (VRID) 2001 Tanriverdi, V Jacob, R.J.K Διαδικασία top down Στόχος: καθολική αντιμετώπιση της συνολικής διαδικασίας, τμηματοποίηση διαδικασίας, επικοινωνία μεταξύ εμπλεκομένων Επαναλήψεις μεταξύ γενικού και ειδικού επιπέδου Βασικά στάδια: 1) προσδιορισμός πληροφορίας, 2) προσδιορισμός αντικειμένων, 3) μοντελοποίηση αντικειμένων Developing VR applications: the TRES-D methodology Molina, JP AS. García V López P. González Στόχος: προσαρμογή σε διάφορα είδη εφαρμογών Προσδιορισμός διαφορετικών ρόλων των σχεδιαστών, εργαλείων υποβοήθησης, αρχών και οδηγιών σχεδιασμού Αναγνώριση ανάγκης επικοινωνίας μεταξύ των σχεδιαστών Βασικά στάδια: 1) αρχικοποίηση προδιαγραφών, 2) κατανόηση προδιαγραφών, 3) σχεδίαση πρωτοτύπου, 4) επαναληπτική σχεδίαση, 5) ανάπτυξη, 6) εφαρμογή και συντήρηση Approaches to the Successful Design and Implementation Βασικές απαιτήσεις: προσαρμογή εικονικού περιβάλλοντος και διεπαφής στις διεργασίες που εκτελούνται, επίτευξη αυστηρών 65

66 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) of VR Applications 1995 Bryson, Steve περιορισμών απόδοσης Ταυτόχρονη top down και bottom - up διαδικασία Συμμετοχή των χρηστών στη διαδικασία Ανατροφοδότηση και επαναληπτικές διαδικασίες Βασικά στοιχεία: ανάλυση απόδοσης, έλεγχος συστήματος, δοκιμή από χρήστες User-Centered Design and Evaluation of Virtual Environments 1999 Gabbard, J Hix, D SwanII, E Δομημένη επαναληπτική διαδικασία σειριακής εκτέλεσης Στόχος: εξασφάλιση ευχρηστίας μέσω ανθρωποκεντρικού σχεδιασμού και αξιολόγησης Διαχωρισμός διαδικασίας σε: τομέα συμπεριφοράς και κατασκευαστικό τομέα Αναγνώριση διαφορετικών ρόλων συνεργασία μεταξύ τους Βασικά στάδια: 1) ανάλυση διεργασιών χρήστη, 2) αξιολόγηση βάσει οδηγιών σχεδιασμού (από ειδικούς), 3) ανθρωποκεντρική αξιολόγηση (από χρήστες), 4) συνολική συγκριτική αξιολόγηση Πίνακας 3: Μεθοδολογική περίοδος 66

67 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Μετά-μεθοδολογική περίοδος και εναλλακτικές μεθοδολογίες (Post- Methodology era and Alternatives) Η μετά- μεθοδολογική περίοδος χαρακτηρίζεται από το διαχωρισμό των μεθόδων που ανήκουν σε αυτή. Αρκετοί ερευνητές και σχεδιαστές εικονικών περιβαλλόντων καταφεύγουν στη χρήση ελαστικών / μαλακών μεθοδολογιών και πολύ-μεθοδολογιών, ενώ άλλοι εγκατέλειψαν γενικά τη χρήση μεθοδολογιών και επέστρεψαν σε μια διαφορετική εκδοχή της προμεθοδολογικής περιόδου, αναγνωρίζοντας τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων ως ένα κατακερματισμένο τομέα, όπου συγκεκριμένοι υποτομείς αναδύονται παράγοντας νέες διεργασίες προς πραγματοποίηση (σχεδίαση διάδρασης, σχεδίαση περιεχομένου, τεχνητή νοημοσύνη κτλ). Οι κύριοι λόγοι που οδήγησαν στην εγκατάλειψη των μεθοδολογιών ήταν: η απογοήτευση ως προς την παραγωγικότητα η πολυπλοκότητα τους οι μη ρεαλιστικές απαιτήσεις των χρηστών η απαίτηση αυξημένων τεχνικών προσόντων η ακαμψία οι λανθασμένες αποφάσεις και τέλος η δυσχρηστία Η μέθοδος για μια επιτυχημένη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων θεωρείται ως μια ξεπερασμένη υπόσχεση, που δεν μπορεί να αντιμετωπιστεί αντικειμενικά. Η οντολογία της περιόδου αυτής, ασχολείται με τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων, αλλά κυρίως με την καταλληλότητα και τη χρηστικότητα της υιοθέτησης των μεθοδολογιών που περιγράφονται στις προηγούμενες περιόδους. Η επιστημολογική θέση της περιόδου υποστηρίζει ότι η γνώση κατευθύνεται μέσω της ιδέας, ότι μια μεθοδολογία δεν είναι αρκετή, αφού ακολουθώντας μια μοναδική μεθοδολογία η γνώση είναι περιορισμένη και ως αποτέλεσμα ο σχεδιασμός του εικονικού περιβάλλοντος θεωρείται μη ευέλικτος, καθώς αναδύονται σημαντικά θέματα κατά τη σχεδιαστική διαδικασία. Η πραξεολογική αντίληψη κατευθύνεται κυρίως μεταξύ μιας κριτικής στάσης και ενάντια σε συγκεντρωτικές μεθοδολογικές απόψεις, 67

68 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) υποστηρίζοντας τον πλουραλισμό και την κριτική σκέψη και προτιμώντας πολύ- παραδειγματικές, πολύ- μεθοδολογικές πρακτικές. Τέλος η αξιολογική αντίληψη της περιόδου αυτής, υποστηρίζει ότι οι μεθοδολογίες και η παραγωγή γνώσης είναι χρήσιμες μόνο σε συγκεκριμένες καταστάσεις και προσπαθεί να μειώσει την υπερεπάρκεια της λογικής αυτής Παραδείγματα Οι (Diplas and Pintelas 2000) παρατηρούν ως πρόβλημα στην ανάπτυξη επιτυχημένων εικονικών περιβαλλόντων την έλλειψη ενός εργαλείου που θα βοηθάει στη συγκεκριμενοποίηση της διάδρασης του χρήστη με το περιβάλλον. Μέσω του SpeDeProF (Specification, Design and Prototyping Framework), το οποίο περιλαμβάνει δύο εργαλεία: το ISW και το Virtual MFG και μια μεθοδολογία, προσπαθούν να επιλύσουν το παραπάνω πρόβλημα. Το ISW (Interaction Specification Workspace) είναι ένα λογισμικό αρχιτεκτονικής για τον καθορισμό και το σχεδιασμό των εφαρμογών εκπαιδευτικών εικονικών περιβαλλόντων. Το Virtual MFG είναι ένα μοντέλο γραφικής αναπαράστασης της διάδρασης, το οποίο έχει την ικανότητα να αναπαριστά την κατασκευαστική μορφή της εφαρμογής, βασισμένο σε υψηλού επιπέδου Petri Nets (εποπτικός τρόπος αναπαράστασης που εξυπηρετεί την τυποποιημένη περιγραφή της ροής των διαδικασιών σε ένα πολύπλοκο σύστημα). Η χρησιμότητα του εργαλείου αυτού στους σχεδιαστές εικονικών περιβαλλόντων είναι η ελευθερία για σχεδίαση μόνο των προδιαγραφών της διάδρασης, χωρίς να χρειάζεται να εμπλακούν στον καθορισμό των αντικειμένων και των φυσικών ιδιοτήτων τους. Ο (Bowman, Doug A. 2002) αναγνωρίζει ως στόχο την αύξηση της απόδοσης της διάδρασης στις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων, παρέχοντας στους σχεδιαστές, πρακτικές και συγκεκριμένες οδηγίες σχεδίασης (guidelines). Οι οδηγίες αυτές αφορούν κυρίως τη διαδικασία επιλογής των κατάλληλων τεχνικών και μεταφορών διάδρασης. Για την επίτευξη αυτού του στόχου γίνεται προσπάθεια μείωσης της πολυπλοκότητας, μέσω ταξινόμησης των διεργασιών διάδρασης και των τεχνικών αλληλεπίδρασης. Η ταξινόμηση αυτή διαχωρίζει τις διεργασίες σε υπόδιεργασίες, οι οποίες ολοκληρώνονται μέσω συγκεκριμένων τεχνικών αλληλεπίδρασης. Για κάθε μια διεργασία προτείνονται συγκεκριμένες οδηγίες σχεδιασμού και απαιτήσεις απόδοσης, ενώ παράλληλα πραγματοποιείται 68

69 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) αξιολόγηση μέσω των χρηστών. Βάσει της αξιολόγησης αυτής ο σχεδιαστής επιλέγει την κατάλληλη τεχνική. Τέλος, αναγνωρίζονται διάφορα χαρακτηριστικά τα οποία επηρεάζουν τη διαδικασία σχεδίασης και τα οποία αφορούν: τις συσκευές εισόδου και εξόδου, το εικονικό περιβάλλον και το σύστημα (υλισμικό - λογισμικό). Ο (Isdale et al. 2002) ασχολείται με την ανάπτυξη του περιεχομένου των εικονικών περιβαλλόντων, ορίζοντας ως περιεχόμενο παράγοντες όπως την εικόνα, των ήχο, τη διάδραση και την αφήγηση. Για την ενασχόληση με το παραπάνω θέμα, απαιτούνται γνώσεις που αφορούν τα εξής θέματα: τεχνικοί παράγοντες, αισθητική, θέματα μεταφυσικής, έλεγχος του ενδιαφέροντος του χρήστη και επιτυχής επικοινωνία ιδεών. Επίσης, υποστηρίζει ότι ένα μεγάλο μέρος της βιβλιογραφίας ασχολείται με τεχνικά θέματα, ενώ συνήθως υποτιμούνται από τους σχεδιαστές η σημασία αλλά και η πολυπλοκότητα της ανάπτυξης στοιχείων περιεχομένου. Για την καλύτερη μελέτη των στοιχείων του περιεχομένου, συσχετίζεται η σχεδίαση περιεχομένου στην εικονική πραγματικότητα, με τη σχεδίαση περιεχομένου εφαρμογών άλλων μέσων (π.χ. παιχνίδια σε Η/Υ, αρχιτεκτονικός σχεδιασμός). Στη συνέχεια πραγματοποιείται μια αναφορά σε θέματα αισθητικού περιεχομένου (aesthetics) στα εικονικά περιβάλλοντα, το οποίο χαρακτηρίζεται από τα εξής θέματα: αντιπροσώπευση (Agency) - περιγράφει την ύπαρξη ελέγχου μέσω της διάδρασης, δυνατότητα αφήγησης (Narrative Potential), παρουσία (Presence) συν-παρουσία (Co-presence), μετασχηματισμό / μετατροπή (Transformation). Μέσω της μελέτης της αισθητικής συμπεραίνεται ότι το περιεχόμενο στα εικονικά περιβάλλοντα δεν αποτελείται μόνο από τη σκηνή, τα αντικείμενα και τον ήχο αλλά περιέχει και την έννοια του ερεθισμού της αντίληψης. Ως «αντιληπτικές ευκαιρίες» (Perceptual Opportunities) ορίζονται οι σχέσεις μεταξύ των εννοιών του αντικειμένου και του τρόπου που αυτά επηρεάζουν τη συμπεριφορά του χρήστη. Στη συνέχεια διαχωρίζονται οι POs σε τρεις κατηγορίες σύμφωνα με το διαφορετικό είδος εννοιών που προσφέρουν τα αντικείμενα: Βεβαιότητες (Sureties): Στοιχεία τα οποία βοηθούν το χρήστη στην αναγνώριση του κόσμου, τα οποία όμως δεν είναι άμεσα αλληλεπιδραστικά, αλλά είναι σημαντικά για την πληροφόρηση και την εμπειρία του χρήστη. Όπως χαρακτηριστικά αναφέρεται, τα στοιχεία 69

70 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) αυτά είναι επιτυχημένα εάν δεν αποσπούν την προσοχή όταν υπάρχουν ενώ εάν παραλείπονται η απουσία τους είναι αισθητή. Εκπληξούλες (Surprises): Μη προβλέψιμα στοιχεία τα οποία εμφανίζονται αναπάντεχα επηρεάζοντας την αναμενόμενη λογική εξέλιξη. Αναγνωρίζονται τρεις βασικές υποκατηγορίες των στοιχείων αυτών: o Προσελκυτές (Attractors): Στοιχεία που προκαλούν το ενδιαφέρον των χρηστών, ενώ ταυτόχρονα τους κατευθύνουν σε περιοχές του περιβάλλοντος που παρουσιάζουν αυξημένο ενδιαφέρον. o Σύνδεσμοι (Connectors): Μέσα βάσει των οποίων έλκονται οι χρήστες έτσι ώστε να ακολουθήσουν συγκεκριμένες διαδρομές. o Συγκρατητικά μέσα (Retainers): Στοχεύουν στο να κρατούν το χρήστη σε μια συγκεκριμένη περιοχή μέσα στο εικονικό περιβάλλον, ή να παρέχουν στο χρήστη διαδικασίες αλληλεπίδρασης οι οποίες είναι προσβάσιμες από οποιοδήποτε σημείο του περιβάλλοντος. Κλονισμοί (Shocks): Ουσιαστικά δεν είναι Pos που αναπτύσσονται μέσα στην εφαρμογή εικονικού περιβάλλοντος, αλλά απορρέουν ως υποπροϊόντα των διεργασιών σχεδιασμού και ανάπτυξης. Πρόκειται για ελαττώματα στην αντίληψη τα οποία πρέπει να περιορίζονται, καθώς αποσπούν την προσοχή κλονίζοντας την εμβύθιση του χρήστη. Ταυτόχρονα, προτείνει κάποιους βασικούς κανόνες που θα πρέπει να υπάρχουν στις εκπλήξεις (surprises) και στη δημιουργία χαρτών αντίληψης (perceptual maps). Τέλος πραγματοποιείται μια ανασκόπηση εννοιών μεταφυσικού και φιλοσοφικού περιεχομένου, που πρέπει να λαμβάνουν υπόψη οι σχεδιαστές κατά τη διαδικασία ανάπτυξης εικονικών περιβαλλόντων. Οι (Doug A. Bowman et al. 2001) στις συγκεκριμένη προσέγγιση, ασχολούνται με τη σχεδίαση της διάδρασης. Στην ανάλυση τους αρχικά γίνεται μια ανασκόπηση, συλλογή πληροφοριών, διάφορων θεωρητικών και τεχνικών θεμάτων που άπτονται στη σχεδίαση της διάδρασης. Αρχικά 70

71 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) πραγματοποιείται μια ανασκόπηση των συσκευών διάδρασης, όπου χωρίζονται σε συσκευές εισόδου - εξόδου, αναφέροντας τα πλεονεκτήματα και τους περιορισμούς της κάθε μιας, βοηθώντας έτσι το σχεδιαστή να επιλέξει την κατάλληλη συσκευή. Στη συνέχεια πραγματοποιείται μια κατηγοριοποίηση και ανάλυση των τεχνικών διάδρασης, στις εξής κατηγορίες: πλοήγηση, επιλογή και διαχείριση και ελέγχου συστήματος. Για κάθε μια από τις παραπάνω κατηγορίες γίνεται μια ανάλυση των μεταφορών που χρησιμοποιούνται, σημειώνοντας τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα και προτείνοντας βασικές οδηγίες σχεδιασμού (guidelines). Μετά την ανάλυση των παραπάνω τεχνικών και θεωρητικών θεμάτων, τα οποία προέρχονται κυρίως από εμπειρική γνώση, προτείνεται μια φιλοσοφία για το σχεδιασμό της διάδρασης. Η φιλοσοφία αυτή είναι διττή, καθώς εμπεριέχει δυο βασικές προσεγγίσεις, την αισθητική (artistic) προσέγγιση και τη συστηματική προσέγγιση (systematic). Στην αισθητική προσέγγιση αναφέρονται τέσσερις αρχές για τον επιτυχημένο σχεδιασμό της τρισδιάστατης διάδρασης στα εικονικά περιβάλλοντα. Σύμφωνα με αυτές η σχεδίαση πρέπει να βασίζεται: στην υπάρχουσα έρευνα για τους ανθρώπινους παράγοντες στα συστήματα υπολογιστών θα πρέπει να γίνεται επαναχρησιμοποίηση των τεχνικών και ιδεών διάδρασης που έχουν ήδη αναπτυχθεί θα πρέπει να χρησιμοποιούνται απλές προσεγγίσεις, αλλά και δημιουργικές ιδέες, έτσι ώστε να ανακαλύπτονται νέες διεπαφές και τεχνικές διάδρασης και τέλος θα πρέπει να χρησιμοποιούνται υπάρχοντα μοντέλα και στρατηγικές σχεδιασμού τρισδιάστατων διεπαφών Η συστηματική προσέγγιση χαρακτηρίζεται από τη μελέτη των διεργασιών του χρήστη, των υπαρχόντων τεχνικών διάδρασης και των χαρακτηριστικών των χρηστών και του συστήματος. Τα παραπάνω στοιχεία κατηγοριοποιούνται ώστε να γίνει καλύτερη κατανόηση και να επιλεγούν τα κατάλληλα στοιχεία. Επίσης σημαντική θεωρείται και η αξιολόγηση καθ όλη τη διάρκεια της σχεδιαστικής διαδικασίας. Η συγκεκριμένη προσέγγιση ορίζεται ως μεθοδική και αργή. Οι δυο παραπάνω προσεγγίσεις θα πρέπει να συμπληρώνουν η μια την άλλη, και η μια να οδηγεί στην άλλη και αντιστρόφως. 71

72 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Μεθοδολογία / Προσέγγιση και ερευνητές Χαρακτηριστικά Design of Interactivity in Virtual Reality Applications with Emphasis on Educational Software Using Formal Interaction Specification (SpeDeProF) 2000 Diplas, C.N Pintelas, P.E Αναγνωρίζεται ως βασικό πρόβλημα η έλλειψη ενός εργαλείου που θα βοηθάει στη συγκεκριμενοποίηση της διάδρασης του χρήστη με το περιβάλλον Στόχος: αντιμετώπιση του παραπάνω προβλήματος μέσω της χρήσης εργαλείων Προτείνεται η χρήση των εργαλείων: ISW - λογισμικό αρχιτεκτονικής για τον καθορισμό και το σχεδιασμό των εφαρμογών εκπαιδευτικών εικονικών περιβαλλόντων, Virtual MFG - μοντέλο γραφικής αναπαράστασης της διάδρασης Principles for the Design of Performance - oriented Interaction Techniques 2002 Bowman, Doug A. Ανάλυση διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης εφαρμογών Στόχος: αύξηση της απόδοσης της διάδρασης Παροχή συγκεκριμένων και πρακτικών σχεδιαστικών οδηγιών για την επιλογή τεχνικών αλληλεπίδρασης Μείωση πολυπλοκότητας μέσω ταξινόμησης διεργασιών υποδιεργασιών αλληλεπίδρασης Αναγνώριση ενδογενών και εξωγενών της διαδικασίας χαρακτηριστικών που επηρεάζουν τη διαδικασία Content design for virtual Ανάπτυξη του περιεχομένου (εικόνα, ήχος, 72

73 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) environments Isdale, J Fencott, C Heim, M Daly, L. διάδραση, αφήγηση) των εικονικών περιβαλλόντων Αναγνωρίζεται ως απαιτούμενη γνώση σε: τεχνικούς παράγοντες, αισθητική, θέματα μεταφυσικής, έλεγχος του ενδιαφέροντος του χρήστη, επιτυχής επικοινωνία ιδεών Συσχέτιση διαδικασίας σχεδίασης περιεχομένου εικονικών περιβαλλόντων με σχεδίαση περιεχομένου άλλων εφαρμογών Αναγνωρίζονται οι σχέσεις μεταξύ των εννοιών των αντικειμένων ανάλογα με τη συμπεριφορά των χρηστών (αντιληπτικές ευκαιρίες - POs) στις εξής κατηγορίες: βεβαιότητες (Sureties), εκπλήξεις (Surprises) και κλονισμοί (Shocks). An Introduction to 3-D User Interface Design Bowman, Doug A Kruijff, Ernst Joseph J. LaViola Jr Poupyrev, Ivan Ενασχόληση με τη διαδικασία σχεδίασης της διάδρασης Μελέτη χαρακτηριστικών και επιλογή συσκευών διάδρασης (εισόδου - εξόδου) Αναγνώριση βασικών διεργασιών αλληλεπίδρασης (πλοήγηση, επιλογή και διαχείριση, έλεγχος συστήματος) Ταξινόμηση διεργασιών κατηγοριοποίηση τεχνικών αλληλεπίδρασης Αναγνώριση σχεδιαστικών οδηγιών για κάθε βασική διεργασία αλληλεπίδρασης Προτείνεται φιλοσοφική προσέγγιση για τη διαδικασία (αισθητική και συστηματική προσέγγιση) Βασικά στοιχεία της διαδικασίας: υπάρχουσα 73

74 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) έρευνα για τους ανθρώπινους παράγοντες στα συστήματα υπολογιστών, επαναχρησιμοποίηση των τεχνικών και ιδεών διάδρασης, χρήση απλών προσεγγίσεων, χρήση υπαρχόντων μοντέλων και στρατηγικών σχεδιασμού Πίνακας 4: Μετά-μεθοδολογική περίοδος 74

75 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Περίοδος Χαρακτηριστικά Ενδεικτικές προσεγγίσεις Η ανάπτυξη εφαρμογών γίνεται χωρίς κάποια καθορισμένη μεθοδολογία. Δίνεται έμφαση κυρίως στην επίλυση τεχνικών προβλημάτων, που πηγάζουν από περιορισμούς του υλισμικού. Πραγματοποιείται κυρίως βελτίωση υπαρχόντων συστημάτων παρά ανάπτυξη νέων. Design support for Virtual Environments 2001 Software Engineering of Virtual Worlds 1998 Software Engineering of Virtual Worlds Γίνεται χρήση εργαλείων, τα οποία βασίζονται σε εμπειρικές και επιστημονικές αντιλήψεις. Προ-μεθοδολογική περίοδος Οι ανάγκες των χρηστών σπάνια αναγνωρίζονται και λαμβάνονται υπόψη. Ο σχεδιαστής (που συνήθως είναι προγραμματιστής) χαρακτηρίζεται ως ειδικός. Οι προσεγγίσεις ανάπτυξης που προτείνονται είναι ατομιστικές, με αποτέλεσμα τον ελλιπή έλεγχο και προγραμματισμό 75

76 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Δίνεται έμφαση στην αναγνώριση διαφορετικών φάσεων-βημάτων στην ανάπτυξη των συστημάτων, με σκοπό την επίλυση του προβλήματος προγραμματισμού που υπήρχε στην προηγούμενη περίοδο. Pictorial Communication in Virtual And Real Environments 1991 Automatic Control and Behavior of Virtual Actors 1994 Πρώιμη-μεθοδολογική περίοδος Τα βήματα εφαρμόζονται σε μία διαδοχική ακολουθία (μοντέλο καταρράκτη), όπου κάθε φάση θα πρέπει να ολοκληρώνεται ώστε να αρχίσει η επόμενη. Εμφανίζεται έννοια της επανάληψης μεταξύ των φάσεων. Παρατηρούνται διάφορα προβλήματα περιορισμοί που αφορούν: αποτυχία αντιμετώπισης των πραγματικών αναγκών, συντηρητικός σχεδιασμός συστημάτων, αστάθεια, ανελαστικότητα, απογοήτευση χρηστών, προβλήματα τεκμηρίωσης, συσσώρευση εργασίας Gesture interaction in a 3D user interface 1993 The challenges of 3D interaction 1994 Developing VR applications: the TRES-D methodology 2005 Designing virtual environments for usability 1998 Designing Virtual Reality Systems: The Structured Approach 2005 Designing Virtual Reality Systems: The Structured Approach

77 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Για πρώτη φορά γίνεται χρήση της έννοιας της μεθοδολογίας, αποτελούμενη από φάσεις, διαδικασίες, κανόνες, τεχνικές, εργαλεία, τεκμηριώσεις, διαχείριση και επιμόρφωση. Σκοπός των προσεγγίσεων είναι να ξεπεραστούν οι περιορισμοί που συναντούνται στην πρώιμη μεθοδολογική περίοδο. Παρατηρείται η ύπαρξη φιλοσοφίας πίσω από τις μεθοδολογικές προσεγγίσεις. Designing virtual environments for usability 1998 Towards a Design Methodology for Virtual Environments Structured development of virtual environments (VEDEF) A Design Model and Methodology for Developing Virtual Reality Interfaces (VRID) 2001 Μεθοδολογική περίοδος Γενικοί στόχοι των μεθοδολογιών είναι: η ανάπτυξη καλύτερων τελικών προϊόντων, η καλύτερη διαδικασία ανάπτυξης και τέλος η τυποποίηση των διαδικασιών. Σημαντικό ρόλο έχουν για πρώτη φορά οι χρήστες, οι οποίοι συμμετέχουν στη διαδικασία σχεδίασης. Developing VR applications: the TRES-D methodology Approaches to the Successful Design and Implementation of VR Applications 1995 User-Centered Design and Evaluation of Virtual Environments

78 Κεφάλαιο 2: Ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (State of the art) Μετά-μεθοδολογική περίοδος Οι προσεγγίσεις της περιόδου αυτής είναι αποτέλεσμα της απογοήτευσης των προσεγγίσεων των προηγούμενων περιόδων. Οδήγησε στην εγκατάλειψη της χρήσης μεθοδολογιών, (επιστροφή στην προ μεθοδολογική περίοδο) και κάποιους άλλους στη χρήση σύνθετων και ευέλικτων μεθοδολογιών που χρησιμοποιούνται συνδυαστικά κατά τη διαδικασία σχεδίασης. Οι κύριοι λόγοι που οδήγησαν στην εγκατάλειψη των μεθοδολογιών είναι: η απογοήτευση ως προς την παραγωγικότητα, η πολυπλοκότητα τους, οι μη ρεαλιστικές απαιτήσεις των χρηστών, η απαίτηση αυξημένων τεχνικών προσόντων, η ακαμψία, οι λανθασμένες αποφάσεις απλοποιήσεις και τέλος η δυσχρηστία. Design of Interactivity in Virtual Reality Applications with Emphasis on Educational Software Using Formal Interaction Specification (SpeDeProF) Principles for the Design of Performance - oriented Interaction Techniques 2002 Content design for virtual environments An Introduction to 3-D User Interface Design Πίνακας 5: Χαρακτηριστικά περιόδων - Ενδεικτικές προσεγγίσεις 78

79 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων 3 Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύμεθοδολογικών προσεγγίσεων Στο κεφάλαιο αυτό αναλύονται τρία πλαίσια για τη δημιουργία πολύμεθοδολογικών προσεγγίσεων. Η πληροφορία που αναδύεται από τα πλαίσια αυτά υποβοηθάει τη διαδικασία σχεδίασης στη διαχείριση της ποικιλία και της ετερογένειας που βρίθουν στα πολύ-παραγωντικά (multiagency) ζητήματα που αφορούν τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων και κατά συνέπεια και στη διαχείριση των διαφορετικών, σε αρκετές περιπτώσεις αντικρουόμενων, προσεγγίσεων για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων όπως αυτές αναλύονται στο προηγούμενο κεφάλαιο (κεφάλαιο 2). 3.1 Η έννοια του σχεδιαστή σχεδιαστικής ομάδας στη διαδικασία σχεδίασης Σύμφωνα με (Stavrakis et al. 2007), που αναφέρεται στους (Lacan 2002), ως σχεδιαστές θεωρούνται τα άτομα που θα ασχοληθούν με την περιγραφή της μεθοδολογίας σχεδίασης και την εφαρμογή της μεθοδολογίας αυτής με στόχο την ανάπτυξη εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος. Ο σχεδιαστής δεν πρέπει να θεωρείται ως μία ξεχωριστή οντότητα, αλλά ως 79

80 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων ένας πλουραλιστικός, ετερογενής συμμετέχον ο οποίος ενεργεί μέσα σε ένα κοινωνικό πολιτισμικό περιβάλλον. Όταν αναφερόμαστε σε μία σχεδιαστική ομάδα, ως οργανισμό, την εξετάζουμε ως προς τα χαρακτηριστικά της, ως συνεχώς αναδυόμενη και μη ακολουθώντας προκαθορισμένα πρότυπα. Τα χαρακτηριστικά αυτά προκύπτουν μέσω μιας αέναης κοινωνικής διαπραγμάτευσης και συναίνεσης, παρά μίας ομοφωνίας. Τέλος, θεωρείται ότι μέσα στη σχεδιαστική ομάδα δεν υπάρχει κάποιος ειδικός, αλλά όλοι θεωρούνται ίσοι και συνυπεύθυνοι για τη συνεργασία μεταξύ τους και μεταξύ των υπόλοιπων στοιχείων του συστήματος σχεδίασης. 3.2 Οι έννοιες της μεθοδολογίας και της πολύμεθοδολογίας Σύμφωνα με τον (Mingers and Gill 1997) ο όρος μεθοδολογία αναφέρεται σε μία δομημένη συλλογή οδηγιών για τις διεργασίες που εκτελούνται, ώστε να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα του παρεμβατισμού. Οι μεθοδολογίες βασιζόμενες με σαφήνεια ή όχι σε συγκεκριμένες φιλοσοφικές παραδοχές, ασχολούνται με τη φύση της κατάστασης και την καταλληλότητα τον διάφορων δομών των εργασιών. Αυτή η συλλογή παραδοχών δομούν μια συγκεκριμένη οπτική του κόσμου η οποία αναφέρεται και ως παράδειγμα. Στη συνέχεια ακολουθούν τρία πλαίσια για τη δημιουργία πολύμεθοδολογικών προσεγγίσεων. Οι προσεγγίσεις αυτές χρησιμοποιούν μια ποικιλία συστημικών προσεγγίσεων μαζί με τις μεθοδολογίες, μεθόδους και τις τεχνικές με τις οποίες συσχετίζονται και αναφέρονται συχνά στη βιβλιογραφία ως κριτική συστημική σκέψη (Critical systems thinking - CST) ή πολύμεθοδολογικές πρακτικές. Ο (Michael C. Jackson 2003) για το χαρακτηρισμό των προσεγγίσεων αυτών, προτείνει τον όρο δημιουργικός ολισμός (Creative holism), επειδή αυτό που προσπαθεί να επιτύχει είναι η δημιουργική χρήση των διαφορετικών τρόπων του να είσαι ολιστικός (being holistic), συνδυαστικά. 80

81 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων 3.3 Τρία πλαίσια για τη δημιουργία πολύμεθοδολογικών προσεγγίσεων Μεταμοντέρνα συστημική σκέψη (POSTMODERN SYSTEM THINKING PANDA) Για την καλύτερη κατανόηση της προσέγγισης των (Ann Taket and Leroy White 2000), ο (Michael C. Jackson 2003) παραλληλίζει την προσέγγιση αυτή με ένα βιβλίο συνταγών το οποίο ενθαρρύνει την εναλλαγή και την καινοτομία στο μαγείρεμα - σχεδίαση. Οι Τ&W ονομάζουν τη σχεδιαστική προσέγγιση για τον παρεμβατισμό που προτείνουν, συμμετοχική αξιολόγηση των αναγκών και η ανάπτυξη δράσης (PANDA Participatory Appraisal of Needs and the Development of Action). Η PANDA ενστερνίζεται τον πραγματιστικό πλουραλισμό (pragmatic pluralism) ακολουθώντας τις μεταμοντέρνες θεωρίες. Η σχεδιαστική προσέγγιση αυτή είναι μία προσπάθεια για να εργαστούμε ολιστικά και πραγματιστικά με στόχο να διαχειριστούμε την ποικιλία και την αβεβαιότητα που παρατηρούνται στις πολύ-παραγοντικές καταστάσεις και κυρίως στους σύγχρονους οργανισμούς. Η PANDA απορρίπτει τη χρήση ολοκληρωτικών θεωριών και αντί αυτού ενθαρρύνει τη μίξη διαφορετικών απόψεων, αποδεχόμενη τις αντιφάσεις, αναγνωρίζοντας και επιβεβαιώνοντας τη διαφορετικότητα και την ποικιλία, παίρνοντας μία ανοιχτή και προσαρμοστική στάση και ανταποκρινόμενη στα χαρακτηριστικά της στιγμής. Η PANDA αποτελείται από τέσσερα στάδια, μελέτη Ι (deliberation I), διαμάχη (debate), απόφαση (decision) και μελέτη ΙΙ (deliberation II). Μέσα σε αυτά τα στάδια αναγνωρίζεται ένα πλήθος διεργασιών. ΣΤΑΔΙΑ ΔΙΕΡΓΑΣΙΕΣ ΜΕΛΕΤΗ Ι επιλογή συμμετεχόντων καθορισμός σκοπού εξερεύνηση κατάστασης 81

82 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων ΔΙΑΜΑΧΗ αναγνώριση επιλογών διερεύνηση επιλογών σύγκριση επιλογών ΑΠΟΦΑΣΗ διεργασίες απόφασης καταγραφής αποφάσεων ΜΕΛΕΤΗ ΙΙ έλεγχος/ αξιολόγηση Πίνακας 6: Στάδια και διεργασίες της PANDA Το πρώτο στάδιο της μελέτης επικεντρώνεται στη μελέτη της εξερεύνησης μιας κατάστασης/ θέματος. Περιλαμβάνει την έναρξη συζήτησης, την επιλογή των συμμετεχόντων, τη τήρηση και αναπαραγωγή της ποικιλίας και τη διευκόλυνση και προώθηση της συμμετοχής. Το στάδιο αυτό πραγματοποιείται μέσω τριών διεργασιών, επιλογή συμμετεχόντων (selecting participants), καθορισμός σκοπού (define purpose/ objectives) και εξερεύνηση της κατάστασης (exploring the situation). Οι διεργασίες αυτές αποτελούνται από μία συλλογή μεθόδων οι οποίες μπορούν να αναμιχθούν και να συνδυαστούν. Σημειώνεται ότι η συλλογή των μεθόδων είναι μια επιλογή από προτιμητέες, από τους συγγραφείς, μεθόδους και δεν προσπαθεί να γίνει μια εκτενής και κατευθυντήρια λίστα. Στο στάδιο της διαμάχης γίνεται επικέντρωση στη δομή και στην εκτενέστερη μελέτη της περιγραφής των επιλογών του προηγούμενου σταδίου. Ο αριθμός των επιλογών μπορεί να χρειαστεί να διαφοροποιηθεί, αφαιρώντας κάποιες ή/ και συνδυάζοντας κάποιες άλλες. Ανεξάρτητα από τις μεθόδους που θα επιλεχθούν πρέπει να υπολογίζονται οι παρακάτω παράγοντες: Πιθανή ανάγκη για σαφή συνεννόηση του τι εξετάζεται και γιατί. Ανάγκη για συστηματική εκτίμηση και αξιολόγηση των επιλογών. Ανάγκη να επιτρέπονται όμοιες ερωτήσεις (interrogation) για κάθε επιλογή που εξετάζεται. 82

83 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Συνεχείς προσοχή ώστε να επιτρέπεται η πρόσβαση στους συμμετέχοντες. Οι διεργασίες του σταδίου αυτού είναι η αναγνώριση επιλογών (identifying options), η διερεύνηση των επιλογών (researching options) και η σύγκριση των επιλογών (comparing options). Στο στάδιο της απόφασης, η μέθοδος που θα χρησιμοποιηθεί για τη λήψη αποφάσεων πρέπει να συζητηθεί εκτενώς και να αποφασιστεί από όλους τους συμμετέχοντες. Αυτό ίσως απαιτεί μια επιπλέων επανάληψη σε ολόκληρη τη διαδικασία, καθώς αναγνωρίζονται διαφορετικές επιλογές για τη λήψη αποφάσεων. Κατά την επανάληψη αυτή μπορεί να υπάρξει κίνδυνος να εγκλωβισμού σε μια αέναη επαναληπτική διαδικασία εξέτασης. Το στάδιο αυτό περιλαμβάνει τις διεργασίες της απόφασης (decide action) και καταγραφής αποφάσεων (recording decisions). Το δεύτερο τμήμα της μελέτης (μελέτη ΙΙ), επικεντρώνεται στη μελέτη που ασχολείται με τον έλεγχο και την αξιολόγηση των επιλεχθέντων δράσεων. Ο έλεγχος και η αξιολόγηση (monitoring/ evaluating) αποτελούν τις δύο διεργασίες του σταδίου αυτού. Τέλος, για τις διεργασίες αυτές παρέχεται λίστα επιλεγμένων μεθόδων. Σύμφωνα με τους (Ann Taket and Leroy White 2000) ο πλουραλισμός αναγνωρίζεται σε τέσσερα διαφορετικά επίπεδα: από την άποψη του πελάτη (in the nature of the client) με τη χρήση συγκεκριμένων μεθόδων (in the use of specific methods) με τους τρόπους αναπαράστασης που χρησιμοποιούνται (in the modes of representation employed) με τη διαδικασία διευκόλυνσης (in the facilitation process) Ο πλουραλισμός που σχετίζεται με τη φύση του πελάτη αναφέρεται στις διαφορετικές απόψεις που προέρχονται από τους διάφορους ενδιαφερόμενους εταίρους (stakeholders), κάθε μία από τις οποίες πρέπει να αναγνωρίζονται και να εκτιμούνται. Αυτό απαιτεί προσοχή στα εξής τρία θέματα (3 Cs): 83

84 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Κριτική (Critical) εξασφαλίζοντας τη μέγιστη δυνατή ποικιλία διαφορετικών απόψεων και αξιών που διατυπώνονται. Συναίνεση (Consent) αναγνωρίζοντας ότι η ομοφωνία ίσως είναι αδύνατη και ίσως να πρέπει να ικανοποιηθεί με ένα σύστημα συναινέσεων. Εξάρτηση (Contingent) αποδεχόμενη ότι η μοναδική αλήθεια είναι αυτή που σχετίζεται με τις συγκεκριμένες συνθήκες της στιγμής. Ο πλουραλισμός στη χρήση συγκεκριμένων μεθόδων απαιτεί την ανάμιξη και το συνδυασμό (mix and match) των μεθόδων, ακολουθώντας μια εύκαμπτη συμβιβαστική στάση σχετικά με το τί θεωρείται καλό για την κατάσταση που αντιμετωπίζεται. Ανάμιξη (Mixing) κάνοντας χρήση ολόκληρων ή και μέρος μεθοδολογιών συγχρόνως ή σε διαφορετικές φάσεις κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού. Μετατροπή (Modify) έχοντας γνώση της ανάγκης για την αλλαγή και την υιοθέτηση των μεθόδων σε συγκεκριμένες καταστάσεις. Αναπαραγωγή (Multiply) δοκιμάζοντας διαφορετικές μεθόδους για τις ίδιες διεργασίες. Συνδυασμός (Match) επιλέγοντας τον κατάλληλο συνδυασμό μεθόδων σε σχέση με τις προτιμήσεις των εμπλεκόμενων και τη φύση της κατάστασης που αντιμετωπίζουμε. Πλουραλισμός στους τρόπους αναπαράστασης. Αυτό προϋποθέτει την ανάπτυξη τρόπων αναπαράστασης που θα επιτρέπουν στους συμμετέχοντες την ελευθερία για να εκφραστούν ανεπιτήδευτα. Λεκτικός (Verbal) κάνοντας χρήση παραδοσιακών λεκτικών τύπων αναπαράστασης. Οπτικός (Visual) κάνοντας χρήση οπτικών τύπων αναπαράστασης (χρησιμοποιώντας πλούσιες εικόνες, γνωστικούς χάρτες, διαγράμματα κτλ.) 84

85 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Ζωτικός (Vital) ενθαρρύνοντας τη συμμετοχή και την εκμάθηση μέσω τεχνικών. Ο πλουραλισμός συμμετοχικής διαδικασίας απαιτεί από τους συμμετέχοντες να αναμιγνύουν και να συνδυάζουν διαφορετικούς ρόλους και συμπεριφορές σε διαφορετικές χρονικές στιγμές κατά τη διάρκεια της σχεδίασης και σε σχέση με τους διάφορους συμμετέχοντες (άτομα/ ομάδες) που εμπλέκονται στη διαδικασία. Τα τέσσερα θέματα που θα πρέπει να έχουμε στο μυαλό μας όσον αφορά τον πλουραλισμό συμμετοχικής διαδικασίας είναι: Προσαρμοστικότητα (Flexibility) ανταποκρινόμενοι και προσαρμοζόμενοι στην κατάσταση. Ειλικρίνεια (Forthrightness) - αμφισβητώντας και παρεμβαίνοντας όπου κρίνεται απαραίτητο. Συγκέντρωση (Focus) έχοντας αίσθηση του σκοπού, της προόδου και της κατάστασης. Αμεροληψία (Fairness) προϋποθέτοντας μία διαδικασία κριτικής επισκόπησης έτσι ώστε να επιτυγχάνεται μια δίκαιη συμμετοχή των εμπλεκομένων. Όπως αναφέρουν οι (Ann Taket and Leroy White 2000), η προσέγγιση τους είναι μια προσπάθεια απομάκρυνσης από κατηγορίες μεθοδολογιών που δουλεύουν τμηματικά, αναλύοντας σε βάθος τις εκάστοτε θέσεις ή δοκιμάζοντας την κάθε άποψη. Αντί για αυτό προτείνουν μια προσέγγιση η οποία προωθεί ολιστική και πραγματιστική εργασία. Αυτή η προσέγγιση μας ενθαρρύνει να υιοθετήσουμε τρόπους σκέψης όπως, «προσπάθησε να σκεφτείς με αυτόν τον τρόπο» ή πιο συγκεκριμένα «προσπάθησε να αγνοήσεις τις προφανείς και ανώφελες παραδοσιακές ερωτήσεις, αντικαθιστώντας τες με τις ακόλουθες νέες και πιθανώς πιο ενδιαφέροντες ερωτήσεις». Τι αίσθηση δίνει αυτό; Είναι διασκεδαστικό; Κάνει αυτό που επιθυμούμε; 85

86 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Είναι το 1 καλύτερο από το 2 (σε διάλογο: προτιμούμε το 1 από το 2, στην πράξη: επέλεξε ένα, εφάρμοσε το, άλλαξε το εάν βλέπεις ότι δεν σε ικανοποιεί) Επιτυγχάνεται ένα πρωτότυπο και εξαίρετο αποτέλεσμα; Είμαι αυτό-κριτικός όσον αφορά στη δικιά μου συμμετοχή; Το επίκεντρο της παραπάνω προσέγγισης είναι η διεργασία ή η διαδικασία του παρεμβατισμού και πιο συγκεκριμένα η διερεύνηση των τριών ερωτήσεων: Τι πρόκειται να συμβεί; Πως θα αποφασίσουμε τι θα κάνουμε; Τι θα οδηγήσει τις ενέργειες μας; Συνοπτικά, σύμφωνα με τον (Michael C. Jackson 2003) οι πέντε αξίες της δουλειάς των (Ann Taket and Leroy White 2000) και γενικά της μεταμοντέρνας συστημικής σκέψης είναι οι παρακάτω: Δίνει έμφαση σε στοιχεία όπως η διασκέδαση στην εργασία, τη συμμετοχή του συναισθήματος κτλ. κάτι το οποίο ίσως φαίνεται επιπόλαιο, όμως είναι πολύ σημαντικό (και συνήθως περιφρονείται σε παραδοσιακές συστημικές προσεγγίσεις). Αναγνωρίζεται η σημασία της ενθάρρυνσης της ποικιλίας και της δημιουργικότητας εφόσον επιθυμούμαι να μεγιστοποιήσουμε τη γνώση με σκοπό την επιτυχία των σύγχρονων οργανισμών, καθώς και στις συνεχώς αυξανόμενες πολύ-παραγωντικές (multiagency) καταστάσεις που αντιμετωπίζουμε. Ο μεταμοντερνισμός αμφισβητεί την αντίληψη ότι υπάρχουν καθολικές λύσεις σε προβλήματα διαχείρισης και σχεδιασμού, προερχόμενες από την εξειδίκευση ή καθολικούς τρόπους για να οδηγούμαστε στις λύσεις αυτές. Ενθαρρύνει τους σχεδιαστές να πειραματιστούν και να μάθουν από ποικιλία τύπων πλουραλισμού. 86

87 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Ο μεταμοντερνισμός αναδύει κάποιες αυθεντικές μεταμοντέρνες συστημικές μεθόδους που ενδέχεται να χρησιμοποιηθούν στα πλαίσια του μεταμοντερνισμού ή στις υπηρεσίες κάποιας άλλης συστημικής προσέγγισης Ολική συστημική παρέμβαση - ΟΣΠ (TOTAL SYSTEM INTERVENTION TSI) Οι πρώιμες προσεγγίσεις που προσπαθούσαν να εφαρμόσουν τη συστημική σκέψη, ονομαζόμενες και ως σκληρές μεθοδολογικές προσεγγίσεις, θεωρούνται κατάλληλες για να αντιμετωπίσουν συγκεκριμένα προβλήματα καλά καθορισμένα, όμως παρουσιάζουν περιορισμούς κατά την αντιμετώπιση σύνθετων προβλημάτων στα οποία συμμετέχουν εμπλέκονται άνθρωποι με ποικιλία απόψεων και συνήθως σε σύγκρουση απόψεων ο ένας με τον άλλον. Οι (Flood and Jackson 1991) αναγνωρίζοντας την παραπάνω κατάσταση, θεωρούν τα προβλήματα ως χαοτικές καταστάσεις οι οποίες δεν μπορούν να κατανοηθούν και να αναλυθούν στη βάση μίας και μόνο άποψης. Για την επίλυση των προβλημάτων αυτών προτείνουν την εξέταση των καταστάσεων με ποικιλία απόψεων. Δηλαδή με τη φιλοσοφία της «κριτικής συστημικής σκέψης». Μόλις οι εμπλεκόμενοι και οι συμμετέχοντες συμφωνήσουν πάνω στα βασικά θέματα του προβλήματος που αντιμετωπίζουν, απαιτείται να γίνει επιλογή της κατάλληλης συστημικής μεθοδολογίας ή του συνόλου των μεθοδολογιών που θα χρησιμοποιηθούν, για τη διαχείριση της χαοτικής κατάστασης και την αντιμετώπιση των θεμάτων και προβλημάτων που προκύπτουν. Η επιλογή αυτή θα πρέπει να γίνεται με πλήρη επίγνωση των πλεονεκτημάτων αλλά και των μειονεκτημάτων των διαθέσιμων συστημικών προσεγγίσεων. Κατά την επιλογή των μεθοδολογιών είναι σημαντικό να έχουμε υπόψη μας την ιδέα του πλουραλισμού. Διαφορετικές μεθοδολογίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αντιμετωπιστούν διαφορετικές απόψεις του προβλήματος και για να σιγουρευτούμε ότι θα δοθεί η πρέπουσα εξέταση σε όλα τα θέματα: τεχνικά, πρακτικά και χειραφέτησης (emancipator) αμεροληψίας. Επιπλέον, η αρχική επιλογή μεθοδολογίας ή μεθοδολογιών θα πρέπει να βρίσκεται συνεχώς υπό αξιολόγηση και ίσως χρειαστεί να αλλάξει καθώς και η ίδια η 87

88 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων φύση της χαοτικής κατάστασης μεταβάλλεται συνεχώς από μόνη της. Από αυτή την άποψη η ΟΣΠ οδηγεί τον παρεμβατισμό με τέτοιο τρόπο ώστε συνεχώς να απευθύνεται στα κυρίαρχα προβλήματα και θέματα που προκύπτουν σε έναν οργανισμό ή σε μία πολύ-παραγωντική (multiagency) κατάσταση. Από τα παραπάνω, είναι ξεκάθαρο ότι καθώς η ΟΣΠ οργανώνει και χρησιμοποιεί άλλες συστημικές μεθοδολογίες, μπορεί να περιγραφεί ως μία μετά-μεθοδολογική προσέγγιση. Οι (Flood and Jackson 1991) ορίζουν επτά αρχές για να υποστηρίξουν την παραπάνω μετά-μεθοδολογία: Τα προβλήματα είναι αρκετά πολύπλοκα για να κατανοηθούν από μία μοναδική άποψη και τα θέματα που προκύπτουν αρκετά σύνθετα για να αντιμετωπιστούν με γρήγορες λύσεις Οι προβληματικοί χώροι, οι ανησυχίες, τα θέματα και τα προβλήματα που προκύπτουν θα πρέπει να εξετάζονται από ποικιλία διαφορετικών απόψεων Όταν τα βασικά θέματα και προβλήματα εντοπιστούν θα πρέπει να πραγματοποιείται η επιλογή της κατάλληλης συστημικής μεθοδολογίας ή μεθοδολογιών που θα οδηγήσουν στον παρεμβατισμό Είναι αναγκαίο να αναγνωρίζονται τα σχετικά προτερήματα και αδυναμίες των διαφόρων συστημικών μεθοδολογιών και να χρησιμοποιείται αυτή η γνώση, συγχρόνως με την κατανόηση των σπουδαιότερων θεμάτων και ανησυχιών ώστε οι σχεδιαστές να οδηγούνται στην επιλογή των κατάλληλων μεθοδολογιών Οι διάφορες προσεγγίσεις και συστημικές μεθοδολογίες θα πρέπει να χρησιμοποιούνται συμπληρωματικά ώστε να τονίζονται και να επιλύνονται τα διαφορετικά θέματα και προβλήματα Η ΟΣΠ προτείνει ένα συστημικό κύκλο έρευνας με επαναληπτικές διαδικασίες εμπρός πίσω, μεταξύ των τριών φάσεων της δημιουργικότητας (creativity), της επιλογής (choice) και της εφαρμογής (implementation) 88

89 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Όλοι οι διευκολυντές ή καθοδηγητές (facilitators) και οι εμπλεκόμενοι (participants) συνδέονται με όλα τα στάδια της διαδικασίας της ΟΣΠ Η ΟΣΠ πραγματοποιείται σε τρεις φάσεις, όπως αναφέρεται στην έκτη αρχή, οι οποίες είναι: δημιουργικότητα (creativity), επιλογή (choice), εφαρμογή (implementation). Στόχος της φάσης της δημιουργικότητας είναι να επισημανθούν τα βασικότερα θέματα και προβλήματα που προκύπτουν από τον προβληματικό χώρο ο οποίος μελετάται. Αυτό που είναι σημαντικό σε αυτή τη φάση είναι να χρησιμοποιηθεί μεγάλο εύρος διαφορετικών απόψεων, έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια πλούσια εικόνα του προβληματικού χώρου. Τα ερωτήματα που πρέπει να τεθούν είναι (αναφορά): Ποιες μεθοδολογίες αντανακλούν την τρέχουσα σκέψη για τις στρατηγικές, δομές, συστήματα ελέγχου και πληροφόρησης του προβλήματος; Ποιες εναλλακτικές μεθοδολογίες θα μπορούσαν να συλλάβουν καλύτερα τι θα είναι πιο επιθυμητό να επιτευχθεί σε αυτό το πρόβλημα; Ποιες μεθοδολογίες κάνουν κατανοητές τις δυσκολίες και τα ενδιαφέροντα αυτής της οργάνωσης; Ο στόχος της δεύτερης φάσης που ονομάζεται επιλογή, είναι να κατασκευαστεί μια κατάλληλη στρατηγική παρεμβατισμού για την επιλογή των συστημικών μεθοδολογιών ή το συνδυασμό αυτών. Η επιλογή αυτή θα οδηγηθεί από τα χαρακτηριστικά του προβληματικού χώρου, όπως αυτά εξετάστηκαν στην προηγούμενη φάση της δημιουργικότητας, καθώς και από τα προτερήματα και τις αδυναμίες της κάθε συστημικής μεθοδολογίας. Το πιο προφανές αποτέλεσμα της φάσης της επιλογής είναι ότι θα πρέπει να επιλεχθεί μία κυρίαρχη - δεσπόζουσα μεθοδολογία, η οποία θα υποστηρίζεται όπου χρειάζεται από δευτερεύουσες - εξαρτημένες μεθοδολογίες που θα βοηθούν σε επιμέρους προβλήματα. Η τρίτη φάση είναι αυτή της εφαρμογής. Στόχος της είναι να χρησιμοποιηθούν οι επιλεχθείσες μεθοδολογίες με τέτοιο τρόπο ώστε να 89

90 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων επιφέρουν ένα θετικό αποτέλεσμα. Αν και θα έχει ήδη επιλεχθεί μια βασική μεθοδολογία θα πρέπει να είμαστε ανοιχτοί στις δυνατότητες που προσφέρονται από άλλες συστημικές μεθοδολογίες. Φυσικά, καθώς στα πολύπλοκα προβλήματα ο προβληματικός χώρος ενδέχεται να αλλάζει, είναι αναγκαίο να επανεκτιμάται η κατάσταση του προβλήματος, να ξαναεκτελούμε τη δημιουργική φάση και έπειτα να επιλέγονται από την αρχή οι εναλλακτικές μεθοδολογίες που θεωρούνται καταλληλότερες για να αντιμετωπίσουν καλύτερα τις αλλαγές που πραγματοποιήθηκαν στον προβληματικό χώρο. ΦΑΣΕΙΣ Καθήκον (task) Εργαλεία (tools) Αποτέλεσμα (outcome) ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ Να επισημανθούν οι σκοποί, τα ενδιαφέροντα ζητήματα και τα προβλήματα. Συστημικές μεθοδολογίες Δεσπόζουσες και εξαρτημένες μεταφορές για την αποσαφήνιση των σημαντικότερων εκδοχών. ΕΠΙΛΟΓΗ Να επιλεγεί η κατάλληλη συστημική μεθοδολογία. Το «σύστημα συστημικών μεθοδολογιών». Επιλογή προς χρήση της δεσπόζουσας και των εξαρτημένων μεθοδολογιών. ΕΦΑΡΜΟΓΗ Να οριστικοποιηθούν και να εφαρμοστούν συγκεκριμένες προτάσεις για αλλαγές. Εφαρμογή συστημικών μεθοδολογιών βάσει της λογικής της ΟΣΠ. Απολύτως κατάλληλη και καλώς συντονισμένη παρέμβαση. Πίνακας 7: Φάσεις του πλαισίου ΟΣΠ 90

91 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Η ΟΣΠ δεν προσπαθεί να αποκρύψει τις δυσκολίες που προκύπτουν από τη χρήση διαφορετικών μεθοδολογικών προσεγγίσεων σε πολύπλοκες καταστάσεις. Αντιθέτως, υποστηρίζεται ότι αν και το παραπάνω είναι επιθυμητό, ενδέχεται να αποδειχτεί ακατόρθωτο σε κάποια συγκεκριμένη κατάσταση. Στην περίπτωση αυτή, ο καταλληλότερος τρόπος για να διαχειριστούμε το μεθοδολογικό πλουραλισμό είναι να χρησιμοποιήσουμε μια μεθοδολογία ως κυρίαρχη (βασικό σκελετό) και τις υπόλοιπες ως δευτερεύουσες. Ένα ακόμα πλεονέκτημα της ΟΣΠ είναι ότι συνδυάζει τον πλουραλισμό της δημιουργικής φάσης (εξετάζοντας τον προβληματικό χώρο από διαφορετικές απόψεις), με τον πλουραλισμό στη διαχείριση των διαφορετικών μεθοδολογιών. Οι υπερασπιστές της ΟΣΠ πάντα εφιστούν την προσοχή στους σχεδιαστές να μην εξαπατούνται από αυτούς που προτείνουν γρήγορες λύσεις. Τα προβλήματα που αντιμετωπίζονται είναι αρκετά πολύπλοκα και ποικίλα για να διαχειριστούν με οτιδήποτε άλλο τρόπο εκτός από ολιστικές προσπάθειες. Η ΟΣΠ επιδιώκει να καθοδηγήσει και να δημιουργήσει αυτή την ολιστική προσπάθεια, με τους εξής τρόπους: Υποστηρίζοντας και επιτρέποντας τη μέγιστη δημιουργικότητα κατά τη διάρκεια της ανάλυσης του προβλήματος. Βοηθώντας τους σχεδιαστές να αξιολογήσουν τη χρηστικότητα που τους παρέχεται, σύμφωνα με την κατάσταση που αντιμετωπίζουν, από τις διαφορετικές λύσεις και συγκεκριμένα από τις διαφορετικές συστημικές προσεγγίσεις. Αντιστεκόμενοι στη νοοτροπία της «μοναδικής καλύτερης ιδέας για όλες τις καταστάσεις» και διασφαλίζοντας ότι οι σχεδιαστές έχουν στη διάθεση τους μια ποικιλία συστημικών προσεγγίσεων οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν συνδυαστικά όποτε κρίνεται απαραίτητο. Καλώντας τους σχεδιαστές να λάβουν υπόψη ποικιλία θεμάτων τεχνικά, πρακτικά και αμερόληπτα. 91

92 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Παρέχοντας στους σχεδιαστές ένα σύστημα εκμάθησης το οποίο θα χρησιμοποιείται μέσω κριτικού συλλογισμού, ώστε να βελτιώνουν τις ίδιες τους τις πρακτικές Κριτική συστημική πρακτική - ΚΣΠ (CRITICAL SYSTEMS PRACTICE CSP) Η φιλοσοφία και η θεωρία της ΚΣΠ χαρακτηρίζεται από τα εξής τρία θέματα: κριτική αντίληψη (critical awareness), βελτίωση (improvement) και πλουραλισμός (pluralism). Η κριτική αντίληψη στηρίζεται στην κριτική ανάλυση των θεωρητικών θεμάτων, των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων των διαφόρων μεθοδολογιών και μεθόδων. Επίσης, η κριτική αντίληψη στηρίζεται και στην εξέταση του κοινωνικού και οργανωτικού κλίματος μέσα στο οποίο θα χρησιμοποιηθούν οι συστημικές προσεγγίσεις. Το θέμα της βελτίωσης προέρχεται από την ανθρώπινη χειραφέτηση (human emancipation). Ένα από τα βασικά επιτεύγματα της είναι η εισαγωγή των εννοιών της αμεροληψίας (fairness) και της εξουσιοδότηση (empowerment), με σκοπό την προώθηση της χειραφετημένης συστημικής σκέψης (emancipatory system thinking). Αποδέχεται ότι η έννοια της ιδεατής κατάστασης (ideal speech situation) έχει φθαρεί και αντί αυτού θεωρείται προτιμότερο να μιλάμε υπό όρους επίτευξης μίας γηγενούς βελτίωσης (local improvement). Αυτό δεν σημαίνει ότι οι υποστηρικτές της κριτικής συστημικής σκέψης (critical system thinking) έχουν αποδεχτεί το συμπέρασμα ότι η συλλογική χειραφέτηση (collective emancipation) είναι επικίνδυνη και ότι η αυτό-χειραγόγιση (self-emancipation) είναι η κατάλληλη. Έτσι ως «βελτίωση» θεωρούμε την επίγνωση της ανάγκης για σκέψη πάνω σε κάθε ισχυρισμό χειραφέτησης είτε γενικό είτε τοπικό αλλά και η προσπάθεια για κάθε τι ωφέλιμο προς την κατάσταση μας. Για την καλύτερη κατανόηση της έννοιας του πλουραλισμού ακολουθείται ο διαχωρισμός που πραγματοποιούν οι (John Mingers and John Brocklesby 1996), για τις διαφορετικές περιπτώσεις πλουραλισμού που υποστηρίζουν ότι υπάρχουν. Από αυτές τις διαφορετικές περιπτώσεις, αυτές που μας απασχολούν είναι η επιλογή μεθοδολογίας (methodology 92

93 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων selection), η πλήρης διαχείριση της μεθοδολογίας (whole methodology management) και τέλος η πολύ-παραδειγματική πολύ-μεθοδολογία (multiparadigm multimethodology). Ως επιλογή μεθοδολογίας θεωρείται η εξέταση - μελέτη μιας ποικιλίας μεθοδολογιών οι οποίες βασίζονται σε διαφορετικά παραδείγματα και θεωρούνται όλες χρήσιμες, καθώς και η επιλογή της κατάλληλης μεθοδολογίας, ανάλογα με τη φύση του προβλήματος και του τι επιθυμούμε να επιτύχουμε (αυτός ο τρόπος πλουραλισμού υποστηρίζεται από το σύστημα συστημικών μεθοδολογιών system of systems methodologies, SOSM). Στην πλήρη διαχείριση της μεθοδολογίας (Whole methodology management), γίνεται και πάλι χρήση ποικιλίας ολόκληρων μεθοδολογιών που αναφέρονται σε διαφορετικά παραδείγματα, αλλά αυτή τη φορά χρησιμοποιούνται οι επιλεχθείσες μεθοδολογίες μαζί στο ίδιο σχεδιαστικό πρόβλημα (αυτού του είδους ο πλουραλισμός συναντάται στο ΟΣΠ). Η τρίτη κατηγορία πλουραλισμού η οποία υποστηρίζεται από τους (John Mingers and John Brocklesby 1996) και αναφέρεται ως (multi-paradigm multi-methodology), κάνει χρήση τμημάτων από διαφορετικές μεθοδολογίες στο ίδιο σχεδιαστικό πρόβλημα. Για το σκοπό αυτό οι μεθοδολογίες κατακερματίζονται και οι μέθοδοι, εργαλεία και τεχνικές της κάθε μιας εμπλέκονται σε νέους συνδυασμούς σύμφωνα με τις απαιτήσεις της συγκεκριμένης κατάστασης (intervention). Και σε αυτή την προσέγγιση γίνεται χρήση των τριών φάσεων όπως αυτές αναφέρθηκαν στην ΟΣΠ (δημιουργικότητα, επιλογή, εφαρμογή). Στόχος της ΚΣΠ είναι να προωθήσει την ποικιλία στα τέσσερα παραδείγματα 1 και να ενθαρρύνει την κριτική πάνω σε αυτά. Για να ανταπεξέλθει στη διαφορετικότητα και την ετερογένεια των προβλημάτων, οι σχεδιαστές θα πρέπει να επιδιώκουν τη δημιουργικότητα. Αυτό θα επιτευχθεί μέσα από όλες τις φάσεις, κυρίως όμως από τη φάση της επιλογής όπου ο σχεδιαστής θα πρέπει να σκέφτεται την επίτευξη του στόχου μέσα από τις δυνατότητες και 1 Τέσσερα παραδείγματα: λειτουργικό παράδειγμα (functionalist paradigm), ερμηνευτικό παράδειγμα (interpretive paradigm), παράδειγμα χειραφέτησης (emancipator paradigm) και μεταμοντέρνο παράδειγμα (postmodern paradigm). Τα τέσσερα παραδείγματα είναι τέσσερις διαφορετικές οπτικές για την αντιμετώπιση προβλημάτων που προέρχονται από την κοινωνική θεωρία (social theory) (Michael C. Jackson 2003) 93

94 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων τα προτερήματα των διαφόρων συστημικών μεθοδολογιών. Κατά τη διαδικασία αυτή ο σχεδιαστής θα πρέπει να είναι υπερβολικά προσεχτικός. Πολιτικοί, πολιτιστικοί και γνωστικοί παράγοντες ενδέχεται να περιορίσουν το εύρος των μεθοδολογιών που είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθούν και έτσι να μειώσουν τη δραστικότητα του πλουραλισμού. Για να προστατευθεί η ποικιλία στα παραδείγματα κατά τη διάρκεια των τριών φάσεων, απαιτείται μια ξεκάθαρη δήλωση σχετικά με τις μεθοδολογίες που ενδέχεται να χρησιμοποιηθούν. Έτσι σε αντίθεση με τη ΟΣΠ όπου γίνεται χρήση υπαρχόντων μεθοδολογιών με τις μεθόδους ή τεχνικές που σχετίζεται η καθεμία, στην ΚΣΠ ακολουθείται μια πιο ανοιχτόμυαλη αντίληψη για τη χρήση των διαθέσιμων μεθόδων, μοντέλων και τεχνικών, εξετάζοντας για το καθένα από τα παραπάνω, τί μπορεί να προσφέρει σε διαφορετικά παραδείγματα και μεθοδολογίες. Ο σχεδιαστής δεν είναι πλέον υποχρεωμένος να περιορίζεται στη χρήση μεθόδων και τεχνικών αυστηρά σε συνδυασμό με τις μεθοδολογίες για τις οποίες αναπτυχτήκαν, αλλά είναι ελεύθερος να κάνει τους συνδυασμούς που αυτός πιστεύει ότι θα τον βοηθήσουν να αντιμετωπίσει καλύτερα το πρόβλημα. Με αυτόν τον τρόπο επεκτείνεται η ευελιξία της πολύ-μεθοδολογίας, ενώ συγχρόνως εξασφαλίζουμε ότι είναι δυνατή η αξιολόγηση της χρηστικότητας των μεθόδων. Η ΚΣΠ έχει σχεδιαστεί ως μια έρευνα δράσης (action research). Αυτό σημαίνει ότι επιδιώκει να συνεισφέρει στην έρευνα καθώς και στη βελτίωση πραγματικών προβληματικών καταστάσεων. Κάθε χρήση της μετάμεθοδολογίας είναι ικανή να παρέχει ερευνητικά αποτελέσματα σχετικά με: το πώς να χειριστούμε τις σχέσεις μεταξύ διαφορετικών παραδειγμάτων τη θεωρία και φιλοσοφία που περιέχεται σε κάθε μεθοδολογία που χρησιμοποιείται τις μεθοδολογίες γενικά και πως θα τις χρησιμοποιήσουμε τις μεθόδους, μοντέλα, εργαλεία και τεχνικές που περιέχονται σε αυτές και τέλος τον πραγματικό προβληματικό χώρο που ερευνούμε. Για να επιτευχθούν όλα τα παραπάνω, είναι σκόπιμο να προστεθεί άλλη μια φάση, αναστοχαστική (reflection), ώστε να διασφαλίσουμε ότι η έρευνα και η απόκτηση της νέας γνώσης θα λάβει την προσοχή που της αξίζει. 94

95 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων ΦΑΣΕΙΣ Καθήκον (task) Εργαλεία (tools) Αποτέλεσμα (outcome) ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΚΟΤΗΤΑ Να επισημανθούν οι σκοποί, τα ενδιαφέροντα ζητήματα και τα προβλήματα. Τα εργαλεία ενδυνάμωσης της δημιουργικότητας χρησιμοποιούνται ούτως ώστε να διασφαλισθεί το άμεσο ενδιαφέρον και για τέσσερα παραδείγματα Δεσπόζοντα και εξαρτημένα ενδιαφέροντα, θέματα και προβλήματα. ΕΠΙΛΟΓΗ Να επιλεγεί η κατάλληλη συστημική μεθοδολογία ή μεθοδολογίες και ποικιλία κατάλληλων μεθόδων, μοντέλων και τεχνικών. Μέθοδοι που φανερώνουν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μεθοδολογιών, των μεθόδων, των εργαλείων και των τεχνικών, περιλαμβάνοντας ανάλυση παραδειγμάτων, προηγούμενη εμπειρία κτλ. Επιλογή προς χρήση των επικρατέστερων και των εξαρτημένων μεθοδολογιών, των κατάλληλων μεθόδων κτλ. ΕΦΑΡΜΟΓΗ Να καταλήξει και να εφαρμόσει συγκεκριμένες προτάσεις για αλλαγές. Εφαρμογή συστημικών μεθοδολογιών και κατάλληλων μεθόδων κτλ. βάσει της λογικής της ΚΣΠ. Απολύτως κατάλληλη και καλώς συντονισμένη παρέμβαση, η οποία διασφαλίζει σημαντικές βελτιώσεις στην προβληματική κατάσταση ανάλογα με τα 95

96 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων ενδιαφέροντα του κάθε παραδείγματος. ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ Να παράγει γνώση όσον αφορά την μεθοδολογική κατάσταση, την ίδια την μεταμεθοδολογία, τις γενικές συστημικές μεθοδολογίες, τις μεθόδους κτλ. Που χρησιμοποιούνται. Καλή κατανόηση της παρούσας κατάστασης της γνώσης σχετικά με τα προηγούμενα στοιχεία. Ερευνητικά αποτελέσματα τα οποία για παράδειγμα ανατροφοδοτούν τα πρώιμα στάδια της μεταμεθοδολογίας ώστε να τα βελτιώσουν. Πίνακας 8:Φάσεις του πλαισίου ΚΣΠ Επίσης, όπως και στην ΟΣΠ, είναι σκόπιμο να γίνεται χρήση της ΚΣΠ ευέλικτα και με επαναληπτικές διαδικασίες. Δηλαδή να πραγματοποιούνται επαναλήψεις μεταξύ των τεσσάρων φάσεων: δημιουργικότητας, επιλογής, εφαρμογής και απεικόνισης. Συνοψίζοντας, στην ΚΣΠ αναγνωρίζεται ότι η σύνδεση των μεθοδολογιών με τις μεθόδους, τις τεχνικές και τα εργαλεία τους μπορούν να διαχωριστούν και να μελετηθούν τα παραπάνω μεμονωμένα. Έτσι προσφέρεται στους σχεδιαστές η μέγιστη δυνατή ελευθερία στην επιλογή και χρήση των παραπάνω. Τα προβλήματα που προκύπτουν από τη χρήση πολύ-παραδειγματικών προσεγγίσεων μπορούν να αποφευχθούν με την ιδέα, όπως χρησιμοποιείται και στην ΟΣΠ, της χρήσης μίας μεθοδολογίας ως κυρίαρχης (dominant) η οποία θα εμπλουτίζεται από άλλες που θα είναι υφιστάμενες (dependant). Είναι σημαντικό να τονίσουμε ότι η κυρίαρχη αυτή μεθοδολογία ενδέχεται να αλλάξει και να αντικατασταθεί από κάποια άλλη κατά τη διαδικασία του παρεμβατισμού, καθώς και η κατάσταση η ίδια που εξετάζεται ενδέχεται να τροποποιηθεί. Με αυτή τη διαδικασία παρέχεται η δυνατότητα στους συμμετέχοντες να βελτιώνουν συνεχώς την πολύ-μεθοδολογική τους προσέγγιση. 96

97 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Τα πέντε προτερήματα που αναφέρονται στην ΟΣΠ διατηρούνται και στην ΚΣΠ. Αλλά επιπρόσθετα αναγνωρίζονται και πέντε επιπλέον που ακολουθούν παρακάτω: Η ΚΣΠ μειώνει το πλήθος των διαφορετικών συστημικών μεθοδολογιών σε τέσσερις βασικούς τύπους. Παρέχει πρόσβαση στους σχεδιαστές σε όλες τις διαφορετικές μεθόδους, μοντέλα, εργαλεία και τεχνικές που αναπτύχθηκαν ως μέρος των παραπάνω μεθοδολογιών. Μέσω αυτών μπορούν ελεύθερα να επιλέξουν αυτό που απαιτεί η κατάσταση. Είναι ξεκάθαρο ότι αν και αξιόλογες οδηγίες ολιστικού χαρακτήρα μπορεί να παρέχονται στους σχεδιαστές, θα συνεχίσουν να αντιμετωπίζουν και να έρχονται αντιμέτωποι με ηθικές επιλογές. Δίνει έμφαση στην ανάγκη να αξιολογήσει τη σχεδίαση χρησιμοποιώντας κριτήρια που βασίζονται: o στην αποδοτικότητα (efficiency) χρησιμοποιούνται οι ελάχιστοι πόροι στην αναζήτηση του στόχου; o την αποδοτικότητα (efficacy) τα μέσα που χρησιμοποιούνται μας διευκολύνουν στην αντίληψη των στόχων μας; o την αποτελεσματικότητα (effectiveness) πετυχαίνουμε τελικά αυτό που επιθυμούμε να επιτύχουμε; o την κομψότητα (elegance) - βρίσκουν οι ενδιαφερόμενοι εταίροι αυτό που προτείνεται καλαίσθητο; o την εξουσιοδότηση (empowerment) είναι ικανοί όλοι, ατομικά και συλλογικά, να συνεισφέρουν στη λήψη αποφάσεων και δράσεων; o τη χειραφέτηση (emancipation) υποστηρίζονται οι μειονότητες ώστε να επιτύχουν αυτά που δικαιούνται o την αντίρρηση (exception) τι αποστασιοποιημένες οπτικές έχουμε καταφέρει να φέρουμε στο προσκήνιο; o τα συναισθήματα (emotion) η δράση που έχει προταθεί είναι κατάλληλη και καλή για τις συγκεκριμένες καταστάσεις τις οποίες δρούμε; o και την ηθική (ethics) αξίες (values). 97

98 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Διευκολύνει τη διεργασία της έρευνας, καθώς και της δράσης όσον αφορά στη σχεδίαση. Οι σχεδιαστές για αυτό θα πρέπει να ωφελούνται από τη δραστηριότητα των ερευνητών ενημερώνοντας και βελτιώνοντας συνεχώς την ΚΣΠ. 3.4 Ανάλυση περιγραφή ενός πολύμεθοδολογικού πλαισίου για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων Εμπνευσμένοι από τις παραπάνω προσεγγίσεις που αναλύθηκαν, περιγράφεται ένα πλαίσιο για τον παρεμβατισμό. Ο παρεμβατισμός αντιμετωπίζεται ως την προσπάθεια του σχεδιαστή ή της σχεδιαστικής ομάδας να ανταπεξέλθει στην ετερογένεια και την ποικιλία που βρίθει στην πολύπαραγωντική διαδικασία της σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων. Το ενδιαφέρον του πλαισίου αυτού εστιάζεται στην εξερεύνηση τριών ερωτήσεων οι οποίες αναφέρονται από τους (Ann Taket and Leroy White 2000): Τί πρέπει να γίνει; Πως θα αποφασίσουμε τι να κάνουμε; Τί θα οδηγήσει τις ενέργειες μας; Η χρήση πολύ-μεθοδολογιών βασίζεται στους σχεδιαστές, στις μεθοδολογίες και στις τεχνικές που είναι διαθέσιμες. Για αυτό, το περιεχόμενο των πολύ-μεθοδολογιών μπορεί να περιγραφεί σύμφωνα με τα τρία ακόλουθα εννοιολογικά συστήματα και τις μεταξύ τους σχέσεις, σύστημα σχεδίασης, νοητική πόροι και σύστημα αναπαράστασης της κατάστασης. Σύστημα σχεδίασης - Design system (1): σχεδιαστές, εμπλεκόμενοι, συμμετέχοντες (designers, facilitators, participants) Νοητικοί πόροι του συστήματος - Intellectual resources systems (2): τεχνικές, μεθοδολογίες, θεωρίες (techniques, methodologies, theories) 98

99 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Σύστημα αναπαράστασης κατάστασης - Situation representation system (3): κατάσταση, προβληματικός χώρος, σκοπός/στόχοι (situation, problems space, purpose/ objectives) Constitution of Situation (historically) C Constitution of Discourses Situation Representation System Situation, problem space, purpose, objectives Intellectual Resources System Theories, methodologies, techniques B Design System Participants Undertaking the intervention A Constitution of Identity / self Πίνακας 9: Σχέσεις μεταξύ των τριών συστημάτων Οι σχέσεις μεταξύ των τριών αυτών συστημάτων συνιστούν το γενικό πλαίσιο συμμετοχής στη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων. στη συνέχεια παρατίθεται ένα παράδειγμα σημαντικών ερωτήσεων για κάθε σχέση, οι οποίες μπορούν να κατατοπίσουν τους σχεδιαστές για την ανάπτυξη της δικιάς τους πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης (Mingers and Gill 1997). A. Σχέσεις μεταξύ των σχεδιαστών και των νοητικών πόρων του συστήματος (1 2): 99

100 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Ποιος είναι ο βαθμός κριτικής επίγνωσης και κατανόησης των πιθανών πόρων από τους σχεδιαστές; Ποιες είναι οι εμπειρίες και οι δεξιότητες των σχεδιαστών στη χρησιμοποίηση αυτών των πόρων; Ποια είναι η προσωπικότητα του σχεδιαστή και το γνωστικό ύφος (style) με το οποίο είναι εξοικειωμένος; Σε ποια έκταση μπορούν να είναι αποδοτικοί οι σχεδιαστές πάνω σε διαφορετικά παραδείγματα; Σε ποιο βαθμό οι σχεδιαστές νοιώθουν άνετα με τις αξίες συγκεκριμένων μεθοδολογιών; B. Σχέσεις μεταξύ των σχεδιαστών και την αναπαράσταση κατάστασης (1 3): Τί προκάλεσε αυτή τη σύνδεση; Ποια είναι η ιστορία της αλληλεπίδρασης των σχεδιαστών όσον αφορά την κατάσταση αυτή; Ποιες είναι οι δεσμεύσεις των σχεδιαστών για τους άλλους συμμετέχοντες στην κατάσταση; Ποια είναι τα χαρακτηριστικά αυτών που κατέχουν την κατάσταση; Ποιοι είναι αυτοί; Ποιες είναι οι προσδοκίες των σχεδιαστών σχετικά με το ρόλο τους; Από πού οι σχεδιαστές δέχονται επιρροή; C. Σχέσεις μεταξύ των νοητικών πόρων του συστήματος και την αναπαράσταση της κατάστασης (2 3): Ποια είναι η κουλτούρα του οργανισμού/ κατάστασης όσον αφορά τη χρήση μεθοδολογίας; Τι μεθοδολογίες έχουν χρησιμοποιηθεί; Ποιες μεθοδολογίες φαίνονται χρήσιμες για τη συγκεκριμένη κατάσταση; Πόσο κατάλληλες είναι οι μεθοδολογίες για τη συγκεκριμένη κατάσταση; 100

101 Κεφάλαιο 3: Ανάλυση πλαισίων για τη δημιουργία πολύ-μεθοδολογικών προσεγγίσεων Περισσότερο σημαντικές όμως είναι οι ερωτήσεις που προκύπτουν συνδέοντας τις προαναφερθείς σχέσεις. Αυτές περιλαμβάνουν: (Α)-(Β): π.χ. Τί είναι ικανός να επιτύχει ο σχεδιαστής σχετικά με τη συγκεκριμένη κατάσταση; (Α)-(C): π.χ. Ποιες μεθοδολογίες μπορεί να είναι σχετικές με την κατάσταση; (Β)-(Α): π.χ. Ποιες γνωστές μεθοδολογίες μπορεί να είναι χρήσιμες; (Β) - (C): π.χ. Ποιες μεθοδολογίες είναι θεμιτές και ποιες όχι; Τι πρέπει να μάθει ο σχεδιαστής; (C)-(Α): π.χ. Θα μπορούσε η εμπειρία του σχεδιαστή να επιτρέψει τη χρήση μίας συγκεκριμένης μεθοδολογίας; (C)-(Β): π.χ. Θα μπορούσε η ιστορία του σχεδιαστή με την κατάσταση να προτείνει τη χρήση συγκεκριμένης μεθοδολογίας; Το παραπάνω παράδειγμα/ πλαίσιο μπορεί να οδηγήσει τους σχεδιαστές εικονικών περιβαλλόντων, στη δημιουργία πιο δομημένων μεθοδολογιών σχεδίασης. Ο συνδυασμός του παραπάνω παραδείγματος/ πλαισίου με δομημένες (σκληρές) μεθοδολογίες μπορεί να παρέχει πληροφορία σε διάφορα επίπεδα, στοιχεία ή διαδικασίες. Η πολύ-μεθοδολογική σχεδιαστική προσέγγιση που προτείνεται έχοντας κατανοήσει την πολυπλοκότητα και την πολύ-παραγοντικότητα των προβληματικών καταστάσεων, αποκλείει τη χρήση καθολικών απόψεων για τη μελέτη τους. Αντί αυτού προτείνεται η εξέταση ποικιλίας απόψεων που αφορούν το σχεδιαστικό πρόβλημα. Το παραπάνω επιτυγχάνεται με την επιλογή μιας κυρίαρχης μεθοδολογίας η οποία θα εμπλουτίζεται με μεθόδους, τεχνικές και εργαλεία από άλλες προσεγγίσεις. Χωρίς αυτό όμως να δεσμεύει τους σχεδιαστές να χρησιμοποιήσουν την ίδια κυρίαρχη μεθοδολογία καθ όλη τη διάρκεια της σχεδιαστικής διαδικασίας. Αντίθετα τους παρέχεται η ελευθερία να αλλάξουν κυρίαρχη μεθοδολογία αν αυτό κρίνεται σκόπιμο, καθώς και η ίδια η κατάσταση μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου. 101

102 Κεφάλαιο 4: Επιλογή και ανάλυση μεθοδολογικού πλαισίου 4 Επιλογή και ανάλυση μεθοδολογικού πλαισίου Για τη δημιουργία της πολύ - μεθοδολογικής προσέγγισης, κρίνεται αναγκαία η εύρεση επιλογή μιας υπάρχουσας προσέγγισης η οποία θα χρησιμοποιηθεί ως βασικό πλαίσιο, πάνω στο οποίο θα αναπτυχθεί μια νέα πλουραλιστική, αλλά συγχρόνως και δομημένη άποψη για το σχεδιασμό εικονικών περιβαλλόντων. Λαμβάνοντας υπόψη τις ερωτήσεις που αναφέρονται παραπάνω και το γεγονός ότι η εμπειρία των σχεδιαστών πάνω στη συγκεκριμένη σχεδιαστική κατάσταση, αλλά και σε συγκεκριμένες σχεδιαστικές μεθοδολογίες δεν θεωρείται σημαντική συμπεραίνεται ότι: α) όλες οι μεθοδολογίες από τις οποίες θα γίνει η επιλογή, πρέπει να μελετούνται ισότιμα και β) η ανάγκη για μια ευκατανόητη, εύχρηστη μεθοδολογία που δεν απαιτεί εξειδικευμένη γνώση γίνεται επιτακτική. Επίσης, κρίνεται αναγκαίο η μεθοδολογία που θα επιλεχθεί ως βασικό πλαίσιο, να μην εξετάζει μεμονωμένα κάποια τμήματα της σχεδιαστικής διαδικασίας (πχ σχεδιασμός διάδρασης, επιλογή υλισμικού κτλ), καθώς και να μην μελετά τη σχεδίαση από μια μεμονωμένη οπτική (πχ σχεδιασμός για την ευχρηστία, σχεδιασμός για απόδοση). Θα πρέπει να ασχολείται με όλα τα στάδια της σχεδίασης ενός εικονικού περιβάλλοντος από την αρχή (καθορισμός αναγκών - στόχου) μέχρι το τέλος της διαδικασίας (αξιολόγηση της εφαρμογής), 102

103 Κεφάλαιο 4: Επιλογή και ανάλυση μεθοδολογικού πλαισίου καθώς και να εξετάζει όσο πιο καθολικά γίνεται τη διαδικασία. Τέλος είναι σημαντικό η σχεδιαστική προσέγγιση που θα αναπτυχθεί να είναι πλουραλιστική, δηλαδή να δημιουργεί μια πλούσια εικόνα από την άποψη της διαφορετικότητας ποσότητας πληροφορίας και όχι του βάθους της, ενώ απαιτείται το πλαίσιο που θα επιλεχθεί να είναι δομημένο αλλά όχι αυστηρό. Λέγοντας αυστηρό εννοείται να μην υπάρχει προκαθορισμένη ακολουθία των βημάτων καθώς και οι διεργασίες να μην είναι αυστηρά καθορισμένες αλλά περιγραφικές, έτσι ώστε να καταλήξουμε σε μια δομημένη μεθοδολογία η οποία συγχρόνως θα είναι μαλακή, επιτρέποντας πρώτον επαναλήψεις και ακολουθία όχι μιας αυστηρής διαδικασίας και δεύτερον επιτρέποντας βοηθώντας τον εμπλουτισμό της με άλλες σχεδιαστικές προσεγγίσεις εργαλεία - φιλοσοφίες. Λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω παρατηρήσεις και με βάση την έρευνα που πραγματοποιήθηκε (κεφάλαιο 2) σε υπάρχουσες μεθοδολογίες σχεδιασμού (διαφορετικών επιστημονικών χώρων και προσεγγίσεων), επιλέχτηκε η χρήση του πλαισίου VEDEF (Virtual Environment DEvelopment Framework) (Wilson, Eastgate, and D Cruz 2002). Το πλαίσιο αυτό αποτελεί μια διευρυμένη μεθοδολογική προσέγγιση που ενστερνίζεται και περιλαμβάνει τις περισσότερες από τις προαναφερθείσες απαιτήσεις. Η μεθοδολογία αυτή δεν θα χρησιμοποιηθεί καθολικά, αλλά συνδυαστικά και συμπληρωματικά με άλλες προσεγγίσεις όπου κρίνεται απαραίτητο. Το παραπάνω πλαίσιο αποτελείται από τα εξής βασικά στάδια (πίνακας 10): Προετοιμασία (preparation) Ανάλυση (analysis) Προδιαγραφές (specifications) Ανάπτυξη (building) Εφαρμογή - εγκατάσταση (implementation) Αξιολόγηση (evaluation) Στο πρώτο στάδιο (στάδιο προετοιμασίας) πραγματοποιείται ένας αρχικός καθορισμός των χαρακτηριστικών, των στόχων, των αναγκών και των περιορισμών της εφαρμογής. Ο καθορισμός αυτός γίνεται κυρίως από τον πελάτη και δεν είναι τελικός καθώς ενδέχεται να παρουσιάζει ατελείς απόψεις, στόχους, αποφάσεις, συνδέσεις και λύσεις οι οποίες κρίνεται απαραίτητο να επαναπροσδιοριστούν στα επόμενα στάδια. Επίσης εξετάζονται εναλλακτικές 103

104 Κεφάλαιο 4: Επιλογή και ανάλυση μεθοδολογικού πλαισίου τεχνολογίες για την επίτευξη των στόχων και γίνεται μια πρώτη καταγραφή των κριτηρίων αξιολόγησης, σύμφωνα με τις ανάγκες και τους στόχους που αναφέρθηκαν. Στο επόμενο στάδιο της ανάλυσης, γίνεται μια μελέτη των χρηστών, καταγράφοντας τα χαρακτηριστικά και τις ανάγκες τους. Πραγματοποιείται καταγραφή των λειτουργιών καθώς και ανάλυση των διεργασιών που θα πραγματοποιούνται στην εφαρμογή. Στο στάδιο των προδιαγραφών γίνεται η τελική καταγραφή των στόχων της εφαρμογής με σειρά προτεραιότητας. Στην καταγραφή αυτή απαιτείται η συνεργασία των σχεδιαστών, του πελάτη και των χρηστών. Επίσης στο στάδιο αυτό πραγματοποιείται ο εννοιολογικός σχεδιασμός και σχεδιασμός του εικονογραφημένου σεναρίου, ο οποίος θα πρέπει να είναι ρεαλιστικός. Επίσης στο στάδιο των προδιαγραφών γίνεται η συλλογή πόρων, η επιλογή του βέλτιστου συστήματος εικονικής πραγματικότητας, έτσι ώστε να επιτυγχάνονται οι στόχοι, σύμφωνα με τις ανάγκες και τους περιορισμούς που καταγράφηκαν στα παραπάνω στάδια. Ακολουθεί το στάδιο της ανάπτυξης όπου γίνεται η ανάλυση των εικονικών διεργασιών. Με τον όρο εικονικές διεργασίες εννοούνται οι διεργασίες εκείνες που πραγματοποιούνται από το χρήστη μέσα στο εικονικό περιβάλλον, έτσι ώστε να αλληλεπιδρά με αυτό. Στη συνέχεια πραγματοποιείται ο καθορισμός της εμφάνισης του εικονικού περιβάλλοντος και ο καθορισμός των στοιχείων της διάδρασης. Τέλος, σύμφωνα με τον καθορισμό αυτό πραγματοποιείται η ανάπτυξη του εικονικού περιβάλλοντος. Στο στάδιο εφαρμογής, πραγματοποιούνται δοκιμές του περιβάλλοντος, ενώ συλλέγεται πληροφορία που αφορά τις διεργασίες που γίνονται στο εικονικό περιβάλλον, τις συνθήκες χρήσης και την απόδοση των χρηστών. Η πληροφορία που συλλέγεται, χρησιμοποιείται το στάδιο αξιόλογης. Κατά το τελικό στάδιο της αξιολόγησης μελετάται η ακρίβεια και η εγκυρότητα του εικονικού περιβάλλοντος, εξετάζεται η εμπειρία των χρηστών και παράγονται συμπεράσματα για την αρέσκεια και την ευχρηστία της εφαρμογής, καθώς και στις παρενέργειες επιπτώσεις που χωρίζονται σε φυσιολογικές και ψυχολογικές. Τέλος πραγματοποιείται ανάλυση κόστους ωφέλειας. 104

105 Κεφάλαιο 4: Επιλογή και ανάλυση μεθοδολογικού πλαισίου Καταγραφή αναγκών Κριτήρια αξιολόγησης Στόχοι της εφαρμογής Μεταφορά συμπερασμάτων στον πραγματικό κόσμο Ανάλυση κόστους - ωφέλειας Χαρακτηριστικά συστήματος ΕΠ Εναλλακτικές τεχνολογίες Προτεραιότητες / περιορισμοί ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ Κατανομή λειτουργιών Ανάλυση διεργασιών (εφαρμογής) Ανάλυση αναγκών και χαρακτηριστικών των χρηστών Φυσιολογικές επιδράσεις Ψυχολογικές επιδράσεις ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Στόχοι του ΕΠ - προτεραιότητες Διάθεση - αρέσκεια Ευχρηστία Σχεδιασμός πρωτοτύπου για το ΕΠ Εικονογραφημένο σενάριο Εμπειρία χρηστών Παρενέργειες - επιπτώσεις Συλλογή πόρων Επιλογή συστήματος ΕΠ Ακρίβια και εγκυρότητα του ΕΠ ΣΤΑΔΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Ανάλυση εικονικών διεργασιών ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ Απόδοση χρηστών στο ΕΠ Καθορισμός εμφάνισης ΕΠ Καθορισμός στοιχείων ανατροφοδότησης της διάδρασης Διεργασίες στο ΕΠ Συνθήκες χρήσης Ανάπτυξη ΕΠ Χρήση ΕΠ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ Πίνακας 10: Στάδια μεθοδολογίας VEDEF 105

106 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης 5 Περιγραφή πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Σε αυτό το κεφάλαιο πραγματοποιείται η περιγραφή - ανάλυση της νέας πολύ - μεθοδολογικής προσέγγισης που προτείνεται. Η μεθοδολογία αυτή έχει στόχο να δημιουργήσει μια πλουραλιστική άποψη για τη σχεδίαση εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της μελέτης και ανάλυσης όσο το δυνατόν περισσότερων προσεγγίσεων από διαφορετικούς επιστημονικούς χώρους. Οι προσεγγίσεις αυτές αξιολογούνται σύμφωνα με τις απαιτήσεις της εκάστοτε σχεδιαστικής κατάστασης και επιλέγονται τα στοιχεία αυτά που θεωρούνται καταλληλότερα για την επίλυση του σχεδιαστικού προβλήματος. Χρησιμοποιώντας σαν βασικό σκελετό τη γενική δομή του πλαισίου VEDEF (Virtual Environment DEvelopment Framework), όπως αναφέρθηκε και στο προηγούμενο κεφάλαιο, πραγματοποιούνται τροποποιήσεις πάνω σε αυτό όπου κρίνεται απαραίτητο, ενώ ταυτόχρονα εμπλουτίζεται με στοιχεία από άλλες μεθοδολογίες, εργαλεία, τεχνικές ή φιλοσοφίες σχεδίασης. Η διαδικασία αυτή γίνεται έτσι ώστε να δημιουργηθεί μια καλά δομημένη μεθοδολογία, όπου θα περιγράφονται αναλυτικά οι διεργασίες του κάθε σταδίου και ο τρόπος ροής μεταξύ των διεργασιών 106

107 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης αυτών. Ως διεργασίες κάθε σταδίου θεωρούνται οι απαιτούμενες πληροφορίες και η διαδικασία απόκτησης τους, η επεξεργασία της πληροφορίας αυτής, οι αποφάσεις που θα παρθούν και το τελικό αποτέλεσμα (output) και η σύνδεση του κάθε σταδίου με τα υπόλοιπα. Η μεθοδολογία που προκύπτει αν και παρουσιάζεται σε σειριακή μορφή, προϋποθέτει το στοιχείο της επανάληψης και της ανατροφοδότησης μεταξύ των σταδίων. Αν και υπάρχει μια βασική ακολουθία μεταξύ των σταδίων, ενδέχεται κάποια στάδια να πραγματοποιούνται ταυτόχρονα ή και με διαφορετική σειρά, ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες. Η παρουσίαση της μεθοδολογίας στα σχεδιαγράμματα, καθώς και η περιγραφή που ακολουθεί, πραγματοποιείται ενδεικτικά σε σειριακή μορφή ώστε να γίνεται ευκολότερη η κατανόηση της διαδικασίας. ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Πίνακας 11: Βασικά στάδια πολυ-μεθοδολογίας 5.1 Στάδιο προετοιμασίας Σε αυτό το αρχικό στάδιο πραγματοποιείται μια καταγραφή στοιχείων και χαρακτηριστικών. Αρχικά γίνεται καταγραφή των αναγκών του προβλήματος. Για την κάλυψη αυτών των αναγκών γίνεται μια αρχική οριοθέτηση των στόχων, όπως και των προτεραιοτήτων και των περιορισμών. Τα παραπάνω βήματα γίνονται κυρίως από τον πελάτη και για αυτό ενδέχεται να μην είναι πρακτικά και απόλυτα πραγματοποιήσιμα. Επίσης γίνεται καταγραφή των χαρακτηριστικών του συστήματος, όπως και των εναλλακτικών τεχνολογιών που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την επίτευξη του στόχου. Τέλος αναγνωρίζονται βασικά κριτήρια αξιολόγησης της τελικής εφαρμογής, μέσω των καθορισμένων αναγκών και στόχων. 107

108 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Καταγραφή αναγκών Στόχοι της εφαρμογής Κριτήρια αξιολόγησης Delta Method (Ericcson, Linkoping University 1990) Καταγραφή περιορισμών Εναλλακτικές τεχνολογίες Ανάλυση χαρακτηριστικών μέσων εισόδου- εξόδου Χαρακτηριστικά συστήματος ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ Πίνακας 12: Στάδιο προετοιμασίας Καταγραφή αναγκών Σε αυτό το στάδιο πραγματοποιείται μια αρχική καταγραφή βασικών αναγκών που αφορούν την εφαρμογή και τους χρήστες. Η καταγραφή αυτή, εξαιτίας του πρώιμου σταδίου στο οποίο πραγματοποιείται και λόγω του ότι γίνεται από τον πελάτη και όχι από τους χρήστες είναι πιθανό να περιέχει μη επαρκώς καθορισμένες ανάγκες ή ακόμα και μη υπαρκτές. Στόχος του σταδίου αυτού είναι να δώσει μια γενική περιγραφική εικόνα των βασικών αναγκών. 108

109 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης Στόχοι της εφαρμογής Γίνεται μια πρώτη καταγραφή των στόχων μέσω των οποίων θα καλυφθούν οι προαναφερθείσες ανάγκες. Ορισμένοι από τους στόχους που αναγνωρίζονται σε αυτό το σημείο, υπάρχει ενδεχόμενο να αλληλοσυγκρούονται μεταξύ τους και να μην είναι απόλυτα εφαρμόσιμοι. Σύμφωνα με την Delta Method (Ericsson and Linköping University 2002) οι στόχοι που αναγνωρίζονται στο στάδιο αυτό αποτελούν υψηλού επιπέδου στόχους, οι οποίοι θα πρέπει να καταγραφούν με σειρά προτεραιότητας και να λαμβάνονται υπόψη ανάλογα με τη βαρύτητα τους. Σε επόμενο στάδιο της διαδικασίας, καταγράφονται καλύτερα καθορισμένοι στόχοι, όπου αναγνωρίζονται λαμβάνοντας υπόψη περισσότερες παραμέτρους και πληροφορίες που αναδύονται από τα υπόλοιπα στάδια. Όμως, ανεξάρτητα από τον ενδεχόμενο επαναπροσδιορισμό των στόχων, η αναγνώριση βασικών στόχων της εφαρμογής σε αυτό το σημείο δεν πρέπει να υποτιμηθεί, διότι αποτελεί βασικό στοιχείο πληροφορία για την εξέλιξη της διαδικασίας Καταγραφή περιορισμών Στο σημείο αυτό, αναγνωρίζονται οι πιθανοί περιορισμοί που επηρεάζουν τη διαδικασία ανάπτυξης της εφαρμογής. Πιθανοί τέτοιοι περιορισμοί μπορούν να σχετίζονται για παράδειγμα, με τον διαθέσιμο χρόνο, τους διαθέσιμους οικονομικούς πόρους, το ανθρώπινο δυναμικό, το υλικό κτλ. Γενικότερα οι περιορισμοί αποτελούν τα στοιχεία αυτά (ενδογενή ή εξωγενή της διαδικασίας) τα οποία επιδρούν άμεσα ή έμμεσα σε στάδια και διαδικασίες της σχεδίασης. Η αναγνώριση των περιορισμών πραγματοποιείται σε αυτό το σημείο έτσι ώστε να λαμβάνονται υπόψη κατά την εκτέλεση των υπόλοιπων σταδίων, με αποτέλεσμα να αποτραπούν, όσο το δυνατόν, προβλήματα και επαναλήψεις στη διαδικασία που πιθανόν να παρουσιάζονταν εξαιτίας τους Χαρακτηριστικά συστήματος εικονικού περιβάλλοντος Το στάδιο αναγνώρισης των χαρακτηριστικών του συστήματος, αναφέρεται στην καταγραφή των στοιχείων υλισμικού και λογισμικού τα οποία χρησιμοποιούνται κατά τη διαδικασία σχεδίασης ανάπτυξη και 109

110 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης αναπαραγωγής της εφαρμογής. Τα στοιχεία συστήματος που αναγνωρίζονται στην αρχή της διαδικασία, υπάρχει πιθανότητα να αλλάξουν κατά την εξέλιξη της διαδικασίας, ανάλογα με τις απαίτησης και τις ανάγκες που παρουσιάζονται στις εκάστοτε περιπτώσεις και στάδια της σχεδίασης. Επίσης, τα χαρακτηριστικά αυτά μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με το είδος της εφαρμογή και το περιεχόμενο του εικονικού περιβάλλοντος. Βάσει των χαρακτηριστικών αυτών, πραγματοποιείται η τελική αναγνώριση και καθορισμός του συστήματος σε επόμενο στάδιο της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης. Για τη διαδικασία αναγνώρισης των χαρακτηριστικών του συστήματος, λαμβάνεται υπόψη η ανάλυση και κατηγοριοποίηση των μέσων εισόδου και εξόδου και των χαρακτηριστικών τους, που πραγματοποιείται στο κεφάλαιο ανάλυσης της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης (κεφάλαιο 6) Εναλλακτικές τεχνολογίες Σε αυτό το στάδιο γίνεται αναγνώριση των εναλλακτικών τεχνολογιών και διαδικασιών, που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν κατά τη διαδικασία σχεδίασης της εφαρμογής, καθώς και στο περιεχόμενο της. Η χρήση των εναλλακτικών αυτών τεχνολογιών γίνεται με σκοπό τον εμπλουτισμό της εφαρμογής με προσιτές οικείες διαδικασίες για τους χρήστες και ειδικότερα για τους μη έμπειρους χρήστες. Μέσω του εμπλουτισμού αυτού, οι χρήστες υποβοηθούνται στο να επιτυγχάνουν τους στόχους τους καλύτερα, αποδοτικότερα και με περισσότερο ενδιαφέρον, απ ότι χρησιμοποιώντας άλλα εναλλακτικά μέσα ή ακόμα και μέσω της αντίστοιχης κατάστασης στο φυσικό περιβάλλον Κριτήρια αξιολόγησης Σε αυτό το στάδιο θέτονται κάποια γενικά κριτήρια με τα οποία θα πραγματοποιηθεί η αξιολόγηση της τελικής εφαρμογής (στο στάδιο αξιολόγησης), αφού και οι στόχοι που έχουν καταγραφεί μέχρι το στάδιο αυτό είναι υψηλού επιπέδου. Το στάδιο αυτό ανατροφοδοτείται με πληροφορία κατά την ολοκλήρωση της διαδικασίας που πραγματοποιείται η λεπτομερής καταγραφή των στόχων του εικονικού περιβάλλοντος και θέσπισης προτεραιοτήτων αυτών, που ακολουθεί στο στάδιο της ανάλυσης. Η αξιολόγηση θα γίνει βάσει του βαθμού κάλυψης του κάθε στόχου ξεχωριστά, 110

111 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης λόγω της διαφορετικής βαρύτητας του κάθε στόχου αλλά και της πιθανότητας κάποιοι από τους στόχους να συγκρούονται μεταξύ τους. 5.2 Στάδιο ανάλυσης Σύμφωνα με τους (Gabbard, Swan, and JE 1999), το στάδιο της ανάλυσης παράγει κρίσιμες πληροφορίες, οι οποίες χρησιμοποιούνται στη διάρκεια όλων των σταδίων του κύκλου ζωής ανάπτυξης της εφαρμογής. Τα αποτελέσματα που παράγονται από το στάδιο της ανάλυσης, περιέχουν όχι μόνο τον προσδιορισμό και την περιγραφή των προσδιορισμών, αλλά και πληροφορίες σχετικά με τη διάταξη, τις σχέσεις και τις αλληλεξαρτήσεις μεταξύ των διεργασιών. Χωρίς μία σαφέστατη κατανόηση των απαιτήσεων διεργασιών χρήστη, οι σχεδιαστές θα πρέπει να εικάσουν την επιθυμητή λειτουργία, κάτι το οποίο θα οδηγήσει αναπόφευκτα στο φτωχό σχεδιασμό της διάδρασης του χρήστη. 111

112 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Ανάλυση χαρακτηριστικών των χρηστών Ανάλυση αναγκών Ανάλυση διεργασιών (εφαρμογής) Ericcson, Linkoping University 1990 ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΩΝ Wilson, Eastgate VEDEF 2002 Gabbard 1997 Sudman and Norman 1982 Ericcson, Linkoping University 1990 Stanney, Mourant and Kennedy 1998 ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ Πίνακας 13: Στάδιο ανάλυσης Η ανάλυση χαρακτηριστικών των χρηστών Η ανάλυση των χαρακτηριστικών των χρηστών, αναφέρεται σύμφωνα με τους (Gabbard, Swan, and JE 1999) και ως «μοντελοποίηση χρηστών», αποτελεί τη διαδικασία κατά την οποία συλλέγονται πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες των χρηστών. Η ποικιλομορφία και η διαφοροποιήσεις που παρατηρούνται στα χαρακτηριστικά αυτά, επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τη διαδικασία εκτέλεσης κάποιας διεργασίας. Για το λόγο αυτό η πληροφορία που αναδύεται κατά το στάδιο της ανάλυσης μοντελοποίησης των χαρακτηριστικών των χρηστών θα πρέπει να 112

113 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης συνυπολογίζεται καθ όλη τη διαδικασία σχεδίασης και στις αποφάσεις που λαμβάνονται (πχ επιλογή τεχνικών αλληλεπίδρασης). Τα χαρακτηριστικά των χρηστών που θα πρέπει να εξεταστούν σύμφωνα με τους (Gabbard, Joseph L. 1997), είναι τα παρακάτω: Εμπειρία χρηστών (user experience) Γνώση αντικειμένου (domain knowledge) Τεχνικές επιδεξιότητες (technical aptitudes) σχετικά με τον προσανατολισμό, την οπτική αντίληψη του χώρου (spatial visualization) και την μνήμη του χώρου (spatial memory) Υποστήριξη δεξιόχειρων και αριστερόχειρων χρηστών Ηλικία και φύλο Η συλλογή των παραπάνω πληροφοριών γίνεται μέσω ερωτηματολογίων τα οποία θα σχεδιαστούν και θα σταλούν σε πιθανούς χρήστες της εφαρμογής. Είναι σημαντικό τα ερωτηματολόγια αυτά να είναι προσανατολισμένα στους πιο άπειρους χρήστες, ώστε να μπορεί να σχηματιστεί μια πλούσια εικόνα των διαφόρων κατηγοριών χρηστών. Τα ερωτηματολόγια αυτά αφού συμπληρωθούν και συλλεχθούν, θα πρέπει να αναλυθούν και να ομαδοποιηθούν οι απαντήσεις ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της κάθε ομάδας χρηστών (Ericsson and Linköping University 2002). Για το σχεδιασμό των ερωτηματολογίων θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη προσεγγίσεις στις οποίες αναλύεται η διαδικασία σχεδίασης ερωτηματολογίων. Στις μελέτες αυτές αναλύονται οι διαφορετικοί τύποι ερωτήσεων, η σωστή διάταξη των ερωτηματολογίων, η διατύπωση των ερωτήσεων, τα προβλήματα που συνήθως προκύπτουν κατά το σχεδιασμό, ενώ ταυτόχρονα προτείνονται και κανόνες σχεδιασμού των ερωτηματολογίων. Σχετικές αναλύσεις που αφορούν τη σχεδίαση ερωτηματολογίων προτείνονται από τους (Sudman and Bradburn 1982), (Kay M. Stanney, Ronald R. Mourant, and Robert S. Kennedy 1998) Ανάλυση αναγκών Το στάδιο αυτό αναφέρεται στις ανάγκες που έχουν οι χρήστες από την εφαρμογή. Η συλλογή των πληροφοριών αυτών γίνεται πάλι μέσω ερωτηματολογίων ή και συνεντεύξεων προς τους χρήστες, τα οποία θα πρέπει 113

114 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης να είναι σχεδιασμένα με τέτοιο τρόπο ώστε να αναδεικνύουν τις ανάγκες των χρηστών Ανάλυση διεργασιών (εφαρμογής) Σε αυτό το σημείο είναι χρήσιμο να τονιστεί η διαφορά μεταξύ των σταδίων ανάλυσης διεργασιών (που αναλύεται στο παρών στάδιο) και ανάλυσης εικονικών διεργασιών (αναλύεται στο στάδιο προδιαγραφών). Σύμφωνα λοιπόν με τους (Wilson, Eastgate, and D Cruz 2002), στο στάδιο «ανάλυσης διεργασιών», πραγματοποιείται ανάλυση υψηλού επιπέδου των διεργασιών που θα εμπεριέχονται στην εφαρμογή (πχ περιήγηση). Αντίθετα, κατά την «ανάλυση εικονικών διεργασιών» του σταδίου προδιαγραφών, πραγματοποιείται ανάλυση χαμηλότερου επιπέδου που αφορά τις διεργασίες του εικονικού περιβάλλοντος, αναγνωρίζοντας ταυτόχρονα τις διαδικασίες βάσει των οποίων θα εκτελούνται οι διεργασίες αυτές (πχ fly-through περιήγηση). Η ανάλυση διεργασιών πραγματοποιείται βάσει της γνώσης - πληροφορίας που αποκτάται κατά την μοντελοποίηση χρηστών και την ανάλυση αναγκών. Πιο συγκεκριμένα αφού ολοκληρωθούν οι δυο προαναφερθείσες διαδικασίες γίνονται συνεντεύξεις σε αντιπροσωπευτικά άτομα από την κάθε ομάδα χρηστών. Στόχος των συνεντεύξεων είναι η ποιοτική συλλογή πληροφοριών. Ο στόχος της ανάλυσης διεργασιών είναι να καταγράψει λεπτομερώς πως και ποιες διεργασίες θα υποστηρίζονται από το σύστημα, από την οπτική του χρήστη και σύμφωνα με την εμπειρία του. Τέλος είναι σημαντικό κατά τη διάρκεια των συνεντεύξεων να συμμετέχουν άτομα από όλους τους κλάδους της σχεδιαστικής ομάδας ώστε να καλύπτονται οι απαιτούμενες πληροφορίες από όλους τους χώρους που εμπλέκονται στη σχεδιαστική διαδικασία (Ericsson and Linköping University 2002). Κατά την ολοκλήρωση του σταδίου της ανάλυσης θα πρέπει να έχουν απαντηθεί τα παρακάτω ερωτήματα (Wilson, Eastgate, and D Cruz 2002): Υπάρχει ανάγκη για την παροχή της συγκεκριμένης υπηρεσίας; Έχει θέση η εικονική πραγματικότητα στη συγκεκριμένη εφαρμογή; 114

115 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης Ποιές λειτουργίες μέσα στην εφαρμογή θα υποστηρίζονται από τη χρήση εικονικής πραγματικότητας; Πως η εικονική πραγματικότητα θα ενωθεί / ενσωματωθεί με άλλες τεχνολογίες; Πως η πιθανή χρήση εικονικής πραγματικότητας θα αξιολογηθεί σύμφωνα με τα αποτελέσματα; Ποιό σύστημα εικονικής πραγματικότητας είναι καταλληλότερο για τις εργασίες, το περιβάλλον και τις ομάδες χρηστών; Τι είδους εφαρμογή θα αναπτυχθεί; Ποιά είναι τα χαρακτηριστικά των ανθρώπων που θα χρησιμοποιήσουν την εφαρμογή; Ποιές είναι οι διεργασίες που θα εκτελεστούν από αυτούς; 5.3 Στάδιο προδιαγραφών Στο στάδιο αυτό γίνεται ο λεπτομερείς καθορισμός όλων των στοιχείων της εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος που πρόκειται να σχεδιαστεί. Συγκεκριμένα πραγματοποιούνται οι εξής εργασίες: καθορισμός των στόχων, επιλογή συστήματος, εννοιολογικός σχεδιασμός και εικονογραφημένο σενάριο, ανάλυση των εικονικών διεργασιών και καθορισμός του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος. Επίσης, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι σε αυτό το στάδιο παρατηρείτε έντονα το στοιχείο της επανάληψης, τόσο εσωτερικά μεταξύ των επιμέρους διεργασιών αλλά και γενικότερα σε σχέση με τα υπόλοιπα σταδία της σχεδιαστικής διαδικασίας και κυρίως με τα στάδια της ανάπτυξης και της αξιολόγηση. 115

116 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Στόχοι του ΕΠ, προτεραιότητες Διαμόρφωση / Επιλογή συστήματος Ανάλυση χαρακτηριστικών μέσων εισόδου - εξόδου Gabbard J 1997 Ανάλυση εικονικών διεργασιών Καθορισμός του μοντέλου ΕΠ Βοσινάκης, 2003 Εννοιολογικός σχεδιασμός - εικονογραφημένο σενάριο Wilson, Eastgate - VEDEF 2002 Συλλογή πόρων Wilson, Eastgate - VEDEF 2002 ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ Πίνακας 14: Στάδιο προδιαγραφών 116

117 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης Στόχοι του εικονικού περιβάλλοντος, προτεραιότητες Αν και στο αρχικό στάδιο της προετοιμασίας έχουν ήδη καταγραφεί οι στόχοι της εφαρμογής από τον πελάτη, ενδεχομένως να είναι ασαφής ή ανεφάρμοστοι για τις ανάγκες του σχεδιασμού. Για το λόγο αυτό, το πρώτο βήμα στο στάδιο των προδιαγραφών είναι ο καθορισμός πρακτικών καλά καθορισμένων στόχων. Η διαδικασία αναγνώρισης των στόχων της εφαρμογής, επηρεάζεται και από πληροφορίες που προκύπτουν από τα υπόλοιπα, ήδη εκτελεσμένα, στάδια της διαδικασίας, που αφορούν για παράδειγμα τις ανάγκες των χρηστών, τους καθορισμένους περιορισμούς κτλ. Ίσως σε αυτό το σημείο να μην είναι ακόμα εφικτό να αναγνωρίσουμε ποιοί στόχοι είναι καθολικά πραγματοποιήσιμοι ή ποιοι θα μπορέσουν να επιτευχθούν στον διαθέσιμο χρόνο και με τους διαθέσιμους πόρους (σε συνάρτηση δηλαδή με τους περιορισμούς), ενώ κάποιοι από αυτούς μπορεί να αλληλοσυγκρούονται. Επομένως, κρίνεται αναγκαίο να καθοριστούν προτεραιότητες μεταξύ των στόχων, έτσι ώστε να αναγνωρίζεται η σημαντικότητα και η βαρύτητα του κάθε στόχου σε σύγκριση με τους υπόλοιπους. Η αναγνώριση προτεραιοτήτων μεταξύ των στόχων είναι μια ιδιαίτερα σημαντική διεργασία για την εξέλιξη της διαδικασίας σχεδίασης, σε περιπτώσεις που κάποιοι από τους στόχους δεν μπορούν να πραγματοποιηθούν Διαμόρφωση / επιλογή συστήματος εικονικού περιβάλλοντος (system configuration) Σε αυτό το στάδιο γίνεται καταγραφή των απαιτήσεων όσον αφορά το υλισμικό (hardware) και το λογισμικό (software) βάσει του οποίου πραγματοποιείται η ανάπτυξη σχεδίαση και η εκτέλεση της εφαρμογής. Η διαμόρφωση του συστήματος βασίζεται στα χαρακτηριστικά που αναγνωρίζονται στο στάδιο χαρακτηριστικά συστήματος, ενώ ταυτόχρονα θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη και οι διάφορες καθορισμένες ανάγκες, στόχοι και περιορισμοί της εφαρμογής. Η επιλογή του συστήματος πρέπει να είναι προσανατολισμένη στην επίτευξη των στόχων και στην εκπλήρωση των αναγκών των χρηστών. Κατά τη διαμόρφωση και επιλογή συστήματος, λαμβάνεται υπόψη η ανάλυση και κατηγοριοποίηση των μέσων εισόδου και 117

118 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης εξόδου και των χαρακτηριστικών τους, που πραγματοποιείται στα κεφάλαια , στην ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Καθορισμός του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος (VE model specification) Στον καθορισμό του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος, γίνεται αναγνώριση και καταγραφή των στοιχείων τα οποία αποτελούν τον εικονικό κόσμο. Η λεπτομερής ανάλυση της διαδικασίας πραγματοποιείται κατά το στάδιο μελέτης και σχεδίασης του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος. Παρ όλα αυτά είναι σημαντικό για την εξέλιξη της διαδικασίας (καθώς επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τη διαδικασία), ο βασικός καθορισμός σε αυτό το σημείο των στοιχείων που θα απαρτίζουν το εικονικό περιβάλλον. Τα στοιχεία αυτά αναφέρονται στον καθορισμό των ορίων του εικονικού περιβάλλοντος (αναφέρεται στη βιβλιογραφία και ως χώρος σκηνικού), της ενσάρκωσης του χρήστη (avatar), των εικονικών πρακτόρων (virtual agents) και των επιμέρους αντικείμενων τα οποία υπάρχουν στο χώρο (Βοσινάκης 2003). Τα όρια του εικονικού περιβάλλοντος μπορούν να διαχωριστούν σε δύο επίπεδα. Στο πρώτο επίπεδο περιλαμβάνονται όλα τα στοιχεία που μοντελοποιούνται και στο δεύτερο επίπεδο ανήκει ο χώρος μέσα στον οποίο μπορεί να πλοηγηθεί ο χρήστης. Τα αποτελέσματα στοιχεία καθορισμού του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος που αναγνωρίζονται στο στάδιο αυτό, υπάρχει περίπτωση να διαφοροποιηθούν κατά την εξέλιξη της διαδικασίας και συγκεκριμένα κατά τη διαδικασία ανάλυσης και σχεδίασης του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος Ανάλυση εικονικών διεργασιών Όπως έχει ήδη αναφερθεί παραπάνω η ανάλυση εικονικών διεργασιών αναφέρεται στις διεργασίες που πραγματοποιούνται μέσα στον εικονικό κόσμο καθώς και στις διαδικασίες βάσει των οποίων εκτελούνται. Η ανάλυση των εικονικών διεργασιών βασίζεται στο στάδιο ανάλυσης διεργασιών (κεφάλαιο 5.2.3) καθώς αναλύονται σε χαμηλότερο επίπεδο οι διεργασίες που καταγράφονται σε αυτό, ενώ επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τα υπόλοιπα στάδια της διαδικασίας (πχ ανάγκες χρηστών, περιορισμοί). Το στάδιο αυτό, 118

119 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης όπως και το στάδιο καθορισμού του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος, είναι ιδιαίτερα σημαντικά για την εξέλιξη της διαδικασίας, καθώς πριν αρχίσει η εφαρμογή των σταδίων ανάπτυξης είναι απαραίτητο οι σχεδιαστές της εφαρμογής να γνωρίζουν τα σημαντικότερα στοιχεία των δυο βασικών τομέων σχεδίασης (μοντελοποίηση - αλληλεπίδραση) της εφαρμογής, τα οποία επηρεάζουν την εξέλιξη των διαδικασιών εκατέρωθεν. Τα σημαντικά στοιχεία που πρέπει να αναγνωρίζονται στο σημείο αυτό είναι ο καθορισμός και η περιγραφή των διεργασιών καθώς και η ροή των διεργασιών. Με τον όρο ροή διεργασιών εννοούμε την ακολουθία της σχέσης και την αλληλεξάρτηση μεταξύ των διεργασιών. Σύμφωνα με τον (Gabbard J., A Taxonomy of Usability Characteristics in Virtual Environments, 1997) οι σχέσεις μεταξύ των διεργασιών χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: Ταυτόχρονη διεργασίες που εκτελούνται ταυτόχρονα Σειριακή διεργασίες που εκτελούνται με μια συγκεκριμένη σειρά Στοίβας (stackable) διεργασίες οι οποίες όταν αρχίσουν οδηγούν σε άλλες διεργασίες αναπόσπαστες στην ολοκλήρωση των αρχικών διεργασιών Εννοιολογικός σχεδιασμός (concept design) / Εικονογραφημένο σενάριο (Storyboarding) Το εικονογραφημένο σενάριο είναι μια σειρά από καρέ, καθένα από τα οποία χρησιμοποιώντας εικόνες ή κείμενο (ή συνδυασμό και των δυο), περιγράφουν μια σκηνή από την εμπειρία που προσφέρει το εικονικό περιβάλλον στο χρήστη. Διαφέρει από το εικονογραφημένο σενάριο στον κινηματογράφο, ως προς το ότι δεν ακολουθεί μια ευθεία - σειριακή αφήγηση. Στόχος του εικονογραφημένου σεναρίου δεν είναι να προβάλει τη διαδοχή των γεγονότων αλλά να περιγράψει τα στοιχεία διάδρασης και τις μεταφορές. Τα εικονικά περιβάλλοντα συνήθως σχεδιάζονται από μια ομάδα ανθρώπων, τα μέλη της οποίας ίσως προέρχονται από διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους. Κάποιοι από αυτούς ενδεχομένως να έχουν καλή αντίληψη των δυνατοτήτων ενός εικονικού περιβάλλοντος, ενώ άλλοι είναι ειδικοί μόνο στον δικό τους τομέα. Το εικονογραφημένο σενάριο είναι μια 119

120 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης καλή μέθοδος ώστε τα εμπλεκόμενα άτομα που προέρχονται από διαφορετικούς τομείς να περιγράψουν, σχεδιάσουν, σκιαγραφήσουν και να συμφωνήσουν σχετικά με τη δομή και εμφάνιση στοιχείων και διαδικασιών της εφαρμογής. Είναι σημαντικό στο στάδιο του εικονογραφημένου σεναρίου να συμμετέχουν όλοι οι εμπλεκόμενοι της διαδικασίας ανάπτυξης του εικονικού περιβάλλοντος. Εάν αυτό δεν συμβεί, όπως υποστηρίζεται από τους (Wilson, Eastgate, and D Cruz 2002), για να καλυφτούν οι απαιτήσεις του ατόμου που δεν συμμετείχε στη διαδικασία θα χρειαστεί εκτεταμένος επανασχεδιασμός αρκετών σταδίων, ο οποίος θα έχει αρνητικές επιπτώσεις στους οικονομικούς πόρους και το χρόνο που απαιτούνται. Γενικά σε αυτό το στάδιο θα πρέπει να συμμετάσχουν: Ο διαχειριστής έργου (για να επιβλέπει την όλη διαδικασία) Οι σχεδιαστές (για να επεξηγήσουν τις απαιτήσεις του πελάτη και να αναλύσουν τι είναι πραγματοποιήσιμο και σε πόσο χρόνο) Ο πελάτης (για να βεβαιώσει ότι η εφαρμογή θα καλύπτει τις απαιτήσεις του) Αντιπροσωπευτικοί εκπρόσωποι των χρηστών (για να βεβαιώσουν ότι η εφαρμογή θα ανταποκρίνεται στα χαρακτηριστικά και τις ανάγκες τους) Αν και το τι θα περιέχεται στο εικονογραφημένο σενάριο ενδέχεται να διαφέρει ανάλογα με την εφαρμογή, γενικά θα πρέπει να περιέχονται τα παρακάτω: Ένα μοντέλο ή σκελετό της δομής του εικονικού περιβάλλοντος Την αρχική σκηνή που παρουσιάζεται όταν ο χρήστης εισάγεται στο περιβάλλον Το αναμενόμενο στήσιμο της σκηνής σε διάφορα σημεία Κάθε στοιχείο αφήγησης ή οδηγιών σε μορφή ήχου ή κειμένου Κάθε σημάδι ή στοιχείο που δίνεται στους χρήστες Περιγραφικές εικόνες των δραστηριοτήτων στις οποίες ο χρήστης λαμβάνει μέρος Τη μέθοδο με την οποία ο χρήστης εκτελεί αυτές της δραστηριότητες Εικόνες που περιγράφουν τα αποτελέσματα από διάφορες δράσεις των χρηστών Η σειρά των γεγονότων όπου απαιτείται Πιθανές συνδέσεις με άλλα λογισμικά 120

121 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης Το τυπικό τέλος της εικονικής εμπειρίας Είναι σημαντικό σε αυτό το στάδιο να συμφωνηθούν όσο το δυνατόν περισσότερες λεπτομέρειες, ώστε στη συνέχεια της σχεδιαστικής διαδικασίας να ελαχιστοποιηθεί η ανάγκη για περαιτέρω διευκρινήσεις Συλλογή πόρων Πριν τον καθορισμό της εμφάνισης και της μοντελοποίησης των αντικειμένων οι σχεδιαστές θα πρέπει να συλλέξουν πληροφορίες σχετικά με τα αντικείμενα και τη διάταξη του σκηνικού. Η συλλογή των πληροφοριών αυτών μπορεί να γίνει με τη χρήση σημειώσεων, σκίτσων, μετρήσεων, φωτογραφιών, βίντεο, ήχου κτλ. Σε αυτό το πρώιμο στάδιο ίσως να μην είναι δυνατόν ακόμα να καθοριστεί επακριβώς ο τρόπος με τον οποίο κάθε ξεχωριστό αντικείμενο θα μοντελοποιηθεί. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε ένα καθορισμένο τρόπο συλλογής πληροφοριών έτσι ώστε, ανεξάρτητα με τον τρόπο μοντελοποίησης, τα στοιχεία που θα συλλεχθούν να είναι χρησιμοποιήσιμα (σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα). Απλή Σύνθετη Δυναμική Γεωμετρία Μετρήσεις διαστάσεων Μετρήσεις διαστάσεων και λήψη φωτογραφιών Μετρήσεις διαστάσεων και λήψη φωτογραφιών και βίντεο Χρώμα Σημείωση χρώματος (π.χ χρώμα τοίχων) Ορθογώνια φωτογράφιση (π.χ υφές) Βίντεο ή καρέ φωτογραφιών (π.χ εικόνα τηλεόρασης) 121

122 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης Ήχος Ηχογράφηση Ηχογράφηση Ηχογράφηση και λήψη βίντεο ή σημειώσεις σχετικά με τη σχέση ήχου και συμπεριφοράς αντικειμένου (π.χ επιτάχυνση αυτοκινήτου) Πίνακας 15: Κατηγορίες στοιχείων διαδικασίας συλλογής πόρων Τα αντικείμενα που υπάρχουν στο εικονικό περιβάλλον και για τα οποία πρόκειται να συλλεχτούν πληροφορίες μπορούν να διαχωριστούν στις εξής κατηγορίες: αντικείμενα που υπάρχουν στο φόντο (background objects), αντικείμενα γενικού πλαισίου (context objects), οπτικά πρωτεύοντα στοιχεία και λειτουργικά πρωτεύοντα στοιχεία (Wilson, Eastgate, and D Cruz 2002). Τα αντικείμενα που υπάρχουν στο φόντο πρέπει να φαίνονται σωστά από κάποια απόσταση. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας υφές τις οποίες εφαρμόζουμε σε ένα μεγάλο δισδιάστατο ή και τρισδιάστατο, αλλά με μη λεπτομερή μοντελοποίηση, αντικείμενο το οποίο δεν είναι αναγνωρίσιμο από μικρή απόσταση ή από οξεία γωνία. Τα αντικείμενα γενικού πλαισίου δεν είναι από μόνα τους σημαντικά στο εικονικό περιβάλλον, αλλά συνολικά βοηθούν το χρήστη να κατανοήσει το είδος του περιβάλλοντος στο οποίο βρίσκονται. Τα αντικείμενα γενικού πλαισίου δεν χρειάζεται να παρουσιάζονται με ακρίβεια, αλλά θα πρέπει να είναι αναγνωρίσιμα, αλλά και τόσο ακριβή, ώστε να μην φαίνονται λάθος. Τα οπτικά πρωτεύον στοιχεία χρειάζεται να φαίνονται σωστά και απαιτούν ακρίβεια στη μοντελοποίηση τους. Όταν το εικονικό περιβάλλον περιέχει αντικείμενα που υπάρχουν στον πραγματικό κόσμο τότε απαιτείται η μέτρηση των διαστάσεων και η οπτικοποίηση των υφών του πραγματικού αντικειμένου. Για τα λειτουργικά πρωτεύον στοιχεία ισχύει ότι και στα οπτικά με τη διαφορά ότι πρέπει συγχρόνως να λειτουργούν και σωστά. 122

123 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης 5.4 Στάδιο ανάπτυξης Στο στάδιο της ανάπτυξης πραγματοποιείται ο σχεδιασμός της αλληλεπίδρασης και του εικονικού κόσμου. Οι δυο αυτές διαδικασίες εάν και παρουσιάζονται ως ξεχωριστές ανεξάρτητες, πραγματοποιούνται ταυτόχρονα, ενώ παρατηρείται έντονα το στοιχείο της ανταλλαγής πληροφορίας μεταξύ τους, επηρεάζοντας με αυτόν τον τρόπο ή μια την εξέλιξη της άλλης. Για το λόγο αυτό, ιδιαίτερη έμφαση θα πρέπει να δίνεται στην επικοινωνία και στη συνεργασία των επιμέρους σχεδιαστών που μετέχουν σε αυτές τις διαδικασίες, ελαχιστοποιώντας έτσι τις πιθανότητες να πραγματοποιηθούν ενέργειες σε μια από τις διαδικασίες που θα δημιουργήσουν προβλήματα στην άλλη και κατ επέκταση στην εφαρμογή. Ταυτόχρονα κατά την εξέλιξη των δυο αυτών σταδίων σχεδιασμού, παρατηρείται αμφίδρομη ροή πληροφορίας με τα παραπάνω στάδια και διαδικασίες της πολύ-μεθοδολογίας. Μέσω αυτής της ανταλλαγής πληροφορίας οι διαδικασίες σχεδίασης (αλληλεπίδρασης και εικονικού κόσμου) προσαρμόζονται στις εκάστοτε ανάγκες και συνθήκες της υπό σχεδίασης εφαρμογής, ενώ ταυτόχρονα υπάρχει πιθανότητα να δημιουργηθεί ανάγκη επανεξέτασης κάποιων από των παραπάνω διαδικασιών έτσι ώστε να καλυφθούν νέες ανάγκες πληροφορίας που πιθανόν να αναδύονται κατά την εξέλιξη των δυο σχεδιαστικών σταδίων. Η διαδικασία σχεδίασης που αφορά τον εικονικό κόσμο, παρουσιάζεται αναλυτικά στο επόμενο κεφάλαιο (περιγράφεται στο υποκεφάλαιο 6.2 και αναλύεται σε όλο το κεφάλαιο 6), ενώ η ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης, πραγματοποιείται στη διπλωματική εργασία του Γκαβογιάννη Αντώνιου στο αντίστοιχο κεφάλαιο. 123

124 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ Ταξινόμηση / κατηγοριοποίηση τεχνικών αλληλεπίδρασης Συσκευές εισόδου Επιλογή τεχνικών/ μετρήσεις απόδοσης Συσκευές εξόδου Χαρακτηριστικά συστήματος ΕΠ Ανάγκες χαρακτηριστικά χρηστών Αξιολόγηση ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΚΟΣΜΟΥ Σχεδίαση - ανάπτυξη εικονικού περιβάλλοντος Δημιουργία στοιχείων που σχετίζονται με την οπτική απόδοση Τρισδιάστατη μοντελοποίηση - Μείωση πολυγώνων Τοποθέτηση και συναρμολόγηση Έλεγχος / Δοκιμές για σφάλματα ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Πίνακας 16: Στάδιο ανάπτυξης 124

125 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης 5.5 Στάδιο αξιολόγησης Το στάδιο της αξιολόγησης αναφέρεται στη διαδικασία εξέτασης των διαδικασιών και σταδίων σχεδίασης. Στόχος της αξιολόγησης είναι να ερευνηθεί το κατά πόσο η παραπάνω διαδικασία που περιγράφεται (στάδια της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης) προσφέρουν στην κάλυψη των καθορισμένων στόχων και αναγκών. Σε περίπτωση που κατά την αξιολόγηση αναδυθούν προβλήματα και ελλείψεις όσο αναφορά τις παραπάνω απαιτήσεις (στόχοι ανάγκες), τότε πραγματοποιείται επαναφορά και επανάληψη σταδίων και διαδικασιών, βάσει των νέων δεδομένων που παράγονται από την αξιολόγηση, με σκοπό την κάλυψη των προβλημάτων αυτών. Η αναγνώριση προβλημάτων κατά την αξιολόγηση δεν σημαίνει απαραίτητα ότι πρόκειται για σφάλμα των διαδικασιών και των σταδίων σχεδίασης, καθώς κάποια στοιχεία ενδεχομένως να μην είναι δυνατόν να γίνουν αντιληπτά παρά μόνο κατά τη δοκιμή και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων εφαρμογής τους. Για το λόγο αυτό η ύπαρξη επαναληπτικών διαδικασιών εξέτασης και αξιολόγησης κρίνεται απαραίτητη και θεμελιώδης για τη διαδικασία σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων. Τέλος, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι επαναληπτικές διαδικασίες και αξιολόγηση δεν πραγματοποιούνται μόνο στο παρόν στάδιο κατά την ολοκλήρωση της διαδικασίας, αλλά και σε επιμέρους τμήματα κατά τη διάρκεια εξέλιξης της σχεδιαστικής διαδικασίας (αναφέρονται στην ανάλυση των επιμέρους σταδίων, πχ αξιολόγηση σχεδίασης της αλληλεπίδρασης και τεχνικών αλληλεπίδρασης). 125

126 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΣΤΑΔΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Διαμορφωτική αξιολόγηση Gabbard, Swan, and JE 1999 Ευρετική αξιολόγηση Bowman, Gabbard, and Hix 2002 Drettakis et al Αθροιστική αξιολόγηση ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΩΝ Sudman and Bradburn 1982 Ερωτηματολόγια - συνεντεύξεις Kay M. Stanney, Ronald R. Mourant, and Robert S. Kennedy 1998 ΣΤΑΔΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Πίνακας 17: Στάδιο αξιολόγησης Στις προσεγγίσεις των (Gabbard, Swan, and JE 1999), (Bowman, Gabbard, and Hix 2002) και (Hix et al. 1999) παρατηρείται σε γενικά πλαίσια μια συμφωνία απόψεων όσον αφορά τις διαδικασίες αξιολόγησης των εικονικών περιβαλλόντων. Αναγνωρίζονται λοιπόν οι εξής μορφές 126

127 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης διαδικασίες αξιολόγησης που αναλύονται στη συνέχεια: Διαμορφωτική αξιολόγηση (Formative evaluation), Ευρετική αξιολόγηση (Heuristic evaluation) και Αθροιστική αξιολόγηση (summative evaluation). Ταυτόχρονα, υιοθετώντας την πρόταση των (Drettakis et al. 2007), κατά τη διαδικασία αξιολόγησης θα πραγματοποιηθεί έρευνα μέσω ερωτηματολογίων και συνεντεύξεων (με τους χρήστες που συμμετέχουν στην αξιολόγηση), έτσι ώστε να εμπλουτιστεί η πληροφορία των παραπάνω τριών βασικών διαδικασιών αξιολόγησης. Τέλος, σε περίπτωση που εφαρμόζονται όλες οι παραπάνω διαδικασίες αξιολόγησης, σημαντικό είναι να συμμετέχουν διαφορετικοί αξιολογητές και να μην πραγματοποιείται όλη η διαδικασία από τα ίδια άτομα Διαμορφωτική αξιολόγηση (Formative evaluation) Η διαμορφωτική αξιολόγηση (ή χρηστοκεντρική αξιολόγηση) είναι μια διαδικασία η οποία εφαρμόζεται κατά την εξέλιξη και διαμόρφωση των διαδικασιών και σταδίων σχεδίασης έτσι ώστε να εξασφαλιστεί ότι η σχεδίαση καλύπτει τους στόχους που έχουν καταγραφεί αναγνωριστεί. Σκοπός της διαμορφωτικής αξιολόγησης είναι η επαναληπτική αξιολόγηση και η βελτίωση της σχεδίασης που αφορά την αλληλεπίδραση των χρηστών (Bowman, Gabbard, and Hix 2002). Ταυτόχρονα οι (Hix et al. 1999) χαρακτηρίζουν την διαμορφωτική αξιολόγηση ως ένα είδος εμπειρικής αξιολόγησης κατά την οποία λαμβάνουν μέρος ενδεχόμενοι χρήστες της εφαρμογής από τα αρχικά στάδια της σχεδίασης μέχρι την ολοκλήρωση της. Μέσω της διαμορφωτικής αξιολόγησης παράγονται ποιοτικά και ποσοτικά αποτελέσματα: Ποιοτική πληροφορία (qualitative data): πρόκειται για πληροφορία η οποία συλλέγεται κατά τη διάρκεια που ένας χρήστης εκτελεί κάποιο σενάριο διεργασίας. Η πληροφορία αυτή αφορά κρίσιμα γεγονότα (critical incidents) τα οποία έχουν σημαντική επίδραση, είτε θετική είτε αρνητική, στην αποδοτικότητα εκτέλεσης της διεργασίας, ή στην ικανοποίηση του χρήστη για τη διεπαφή. Ποσοτική πληροφορία (quantitative data): η ποσοτική πληροφορία αναφέρεται σε ποσοτικά στοιχεία μιας λανθασμένης ενδεχόμενης κατάστασης, όπως είναι για παράδειγμα ο χρόνος που απαιτείται και ο αριθμός των λανθασμένων προσπαθειών κατά τη διάρκεια 127

128 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης εκτέλεσης του σεναρίου διεργασίας. Η ποσοτική πληροφορία γενικά αναφέρεται σε μια κατάσταση όπου έχει εμφανιστεί κάποιο πρόβλημα, σε αντίθεση με την ποιοτική πληροφορία που εξετάζει το πότε (και κάποιες φορές το γιατί) εμφανίστηκε. Στην διαμορφωτική αξιολόγηση περιλαμβάνονται τα εξής στάδια (Gabbard, Swan, and JE 1999): Οι σχεδιαστές / αξιολογητές αναπτύσσουν σενάρια διεργασιών Αντιπροσωπευτικοί χρήστες εκτελούν τα σενάρια, ενώ ταυτόχρονα εξωτερικεύουν τη σκέψη τους (think out loud) Οι αξιολογητές συλλέγουν την ποιοτική και ποσοτική πληροφορία Οι αξιολογητές προτείνουν βελτιώσεις (επαναλήψεις) στη διαδικασία σχεδίασης Βελτιώνονται - επανεξετάζονται τα σενάρια διεργασιών - χρήσης Τα στάδια της ανάπτυξης σεναρίων, της εκτέλεσης τους από τους χρήστες, της πρότασης σχεδιαστικών βελτιώσεων και της βελτίωσης των σεναρίων πραγματοποιούνται σε σειριακή μορφή (πραγματοποιείται το ένα μετά την ολοκλήρωση του προηγούμενου). Αντίθετα το στάδιο της συλλογής ποιοτικής και ποσοτικής πληροφορίες πραγματοποιείται ταυτόχρονα με το στάδιο εκτέλεσης των σεναρίων από τους χρήστες, όπως φαίνεται στον πίνακα 18 (εάν και οι (Gabbard, Swan, and JE 1999) παρουσιάζουν όλα τα στάδια σε σειριακή μορφή). Επίσης, προτείνεται το τελευταίο στάδιο της βελτίωσης επανασχεδίασης των σεναρίων διεργασιών, να εφαρμόζεται μετά την ολοκλήρωση και των τριών διαδικασιών αλληλεπίδρασης, έτσι ώστε να έχει συλλεχθεί όλη η απαιτούμενη πληροφορία. 128

129 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης Πίνακας 18: Διαμορφωτική αξιολόγηση Ευρετική αξιολόγηση (Heuristic evaluation) Η ευρετική διαδικασία αξιολόγησης, όπως προτείνεται από τους (Bowman, Gabbard, and Hix 2002), πραγματοποιείται από εμπειρογνώμονες ειδικούς και όχι από τους χρήστες (αναφέρεται και ως αξιολόγηση βάσει οδηγιών από εμπειρογνώμονες guidelines based expert evaluation). Η διαδικασία αυτή βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στο στάδιο ανάλυσης των χαρακτηριστικών των χρηστών (κεφάλαιο 5.2.1). Ένας από τους στόχους της ευρετικής αξιολόγησης είναι η αναγνώριση των προβλημάτων ευχρηστίας τα οποία πηγάζουν από τη διαδικασία σχεδιασμού (η ευχρηστία και τα χαρακτηριστικά της αναλύονται στο κεφάλαιο ). Συμπληρώνοντας την παραπάνω άποψη, οι (Mack and Nielsen 1994) αναφέρουν ότι ως στόχος 129

130 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης της ευρετικής αξιολόγησης μπορεί να θεωρηθεί η αναγνώριση των προβλημάτων ευχρηστίας σε πρώιμο στάδιο του κύκλου ανάπτυξης, έτσι ώστε να αντιμετωπιστούν μέσω της διαδικασίας του επαναληπτικού επανασχεδιασμού ώστε να βελτιωθούν και να αξιολογηθούν. Κατά την ευρετική αξιολόγηση, ένας ή παραπάνω εμπειρογνώμονες ευχρηστίας εικονικών περιβαλλόντων αναγνωρίζουν στοιχεία του προς αξιολόγηση παραδείγματος ή διαδικασίας, τα οποία παραβιάζουν ή υποστηρίζουν τους σχεδιαστικούς κανόνες οδηγίες ευχρηστίας. Στη συνέχεια προτείνει προτείνουν στους σχεδιαστές αλλαγές βελτιώσεις της διαδικασίας σχεδίασης. Επιπλέον, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι οι εμπειρογνώμονες πρέπει να είναι διαφορετικά πρόσωπα από τους σχεδιαστές, εφόσον είναι δυνατόν. Εάν οι εμπειρογνώμονες αξιολογητές είναι παραπάνω του ενός, τότε η διαδικασία πραγματοποιείται αρχικά αυτόνομα από τον κάθε ένα ξεχωριστά και στη συνέχεια επαναλαμβάνεται συνεργατικά Αθροιστική αξιολόγηση (summative evaluation) Πρόκειται για εμπειρική διαδικασία αξιολόγησης που πραγματοποιείται από τους χρήστες. Στην αθροιστική αξιολόγηση πραγματοποιείται στατιστική σύγκριση της απόδοσης δυο ή περισσότερων σχεδίων αλληλεπίδρασης, διεπαφών χρήστη και / ή τεχνικών αλληλεπίδρασης. Η αξιολόγηση αυτή πραγματοποιείται συνήθως μετά την ολοκλήρωση των σχεδίων αλληλεπίδρασης. Οι χρήστες δοκιμάζουν διάφορες διαδικασίες αλληλεπίδρασης που αφορούν την ίδια διεργασία έτσι ώστε να αποφασιστεί ποια είναι καλύτερη - αποδοτικότερη, ενώ τα αποτελέσματα που παράγονται από αυτή τη διαδικασία είναι κυρίως ποσοτικά Ερωτηματολόγια συνεντεύξεις (questionnaires - interviews) Η έρευνα μέσω ερωτηματολογίων και συνεντεύξεων χαρακτηρίζεται για τη διαδικασία αξιολόγησης ως υποστηρικτικό στοιχείο των τριών παραπάνω διαδικασιών. Μέσω των ερωτηματολογίων αρχικά και των συνεντεύξεων συμπληρωματικά εφόσον απαιτείται, οι αξιολογητές συλλέγουν χρήσιμα συμπεράσματα για την εμπειρία των χρηστών, για τις δυσκολίες που αντιμετώπισαν στις διεργασίες αλληλεπίδρασης κτλ. Η πληροφορία αυτή 130

131 Κεφάλαιο 5: Περιγραφή πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης ενισχύει τα στοιχεία που συλλέγονται στις παραπάνω διαδικασίες αξιολόγησης και συνυπολογίζονται. Έρευνα μέσω ερωτηματολογίων και συνεντεύξεων πραγματοποιείται και κατά το στάδιο της ανάλυσης (κεφάλαιο 5.2.1), ενώ οδηγίες σχεδιασμού ερωτηματολογίων αναφέρονται από τους (Sudman and Bradburn 1982), (Kay M. Stanney, Ronald R. Mourant, and Robert S. Kennedy 1998). 131

132 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου 6 Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Η σχεδίαση μοντελοποίηση του εικονικού κόσμου επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες. Οι παράγοντες αυτοί δεν σχετίζονται μόνο με εσωτερικά στοιχεία και διαδικασίες της σχεδίασης αυτής, αλλά και με εξωτερικά στοιχεία που μπορεί να προέρχονται από οποιοδήποτε στάδιο της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση των εικονικών περιβαλλόντων. Τέτοιοι παράγοντες παραδείγματος χάρη μπορεί να είναι γενικά στοιχεία όπως το υλισμικό που έχει επιλεχθεί, χαρακτηριστικά του συστήματος ή στοιχεία της αλληλεπίδρασης της εφαρμογής. Στην διαδικασία σχεδίασης που προτείνουμε γίνεται προσπάθεια να ληφθούν υπόψη πέρα από τα εσωτερικά στοιχεία που επηρεάζουν τη διαδικασία και στοιχεία που σχετίζονται με την σχεδίαση της αλληλεπίδρασης του εικονικού κόσμου με τον χρήστη. Παράγοντες όπως το είδος της εφαρμογής, γενικά χαρακτηριστικά του συστήματος καθώς και το διαθέσιμο υλισμικό δεν εξετάζονται στην παρούσα εργασία αν και είναι σαφής η επιρροή τους στη διαδικασία της σχεδίασης. Η διαδικασία της σχεδίασης μοντελοποίησης του εικονικού κόσμου δεν είναι μια γραμμική διαδικασία. Αντιθέτως, είναι μια έντονα επαναληπτική και επαυξητική (υπό την έννοια της συνεχούς προσθήκης νέας πληροφορίας) 132

133 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου διαδικασία, όχι μόνο εσωτερικά σε αυτήν, δηλαδή επαναλήψεις μεταξύ των σταδίων, αλλά και εξωτερικά. Η σχεδιαστική διαδικασία που περιγράφεται στη συνέχεια δεν είναι αποκομμένη από την πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση. Αντιθέτως, στη διαδικασία προβλέπονται επαναλήψεις και παράλληλος σχεδιασμός με άλλα στάδια της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης όπως παραδείγματος χάρη την σχεδίαση της αλληλεπίδρασης που ήδη αναφέρθηκε. Οι επαναλήψεις αυτές μεταξύ της διαδικασίας της σχεδίασης του εικονικού κόσμου και άλλων σταδίων της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης είναι απαραίτητες, καθώς στοιχεία των σταδίων αυτών αλληλοεπηρεάζονται, επηρεάζοντας συγχρόνως και την καθολική σχεδίαση του εικονικού περιβάλλοντος. Στο σημείο αυτό είναι αναγκαίο να καθοριστεί ο όρος «σχεδίαση του εικονικού κόσμου», έτσι ώστε να αποφευχθούν παρερμηνείες και να μην προκληθεί σύγχυση με τον όρο «σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων». Η διαδικασία που ασχολείται με τον τρόπο (μεθοδολογία) σύμφωνα με τον οποίο θα γίνει τόσο ο καθορισμός (specification), συναντάται στη βιβλιογραφία και ως καταγραφή τεκμηρίωση (documentation), όσο και η ανάπτυξη και η δημιουργία της «δομής» (structure) του εικονικού περιβάλλοντος ονομάζεται μεθοδολογία σχεδίασης του εικονικού κόσμου. Με τον όρο «δομή» εννοούνται όλα τα στοιχεία εκείνα (ψηφιακοί πόροι) τα οποία αποτελούν το εικονικό περιβάλλον από την άποψη της κατασκευής της εμφάνισης (appearance). Δηλαδή όλα τα αντικείμενα, περιβάλλον, πράκτορες και άλλα στοιχεία τα οποία δομούν το περιβάλλον. Καθώς όμως η εμφάνιση αυτή πρέπει να εξυπηρετεί την αλληλεπίδραση είναι αντιληπτό ότι η δομή δεν είναι κάτι στατικό αλλά μεταβάλλεται συνεχώς έτσι ώστε μέσα από αυτή να πραγματοποιείται η αλληλεπίδραση. 6.1 Άλλες σχεδιαστικές προσεγγίσεις Για την ανάπτυξη της σχεδιαστικής προσέγγισης που προτείνεται, μελετήθηκαν επιστημονικές μελέτες σχετικά με την σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων. Η προσέγγιση που προτείνεται συνδυάζει στοιχεία, στάδια και φιλοσοφίες από αυτές τις σχεδιαστικές προσεγγίσεις. Αναγνωρίζεται πάντως ότι η ανάπτυξη δημιουργία των εικονικών κόσμων είναι μια πολύπλοκη διαδικασία και τα στοιχεία και οι διαδικασίες που προτείνονται, καθώς και η σημασία, η βαρύτητα και η αναγκαιότητα του κάθε στοιχείου ενδέχεται να 133

134 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου τροποποιούνται ανάλογα με τις απαιτήσεις και τα χαρακτηριστικά της κάθε εφαρμογής. Είναι σαφές λοιπόν ότι ο σχεδιαστής θα πρέπει να χρησιμοποιεί τη διαδικασία που προτείνεται ως ένα σχεδιαστικό πλαίσιο, το οποίο να τροποποιείται και να προσαρμόζεται ανάλογα με τις ανάγκες της εκάστοτε εφαρμογής. Στην προσέγγιση που ακολουθεί είναι εύκολα αντιληπτό ότι οι μεθοδολογίες που μελετώνται και κατά συνέπεια και κάποια από τα στάδια και τις διεργασίες από την μεθοδολογία που προτείνεται στη συνέχεια, έχουν ήδη μελετηθεί και αναλυθεί σε προηγούμενο κεφάλαιο και συγκεκριμένα στην ανάλυση και κατηγοριοποίηση προσεγγίσεων (state of the art) ( 2), αλλά και στην περιγραφή πολύ - μεθοδολογικής προσέγγισης ( 5) για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων. Η διαφοροποίηση όμως που πραγματοποιείται στο σημείο αυτό είναι ότι τα παραπάνω εξετάζονται πιο συγκεκριμένα από την άποψη της σχεδίασης και της ανάπτυξης του εικονικού κόσμου, της δημιουργίας δηλαδή του καθορισμού της δομής και στη συνέχεια στη κατασκευή της, όπως έχει ήδη αναφερθεί. Αναλυτικότερα οι σχεδιαστικές προσεγγίσεις που μελετώνται στη συνέχεια είναι: Software Engineering of Virtual Worlds, (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) VRID: A Design Model and Methodology for Developing Virtual Reality Interfaces, (Tenriverdi & Jacob, 2001) Software Engineering and HCI Techniques Joined to Develop Virtual Environments, (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado) Developing VR Applications: the TRES-D methodology, (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005) The Structured Development of Virtual Environments: Enhancing Functionality and Interactivity, (Eastgate, September 2001) Structured development of virtual environments, (Wilson & Eastgate, 2002) Software Engineering of Virtual Worlds (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) Οι (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) στη μελέτη τους για την ανάπτυξη εικονικών περιβαλλόντων επισημαίνουν ότι η σημαντικότερη δυσκολία στη σχεδίαση είναι η αποδοτική διαχείριση των τριών στοιχείων που απαρτίζουν τα εικονικά αντικείμενα: η μορφή (form), η λειτουργία (function) και η συμπεριφορά (behavior). Πρέπει να σημειωθεί ότι στις περισσότερες 134

135 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας, η ανάπτυξη γίνεται με σειριακό τρόπο, δηλαδή τα παραπάνω στοιχεία σχεδιάζονται σε ξεχωριστά στάδια όπου το κάθε στάδιο αρχίζει μόλις ολοκληρωθεί το προηγούμενο. Σχεδιάζεται δηλαδή πρώτα η μορφή του εικονικού κόσμου και των αντικειμένων που περιέχονται σε αυτό και στη συνέχεια προστίθενται οι λειτουργίες και οι συμπεριφορές (ο σχεδιασμός της αλληλεπίδρασης) των αντικειμένων. Το παραπάνω πρόβλημα αναγνωρίζεται τόσο από τους (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) όσο και από άλλους ερευνητές όπως οι (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005), οι (Wilson & Eastgate, 2002) και η (Kaur, 1998) στη διδακτορική της εργασία όπου μελετά εκτενώς τις υπάρχουσες προσεγγίσεις σχεδίασης πριν προτείνει την δικιά της μεθοδολογία. Η μορφή αναφέρεται στην εξωτερική εμφάνιση των εικονικών αντικειμένων, τη δομή των αντικειμένων αυτών και στη δομή του σκηνικού του εικονικού κόσμου, ενώ σε πιο σύνθετα αντικείμενα περιλαμβάνει και στοιχεία όπως η μάζα, οι ιδιότητες του υλικού, η ταχύτητα, η επιτάχυνση και άλλα. Η λειτουργία αναφέρεται στις διαδικασίες εκείνες που εκτελούν τα αντικείμενα ώστε να εκπληρώσουν τη συμπεριφορά τους, η οποία αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο τα αντικείμενα αλλάζουν δυναμικά εκτελώντας λειτουργίες κατά τη διάρκεια του χρόνου. Στόχος της μελέτης αυτής είναι η δημιουργία εργαλείων για τον καθορισμό των παραπάνω τριών στοιχείων. Στην παρούσα εργασία όμως δεν μας απασχολούν τα εργαλεία αυτά καθαυτά, αλλά οι λειτουργίες που έχουν στόχο να εκτελέσουν και η γενικότερη προσέγγιση του προβλήματος. Τα στοιχεία αυτά είναι: Ο προσδιορισμός και καθορισμός των αντικειμένων μέσα από την καταγραφή τυπικών σεναρίων. Η περιγραφή των φυσικών ιδιοτήτων και η διαμόρφωση των οντοτήτων του εικονικού περιβάλλοντος. Ο διαχωρισμός των τριών στοιχείων με επαυξητικό τρόπο. Διαχωρισμός δηλαδή των αντικειμένων σε υπο-αντικείμενα καθώς και των αντίστοιχων λειτουργιών και συμπεριφορών για κάθε υπο-αντικείμενο αντιστοίχως. Η επαυξητική αυτή προσέγγιση έχει ως στόχο την απλοποίηση των πολύπλοκων αντικειμένων και λειτουργιών. Η απλοποίηση είναι σημαντική τόσο για τον ευκολότερο καθορισμό των 135

136 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου στοιχείων, όσο και για την ευκολότερη σχεδίαση και περαιτέρω αξιολόγηση και βελτίωση καθώς ο σχεδιαστής ασχολείται με λιγότερο πολύπλοκα θέματα. Ο σχεδιασμός διαδρομών περιήγησης, διαδικασία που πραγματοποιείται επίσης μέσα από την κατάγραφή τυπικών σεναρίων και είναι χρήσιμη τόσο στην καταγραφή των χώρων και των αντικειμένων του Εικονικού Κόσμου, όσο και στην οριοθέτηση τους στον Κόσμο αυτό. Αρχικός καθορισμός κατά προσέγγιση, σε συνδυασμό με τον σχεδιασμό διαδρομών περιήγησης, του σχήματος και του όγκου των αντικειμένων. Καταγραφή των φυσικών ιδιοτήτων των αντικειμένων που περιλαμβάνει τα εξής στοιχεία: σχήμα/ μορφή, υλικό, τοποθεσία, ταχύτητα, επιτάχυνση, δυνάμεις, γωνιακή ταχύτητα και επιτάχυνση καθώς και όποια άλλη φυσική ιδιότητα κρίνεται απαραίτητη ανάλογα με τις ανάγκες της εκάστοτε εφαρμογής. Καταγραφή φυσικών περιορισμών ή αλληλεξαρτήσεων μεταξύ των αντικειμένων, ιδιότητες κρίσιμες καθώς ευθύνονται για τη δυναμική αλληλεπίδραση των αντικειμένων. Η οργάνωση των αλληλεξαρτήσεων αυτών γίνεται υπό μορφή δένδρου, όπου ένα αντικείμενο ορίζεται ως πατέρας και τα υπο-αντικείμενα ως παιδιά που επηρεάζονται και εξαρτώνται από αυτόν. Καθορισμός των λειτουργιών/ συμπεριφορών για κάθε αντικείμενο μέσω διαγραμμάτων. Ο καθορισμός αυτός γίνεται περιγράφοντας την εκτέλεση διαδικασιών με τον διαχωρισμό τους σε υπο-διαδικασίες και τις σχέσεις εισόδου/ εξόδου. Το στάδιο αυτό είναι σημαντικό για τον καθορισμό της μοντελοποίησης των αντικειμένων, αφού από αυτό προκύπτουν οι πληροφορίες για τις λειτουργίες που θα εκτελεί και τα δυναμικά χαρακτηριστικά που θα έχει VRID: A Design Model and Methodology for Developing VR Interfaces (Tenriverdi & Jacob, 2001) Η συγκεκριμένη μεθοδολογία ασχολείται με την ανάπτυξη της διεπαφής των εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων. Οι (Tenriverdi & Jacob, 2001) προσπαθούν με την μεθοδολογία αυτή: Να σκεφτούν καθολικά τον σχεδιασμό της διεπαφής. 136

137 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Να αποσυνθέσουν τη διαδικασία της σχεδίασης σε μικρότερες, εννοιολογικά διαχωρισμένες και ευκολότερες διεργασίες. Να επικοινωνήσουν τη δομή του σχεδιασμού στους προγραμματιστές (software developers). Για την ανάπτυξη της μεθοδολογίας αυτής, θεωρούν τα εξής στοιχεία που απαρτίζουν τη διεπαφή του εικονικού περιβάλλοντος: γραφικά των αντικειμένων (objects graphics), λειτουργίες αντικειμένων (objects behavior), διαδράσεις (interactions) και επικοινωνίες των αντικειμένων (objects communication). Το κομμάτι των γραφικών, το οποίο είναι αυτό που μας απασχολεί στην παρούσα εργασία αν και στην μελέτη αυτή θεωρείται σαν μαύρο κουτί και δεν εξετάζεται διεξοδικά, μελετάται όμως ο καθορισμός των γραφικών μοντέλων και η συνεργασία σχέση των γραφικών των αντικειμένων με τις λειτουργίες τους. Το κομμάτι των γραφικών ασχολείται με τον καθορισμό της γραφικής αναπαράστασης των αντικειμένων, τόσο για την εμφάνιση τους όσο και για τον σχεδιασμό της κίνησης των αντικειμένων (animation). Στόχος της μελέτης όσον αφορά το κομμάτι των γραφικών είναι να προσφέρει στους σχεδιαστές της διεπαφής οδηγίες σχεδιασμού για τον καθορισμό των γραφικών μοντέλων των αντικειμένων σε σχέση με τη συμπεριφορά τους. Στην ουσία δηλαδή επιδιώκει με τον τρόπο αυτό την επικοινωνία μεταξύ των σχεδιαστών των γραφικών και των σχεδιαστών της διεπαφής ώστε η αναπαράσταση και η κίνηση των γραφικών να είναι συμβατή με τις συμπεριφορές που καθορίζονται από τους σχεδιαστές της διεπαφής. Τα στοιχεία που είναι ενδιαφέροντα και μας απασχολούν στην παρούσα εργασία είναι: Η σχεδιαστική διαδικασία είναι επαναληπτική και στόχος της είναι οι σχεδιαστικές απαιτήσεις να μεταφραστούν σε σχεδιαστικούς προσδιορισμούς ώστε να εφαρμοστούν από τους προγραμματιστές (software developers). Ο διαχωρισμός της σχεδιαστικής διαδικασίας σε δύο φάσεις, υψηλό (high-level) και χαμηλό επίπεδο (low-level). Στο υψηλό επίπεδο αναγνωρίζονται τα αντικείμενα και οι πληροφορίες του εικονικού κόσμου και καθορίζονται σε γενικό υψηλό επίπεδο τα γραφικά μοντέλα, οι λειτουργίες και οι διαδράσεις. Στο χαμηλό επίπεδο γίνεται 137

138 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου συγκεκριμένος καθορισμός των παραπάνω στοιχείων με τυπικό τρόπο και με κατάλληλη ορολογία ώστε να διευκολύνει την ανάπτυξη. Αν και η μεθοδολογία ακολουθεί από την κορυφή προς τα κάτω προσέγγιση (top down approach) δεν είναι μια γραμμική διαδικασία, αλλά απαιτεί επαναλήψεις μεταξύ των δύο φάσεων. Τα στάδια της μεθοδολογίας τα οποία μας απασχολούν στο υψηλό επίπεδο είναι: H.L.2. Καθορισμός των αντικειμένων H.L.3. Μοντελοποίηση των αντικειμένων: όπου γίνεται καθορισμός σε υψηλό επίπεδο των γραφικών, λειτουργιών των διαδράσεων και των επικοινωνιών των αντικειμένων. o H.L.3.1. γραφικά: καθορισμός σε υψηλό επίπεδο της περιγραφής των γραφικών των αντικειμένων. Οι σχεδιαστές θα πρέπει να περιγράψουν το είδος των γραφικών αναπαραστάσεων που θα χρειαστούν για κάθε αντικείμενο και τα μέρη που το απαρτίζουν. Οι (Tenriverdi & Jacob, 2001) υποστηρίζουν ότι η σχεδίαση των γραφικών είναι μια δημιουργική διεργασία και για το λόγο αυτό θα πρέπει να προσφέρεται ελαστικότητα στους σχεδιαστές των γραφικών στο συγκεκριμένο στάδιο και να εστιάζει μόνο γενικά και σε υψηλό επίπεδο τον καθορισμό των στοιχείων που αναφέρθηκαν. o H.L.3.2. λειτουργίες: καθορισμός των λειτουργιών που εμφανίζουν τα αντικείμενα σε υψηλό επίπεδο. Στόχος του σταδίου είναι η περιγραφή των λειτουργιών με επαρκή λεπτομέρεια ώστε οι σχεδιαστές των γραφικών να μπορούν να απεικονίσουν τις λειτουργίες αυτές. Το στάδιο περιλαμβάνει τον καθορισμό των λειτουργιών, την ταξινόμηση τους σε απλές και σύνθετες και διαχωρισμό των σύνθετων λειτουργιών σε ακολουθία απλών λειτουργιών. Αντίστοιχα τα στάδια του χαμηλού επιπέδου, το οποίο ασχολείται με την επανάληψη των σταδίων της μοντελοποίησης υψηλού επιπέδου με στόχο την λήψη τελικών αποφάσεων και τον περαιτέρω καθορισμό των λεπτομερειών τους είναι: 138

139 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου L.L.1. γραφικά: στόχος του σταδίου αυτού είναι ο συνδυασμός των γραφικών μοντέλων και των λειτουργιών των αντικειμένων. Το στάδιο αυτό θα πρέπει να προσφέρει την κατάλληλη πληροφορία στους σχεδιαστές των γραφικών ώστε να μπορούν να καταλάβουν τον τρόπο με τον οποίο οι λειτουργίες των αντικειμένων μπορούν να μοντελοποιηθούν. Για να γίνει αυτό συνδυάζονται οι πληροφορίες του σταδίου H.L.3.1. με αυτές του H.L.3.2. Συνοψίζοντας, η μεθοδολογική προσέγγιση αυτή επιτρέπει στους σχεδιαστές να αποσυνθέσουν τις σχεδιαστικές διεργασίες σε μικρότερες, εννοιολογικά ευδιάκριτες και ευκολότερες στον σχεδιασμό διεργασίες. Επιτρέποντας επίσης την επικοινωνία και την συνεργασία μεταξύ των χρηστών, των σχεδιαστών και των προγραμματιστών Software Engineering and HCI Techniques Joined to Develop VE (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado) Στην μελέτη αυτή των (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado) τα εικονικά περιβάλλοντα εξετάζονται από την σκοπιά της μηχανικής λογισμικού (software engineering) και έχει ως στόχο τον καθορισμό των αντικειμένων που πρέπει να αναπτυχθούν κατά την κατασκευή ενός εικονικού περιβάλλοντος. Τα στάδια με τα οποία ασχολείται η επιστημονική αυτή εργασία είναι το στάδιο της ανάλυσης A (Analysis Process) και το στάδιο του σχεδιασμού το οποίο υποδιαιρείται σε τρία επιμέρους υπο-στάδια, το στάδιο του τρισδιάστατου σχεδιασμού 3DD (3D Design Process), του σχεδιασμού του συστήματος SD (System Design Process) και του σχεδιασμού των δράσεων AD (Action Design Process). Σύμφωνα με τους (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado) στο στάδιο του σχεδιασμού, το οποίο είναι αυτό που μας απασχολεί, εμπλέκει τους εξής διακριτούς ρόλους σχεδιαστών: τον σχεδιαστή του συστήματος (system designer) και τον σχεδιαστή των γραφικών (graphic designer). Ο σχεδιαστής του συστήματος καθοδηγεί τον σχεδιαστή των γραφικών λόγω της γενικής του γνώσης σχετικά με την εφαρμογή, ενώ πρέπει να έχει και βασικές γνώσεις γύρω από την σχεδίαση των γραφικών. Παρατηρούμε ότι στη μελέτη αυτή ο σχεδιαστής του συστήματος θεωρείται ως ειδικός (expert) ο οποίος καθοδηγεί όλη τη σχεδιαστική διαδικασία. 139

140 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Επιπλέον, ο σχεδιαστής των γραφικών θεωρείται ως καλλιτέχνης ο οποίος δεν απαιτείται να έχει ιδιαίτερες γνώσεις. Στο στάδιο της σχεδίασης των τρισδιάστατων γραφικών (3DD), το σημαντικότερο πρόβλημα που αναγνωρίζεται στην μελέτη αυτή είναι ότι ο σχεδιαστής των γραφικών έχει έλλειψη από σχεδιαστικές οδηγίες για τον τρόπο που θα εκτελέσει το έργο του. Τα στοιχεία που μας ενδιαφέρουν από την παρούσα εργασία και σχετίζονται με την λύση αυτού του προβλήματος είναι: Ο σχεδιαστής του συστήματος, ως ο άνθρωπος που καθοδηγεί την όλη διαδικασία, θα πρέπει να έχει καλή γνώση σχετικά με τα χαρακτηριστικά της εφαρμογής που προκύπτουν από την φάση της ανάλυσης καθώς και βασικές γνώσεις γύρω από την σχεδίαση των γραφικών. Ο σχεδιαστής του συστήματος μέσω των γνώσεων που αναφέρθηκαν, θα πρέπει να επικοινωνήσει και να καθοδηγήσει τον σχεδιαστή των γραφικών, ώστε ο τελευταίος να αναπτύξει το τρισδιάστατο περιβάλλον της εφαρμογής. Η καθοδήγηση γίνεται με την βοήθεια των εξής εργαλείων: χάρτες του τοπίου (View Maps), φόρμες μοντελοποίησης του περιβάλλοντος (Environment Modeling Forms), φόρμες μοντελοποίησης της ενσάρκωσης (Avatar Modeling Forms) και τέλος ιεραρχικά μοντέλα των ενσαρκώσεων (Avatars Hierarchy Model). Το στάδιο της σχεδίασης των τρισδιάστατων γραφικών χωρίζεται σε δύο υπο-κατηγορίες: την μοντελοποίηση του εικονικού κόσμου και την μοντελοποίηση των ενσαρκώσεων. Στο στάδιο του σχεδιασμού των δράσεων (SD) είναι αυτό όπου πραγματοποιείται ο καθορισμός των λειτουργιών (behavior definition) που θα πραγματοποιούνται μέσα στο εικονικό περιβάλλον. Αν και επισημαίνεται η σχέση μεταξύ των δύο σταδίων SD και 3DD, στο στάδιο αυτό δεν συμμετέχουν σχεδιαστές των γραφικών. Παρατηρούμε ότι αν και αρχικά στόχος της μελέτης είναι να βοηθήσει την επικοινωνία μεταξύ των διαφορετικών ανθρώπων και ρόλων με διαφορετική κατάρτιση που εμπλέκονται στη σχεδιαστική διαδικασία, τελικά 140

141 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου δεν καταφέρνει να τον πραγματοποιήσει. Η κριτική μας σχετικά με το πρόβλημα αυτό είναι ότι πρώτον δεν θεωρεί τους εμπλεκόμενους ρόλους ισότιμους και εξίσου σημαντικούς στη διαδικασία, δεύτερον στην ουσία δεν βοηθάει την πραγματική αμφίδρομη επικοινωνία αλλά μόνο την μετάδοση της πληροφορίας από τον ειδικό προς τον σχεδιαστή των γραφικών και τέλος ότι η μεθοδολογία που προτείνει δεν αναγνωρίζει την ανάγκη για επαναλήψεις μεταξύ των σταδίων κατά την διάρκεια της σχεδίασης, όπως και την παράλληλη σχεδίαση των δύο βασικών μερών των εφαρμογών εικονικού περιβάλλοντος, τον σχεδιασμό του εικονικού κόσμου και τον σχεδιασμό της αλληλεπίδρασης Developing VR Applications: the TRES-D methodology (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005) Μια άλλη μελέτη που προσπαθεί να συνδυάσει στοιχεία από άλλες μεθοδολογίες είναι αυτή των (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005). Η μεθοδολογία που προτείνουν για την ανάπτυξη εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων είναι μια επαναληπτική και επαυξητική (incremental) διαδικασία, η οποία ονομάζεται μεθοδολογία TRES-D, και η οποία αποτελείται από έξι στάδια. Στα στάδια αυτά εκτελούνται εργασίες για τις οποίες αναγνωρίζονται οι διάφοροι ρόλοι που εμπλέκονται, τα εργαλεία για την εκτέλεση των διεργασιών αυτών σε διαφορετικά επίπεδα, όπως και οι αρχές και οι σχεδιαστικές οδηγίες που καθοδηγούν την εκπλήρωση της κάθε διεργασίας. Η ανάπτυξη εφαρμογών εικονικού περιβάλλοντος γίνεται κυρίως από την σχεδιαστική ομάδα (development team) αλλά σε συνεργασία με άλλους ρόλους όπως του πελάτη και των χρηστών. Η σχεδιαστική ομάδα αποτελείται από τους ειδικούς της κάθε περιοχής διαφορετικής αρμοδιότητας (domain expert), από τους άλλους συμμετέχοντες σε κάθε τέτοια περιοχή όπως σχεδιαστές, προγραμματιστές, αξιολογητές, σχεδιαστές των τρισδιάστατων γραφικών, σχεδιαστές της προσομοίωσης κίνησης (animation), τεχνικοί του ήχου και άλλοι. Τέλος, υποστηρίζεται ότι πρέπει να υπάρχει κάποιος διευθυντής της σχεδιαστικής διαδικασίας (project leader), ο οποίος να είναι ειδικός (expert) στην επικοινωνία ανθρώπου υπολογιστή (Human Computer Interaction) και ο οποίος σαν ειδικός στην εικονική πραγματικότητα θα 141

142 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου καθοδηγεί την επικοινωνία και τις εργασίες της ομάδας. Η διαφοροποίηση στο σημείο αυτό σε σχέση με την μελέτη των (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado) είναι ότι σε αντίθεση με αυτήν, επιτρέπεται και προωθείται η συνεργασία όλων των εμπλεκομένων σε όλα τα στάδια και όχι μόνο σε αυτά που έχουν άμεση εμπλοκή. Π.χ. για τον καθορισμό του περιεχομένου της εφαρμογής αν και η καθοδήγηση της διαδικασίας γίνεται από τον ειδικό σχεδιαστή, που είναι υπεύθυνος για τους καθορισμούς στη διεπαφή και στο τρισδιάστατο μοντέλο του κόσμου, συγχρόνως συμμετέχουν στην διαδικασία αυτή και άλλα άτομα όπως προγραμματιστές, σχεδιαστές των γραφικών, χρήστες και άλλοι εμπλεκόμενοι. Η TRES-D μεθοδολογία χωρίζεται στα εξής έξι στάδια: αρχικοποίηση προδιαγραφών (initial requirements), κατανόηση προδιαγραφών (understand requirements), εννοιολογικός σχεδιασμός (concept design), επαναληπτικός σχεδιασμός (iterative design), ο οποίος χωρίζεται σε δύο υπο-στάδια, συνοπτικός και αναλυτικός σχεδιασμός (abstract/ presentation design), ανάπτυξη (building and implementation) κα τέλος βελτίωση και συντήρηση (deploy and maintenance). Τα στοιχεία που μας ενδιαφέρουν στην παρούσα εργασία από την άποψη της σχεδίασης/ μοντελοποίησης του εικονικού κόσμου είναι τα εξής: Αρχικά στην αρχικοποίηση των προδιαγραφών συμμετέχει μόνο ο project leader ο οποίος στην συνέχεια στο επόμενο στάδιο της κατανόησης, επικοινωνεί τις προδιαγραφές αυτές με τους διάφορους ειδικούς των τομέων και αυτοί με τη σειρά τους στους υπόλοιπους υπεύθυνους. Το στάδιο του εννοιολογικού σχεδιασμού σκοπό έχει την δημιουργία σεναρίων, σκίτσων και εικονογραφημένων σεναρίων (storyboards). Λόγω της δημιουργικότητας που απαιτείται στο στάδιο αυτό για την παραγωγή ιδεών, είναι απαραίτητη η εμπλοκή όλων όσων συμμετέχουν στην σχεδιαστική διαδικασία και άρα και των σχεδιαστών των τρισδιάστατων γραφικών. Στο στάδιο αυτό καταγράφονται όλες οι διεργασίες τις οποίες θα μπορεί ο χρήστης να εκτελεί στο εικονικό περιβάλλον, όπως και οι διάφορες λύσεις που θα προταθούν. Αφού επιλεχθεί η λύση που θα εφαρμοστεί, ακολουθεί το στάδιο της επαναληπτικής σχεδίασης το οποίο πραγματοποιείται σε δύο στάδια: 142

143 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Στο στάδιο του abstract design γίνονται οι παρακάτω εργασίες o Σχεδιάζονται χάρτες του εικονικού κόσμου o Καθορίζεται η τοποθέτηση των αντικειμένων στο χώρο o Καθορίζονται οι διαδρομές πλοήγησης o Καθορίζονται οι λειτουργίες (behaviors) των αντικειμένων και ο τρόπος που τα αντικείμενα αυτά αντιδρούν στις δράσεις αυτές o Ο υψηλού επιπέδου διάλογος των χρηστών με τα αντικείμενα αποκτάται από την διάσπαση των διεργασιών μέχρι να καθοριστούν απλές δράσεις Αντίστοιχα σε αυτό του presentation design πραγματοποιούνται οι ακόλουθες διεργασίες: o Πραγματοποιείται ο χαμηλού επιπέδου διάλογος των χρηστών με τα αντικείμενα, ώστε να καθοριστεί το εκάστοτε είδος διάδρασης για κάθε εργασία. o Συγκεκριμενοποιείται η δομή του εικονικού κόσμου. o Συγκεκριμενοποιείται η γεωμετρία και η εμφάνιση των αντικειμένων. o Συλλέγονται τα απαιτούμενα στοιχεία από τον πραγματικό κόσμο καθώς γνωρίζουμε τις οπτικές απαιτήσεις για κάθε αντικείμενο οι οποίες προκύπτουν από τις λειτουργίες που αυτό εκτελεί. Κατά την διάρκεια και των δύο υπο-σταδίων οι σχεδιαστές συνεργάζονται συνεχώς με τους υπεύθυνους ειδικούς, πραγματοποιώντας δοκιμές ώστε να εξασφαλίσουν τη σωστή λειτουργία και εμφάνιση των μοντέλων που αναπτύσσονται. Στο επόμενο στάδιο της ανάπτυξης πραγματοποιείται η δημιουργία των τρισδιάστατων μοντέλων και της προσομοίωσης της κίνησης (animation), καθώς στο προηγούμενο στάδιο έχουν συγκεκριμενοποιηθεί με σαφήνεια όλα τα απαραίτητα στοιχεία που απαιτούνται για τον σχεδιασμό τους. Τέλος, στο τελευταίο στάδιο της TRES-D μεθοδολογίας πραγματοποιούνται οι κατάλληλες βελτιώσεις και τελικές ρυθμίσεις του συστήματος όπου αυτές κρίνονται απαραίτητες. Οι δημιουργοί της TRES-D μεθοδολογίας έχουν αναγνωρίσει την πολυπλοκότητα των εφαρμογών εικονικού περιβάλλοντος η οποία προκύπτει από την ανάγκη για συνεργασία μεταξύ των διαφόρων εμπλεκόμενων. 143

144 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Στοχεύουν στην επικοινωνία και συνεργασία μεταξύ των εμπλεκόμενων ρόλων αν και δεν αναγνωρίζονται όλοι οι ρόλοι ως ισότιμοι και εξίσου αναγκαίοι στη διαδικασία καθώς διαχωρίζονται σε ειδικούς οι οποίοι κατέχουν την γνώση και την απαραίτητη πληροφορία και σε ρόλους οι οποίοι έχουν αναπτύξει ειδικές δεξιότητες. Μάλιστα σημειώνουν ότι πρέπει να αναπτυχθούν εργαλεία τα οποία να βοηθούν τον ειδικό προσφέροντας του την απαραίτητη γνώση και δεξιότητες τις οποίες δεν κατέχει. Π.χ. βοηθώντας τον σχεδιαστή της αλληλεπίδρασης του συστήματος να αναπτύξει τις σχεδιαστικές προδιαγραφές και να δημιουργεί τα πρωτότυπα χωρίς να χρειάζεται τον σχεδιαστή των τρισδιάστατων γραφικών The Structured Development of VE enhancing Functionality and Interactivity (Eastgate, September 2001), Structure development of VE (Wilson & Eastgate, 2002) Το μεθοδολογικό πλαίσιο VEDEF που χρησιμοποιείται από τους (Wilson & Eastgate, 2002) και (Eastgate, September 2001) στις μελέτες τους, όπως αναφέρεται και σε προηγούμενο κεφάλαιο, είναι αυτή που χρησιμοποιούμε ως βασικό σκελετό για την ανάπτυξη της δικιάς μας πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων (κεφάλαιο 4). Ο (Eastgate, September 2001) μελετώντας τα προβλήματα που διέπουν την ανάπτυξη εικονικών περιβαλλόντων, αναφέρεται στους (Gabbard, Hix, & Swan, User-centered design and evaluation of virtual environments, 1999) οι οποίοι τονίζουν ότι στη πλειονότητα των εφαρμογών που σχεδιάζονται, μεγαλύτερη προσπάθεια γίνεται στην ανάπτυξη ποιοτικών και αποδοτικών οπτικά περιβαλλόντων παρά στη σχεδίαση της αλληλεπίδρασης και της εμφάνισης ώστε αυτή να εξυπηρετεί την αλληλεπίδραση, με αποτέλεσμα κάποιες φωτορεαλιστικά επιβλητικές οπτικά εφαρμογές να είναι δύσχρηστες και άρα μη αποδοτικές. Γύρω από αυτόν τον προβληματικό χώρο και στηριζόμενος πάνω στο μεθοδολογικό πλαίσιο που αρχικά αναπτύχθηκε από τους (Wilson, Cobb, D'Cruz, & Eastgate, 1996) και ονομάζεται VEDS (Virtual Environment Development Structure), η συγκεκριμένη μελέτη έχει ως στόχο την ανάπτυξη του θέματος που ασχολείται με τον σχεδιασμό των εικονικών περιβαλλόντων και πιο 144

145 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου συγκεκριμένα στη μεθοδολογία που θα αναδείξει τον τρόπο σύμφωνα με τον οποίο θα πραγματοποιηθεί η μοντελοποίηση των τρισδιάστατων γραφικών. Με ποιο τρόπο δηλαδή θα αναπτυχθεί συναρμολογηθεί ο εικονικός κόσμος και πως θα εμπλουτιστεί με τη λειτουργικότητα ούτως ώστε η εφαρμογή που θα αναπτυχθεί να είναι πρακτική και εύχρηστη. Στην ίδια μελέτη ο (Eastgate, September 2001) αναγνωρίζει τέσσερα στοιχεία που σύμφωνα με τον ίδιο απαρτίζουν τα εικονικά περιβάλλοντα. Τη τοπογραφία (topography), τα αντικείμενα (objects), τις λειτουργίες (behavior) και τις οπτικές απόψεις (viewpoints), καθώς και τις μεταξύ τους σχέσεις. Με τον όρο τοπογραφία εννοείται το στήσιμο του εικονικού περιβάλλοντος. Γενικά στα εικονικά περιβάλλοντα χρησιμοποιείται συνήθως τοπογραφία η οποία αναπαράγει τα χαρακτηρίστηκα του πραγματικού κόσμου, αν και σε εξειδικευμένες εφαρμογές, όπως π.χ. σε εφαρμογές παρουσίασης πληροφορίας χρησιμοποιούνται τοπογραφίες που δεν έχουν σχέση με τον πραγματικό κόσμο. Η δομή της τοπογραφίας είναι ιεραρχική. Τα αντικείμενα έχουν μια τοποθέτηση και ένα προσανατολισμό σε σχέση με το σύνολο του εικονικού περιβάλλοντος ενώ τα υπο-αντικείμενα αντίστοιχα, που βρίσκονται χαμηλότερα στην ιεραρχική δομή, έχουν θέση και προσανατολισμό σε σχέση με τον πατέρα τους. Αυτό συνεπάγεται ότι αν ένα αντικείμενο μετακινηθεί στο χώρο, τα παιδιά του θα μετακινηθούν αντίστοιχα. 145

146 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Εικόνα 3: ιεραρχική δομή της τοπογραφίας ενός Εικονικού Περιβάλλοντος Σχετικά με τα αντικείμενα ή εικονικά αντικείμενα όπως αλλιώς αναφέρονται, μας ενδιαφέρουν τα στοιχεία εκείνα που είναι απαραίτητα για να αρχίσει η ανάπτυξη των αντικειμένων αυτών. Στην πιο απλή τους εκδοχή τα αντικείμενα έχουν σχήμα, μέγεθος και χαρακτηριστικά εμφάνισης. Επίσης ένα αντικείμενο μπορεί να χωρίζεται σε άλλα υπο-αντικείμενα, τα οποία με τη σειρά τους μπορεί και αυτά να διασπόνται επιπλέον. Στην συνέχεια αναφέρεται η διαδικασία που χρησιμοποιείται για την δημιουργία των εικονικών αντικειμένων. 146

147 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Εικόνα 4: διαδικασία για την δημιουργία εικονικών αντικειμένων Όπως φαίνεται και στην Εικόνα 2, αρχικά δημιουργείται το σχήμα χρησιμοποιώντας ένα κατάλληλο εργαλείο (σχεδιαστικό πρόγραμμα) για την τρισδιάστατη μοντελοποίηση. Στο σημείο αυτό το αντικείμενο αποτελείται από ένα σύνολο επίπεδων επιφανειών. Ο αριθμός των επιφανειών αυτών έχει επιπτώσεις στο εικονικό περιβάλλον και συγκεκριμένα στην ταχύτητα απεικόνισης (rendering time) που με τη σειρά της επηρεάζει την απόκριση και κατά συνέπεια και την αποδοτικότητα και ευχρηστία όλου του συστήματος. Στη συνέχεια ακολουθεί η δημιουργία της εμφάνισης των αντικειμένων. Ο 147

148 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου απλούστερος τρόπος είναι να δοθεί ένα χρώμα στο αντικείμενο. Πιο σύνθετες τεχνικές περιλαμβάνουν τη δημιουργία και την εφαρμογή υφών, καθώς και άλλες πιο εξειδικευμένες τεχνικές που θα δημιουργήσουν οπτικά ρεαλιστικά αντικείμενα. Η πολυπλοκότητα της εμφάνισης, η ανάλυση των υφών και το είδος των τεχνικών που θα ακολουθηθούν σε αυτό το στάδιο επηρεάζουν επίσης την αποδοτικότητα του συστήματος. Ακολουθεί η συναρμολόγηση των υπο-αντικειμένων όπου αυτή απαιτείται ώστε να δημιουργηθούν τα κυρίως και πιο πολύπλοκα αντικείμενα. Τέλος, πέρα από τον έλεγχο της ανάλυσης των υφών και του πλήθους των πολυγώνων που έχει ήδη πραγματοποιηθεί, γίνεται έλεγχος ξανά στο ολοκληρωμένο αντικείμενο για περιττά πολύγωνα ή για περιττή λεπτομέρεια στις υφές καθώς και έλεγχος για σφάλματα απεικόνισης (rendering errors) που ενδέχεται να προκύψουν είτε λόγω του τρόπου δημιουργίας των αντικειμένων είτε λόγω τον τεχνικών που χρησιμοποιήθηκαν. Οι συμπεριφορές και οι ενέργειες (behavior and dynamics) των αντικειμένων προέρχονται από τις λειτουργίες και τα χαρακτηριστικά τους (function and properties). Τα αντικείμενα, σύμφωνα με τις συμπεριφορές και τις ενέργειες τους μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε διαδραστικά, αυτόνομα, συνδεδεμένα με άλλα αντικείμενα και τέλος σε αντικείμενα χωρίς συμπεριφορές. Όπως φαίνεται και από το σχεδιάγραμμα μια αλλαγή στην λειτουργία μπορεί να επιφέρει αλλαγές στην συμπεριφορά και τις ενέργειες του αντικειμένου, τα οποία απασχολούν κυρίως τον σχεδιαστή της αλληλεπίδρασης του εικονικού περιβάλλοντος, αλλά και αλλαγές στα στοιχεία που αναφέρθηκαν στην προηγούμενη παράγραφο και αφορούσαν την μοντελοποίηση και εμφάνιση. Συνεπώς μπορούν να υπάρχουν αλλαγές στο σχήμα, στο μέγεθος, στο χρώμα ή στην υφή καθώς και σε άλλους παράγοντες όπως η μάζα ή άλλες δυνάμεις. Τα χαρακτηριστικά αυτά δεν υπάρχουν σε όλα τα αντικείμενα αλλά τα δημιουργούμε μόνο σε αυτά που κρίνεται απαραίτητο. Ακόμα, ίσως απαιτείται και σχεδιασμός άλλων χαρακτηριστικών, μη φυσικών, γεγονός που συναντάται κυρίως σε εφαρμογές που δεν αναπαριστούν τον πραγματικό κόσμο, π.χ. ένα αντικείμενο να γίνεται αόρατο. 148

149 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Εικόνα 5: μοντελοποίηση της διαδικασίας αλλαγής της συμπεριφοράς και ενεργειών ενός αντικειμένου και των στοιχείων που επηρεάζουν την διαδικασία αυτή Στο επόμενο κεφάλαιο ο (Eastgate, September 2001) παρουσιάζει τέσσερα παραδείγματα εφαρμογών που σχεδιάστηκαν ακολουθώντας το προηγούμενο μοντέλο. Από τα παραδείγματα αυτά προκύπτουν διευκρινιστικά θέματα και περαιτέρω κατηγοριοποίηση κάποιων από αυτά. Από τα στοιχεία αυτά θα δημιουργηθεί ένα νέο μοντέλο αναπαράστασης της διαδικασίας ανάπτυξης εικονικών περιβαλλόντων. Από τα αυτά τα τέσσερα παραδείγματα προκύπτουν τα εξής θέματα που σχετίζονται με τη παρούσα μελέτη: Προσεκτική επιλογή των αντικειμένων που θα συμπεριληφθούν και θα μοντελοποιηθούν στο εικονικό περιβάλλον από το σύνολο των αντικειμένων του πραγματικού κόσμου. Περαιτέρω κατηγοριοποίηση των αντικειμένων σε σύνορα (boundaries), ορόσημα (landmarks) όπως πόρτες, κολόνες και άλλα χαρακτηριστικά στοιχεία του περιβάλλοντος, εμπόδια (obstacles) αντικείμενα δηλαδή που εμποδίζουν την πλοήγηση, συσκευές (devices) π.χ. εργαλεία και άλλα σημεία διάδρασης και τέλος χαρακτηριστικά (features), που υποβοηθούν την αναγνώριση όπως εικόνες και άλλα στοιχεία ανάλογα με το περιβάλλον. Σημειώνεται ότι είναι δυνατό κάποια στοιχεία να ανήκουν σε περισσότερες από μία κατηγορίες. Αναλυτική περιγραφή των χώρων που αποτελούν το εικονικό περιβάλλον: πως είναι ο κάθε χώρος (οπτική περιγραφή), τι αντικείμενα περιέχει και σε ποια σημεία, που οδηγεί και με ποιο τρόπο. Αντίστοιχα γίνεται και περιγραφή των αντικειμένων. Σε πόσα και ποιά υπο- 149

150 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου αντικείμενα χωρίζεται κάθε αντικείμενο, τι βασικές λειτουργίες πρέπει να εκτελεί και περιγραφή της οπτικής εμφάνισης κάθε αντικειμένου. Η περιγραφή αυτή οδηγεί σε αποφάσεις σχετικά με τον τρόπο και την τεχνική της μοντελοποίησης καθώς και την επιθυμητή ανάλυση για κάθε αντικείμενο. Μέσα από την περιγραφή των απλών λειτουργιών προκύπτουν τα εξής: o Περιγραφή των σημείων διάδρασης για κάθε αντικείμενο διάδρασης. o Καταγραφή των υπο-αντικειμένων που απαιτούνται. Στόχος του σχεδιαστή του εικονικού κόσμου, όπως σημειώνεται στην εργασία αυτή, είναι η δημιουργία αποτελεσματικών, ασφαλών, χρηστικών εικονικών περιβαλλόντων που θα επιτρέπουν στους χρήστες να επιτύχουν τους στόχους τους με καλύτερο, πιο ενδιαφέρον και οικονομικότερο τρόπο από τη χρήση εναλλακτικών τεχνολογιών ή από την αντίστοιχη πραγματική κατάσταση. Στο επόμενο κεφάλαιο της μελέτης ακολουθεί η παρουσίαση δύο παραδειγμάτων σχεδίασης που γίνανε με βάση το VEDS πλαίσιο. Η μεθοδολογία αποτελείται από έξι τμήματα: προετοιμασία (preparation), ανάλυση (analysis), καθορισμός (specification), ανάπτυξη (building), εφαρμογή - εγκατάσταση (implementation) και αξιολόγηση (evaluation). Στην μελέτη αυτή αναπτύσσονται κυρίως τα στάδια του καθορισμού και της ανάπτυξης τα οποία είναι και αυτά που μας απασχολούν περισσότερο στην συγκεκριμένη διατριβή. Στη συνέχεια αναλύονται τα στάδια του πλαισίου όπως παρουσιάζεται στα παραδείγματα αυτά, σε συνδυασμό με την μελέτη των (Wilson & Eastgate, 2002) όπου παρουσιάζεται και αναλύεται ξανά το VEDS πλαίσιο. 150

151 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου 151

152 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Εικόνα 6: VEDS - Virtual Environment Development Structure 152

153 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Καθορισμός: o Εννοιολογικός σχεδιασμός, εικονογραφημένο σενάριο (storyboarding): το εικονογραφημένο σενάριο είναι μια συλλογή από καρέ που περιγράφουν την εμπειρία. Όπως σημειώνεται από τους (Wilson & Eastgate, 2002) είναι σημαντικό να συμπεριλαμβάνονται στη διαδικασία αυτή συμμετέχοντες από όλα τα στάδια της σχεδίασης με διαφορετικές γνώσεις και ειδικότητες. Με την μέθοδο αυτή πρέπει να περιγράφεται και να αποφασίζεται η μορφή που θα έχει το εικονικό περιβάλλον. Στο παρών στάδιο πραγματοποιούνται οι ακόλουθες διεργασίες: Δημιουργία σεναρίων χρήσης. Λεκτική περιγραφή των σεναρίων ή δημιουργία εικονογραφημένων σεναρίων εάν απαιτείται. Καταγραφή αντικειμένων μέσω των σεναρίων. Δημιουργία ενός μοντέλου συρμάτινου πλαισίου (wire frame representation) ή ενός σκελετού της δομής του εικονικού περιβάλλοντος Άλλα στοιχεία που αναφέρονται σε προηγούμενο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας o Συλλογή πόρων: Γίνεται συλλογή των απαραίτητων πόρων για την μοντελοποίηση των αντικειμένων. Είναι φυσικό στο στάδιο αυτό να μην είναι δυνατόν να γνωρίζουμε επακριβώς τον τρόπο με τον οποίο θα μοντελοποιηθεί κάθε αντικείμενο και για αυτό παρέχονται κάποιες απλές σχεδιαστικές οδηγίες οι οποίες παρουσιάζονται στον Πίνακας 1. Κατά την ολοκλήρωση του σταδίου της συλλογής πόρων θα πρέπει να έχουν πραγματοποιηθεί οι παρακάτω διαδικασίες: Τελικός καθορισμός των αναγκαίων αντικειμένων Δημιουργία σκίτσων και σημειώσεων Καταγραφή του μεγέθους των αντικειμένων Καταγραφή της εμφάνισης (σχήμα, χρώμα ) Φωτογράφηση και συλλογή υφών Βιντεοσκόπηση Συλλογή ήχων Συλλογή απαραίτητων κειμένων ή άλλων πληροφοριών που θα παρέχονται μέσω της εφαρμογής 153

154 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Geomet ry Colour Simple Complex Dynamic Measure dimensions (e.g. cube) Note colour (e.g. painted wall) Measure dimensions and take photos (e.g. tree) Photograph orthogonally* (e.g. brick walls) Measure dimensions, photograph and video (e.g. bicycle) Video or photograph sequence (e.g. TV screen) Sound Record sound Record sounds Record sound and video or make notes on relationship between sound and object behaviour (e.g. car accelerating) Εικόνα 7: σχεδιαστικές οδηγίες για συλλογή πόρων Ανάπτυξη: o Καθορισμός του συστήματος του εικονικού περιβάλλοντος Γίνεται καθορισμός του υλισμικού που θα χρησιμοποιηθεί o Καθορισμός της εμφάνισης του εικονικού περιβάλλοντος Καθορισμός του επιπέδου λεπτομέρειας των αντικειμένων (level of detail) o Ανάπτυξη και έλεγχος O (Eastgate, September 2001) παρατηρεί τα εξής θέματα στο πλαίσιο αυτό, το οποίο στη συνέχεια προσπαθεί να το βελτιώσει και να κάνει κάποιες διευκρινήσεις. Είναι θεμιτό το στάδιο καθορισμού συστήματος να πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια ή ακόμα και πριν τον εννοιολογικό σχεδιασμό, καθώς επηρεάζει τον σχεδιασμό του σταδίου αυτού. Η διαδικασία του σχεδιασμού μπορεί να διασπαστεί σε δύο μέρη. Το συνολικό σχεδιασμό, όπου παίρνονται γενικές αποφάσεις και τον λεπτομερή σχεδιασμό όπου παίρνονται οι τελικές αποφάσεις του καθορισμού. Στο στάδιο της συλλογής πόρων γίνεται μια αρχική - γενική συλλογή πόρων. Τα στοιχεία δηλαδή που συγκεντρώνονται παρέχουν μόνο γενικές πληροφορίες. Ο κυρίως όγκος όμως της συλλογής πόρων γίνεται αφού αποφασιστεί ο συνολικός σχεδιασμός του εικονικού περιβάλλοντος, καθώς το εικονογραφημένο σενάριο μπορεί γενικά να περιγράφει του αναγκαίους πόρους αλλά είναι αδύνατο να τους περιγράφει με λεπτομέρεια. Συνεπώς η ολοκλήρωση του σταδίου αυτού 154

155 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου θα πρέπει να πραγματοποιηθεί κατά το στάδιο του λεπτομερή σχεδιασμού. Ουσιαστικά η ανάπτυξη εικονικών περιβαλλόντων περιγράφεται ως μια επαναληπτική διαδικασία που καταλήγει επαυξητικά στο λεπτομερή σχεδιασμό του καθορισμού ώστε στη συνέχεια ακολουθήσει η ανάπτυξη και τις δοκιμές της εφαρμογής. Ο λεπτομερής σχεδιασμός συνίσταται από τον καθορισμό της εμφάνισης και των λειτουργιών του κάθε αντικειμένου, όπως και από τον καθορισμό της διεπαφής και των μεθόδων αλληλεπίδρασης και πλοήγησης. Το στάδιο της ανάπτυξης αποτελείται από την τρισδιάστατη μοντελοποίηση και τη συναρμολόγηση του κόσμου. Κατά τη συναρμολόγηση εφαρμόζονται στα αντικείμενα οι λειτουργίες, οι υφές, οι ήχοι και όποιο άλλο στοιχείο απαιτείται σύμφωνα με την αλληλεπίδραση. Το πλαίσιο το οποίο προτείνει ο (Eastgate, September 2001), ώστε να βελτιώσει το VEDS πλαίσιο παραμένει ίδιο στα δύο πρώτα στάδια της προετοιμασίας και της ανάλυσης καθώς και στο τελευταίο της αξιολόγησης. Επικεντρώνεται όμως στα στάδια του καθορισμού, της ανάπτυξης και της εφαρμογής εγκατάστασης, τα οποία αντικαθιστά και στη θέσεις τους τοποθετεί τα παρακάτω εφτά και πιο αναλυτικά στάδια: καθορισμός (specification), γενικός σχεδιασμός (VE overall design), συλλογή πόρων (resource acquisition), λεπτομερής σχεδιασμός (VE detail design), ανάπτυξη (VE building), δοκιμή (testing) και εφαρμογή εγκατάσταση (implementation). Στην ανάλυση που ακολουθεί δεν ασχολούμαστε με όλα τα στάδια της μεθοδολογίας που προτείνεται αλλά μόνο με αυτά που σχετίζονται με το θέμα της συγκεκριμένης εργασίας, δηλαδή καθορισμός, γενικός σχεδιασμός, συλλογή πόρων, λεπτομερής σχεδιασμός και ανάπτυξη. 155

156 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Εικόνα 8: το μεθοδολογικό πλαίσιο VEDS βελτιωμένο σύμφωνα με τιw αλλαγές που προτείνει ο (Eastgate, September 2001) 156

157 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Εικόνα 9: ανάλυση του σταδίου του καθορισμού Καθορισμός: το στάδιο αυτό αποτελείται από τα υπο-στάδια της ιεράρχησης των στόχων (VE goals; prioritization), του εννοιολογικού σχεδιασμού και της σχεδίασης του εικονογραφημένου σεναρίου (concept design; storyboarding), της ανάλυσης των εικονικών διεργασιών (Virtual task analysis) και της διαμόρφωσης του συστήματος του εικονικού περιβάλλοντος (VR system configuration). Στη συνέχεια περιγράφονται οι διεργασίες που λαμβάνουν μέρος σε καθένα από αυτά τα υπο-στάδια. Εννοιολογικός σχεδιασμός εικονογραφημένο σενάριο: στο στάδιο αυτό καθορίζεται για πρώτη φορά ο τρόπος με τον οποίο θα επιτευχθούν οι στόχοι. Απαιτείται μια γενική γνώση σχετικά με το αντικείμενο της εφαρμογής καθώς και μια αρχική αλλά όχι σε βάθος συλλογή πόρων. Στο στάδιο αυτό πρέπει να καθοριστεί επακριβώς ο τρόπος παρουσίασης του εικονικού περιβάλλοντος. Το εικονογραφημένο σενάριο είναι ένα σύνολο περιγραφών, οι οποίες παρουσιάζονται με τη χρήση εικόνων και/ ή κειμένου οι οποίες περιγράφουν ένα τυπικό σενάριο της εικονικής εμπειρίας. Στη διαδικασία του εννοιολογικού σχεδιασμού και του εικονογραφημένου σεναρίου είναι αναγκαίο να συμμετέχουν όλοι οι εμπλεκόμενοι στην σχεδίαση του εικονικού περιβάλλοντος. Οι άνθρωποι αυτοί έχουν διαφορετικές γνώσεις και δεξιότητες οι οποίες είναι αναγκαίο να ληφθούν όλες υπόψη και να προσφέρουν τις διαφορετικές τους οπτικές στη φάση αυτή. Κάποιοι μπορεί να είναι ειδικοί σε κάποιο συγκεκριμένο τομέα και να γνωρίζουν τι θέλουν να κάνουν χωρίς όμως να γνωρίζουν την δυνατότητα πραγματοποίησης των αποφάσεων αυτών. Συγχρόνως, κάποιοι άλλοι μπορεί να γνωρίζουν τις δυνατότητες που προσφέρουν τα εικονικά περιβάλλοντα και να είναι γνώστες των τεχνολογιών αυτών. Με το εικονογραφημένο σενάριο και χρησιμοποιώντας όλες αυτές τις 157

158 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου γνώσεις από τους διαφορετικούς εμπλεκόμενους, μπορεί να περιγραφεί, να σχεδιαστεί και να συμφωνηθεί η μορφή του εικονικού περιβάλλοντος. Αν δεν συμμετέχουν όλοι στο στάδιο αυτό, θα υπάρχουν επιπτώσεις τόσο στο χρόνο όσο και στους οικονομικούς πόρους που απαιτούνται για την σχεδίαση, καθώς θα πρέπει να γίνουν περισσότερες επαναλήψεις επανασχεδιασμού και επιπλέον θα καταναλώνεται επιπλέον χρόνος για τον λεπτομερή καθορισμό της μορφής κατά τη διάρκεια των επόμενων σταδίων. Εικόνα 10: ανάλυση σταδίου γενικού σχεδιασμού Γενικός σχεδιασμός: στο στάδιο του γενικού σχεδιασμού αρχίζει να πραγματοποιείται ο γενικός καθορισμός της μορφής και της διεπαφής της εφαρμογής του εικονικού περιβάλλοντος. Αποτελείται από τα υπο-στάδια του καθορισμού του στησίματος, του καθορισμού του σχήματος και της εμφάνισης των αντικειμένων και τέλος της διεπαφής χρήστη. Στήσιμο της εφαρμογής (layout): αποφασίζεται η έκταση του μοντέλου, δηλαδή τα όρια του περιβάλλοντος. Τα όρια χωρίζονται σε δύο βασικά μέρη. Τα όρια ολόκληρου του περιβάλλοντος, τα περιεχόμενα του οποίου θα πρέπει να μοντελοποιηθούν. Και τα όρια της πλοήγησης, μέσα στα οποία ο χρήστης θα μπορεί να πλοηγηθεί. Κατά τη διάρκεια του σταδίου αυτού πρέπει ακόμα να αποφασιστεί ο προσανατολισμός του μοντέλου σε σχέση με τους άξονες του συστήματος που θα χρησιμοποιηθεί. Η απόφαση αυτή έχει στόχο να αποφευχθούν προβλήματα που σχετίζονται με τη σωστή τοποθέτηση και προσανατολισμό των αντικειμένων, την εφαρμογή των υφών, όπως και την εφαρμογή των δυνάμεων. Ακόμα αποφασίζεται η ιεράρχηση των αντικειμένων και των υπο-αντικειμένων που τα αποτελούν. Καθορισμός σχήματος και εμφάνισης αντικειμένων: τα αντικείμενα που θα συμπεριληφθούν στο εικονικό περιβάλλον πρέπει να αποφασιστούν και να πραγματοποιηθεί ένας γενικός καθορισμός των πόρων (διαστάσεις, μεγέθη, υφές) 158

159 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Διεπαφή χρήστη: αποφασίζονται οι διαθέσιμες οπτικές απόψεις που θα έχει στη διάθεση του ο χρήστης, το στήσιμο της οθόνης διεπαφής και οι μέθοδοι διάδρασης. Το στάδιο αυτό πραγματοποιείται από το σχεδιαστή της αλληλεπίδρασης, αν και οι αποφάσεις που θα ληφθούν θα έχουν άμεσο αντίκτυπο στο σχεδιασμό της δομής του εικονικού κόσμου. Εικόνα 11: ανάλυση σταδίου συλλογής πόρων Συλλογή πόρων: η διαδικασία της συλλογής πόρων για τα αντικείμενα του εικονικού κόσμου επηρεάζεται από τον ρόλο που έχουν αυτά μέσα στο περιβάλλον. Έτσι σύμφωνα με το ρόλο αυτό μπορούμε να τα κατηγοριοποιήσουμε σε τέσσερεις ομάδες. Αντικείμενα φόντου (background objects), τα οποία δρουν ως σκηνικό. Αντικείμενα γενικού πλαισίου (context objects), που το καθένα μοναδικά δεν είναι βασικό στο περιβάλλον, αλλά συνολικά βοηθούν την αναγνώριση του είδους του περιβάλλοντος από το χρήστη. Πρωταρχικά χαρακτηριστικά, τα οποία χωρίζονται σε: πρώτον οπτικά πρωταρχικά χαρακτηριστικά και δεύτερον λειτουργικά πρωταρχικά χαρακτηριστικά. Τα οπτικά χρειάζεται να φαίνονται σωστά, ενώ τα λειτουργικά πρέπει να φαίνονται αλλά συγχρόνως και να λειτουργούν σωστά. Ανάλογα με την κατηγορία που ανήκει κάθε αντικείμενο θα γίνεται και η απαραίτητη συλλογή πόρων για την μοντελοποίηση που ακολουθεί. Τα αντικείμενα φόντου πρέπει να φαίνονται σωστά από κάποια απόσταση. Αυτό επιτυγχάνεται συνήθως εφαρμόζοντας υφές σε δυσδιάστατα αντικείμενα τα οποία όμως δεν φαίνονται από πολύ κοντινές αποστάσεις ή από οξείες γωνίες. Για την παραπάνω διαδικασία απαιτούνται γενικές φωτογραφίες του φόντου. Τα αντικείμενα γενικού πλαισίου δεν χρειάζεται να αναπαριστούν επακριβώς τα πραγματικά αντικείμενα, αλλά θα πρέπει να είναι αναγνωρίσιμα χωρίς να είναι και οπτικά λάθος. Και στην περίπτωση αυτή μπορούμε σε αρκετές περιπτώσεις να αποφύγουμε την τρισδιάστατη μοντελοποίηση των αντικειμένων, εφαρμόζοντας υφές σε δυσδιάστατα αντικείμενα. Και σε αυτή 159

160 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου την κατηγορία λοιπών απαιτείται λήψη φωτογραφιών, καταγραφή χρωμάτων και μέτρηση μεγεθών και σχημάτων χωρίς όμως να απαιτείται μεγάλη ακρίβεια. Τέλος, τα πρωταρχικά αντικείμενα πρέπει να είναι οπτικά ακριβή. Η οπτική ακρίβεια αυτή εξαρτάται από το ρόλο των αντικειμένων στην εικονική εμπειρία. Όταν τα αντικείμενα αναπαριστούν αντικείμενα του πραγματικού κόσμου, απαιτείται μέτρηση των διαστάσεων από τα πραγματικά αντικείμενα και αποτύπωση των υφών μέσω φωτογραφιών. Στα πρωταρχικά λειτουργικά αντικείμενα απαιτείται ακόμα μεγαλύτερη ακρίβεια στη μέτρηση των διαστάσεων. Απαραίτητη είναι ακόμα η λήψη βίντεο πέρα από φωτογραφιών που να αναπαριστούν την λειτουργία του αντικειμένου σε διαφορετικές θέσεις και καταστάσεις. Πίνακας 19: απαιτήσεις της συλλογής πόρων για κάθε ομάδα αντικειμένων Άλλα στοιχεία που απαιτούνται για την μοντελοποίηση του Εικονικού Περιβάλλοντος και των στοιχείων πέρα από την μέτρηση των διαστάσεων και την φωτογράφηση των υφών είναι ο σχεδιασμός σκαριφημάτων/ σκίτσων, η καταγραφή της τοποθέτησης των αντικειμένων στο χώρο και η μαγνητοσκόπηση του χώρου. Για τα λειτουργικά αντικείμενα πέρα από τη λήψη βίντεο που θα περιγράφουν τις λειτουργίες, συνήθως απαιτείται και η ηχογράφηση των ήχων που παράγονται κατά τη λειτουργία τους. 160

161 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Εικόνα 12: ανάλυση σταδίων λεπτομερή σχεδιασμού, ανάπτυξης και ελέγχου Λεπτομερής σχεδιασμός, ανάπτυξη και έλεγχος: τα στάδια αυτά είναι έντονα αλληλοσυνδεδεμένα και αλληλοεπηρεαζόμενα μεταξύ τους. Εμπεριέχουν πολλές επαναλήψεις μεταξύ των σταδίων και πολλές φορές είναι δύσκολο να διαχωριστούν σε επιμέρους και καλά καθορισμένες διεργασίες. Επιπλέων στα στάδια αυτά είναι σύνηθες να εντοπίζονται παραλήψεις ή ελαττώματα που δημιουργήθηκαν στα προηγούμενα στάδια, με αποτέλεσμα συχνά να απαιτείται επιστροφή σε αυτά και κυρίως στα στάδια του καθορισμού και του γενικού σχεδιασμού. Στο στάδιο του λεπτομερή σχεδιασμού μελετάται ο τρόπος με τον οποίο πρέπει να σχεδιαστούν οι λεπτομέρειες του κάθε αντικειμένου, ώστε να συνεισφέρει τα μέγιστα στις γενικές προδιαγραφές του εικονικού περιβάλλοντος. Οι λεπτομέρειες που απασχολούν το σχεδιαστή στο στάδιο αυτό είναι η γεωγραφία του αντικειμένου, το σχήμα του, η εμφάνιση καθώς 161

162 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου και οι δυνάμεις και οι λειτουργίες του. Επιπλέον πραγματοποιείται και ο καθορισμός άλλων στοιχείων όπως οι μέθοδοι αλληλεπίδρασης, στοιχεία της διεπαφής και οι οπτικές απόψεις της πλοήγησης. Είναι αυτό το σημείο της σχεδίασης όπου πραγματοποιείται η λήψη των περισσότερων αποφάσεων, τόσο σε λεπτομέρειες που σχετίζονται με την εμφάνιση των αντικειμένων όσο και με την αλληλεπίδραση τους. Κάθε απόφαση θα πρέπει να λαμβάνεται με βάση τους καθολικούς στόχους της εφαρμογής που έχουν αποφασιστεί στα αρχικά στάδια της μεθοδολογίας σχεδίασης. Επιπλέον, άλλα στοιχεία που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη είναι ο απαιτούμενος χρόνος απεικόνισης των γραφικών (rendering speed) και ο ρυθμός ανανέωσης των καρέ. Σημειώνεται πάντως ότι γενικά στην πλειονότητα των περιπτώσεων η ανάπτυξη του εικονικού περιβάλλοντος πρέπει να γίνεται με ορισμένη σειρά. Αρχικά θα πρέπει να κατασκευάζεται ένα τρισδιάστατο μοντέλο και στη συνέχεια να εισάγεται στην πλατφόρμα σχεδίασης του εικονικού περιβάλλοντος. Μέσα στην πλατφόρμα αυτή θα μπορεί να συνδέεται με άλλα αντικείμενα και να εμπλουτίζεται με χρώματα, υφές, δυνάμεις, λειτουργίες και ήχους όπου αυτό κρίνεται απαραίτητο. Ενώ οι οπτικές απόψεις και η αλληλεπίδραση μπορεί να κατασκευαστεί σε οποιαδήποτε στιγμή. Παρατηρείται λοιπόν στο σημείο αυτό μια σύγκλιση με τις πρώιμες και συνήθης μεθόδους σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων όπως σημειώνεται τόσο από τον ίδιο τον (Eastgate, September 2001) και εκτενέστερα στη μελέτη της (Kaur, 1998) όπως και από άλλους ερευνητές (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998), (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005) και (Wilson & Eastgate, 2002). Η διαφορά με αυτές τις μεθόδους σχεδίασης είναι ότι δεν συμπεριλαμβάνουν άλλους παράγοντες που επηρεάζουν την σχεδίαση όπως η χρηστικότητα, αλλά καταπιάνονται κατευθείαν με τη διαδικασία της ανάπτυξης του τρισδιάστατου περιβάλλοντος. Στο στάδιο του ελέγχου οι σχεδιαστές πραγματοποιούν δοκιμές ώστε να ελέγξουν αν η εφαρμογή ακολουθεί τα κριτήρια που είχαν αποφασιστεί κατά το στάδιο του καθορισμού. Τα σημαντικότερα θέματα που πρέπει να εξετάζονται είναι: Ακρίβεια απόδοσης (fidelity): εμφανίζονται τα στοιχεία της εφαρμογής έτσι ώστε να ανταποκρίνονται στις προδιαγραφές που αποφασίστηκαν στο στάδιο του καθορισμού; 162

163 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Πλοήγηση: είναι ικανό τμήμα των χρηστών να κινούνται ικανοποιητικά μέσα στο εικονικό περιβάλλον; Αλληλεπιδράσεις: είναι ικανό το δείγμα χρηστών να εντοπίσει τα σημεία διάδρασης και να αλληλεπιδράσει επιτυχώς με τα αντικείμενα; Τέλος, ο (Eastgate, September 2001) θεωρεί την σχεδίαση εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας ένα αρκετά πολύπλοκο αντικείμενο στο οποίο δεν θα μπορούσε να ακολουθηθεί μία συλλογή από εκτεταμένες και λεπτομερής σχεδιαστικές οδηγίες, αφού λόγο μεγέθους δεν θα είχαν καμία πρακτική αξία. Ωστόσο, προτείνει κάποιους γενικούς, απλούς και εύκολους στην εφαρμογή σχεδιαστικούς κανόνες. Ο (Eastgate, September 2001) υποστηρίζει ότι οι σχεδιαστικές οδηγίες θα πρέπει να εφαρμόζονται κατά το στάδιο του λεπτομερούς σχεδιασμού και συγκεκριμένα για τα στοιχεία της πλοήγησης, της αλληλεπίδρασης, της μείωσης του αριθμού των αντικειμένων και του ελέγχου του επιπέδου λεπτομέρειας. Λόγω της διαφορετικής φύσης των παραπάνω, κάθε υπο-στάδιο απαιτεί και διαφορετικού είδους σχεδιαστικές οδηγίες. Έτσι οι σχεδιαστικές οδηγίες που αφορούν την αλληλεπίδραση αναπτύσσονται σε διαγράμματα ροής, καθώς οι αποφάσεις εξαρτώνται από διάφορους παράγοντες. Για την πλοήγηση, στην οποία οι συστάσεις είναι πολυπλοκότερες και δυσκολότερο να καθοριστούν χρησιμοποιούνται απλές οδηγίες για κάθε παράγοντα που σχετίζεται με τη πλοήγηση σε μορφή πινάκων. Και τέλος, για την μείωση του αριθμού των αντικειμένων και του επιπέδου λεπτομέρειας προτείνει τη χρήση λιστών. Πιο συγκεκριμένα σχετικά με τον έλεγχο του επιπέδου λεπτομέρειας δίνεται μία λίστα όπου βοηθάει στην επιλογή της κατάλληλης ποιότητας για κάθε αντικείμενο, ανάλογα με το ρόλο του κάθε αντικειμένου στην εικονική εμπειρία. Έτσι τα αντικείμενα χωρίζονται σε ευδιάκριτα, ορατά, αναγνωρίσιμα, σαφή και ακριβή. 6.2 Η νέα πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση για τη σχεδίαση του εικονικού κόσμου Στο κεφάλαιο αυτό πραγματοποιείται η περιγραφή μίας νέας πολύμεθοδολογικής προσέγγισης για το σχεδιασμό του τρισδιάστατου εικονικού κόσμου, σε σχέση όμως και με σκοπό να εξυπηρετεί αποδοτικά την αλληλεπίδραση του κόσμου αυτού με το χρήστη. Στοχεύοντας με τον τρόπο αυτό, στη δημιουργία αποδοτικών και λειτουργικών εφαρμογών εικονικού 163

164 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου περιβάλλοντος. Για την επίτευξη του παραπάνω στόχου, μέσω της μελέτης των διαφορετικών προσεγγίσεων σχεδίασης που πραγματοποιήθηκε, γίνεται μια προσπάθεια συνδυασμού των σημαντικότερων θεωριών φιλοσοφιών, σχεδιαστικών οδηγιών, σταδίων ή οποιαδήποτε άλλου στοιχείου από τις μεθοδολογίες αυτές. Από την μελέτη των προσεγγίσεων που αναλύθηκαν στο παραπάνω υποκεφάλαιο, άλλες σχεδιαστικές προσεγγίσεις ( 6.1), αλλά και τη γενικότερη ενασχόληση με τα εικονικά περιβάλλοντα προκύπτουν τα εξής στοιχεία τα οποία θεωρούμε απαραίτητα για το σχεδιασμό του τρισδιάστατου εικονικού κόσμου: Καθορισμός προσδιορισμός της δομής των γραφικών μοντέλων που απαρτίζουν το εικονικό κόσμο. Ο καθορισμός αυτός να γίνεται σε σχέση και με στόχο να εξυπηρετεί την αλληλεπίδραση του κόσμου αυτού με το χρήστη. Ο καθορισμός καθώς και όλη η διαδικασία σχεδίασης να πραγματοποιείται σε μια ιεραρχική δομή. Επικοινωνία της δομής αυτής με τους σχεδιαστές της αλληλεπίδρασης. Δημιουργία εργαλείων, διεργασιών ή σχεδιαστικών οδηγιών που θα διευκολύνουν τον καθορισμό αυτό. Η διαδικασία της σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων είναι μια αρκετά πολύπλοκη διαδικασία καθώς συνδυάζει διαφορετικούς επιστημονικούς κλάδους και εμπλέκονται σε αυτή διαφορετικοί άνθρωποι από τους κλάδους αυτούς ο καθένας από τους οποίους έχει διαφορετικές γνώσεις και δεξιότητες. Λόγω της πολυπλοκότητας αυτής, η σχεδίαση των εφαρμογών θα πρέπει να πραγματοποιείται μέσω μιας επαυξητικής διαδικασίας η οποία να περιλαμβάνει επαναλήψεις μεταξύ των σταδίων και να προωθεί την επικοινωνία και τη συνεργασία μεταξύ των εμπλεκομένων. Τα δύο αυτά στοιχεία, η επαυξητική ή ιεραρχική δομή, όπως και η επαναληπτική διαδικασία (iterative process) τα συναντάμε και στην πλειονότητα των παραπάνω προσεγγίσεων (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998), (Tenriverdi & Jacob, 2001), (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005) και (Eastgate, September 2001). Στην κάθε μια από τις παραπάνω προσεγγίσεις η επαυξητική αυτή μέθοδος παρουσιάζεται με διαφορετικό τρόπο. Κάποιοι κάνουν λόγω για υψηλού και χαμηλού επιπέδου σχεδιαστικές φάσεις (high and low level), άλλοι για συνοπτικό και αναλυτικό σχεδιασμό 164

165 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου (abstract/ presentation) ή για γενικό και λεπτομερή σχεδιασμό (overall/ detail). Σε όλες τις μελέτες όμως, ανεξάρτητα από τους διαφορετικούς ορισμούς αναγνωρίζεται μια ιεραρχική δομή. Όσον αφορά την αναγνώριση των εμπλεκόμενων φορέων και της συνεργασίας τους, οι επιστημονικές προσεγγίσεις των (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998), (Tenriverdi & Jacob, 2001), (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado), (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005), (Wilson & Eastgate, 2002) και (Eastgate, September 2001) αναγνωρίζουν την ανάγκη αυτή. Οι εμπλεκόμενοι αυτοί πρέπει να επικοινωνούν και να συνεργάζονται κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σχεδίασης και να μην είναι αποκομμένοι στην εκτέλεση των επιμέρους διεργασιών. Σε κάποια στάδια της διαδικασίας αυτής η συνεργασία θα πρέπει να είναι πιο στενή και να συμμετέχουν από κοινού όλοι οι εμπλεκόμενοι φορείς, όπως π.χ. στο στάδιο του σχεδιασμού των τυπικών σεναρίων. Σημειώνεται στο σημείο αυτό ότι σε αντίθεση με κάποιες από τις προσεγγίσεις που μελετήσαμε όπου αναγνωρίζεται ο ρόλος κάποιων υπεύθυνων ή ειδικών στην σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων οι οποίοι καθοδηγούν και ελέγχουν την όλη διαδικασία, στην παρούσα προσέγγιση όλοι οι εμπλεκόμενοι ρόλοι, ανεξάρτητα με το είδος των γνώσεων που κατέχουν ή τις δεξιότητες που έχουν αναπτύξει θεωρούνται ισότιμοι και εξίσου σημαντικοί στη σχεδιαστική διαδικασία. Μεθοδολογική προσέγγιση και ερευνητής Software Engineering of Virtual Worlds (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) VRID: A Design Model and Methodology for Developing VR Interfaces (Tenriverdi & Jacob, 2001) Software Engineering and Επαυξητική/ ιεραρχική δομή Ο καθορισμός των form, function, behavior πραγματοποιείται σε ιεραρχική δομή. Διαχωρισμός της διαδικασίας σχεδίασης σε δύο φάσεις, high & low level, με επαναλήψεις μεταξύ των σταδίων. Η δομή και η αλληλεπίδραση καθορίζονται και σχεδιάζονται σε ιεραρχική δομή. Όχι Συνεργασία/ επικοινωνία μεταξύ εμπλεκομένων Ο καθορισμός του κάθε ένα από τα τρία στοιχεία γίνεται αναγνωρίζοντας και υπολογίζοντας την αλληλεξάρτηση μεταξύ τους. Παρέχει ένα πλαίσιο το οποίο αυξάνει την επικοινωνία και την συνεργασία μεταξύ των εμπλεκομένων. Αναγνωρίζει του εμπλεκόμενους ρόλους, οι 165

166 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου HCI Techniques Joined to Develop VE (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado) Developing VR Applications: the TRES-D methodology (Molina, Garcna, LS Pez- Jaquero, & Gonzalez, 2005) Structure development of VE (Wilson & Eastgate, 2002) The Structured Development of VE enhancing Functionality and Interactivity (Eastgate, September 2001) Επαυξητική δομή στο στάδιο του επαναληπτικού σχεδιασμού (πραγματοποιείται ο καθορισμός της αλληλεπίδρασης και της δομής) σε δύο στάδια συνοπτικού και αναλυτικού σχεδιασμού. Προϋποθέτει επαναλήψεις μεταξύ των σταδίων. Όχι Ιεραρχική διαδικασία σε δύο στάδια συνολικού (overall) και αναλυτικού (detail) σχεδιασμού. Η δομή και η αλληλεπίδραση καθορίζονται και σχεδιάζονται σε ιεραρχική δομή. οποίοι όμως δεν είναι ισάξιοι αλλά ο σχεδιαστής του συστήματος θεωρείται «ειδικός» και έχει την ευθύνη να καθοδηγεί τους υπόλοιπους. Αναγνωρίζονται οι εμπλεκόμενοι ρόλοι και διαχωρίζονται σε ειδικούς και τεχνικούς. Δίνει έμφαση στην επικοινωνία και συνεργασία μεταξύ τους αν και δεν τους θεωρεί ισότιμους. Προσπαθεί να περιορίσει την ανάγκη και την εμπλοκή των μη ειδικών στα στάδια του καθορισμού. Αναγνωρίζει διάφορους εμπλεκόμενους ρόλους. Υποστηρίζει την συνεργασία τους κυρίως στο στάδιο της δημιουργίας του εικονογραφημένου σεναρίου. Η μεθοδολογία χωρίζεται σε δύο βασικά στοιχεία τον σχεδιασμό της εμφάνισης και της αλληλεπίδρασης. Αναγνωρίζονται δύο βασικά μέρη: η αλληλεπίδραση και η εμφάνιση. Η σχεδίαση των δύο αυτών μερών δεν διαχωρίζεται αλλά πραγματοποιείται παράλληλα και είναι αλληλοεξαρτώμενη και έντονα συνεργατική. Πίνακας 20: χαρακτηριστικά μεθοδολογικών προσεγγίσεων όσον αφορά την ιεραρχική δομή και τη συνεργασία μεταξύ των εμπλεκομένων Ένα άλλο σημαντικό στοιχείο που συναντάμε σε όλες τις μεθοδολογίες που αναφέρθηκαν παραπάνω είναι ο διαχωρισμός των εικονικών περιβαλλόντων στα στοιχεία που τα απαρτίζουν και μια προσπάθεια για συνεργασία μεταξύ των μερών αυτών. Οι (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) κάνουν λόγο για μορφή, λειτουργίες και συμπεριφορές (form, function, 166

167 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου behavior), οι (Tenriverdi & Jacob, 2001) διακρίνουν τα γραφικά, τις λειτουργίες και τη διάδραση. Οι (Sanchez- Segura, Seco, & Cuadrado) υποδιαιρούν το στάδιο της σχεδίασης στον τρισδιάστατο σχεδιασμό, στο σχεδιασμό του συστήματος και το σχεδιασμό των δράσεων. Τέλος, ο (Eastgate, September 2001) αναφέρεται σε τέσσερα στοιχεία που απαρτίζουν τα εικονικά περιβάλλοντα: τοπογραφία, αντικείμενα, λειτουργίες και οπτικές απόψεις. Συμπεραίνεται από τα παραπάνω ότι ανεξάρτητα από τις ονομασίες σχεδόν όλοι οι ερευνητές αναγνωρίζουν δύο βασικά μέρη: τη μορφή (form) και τις λειτουργίες συμπεριφορές (function behavior). Στην παρούσα μελέτη αυτά τα δύο μέρη αναγνωρίζονται ως σχεδίαση του εικονικού κόσμου και σχεδίαση της αλληλεπίδρασης. Με τον όρο σχεδίαση του εικονικού κόσμου, το οποίο είναι και το θέμα της παρούσας διπλωματικής, εννοείται η σχεδίαση της τρισδιάστατης μορφής και των φυσικών ιδιοτήτων (π.χ. δυνάμεις, ταχύτητες, επιτάχυνση) των αντικειμένων/ στοιχείων που αποτελούν το εικονικό περιβάλλον. Δηλαδή ασχολείται με τα αντίστοιχα στοιχεία, που στις μεθοδολογίες που μελετήθηκαν παραπάνω αναφέρονται ως μορφή, γραφικά αντικειμένων ή τρισδιάστατος σχεδιασμός. Συνοψίζοντας, στόχος του κεφαλαίου αυτού είναι να παρουσιαστεί μια νέα πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση για τον σχεδιασμό του εικονικού κόσμου. Η προσέγγιση αυτή θα πρέπει να ασχολείται με τον προσδιορισμό/ καθορισμό των τρισδιάστατων γραφικών μοντέλων των αντικειμένων, καθώς και των φυσικών ιδιοτήτων των αντικειμένων αυτών. Ο προσδιορισμός αυτός θα πρέπει να γίνεται σε σχέση με τις λειτουργίες του κάθε αντικειμένου. Η σχέση αυτή προϋποθέτει ότι θα πρέπει να υπάρχει αμφίδρομη επικοινωνία τόσο των προδιαγραφών αυτών όσο και των προδιαγραφών της αλληλεπίδρασης, μεταξύ των σχεδιαστών των δύο αυτών μερών. Οι προδιαγραφές αυτές θα οδηγούν στη δημιουργία/ ανάπτυξη των τρισδιάστατων μοντέλων μέσω σχεδιαστικών οδηγιών όπου αυτό απαιτείται. Ενώ τέλος θα πραγματοποιείται έλεγχος και αξιολόγηση. Τα στάδια της σχεδιαστικής προσέγγισης δεν ακολουθούν μια αυστηρή γραμμική δομή και ούτε είναι αποκομμένα από την πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση της σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων (κεφ. τάδε). Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν κάθε στοιχείο της διαδικασίας και οι παράγοντες αυτοί μπορεί να προέρχονται τόσο από εσωτερικά στοιχεία της διαδικασίας όσο και από άλλα μέρη της καθολικής σχεδίασης. Πρόκειται για μια έντονα επαναληπτική διαδικασία τόσο μεταξύ 167

168 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου των μερών της όσο και με τα στάδια της καθολικής πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης. Σημειώνεται ότι η μεθοδολογική προσέγγιση που προτείνεται δεν αποκόπτεται από την πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση για την σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων που περιγράφηκε στο αντίστοιχο κεφάλαιο ( 5). Αντιθέτως η μεθοδολογία που προτείνεται βασίζεται στα βασικά στάδια της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης και πιο συγκεκριμένα στο στάδιο των προδιαγραφών και στο στάδιο της ανάπτυξης. Τα στάδια αυτά όμως δεν μένουν αυτούσια αλλά διαφοροποιούνται και εμπλουτίζονται αφού εξετάζονται εξολοκλήρου από την άποψη του σχεδιαστή της μοντελοποίησης της δομής του εικονικού κόσμου. Συνεπώς, όλες οι διεργασίες και γενικά η σχεδιαστική προσέγγιση που προτείνεται στο σημείο αυτό συγκεκριμενοποιείται και προσανατολίζεται μόνο στη σχεδίαση της μοντελοποίησης του εικονικού κόσμου. Το στάδιο της ανάπτυξης μελετάται και αναλύεται εξολοκλήρου καθώς στην πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση δεν έχει εξεταστεί. Όσον αφορά όμως το στάδιο των προδιαγραφών διαπιστώθηκε ότι δεν κάλυπτε πλήρως τις ανάγκες που προκύπτουν για την ανάπτυξη του εικονικού κόσμου. Για το λόγο αυτό, κάποιες από τις διεργασίες του στάδιο των προδιαγραφών επανεξετάζονται στο παρών κεφάλαιο πιο συγκεκριμένα από την οπτικά σκοπιά του σχεδιαστή του εικονικού κόσμου και εμπλουτίζεται έτσι ώστε να καλυφθούν όλες οι παραλείψεις. Οι διεργασίες από το στάδιο των προδιαγραφών (κεφάλαιο 5.3) της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων με τα οποία ασχολούμαστε στο σημείο αυτό είναι ο καθορισμός του μοντέλου ΕΠ, η σχεδίαση πρωτοτύπου εικονογραφημένο σενάριο και η συλλογή πόρων. Η δομή και οι επιμέρους διεργασίες αλλάζουν για να εξυπηρετείται καλύτερα ο σχεδιασμός της μοντελοποίησης του εικονικού κόσμου. Έτσι η νέα προσέγγιση που προτείνεται [εικόνα 13] αποτελείται από τα εξής στάδια: Στάδιο προδιαγραφών: πραγματοποιείται ο εννοιολογικός σχεδιασμός ενώ αποτελείται επίσης και από το υπο-στάδιο του καθορισμού. o Στάδιο καθορισμού: πραγματοποιείται ο καθορισμός της δομής και της εμφάνισης του εικονικού κόσμου. Χωρίζεται μέσω ιεραρχικής δομής σε δύο στάδια, υψηλού γενικού σχεδιασμού και χαμηλού αναλυτικού σχεδιασμού. 168

169 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Στάδιο ανάπτυξης: πραγματοποιείται η ανάπτυξη του εικονικού κόσμου, ο έλεγχος και η αξιολόγηση του. Στα επόμενα κεφάλαια ακολουθεί η περεταίρω ανάλυση των σταδίων σε επιμέρους διεργασίες. Οι διεργασίες αυτές αν και αναλύονται ξεχωριστά δεν είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους. Αντιθέτως συνδέονται και είναι έντονα αλληλοεξαρτώμενες ενώ σε αρκετές περιπτώσεις ενδέχεται να αλληλοσυμπληρώνονται. Επίσης για την καλύτερη κατανόηση των διεργασιών αυτών, δίνεται ένα παράδειγμα χρήσης στις διεργασίες που απαιτούν περεταίρω διευκρινήσεις. 169

170 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Πληροφορία εισόδου και εξόδου από και προς την πολύμεθοδολογική προσέγγιση Εννοιολογικός σχεδιασμός ΣΤΑΔΙΟ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΩΝ Πληροφορία εισόδου και εξόδου από και προς τα αντίστοιχα στάδια υψηλού και χαμηλού καθορισμού της αλληλεπίδρασης Υψηλού επιπέδου καθορισμός δομής Χαμηλού επιπέδου καθορισμός δομής ΣΤΑΔΙΟ ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΥ Εμπλουτισμός με λειτουργίες, δυνάμεις, ήχους κτλ. Ανάπτυξη και δημιουργία ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση ΣΤΑΔΙΟ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ Έλεγχος/ δοκιμές για σφάλματα 170 Εικόνα 13: η νέα πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση για τη σχεδίαση του εικονικού κόσμου

171 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Στάδιο εννοιολογικού σχεδιασμού Το στάδιο αυτό δεν αποτελεί αποκλειστική εργασία των σχεδιαστών του τρισδιάστατου εικονικού κόσμου. Στην ουσία είναι βασικό σημείο της πολύμεθοδολογικής προσέγγισης για τη σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων. Αναφέρεται όμως στο σημείο αυτό πρώτον γιατί εμπλουτίζεται με κάποιες νέες διεργασίες και δεύτερον για να τονίσουμε την αναγκαιότητα για συνεργασία μεταξύ των διαφορετικών σχεδιαστικών ομάδων που εμπλέκονται συνολικά στη σχεδιαστική διαδικασία. Το στάδιο αυτό είναι έντονα δημιουργικό από άποψη ιδεών και για αυτό απαιτείται η συμμετοχή όλων των εμπλεκομένων ανεξαρτήτου γνώσεων ή τεχνικής κατάρτισης. Η σχεδίαση του εικονογραφημένου σεναρίου (storyboard) δεν εξετάζεται περαιτέρω καθώς έχει γίνει εκτενής μελέτη είδη σε προηγούμενο κεφάλαιο. Εννοιολογικός σχεδιασμός Τυπικά σενάρια χρήσης Εικονογραφημένο σενάριο Διαδρομές περιήγησης Έλεγχος εφικτότητας Αρχική συλλογή πόρων Εικόνα 14: ανάλυση του σταδίου του εννοιολογικού σχεδιασμού Τυπικά σενάρια χρήσης Αρχικά, πάντα με τη συνεργασία όλων των εμπλεκομένων, σχεδιαστών, χρηστών και πελατών, καταγράφονται τυπικά σενάρια χρήσης. Η καταγραφή αυτή γίνεται σε μορφή κείμενου αλλά και με τη χρήση σκίτσων ή φωτογραφιών όπου χρειάζεται. Μέσω της καταγραφής αυτής θα γίνει μια πρώτη καταγραφή αρκετών κρίσιμων πληροφοριών για την εικονική εμπειρία, όπως οι βασικές λειτουργίες και τα κυρίως αντικείμενα και θα περιέχονται στο περιβάλλον. Οι περιγραφές αυτές θα οδηγήσουν στον σχεδιασμό των 171

172 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου εικονογραφημένων σεναρίων. Όσο πιο πλούσια εικόνα έχουν οι περιγραφές στο στάδιο αυτό αλλά και όσο ποιο πολλοί συμμετέχουν στην διαδικασία, τόσο λιγότερες επαναλήψεις θα είναι αναγκαίο να γίνουν σε μετέπειτα στάδια για περαιτέρω καθορισμό των στοιχείων του περιβάλλοντος ή για διευκρινιστικές ερωτήσεις μεταξύ διαφορετικών σχεδιαστικών ομάδων. Έτσι αν η σχεδιαστική ομάδα επενδύσει χρόνο στο στάδιο αυτό, ο χρόνος αυτός θα κερδηθεί στα στάδια που ακολουθούν. Παράδειγμα: Έστω μια εφαρμογή εικονικού περιβάλλοντος για την εκμάθηση φυσικών φαινομένων. Ο χρήστης θα έχει την δυνατότητα να περιηγηθεί σε μια εικονική αίθουσα εργαστήριο. Μέσα στο εργαστήριο αυτό θα έχει τη δυνατότητα να διδαχθεί για κάποια φυσικά φαινόμενα, αλλά και να πειραματιστεί και με τα εργαλεία του εργαστηρίου ώστε να τα κατανοήσει. Η εκμάθηση θα πραγματοποιείται μέσω ενός προβολικού συστήματος (video projector) το οποίο θα προβάλει εκπαιδευτικά βίντεο πάνω σε ένα από τους τοίχους του εργαστηρίου. Αντίστοιχα η εφαρμογή θα γίνεται σε έναν πάγκο στον οποίο θα υπάρχουν όλα τα απαραίτητα εργαλεία. Δύο παραδείγματα πειραματισμού που θα εξεταστούν στη συνέχεια είναι αυτά της βαρύτητας όπου ο χρήστης θα παρατηρεί την πτώση δύο αντικειμένων με διαφορετικές μάζες και αυτό της ταλάντωσης όπου θα έχει τη δυνατότητα να πειραματιστεί με ένα σύστημα μάζας ελατηρίου ώστε να αναπαραστήσει τα διάφορα είδη ταλαντώσεως. Όλα τα παραδείγματα χρήσης που ακολουθούν για την επεξήγηση των διεργασιών θα ακολουθούν αυτό το σενάριο Διαδρομές περιήγησης Χρησιμοποιώντας πληροφορίες από τα παραπάνω στάδια, πραγματοποιείται επίσης και ο σχεδιασμός των διαδρομών περιήγησης (αναφέρονται στη βιβλιογραφία και ως χάρτες περιήγησης ή χάρτες τοπίου). Μέσω του σχεδιασμού των διαδρομών αυτών πραγματοποιείται και μια πρώτη καταγραφή των βασικών αντικειμένων και της τοποθέτησης τους στον εικονικό κόσμο. Η σχεδίαση των διαδρομών γίνεται πάνω σε ένα χάρτη του εικονικού κόσμου. Ανάλογα με το είδος της εφαρμογής ο χάρτης αυτός μπορεί να αναπαριστά είτε εσωτερικούς, είτε εξωτερικούς χώρους ή και συνδυασμό αυτών. Πάνω σους χάρτες αυτούς σχεδιάζονται τυπικές διαδρομές που ενδέχεται να κάνει ο χρήστης. Οι χάρτες αποτελούνται από απλές 172

173 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου κατόψεις του περιβάλλοντος και οι διαδρομές σχεδιάζονται με απλές γραμμές και βέλη. Εικόνα 15: παράδειγμα διαδρομής περιήγησης όπου φαίνεται ο χάρτης του εικονικού περιβάλλοντος πάνων στον οποίο έχει σχεδιαστεί μια τυπική διαδρομή (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998) Παράδειγμα: Στο συγκεκριμένο παράδειγμα χρήσης λόγω της απλότητας του δεν είναι αναγκαία η σχεδίαση διαδρομών περιήγησης Έλεγχος εφικτότητας Στο στάδιο του ελέγχου εφικτότητας, λαμβάνοντας πληροφορίες τόσο από τα υπόλοιπα στάδια, αλλά κυρίως από το στάδιο της διαμόρφωσης/ επιλογής συστήματος εικονικού περιβάλλοντος (κεφάλαιο 5.3.2) της πολύμεθοδολογικής προσέγγισης και το στάδιο καταγραφής των περιορισμών (κεφάλαιο 5.1.3), ελέγχεται η εφικτότητα της τρισδιάστατης σχεδίασης της εφαρμογής ώστε αυτή να τρέχει αποδοτικά σε πραγματικό χρόνο. Κρίσιμο ρόλο στις αποφάσεις που θα ληφθούν έχει η εμπειρία της ομάδας των σχεδιαστών των γραφικών. Οι αποφάσεις αυτές μπορεί να σχετίζονται με την απλοποίηση κάποιων σημείων της εφαρμογής, με τον επανακαθορισμό του στόχου και των προδιαγραφών ή με την επιλογή εναλλακτικών τεχνικών. Το στάδιο σχετίζεται άμεσα και με τους διαθέσιμους οικονομικούς και χρονικούς πόρους που υπάρχουν. Ο έλεγχος εφικτότητας δεν ολοκληρώνεται κατά τη διάρκεια του σταδίου αυτού, στην ουσία απαιτούνται πολλές επαναλήψεις και δεν ολοκληρώνεται ποτέ αλλά πραγματοποιείται κάθε φορά που απαιτείται, 173

174 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου ανεξαρτήτως σταδίου, ώστε να ελέγχεται η εφικτότητα κάθε στοιχείου που πρόκειται να δημιουργηθεί Αρχική συλλογή πόρων Στη συλλογή πόρων πραγματοποιείται μια γενικού πλαισίου συλλογή πληροφοριών από το πραγματικό περιβάλλον εάν αυτό υπάρχει. Οι πληροφορίες αυτές ίσως είναι χρήσιμες στα στάδια που αναφερθήκαμε πριν. Η πρώιμη αυτή συλλογή πόρων μπορεί να μη προσφέρει συγκεκριμένες πληροφορίες για τα στοιχεία του περιβάλλοντος που θα σχεδιαστεί, αλλά βοηθάει τους εμπλεκομένους να δημιουργήσουν μια πρώτη εικόνα για το περιβάλλον που πρόκειται να αναπτύξουν. Οι πόροι αυτοί μπορεί να είναι η λήψη γενικών φωτογραφιών του πραγματικού περιβάλλοντος, λήψη βίντεο ή άλλες μεθόδους ανάλογα με το είδος της εφαρμογής. Το στάδιο αυτό πολλές φορές είναι σημαντικό καθώς οι εμπλεκόμενοι δεν έχουν άλλη δυνατότητα να αντλήσουν γενικές πληροφορίες για το είδος του περιβάλλοντος που πρόκειται να αναπαραστήσουν. Παράδειγμα: Στο παράδειγμα του φυσικού εργαστηρίου, η διεργασία αυτή θα περιελάμβανε γενική λήψη φωτογραφιών και βίντεο από αντίστοιχα εργαστήρια. Καθώς στο παράδειγμα αυτό δεν αναπαριστάται ένας συγκεκριμένος φυσικός χώρος, χρειάζονται γενικές φωτογραφίες παρόμοιων χώρων ώστε να συλλεχθούν γενικές φωτογραφίες για τη συνήθη διάταξη τους και του στυλ που έχουν οι χώροι αυτοί. Επίσης χρειάζεται και συλλογή πόρων σχετικά με τα δύο φαινόμενα που θα αναπαρίστανται μέσω της εφαρμογής Στάδιο καθορισμού - Υψηλού επιπέδου καθορισμός Στο στάδιο αυτό πραγματοποιείται ο υψηλού επιπέδου καθορισμός της εμφάνισης αλλά και της δομής των στοιχείων του εικονικού περιβάλλοντος. Τα στοιχεία που περιέχονται στο περιβάλλον μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ανάλογα με το ρόλο που έχουν στην εικονική εμπειρία. Η κατηγοριοποίηση αυτή είναι χρήσιμη για τη συλλογή πόρων, για τον περεταίρω καθορισμό της εμφάνισης αλλά και για τη μετέπειτα ανάπτυξη των τρισδιάστατων γραφικών. Τα στοιχεία που αποτελούν το εικονικό περιβάλλον μπορούν να 174

175 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου κατηγοριοποιηθούν σε χώρο σκηνικού, στην ενσάρκωση του χρήστη, στους εικονικούς πράκτορες (αν υπάρχουν) και στα αντικείμενα που υπάρχουν στο περιβάλλον. Ο χώρος του σκηνικού μπορεί να διαχωριστεί επιπλέον στα όρια του περιβάλλοντος, που είναι μέχρι το σημείο εκείνο που μπορεί να δει ο χρήστης και τα όρια της πλοήγησης, όπου μπορεί να πλοηγηθεί. Τα αντικείμενα μπορούν και αυτά να κατηγοριοποιηθούν επιπλέον ανάλογα με το ρόλο που έχουν στην εικονική εμπειρία. Αντικείμενα φόντου που πρέπει να είναι αναγνωρίσιμα αλλά δεν έχουν καθόλου στοιχεία διάδρασης και δρουν ως σκηνικό. Αντικείμενα γενικού πλαισίου που βοηθούν δηλαδή το χρήστη να αναγνωρίσει το περιβάλλον μέσα στο οποίο βρίσκεται, ούτε αυτά προσφέρουν στοιχεία διάδρασης. Οπτικά πρωταρχικά αντικείμενα, αντικείμενα σημαντικά μεν στην εικονική εμπειρία, αλλά που και πάλι δεν προσφέρουν διάδραση. Τα αντικείμενα αυτά πρέπει να είναι οπτικά άρτια και όχι απλώς αναγνωρίσιμα όπως στις προηγούμενες ομάδες. Και τέλος, λειτουργικά πρωταρχικά αντικείμενα. Τα αντικείμενα αυτά πρέπει να είναι οπτικά αλλά και λειτουργικά άρτια αφού ο χρήστης θα αλληλεπιδρά με αυτά. Υψηλού επιπέδου καθορισμός δομής Καταγραφή βασικών φυσικών ιδιοτήτων Καταγραφή ιεραρχικής δομής αντικειμένων Καταγραφή σχέσεων και περιορισμών Σύνδεση γραφικών με λειτουργίες Υψηλού επιπέδου συλλογή πόρων Εικόνα 16: ανάλυση του σταδίου του υψηλού επιπέδου καθορισμού Καταγραφή ιεραρχικής δομής αντικειμένων Για την επικοινωνία της πληροφορίας με τους σχεδιαστές της αλληλεπίδρασης αλλά και για τη μοντελοποίηση των αντικειμένων ώστε να μπορούν να εκτελούν τις λειτουργίες πρέπει να γίνει μία ιεραρχική διάσπαση των αντικειμένων σε υπο-αντικείμενα και ου το καθεξής. Πριν την ιεραρχική 175

176 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου αυτή δομή, πρέπει να πραγματοποιηθεί μία τυπική καταγραφή των αντικειμένων, κυρίως μέσα από τα τυπικά σενάρια που δημιουργήθηκαν στο προηγούμενο στάδιο και τα οποία θα πρέπει να περιγράφουν τη σκηνή. Η επαυξητική αυτή ιεραρχική διάσπαση πρέπει να είναι αντίστοιχη με μια ανάλογη ιεραρχική διάσπαση στο αλληλεπιδραστικό μέρος. Έτσι πολύπλοκες/ σύνθετες λειτουργίες των αντικειμένων θα διασπόνται σε πιο απλές λειτουργίες που θα εκτελούνται από επιμέρους μέρη του αντικειμένου, μέχρι να καταλήγουν σε εντελώς απλές λειτουργίες - δράσεις. Για την πραγματοποίηση αυτού του σταδίου είναι προφανές ότι απαιτείται η κατάλληλη πληροφορία από τα αντίστοιχα στάδια του καθορισμού της αλληλεπίδρασης. Λαμβάνοντας την πληροφορία αυτή, η οποία συνήθως είναι σε μορφή διαγραμμάτων στα οποία οι σύνθετες λειτουργίες διασπόνται σε απλές, γίνεται και η αντίστοιχη ιεραρχική ταξινόμηση των αντικειμένων. Παράδειγμα: Από την καταγραφή των τυπικών σεναρίων γίνεται αρχικά η καταγραφή των χώρων. Ο εικονικός κόσμος θα αποτελείται από τα όρια του περιβάλλοντος που είναι η αίθουσα, από την ενσάρκωση του χρήστη και τα αντικείμενα. Τα όρια περιβάλλοντος και τα όρια πλοήγησης στην παρούσα εφαρμογή συμπίπτουν. Όσον αφορά τα αντικείμενα, αυτά διαχωρίζονται σε: Αντικείμενα φόντου: αντικείμενα της κατηγορίας αυτής δεν υπάρχουν στη συγκεκριμένη εφαρμογή. Αντικείμενα γενικού πλαισίου: οι τοίχοι του εργαστηρίου εκτός από τον τοίχο που πραγματοποιείται η προβολή, έπιπλα του χώρου. Οπτικά πρωταρχικά αντικείμενα: αντικείμενα που υπάρχουν μέσα στο περιβάλλον όπως ο πάγκος επιφάνεια που γίνονται τα πειράματα, εργαλεία που υπάρχουν στην επιφάνεια αυτή χωρίς να προσφέρουν λειτουργίες. Λειτουργικά πρωταρχικά αντικείμενα: το μηχάνημα προβολής καθώς και ο τοίχος που γίνεται η προβολή, τα εργαλεία που χρησιμοποιούνται για τα πειράματα, δηλαδή δύο αντικείμενα με διαφορετικές μάζες έστω μία σιδερένια και μια ξύλινη σφαίρα και ένα εκκρεμές που αποτελείται από μία μάζα η οποία συνδέεται με ένα ελατήριο σε ένα σταθερό σημείο. Σύμφωνα με την καταγραφή αυτή αλλά και από την ιεραρχική δομή των λειτουργιών που πραγματοποιείται από το σχεδιαστή της αλληλεπίδρασης πραγματοποιείται η αντίστοιχη ιεραρχική δομή που ακολουθεί. 176

177 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Το εκκρεμές μπορεί να διασπαστεί ιεραρχικά στη βάση του, το σκελετό δηλαδή του εκκρεμούς, το οποίο είναι σταθερό. Το καθένα από τα υπόλοιπα υπο-αντικείμενα/ «παιδιά» της βάσης, η οποία αποτελεί τον «πατέρα» εκτελούν απλές ξεχωριστές λειτουργίες, που σχετίζονται με τον πατέρα. Έτσι υπάρχει ένα ελατήριο το οποίο συνδέεται από την μία μεριά με τη βάση και η κίνηση του στον κάθετο άξονα γίνεται αναφορικά με αυτό. Στην άλλη άκρη του ελατηρίου συνδέεται μία σφαίρα η οποία κινείται σε σχέση με αυτό. Αντίστοιχα το σύστημα προβολής αποτελείται από το σκελετό του αντικειμένου, ένα διακόπτη για τη λειτουργία του και μια λυχνία που φανερώνει αν είναι σε λειτουργία ή όχι. Από το παραπάνω παράδειγμα είναι κατανοητό ότι οι λειτουργίες μπορεί να σχετίζονται με φυσικά χαρακτηριστικά, όπως απλές μετακινήσεις (στροφή και μεταφορά) ή με άλλες ιδιότητες όπως το άναμμα του λαμπτήρα Καταγραφή βασικών φυσικών ιδιοτήτων Η καταγραφή των βασικών φυσικών ιδιοτήτων αναφέρεται σε καταγραφή στοιχείων όπως, η τοποθεσία του αντικειμένου στη σκηνή, ο προσανατολισμός του, το βασικό του σχήμα και το μέγεθος του. Εφόσον έχει πραγματοποιηθεί η καταγραφή της ιεραρχικής δομής των αντικειμένων τα παραπάνω στοιχεία μπορούν να καταγραφούν σύμφωνα με την δομή που προτείνεται από τον (Eastgate, September 2001) και παρουσιάζεται στην Εικόνα 3. Τα αντικείμενα «πατέρες» έχουν τοποθέτηση και προσανατολισμό σε σχέση με ολόκληρη τη σκηνή, ενώ τα υπο-αντικείμενα «παιδιά» έχουν θέση και προσανατολισμό σε σχέση με τους γονείς τους. Η συλλογή των πληροφοριών αυτών προέρχονται κυρίως από τις διάφορες διεργασίες του προηγούμενου σταδίου, σχεδιασμού σεναρίων χρήσης και storyboard. Παράδειγμα: Το παράδειγμα που ακολουθεί βασίζεται στη δομή που αναφέρθηκε. Στόχος του δεν είναι να καταγράψει με σαφήνεια τις φυσικές ιδιότητες αλλά να περιγράψει τη δομή της διεργασίας αυτής. 177

178 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Εικονικός Πάγκος εργασίας: τοποθέτηση προσανατολισμός Βασικό σχήμα Μέγεθος Βάση εκκρεμούς: τοποθέτηση προσανατολισμός Βασικό σχήμα Μέγεθος Ελατήριο εκκρεμούς: Αντίστοιχα και τα υπόλοιπα αντικείμενα. Οι αντίστοιχες φυσικές ιδιότητες σε σχέση με τον «πατέρα» Εικόνα 17: παράδειγμα δομής καταγραφής βασικών φυσικών ιδιοτήτων Καταγραφή σχέσεων/ περιορισμών Στην ίδια ιεραρχική δομή πρέπει να καταγράφονται και οι περιορισμοί/ αλληλεξαρτήσεις μεταξύ των αντικειμένων. Η καταγραφή αυτή στην ουσία αναπαριστά τις λειτουργίες και τις αλληλεπιδράσεις που εκτελούν τα αντικείμενα. Η σχέση μεταξύ λειτουργιών και σχέσεων/ περιορισμών είναι άμεση, καθώς ο τρόπος μέσα από τον οποίο θα περατωθεί μία λειτουργία ενός αντικειμένου εξαρτάται και ορίζεται από τη σχέση και τους περιορισμούς που το διέπουν αναφορικά με τα άλλα αντικείμενα ή υπο-αντικείμενα. Έτσι για κάθε υπο-αντικείμενο θα πρέπει να αναφέρονται οι περιορισμοί που το διέπουν σε σχέση με το αντικείμενο «πατέρα» στο οποίο ανήκει. Παράδειγμα: Στο παράδειγμα του εκκρεμούς, οι κινήσεις των υποαντικειμένων θα πρέπει να καταγράφονται σε σχέση με το αντικείμενο πατέρα ενώ πρέπει να αναφέρονται και οι περιορισμοί που διέπουν τις κινήσεις. Έτσι για το ελατήριο θα πρέπει να αναφέρεται σε ποιο σημείο της βάσης είναι σταθερό και σε σχέση με το σημείο αυτό ποιά είναι η κατεύθυνση της κίνησης του και ποιά είναι τα όρια της κίνησης αυτής. 178

179 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Υψηλού επιπέδου συλλογή πόρων Η διεργασία του υψηλού επιπέδου συλλογής πόρων έχει στόχο τη συγκέντρωση της κατάλληλης πληροφορίας από τον πραγματικό κόσμο, ή τη συλλογή εκείνων των πληροφοριών, αν ασχολούμαστε με στοιχεία που δεν αναπαριστούν φυσικά αντικείμενα, ώστε να δημιουργηθεί μια περιγραφική εικόνα του εικονικού κόσμου που πρόκειται να αναπτυχθεί. Η εικόνα αυτή είναι χρήσιμη στις διεργασίες του επόμενου σταδίου. Η συλλογή πόρων του σταδίου αυτού δεν έχει σκοπό να συγκεντρώσει ειδικευμένες πληροφορίες όπως στοιχεία που σχετίζονται με την εμφάνιση και τα οποία είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη του εικονικού κόσμου, αλλά να περιγράψει τη βασική δομή της σκηνής και των στοιχείων που την απαρτίζουν. Τέτοια στοιχεία είναι η θέση των αντικειμένων στην σκηνή, ο προσανατολισμός τους, το βασικό γεωμετρικό τους σχήμα, γενικές φωτογραφίες και βίντεο του πραγματικού κόσμου που αναπαριστάται, σκίτσα ή άλλες σημειώσεις όπου απαιτείται. Μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί ήδη από το στάδιο αυτό λήψη φωτογραφιών για συλλογή υφών από τα αντικείμενα, καθώς η μέθοδος αυτή θα χρησιμοποιηθεί ανεξάρτητα από το είδος της τρισδιάστατης αναπαράστασης σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις. Ενδέχεται πάντως σε μετέπειτα στάδιο να χρειαστεί περεταίρω ή κάποια εναλλακτική συλλογή υφών και επιπλέον πληροφορίες που σχετίζονται με άλλες τεχνικές. Η συγκέντρωση των πόρων αυτών έχει ένα γενικό χαρακτήρα καθώς στο σημείο αυτό οι σχεδιαστές δεν έχουν ακόμα όλη την απαραίτητη πληροφορία για τις σχεδιαστικές προδιαγραφές με τις οποίες θα σχεδιάσουν τα αντικείμενα. Στο επόμενο στάδιο όπου ο καθορισμός της εμφάνισης όπως και η τελική επιλογή των αντικειμένων που θα σχεδιαστούν ολοκληρώνεται, ακολουθεί και μία εκτενέστερη και σε βάθος συλλογή πόρων Σύνδεση γραφικών με λειτουργίες Τέλος η σύνδεση των γραφικών αναπαραστάσεων των αντικειμένων με τις λειτουργίες που αυτά εκτελούν δεν είναι ένα ξεχωριστό στάδιο. Ο λόγος που αναφέρεται είναι ότι το στάδιο του υψηλού επιπέδου καθορισμού της δομής θα πρέπει να πραγματοποιείται με στόχο να επιτυγχάνει τη σύνδεση αυτή. 179

180 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Στάδιο καθορισμού - χαμηλού επιπέδου καθορισμός Το στάδιο αυτό είναι στην ουσία η συνέχεια του προηγούμενου σταδίου υψηλού επιπέδου καθορισμού, με τη διαφοροποίηση ότι στο στάδιο του χαμηλού επιπέδου πραγματοποιείται σε βάθος καθορισμός των σχεδιαστικών προδιαγραφών. Το στάδιο αυτό θα πρέπει να εξάγει μια πλούσια εικόνα για το τι ακριβώς θα περιέχεται στον εικονικό κόσμο και ποιες θα είναι οι απαιτήσεις/ προδιαγραφές για να σχεδιαστεί αυτός. Θα πρέπει δηλαδή να παρέχονται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες και πόροι ώστε στο επόμενο στάδιο της ανάπτυξης να πραγματοποιηθεί η μοντελοποίηση του εικονικού κόσμου χωρίς να χρειάζονται περεταίρω διευκρινήσεις ή επιπρόσθετη συλλογή πόρων. Χαμηλού επιπέδου καθορισμός δομής Τελική καταγραφή φυσικών ιδιοτήτων Τελικός καθορισμός αντικειμένων Καθορισμός εμφάνισης Καθορισμός μοντέλων παράστασης Χαμηλού επιπέδου συλλογή πόρων Εικόνα 18: ανάλυση του χαμηλού επιπέδου καθορισμού Τελικός καθορισμός αντικειμένων Το στάδιο του τελικού καθορισμού των αντικειμένων αναφέρεται στην επιλογή των αντικειμένων που τελικά θα συμπεριληφθούν στον εικονικό κόσμο. Η επιλογή αυτή γίνεται από τα αντικείμενα που υπάρχουν στον πραγματικό χώρο ή/ και από τα αντικείμενα που αναγνωρίστηκαν από τα 180

181 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου τυπικά σενάρια και τα εικονογραφημένα σενάρια. Τα κριτήρια της επιλογής των αντικειμένων που θα συμπεριληφθούν είναι δύο. Πρώτον, κατά πόσο επιτρέπεται η αναπαράσταση πολλών αντικειμένων από την άποψη της υπολογιστικής δύναμης. Και δεύτερον, κατά πόσο το ίδιο αντικείμενο συνεισφέρει στην εικονική εμπειρία του χρήστη. Ο δεύτερος παράγοντας είναι πολύ σημαντικός καθώς αρκετές φορές παρατηρείται σε εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων να συμπεριλαμβάνονται αντικείμενα που δεν συνεισφέρουν καθόλου στην εικονική εμπειρία. Επειδή ο αριθμός των αντικείμενων μπορεί να επηρεάσει πολύ την απόδοση της εφαρμογής μας, πρέπει αυτός ο παράγοντας να εξετάζετε προσεκτικά. Να σημειώσουμε στο σημείο αυτό ότι λέγοντας ότι ένα αντικείμενο συνεισφέρει στην εικονική εμπειρία δεν εννοούμε ότι απαραίτητα ο χρήστης πρέπει να αλληλεπιδρά με το αντικείμενα αυτό. Εξίσου κρίσιμα στην δημιουργία της εικονικής εμπειρίας είναι και τα αντικείμενα του φόντου ή αντικείμενα της σκηνής που αν και ο χρήστης δεν αλληλεπιδρά με αυτά, βοηθούν το χρήστη στην αναγνώριση του χώρου στον οποίο βρίσκεται ή/ και στον προσανατολισμό του. Παράδειγμα: Το συγκεκριμένο παράδειγμα εφαρμογής λόγω της μικρής του έκτασης δεν απαιτεί κάποιο περαιτέρω καθορισμό των αντικειμένων. Το στάδιο αυτό χρησιμεύει κυρίως σε πολύπλοκες και απαιτητικές από άποψη υπολογιστικών πόρων εφαρμογές Τελική καταγραφή φυσικών ιδιοτήτων Στο στάδιο της τελικής καταγραφής των φυσικών ιδιοτήτων των αντικειμένων γίνονται οι τελικές αλλαγές στα ήδη υπάρχοντα στοιχεία από την αρχική καταγραφή των φυσικών ιδιοτήτων και καταγράφονται επιπλέων και τα στοιχεία που δεν έχουν ακόμα καθοριστεί. Το στάδιο αυτό θα πρέπει να παρέχει πληροφορία για τα παρακάτω στοιχεία: θέση, προσανατολισμός, μέγεθος και σχήμα, τα οποία αναφέρονται και στην αρχική καταγραφή. Το μέγεθος και το σχήμα, σε αντίθεση με την αρχική καταγραφή πρέπει να γίνει με λεπτομέρεια. Επιπλέον πρέπει να καταγραφούν η ταχύτητα και η επιτάχυνση, άλλες δυνάμεις όπως βαρύτητα ή δυνάμεις μεταξύ των αντικειμένων και φυσικές ιδιότητες πιο εξειδικευμένες ανάλογα με το είδος της εφαρμογής. 181

182 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Παράδειγμα: Για το παράδειγμα του εκκρεμούς πρέπει να καταγραφούν με ακρίβεια οι φυσικές ιδιότητες που διέπουν την κίνηση των επιμέρους στοιχείων Καθορισμός εμφάνισης Μέσα από τις παραπάνω διεργασίες και πάντα σε σχέση με τις λειτουργίες που εκτελεί κάθε αντικείμενο και τον ρόλο που έχει μέσα στο εικονικό περιβάλλον γίνεται ο καθορισμός της εμφάνισης του κάθε αντικειμένου. Ο καθορισμός αυτός οδηγεί τόσο στις απαιτήσεις που υπάρχουν για την συλλογή πόρων και το είδος των σχεδιαστικών αναπαραστάσεων, όσο και για τις σχεδιαστικές προδιαγραφές που θα πρέπει να ακολουθηθούν κατά την ανάπτυξη των γραφικών. Καθώς η κατηγορία στην οποία ανήκει το κάθε αντικείμενο (φόντου, γενικού πλαισίου, οπτικά και λειτουργικά πρωταρχικά αντικείμενα), αλλά και οι λειτουργίες που αυτό εκτελεί είναι ήδη γνωστές, μπορούν να καθοριστούν και οι προδιαγραφές της εμφάνισης και να περιγραφούν. Η περιγραφή της εμφάνισης μπορεί να γίνει με λήψη φωτογραφιών και βίντεο από τα πραγματικά αντικείμενα. Το βίντεο χρησιμεύει κυρίως στα λειτουργικά αντικείμενα καταγράφοντας πλήρως τις λειτουργίες που εκτελούνται. Επίσης με σημειώσεις, λεκτική περιγραφή ακόμα και με σκίτσα. Μια άλλη διεργασία που μερικές φορές απαιτείται και η οποία συναντάται στη δημιουργία ηλεκτρονικών παιχνιδιών είναι η δημιουργία του οδηγού εμφάνισης (art bible), η περιγραφή δηλαδή μέσω σκίτσων και εικόνων της εμφάνισης και του στυλ της εφαρμογής. Για τον καθορισμό τον σχεδιαστικών προδιαγραφών τα επίπεδα οπτικής ακρίβειας προκύπτουν άμεσα από την κατηγορία στην οποία ανήκει κάθε αντικείμενο. Έτσι τα αντικείμενα φόντου πρέπει να είναι ευδιάκριτα, συνήθως από κάποια απόσταση και από αμβλείες γωνίες. Αυτό προκύπτει συνήθως από την εφαρμογή υφών σε δισδιάστατα μοντέλα. Τα αντικείμενα γενικού πλαισίου όπου πρέπει να είναι ορατά ή/ και αναγνωρίσιμα ανεξάρτητα από το σημείο θέασης αν και ούτε σε αυτά απαιτείται οπτική ακρίβεια. Και εδώ χρησιμοποιούνται υφές οι οποίες όμως εφαρμόζονται σε τρισδιάστατα αντικείμενα. Τα τρισδιάστατα μοντέλα της κατηγορίας αυτής δεν απαιτείται να είναι ακριβή αναπαράσταση των πραγματικών μοντέλων και μπορούν να χρησιμοποιηθούν απλοποιημένες αναπαραστάσεις. Τα οπτικά πρωταρχικά αντικείμενα πρέπει να είναι οπτικά σαφή, γι αυτό χρησιμοποιούνται υφές σε τρισδιάστατα αντικείμενα που αναπαριστούν με ακρίβεια τα πραγματικά αντικείμενα. Τέλος, τα λειτουργικά 182

183 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου πρωταρχικά αντικείμενα πρέπει να είναι οπτικά ακριβή αλλά συγχρόνως και να λειτουργούν σωστά. Αυτό προϋποθέτει ακριβή τρισδιάστατα μοντέλα, υφές αλλά και λήψη βίντεο και ήχου. Παράδειγμα: Ο καθορισμός της εμφάνισης έχει είδη αποφασιστεί για τα στοιχεία του περιβάλλοντος. Όσον αφορά στα επίπεδα ακρίβειας, οι τοίχοι πρέπει να είναι αναγνωρίσιμοι, οι πάγκοι και τα εργαλεία πρέπει να είναι οπτικά σαφή ενώ τέλος το εκκρεμές και τα άλλα λειτουργικά πρωταρχικά στοιχεία πρέπει να είναι οπτικά ακριβή ώστε να μπορούν να εκπληρώσουν και τις λειτουργικές απαιτήσεις Χαμηλού επιπέδου συλλογή πόρων Η χαμηλού επιπέδου συλλογή πόρων είναι πολύ βασικό στάδιο στη σχεδιαστική διαδικασία. Αν πραγματοποιηθεί σωστά ώστε να συλλεχθούν οι κατάλληλες πληροφορίες τότε οι επαναλήψεις μεταξύ του σταδίου αυτού και του σταδίου της ανάπτυξης των τρισδιάστατων γραφικών μειώνονται σημαντικά. Τα στοιχεία που πρέπει να συλλεχθούν, όπως προκύπτουν και από τις παραπάνω διεργασίες και πάντα σε σχέση με κάθε αντικείμενο ξεχωριστά είναι: Φυσικά χαρακτηριστικά: μέγεθος, αναλυτικό σχήμα, τοποθέτηση Χαρακτηριστικά εμφάνισης: καταγραφή υφών (χρώμα, υλικό, ορθογώνιες φωτογραφίες, βίντεο) Λειτουργικά χαρακτηριστικά: ήχος που παράγουν τα αντικείμενα κατά τη λειτουργία ή άλλοι ήχοι φόντου, βίντεο που καταγράφουν τη λειτουργία Στοιχεία περιεχομένου όπως κείμενα, ήχοι, βίντεο που μπορεί να παρουσιάζονται ή να παρέχονται μέσω του εικονικού περιβάλλοντος Δημιουργία σκίτσων και σημειώσεων για περαιτέρω πληροφορίες Χαρακτηριστικά φωτισμού σκηνής: καταγραφή ώρας, καιρικών συνθηκών, φωτισμού, λήψη γενικών φωτογραφιών, καταγραφή φωτεινών πηγών Άλλα στοιχεία που μπορεί να χρειάζονται ανάλογα με το είδος της εφαρμογής Είναι μεγάλης σημασίας να υπάρχει πλεονασμός κατά την εκτέλεση του σταδίου της συλλογής πόρων, καθώς όσο πιο πλούσια και σε βάθος 183

184 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου πληροφορία συλλεχθεί, τόσο μειώνονται οι πιθανότητες να υπάρχει αργότερα ανάγκη για επανάληψη του σταδίου. Παράδειγμα: Πέρα από τους πόρους που σχετίζονται με την εμφάνιση και τη λειτουργία των αντικειμένων, πρέπει να συλλεχθούν και στοιχεία που σχετίζονται με το είδος της εφαρμογής. Αυτά είναι πληροφορίες σχετικά με τα φυσικά φαινόμενα που θα αναπαρασταθούν, καθώς και το βίντεο που θα προβάλλεται από την συσκευή προβολής Καθορισμός μοντέλων παράστασης Τέλος, τελευταία διεργασία του σταδίου αυτού είναι ο καθορισμός των τρισδιάστατων μοντέλων παράστασης που θα χρησιμοποιηθούν για κάθε αντικείμενο. Καθώς είναι ήδη γνωστές τόσο οι προδιαγραφές εμφάνισης και ο ρόλος που έχει κάθε αντικείμενο στην εικονική εμπειρία, όσο και οι διαθέσιμοι υπολογιστικοί πόροι, μπορούν να ληφθούν οι κατάλληλες αποφάσεις ώστε να επιλεχθεί το κατάλληλο είδος μοντέλου παράστασης για κάθε στοιχείο που πρέπει να μοντελοποιηθεί. Το είδος που θα επιλεχθεί για κάθε αντικείμενο θα πρέπει να προσφέρει την μέγιστη οπτική και λειτουργική απόδοση με τις λιγότερες υπολογιστικές απαιτήσεις. Τα είδη των μοντέλων παράστασης που θα επιλεχθούν θα επηρεάσουν και άλλα τεχνικά στοιχεία που σχετίζονται με το στάδιο της ανάπτυξη του εικονικού κόσμου. Παράδειγμα: Το ελατήριο του εκκρεμούς θα πρέπει να αναπαρασταθεί με δικυβικές επιφάνειες, καθώς ο τρόπος αυτός παράστασης προσφέρει τη δυνατότητα τρισδιάστατου μετασχηματισμού του αντικειμένου σε πραγματικό χρόνο. Όλα τα υπόλοιπα αντικείμενα της εφαρμογής μπορούν να αναπαρασταθούν με τη χρήση πολυγωνικών μοντέλων Ανάπτυξη και δημιουργία των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου Στα προηγούμενα στάδια έχουν αποφασιστεί και καθοριστεί όλες οι σχεδιαστικές προδιαγραφές για την ανάπτυξη των τρισδιάστατων μοντέλων των γραφικών, ενώ επίσης έχουν συγκεντρωθεί και όλοι οι απαιτούμενοι πόροι που θα χρειαστούν κατά τη διαδικασία του σταδίου της ανάπτυξης. Στόχος του σταδίου αυτού είναι η ανάπτυξη των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, δηλαδή της σκηνής και όλων των αντικειμένων που 184

185 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου περιέχονται σε αυτή, με τέτοιο τρόπο ώστε να επιτυγχάνουν τις σχεδιαστικές προδιαγραφές που αποφασίστηκαν στα προηγούμενα στάδια. Οι (Molina, Garcna, LS Pez-Jaquero, & Gonzalez, 2005), (Kim, Designing Virtual Reality Systems: The Structured Approach, 2005), (Willans, Harrison, & Smith), (Kim, Kang, Kim, & Lee, 1998)και (Eastgate, September 2001) είτε εξετάζοντας την βιβλιογραφία ή παρατηρώντας στην πράξη τη σχεδίαση εφαρμογών, αναγνωρίζουν μια απλή και σε σειριακή μορφή σχεδιαστική διαδικασία. Τα στάδια της διαδικασίας αυτής είναι: Αρχικά δημιουργούνται τα μοντέλα των αντικειμένων χρησιμοποιώντας εργαλεία τρισδιάστατης μοντελοποίησης. Στην συνέχεια τα μοντέλα εξάγονται σε μία συγκεκριμένη μορφή αρχείου, ώστε να μπορούν να εισαχθούν και να επεξεργαστούν στην πλατφόρμα σχεδίασης του εικονικού περιβάλλοντος (αναφέρεται στη βιβλιογραφία και ως εφαρμογή ανάπτυξης εικονικού περιβάλλοντος (Willans, Harrison, & Smith)). Στο ίδιο εργαλείο τρισδιάστατης μοντελοποίησης δημιουργούνται οι υφές των αντικειμένων και οι οποίες θα πρέπει αντίστοιχα να εξαχθούν στην κατάλληλη μορφή αρχείου ώστε εισάγεται σωστά στην πλατφόρμα σχεδίασης του εικονικού περιβάλλοντος. Στην πλατφόρμα σχεδίασης του εικονικού κόσμου τα αντικείμενα τοποθετούνται μέσα στη σκηνή, συναρμολογούνται και εφαρμόζονται οι υφές και τα υλικά. Στη συνέχεια τα αντικείμενα εμπλουτίζονται με τις δυνάμεις, τις λειτουργίες και τους ήχους. Η διεργασία αυτή εκτελείται κυρίως από το σχεδιαστή της αλληλεπίδρασης του εικονικού κόσμου. Τέλος, σχεδιάζονται οι οπτικές απόψεις και πραγματοποιούνται δοκιμές. Η παραπάνω διαδικασία εκτελείται σε σειριακή δομή, χωρίς να προϋποθέτει επαναλήψεις και επανασχεδιασμούς μεταξύ των σταδίων αλλά και να χωρίς να αναγνωρίζει τα δύο βασικά στοιχεία που απαρτίζουν ένα εικονικό περιβάλλον, τη δομή του εικονικού κόσμου και την αλληλεπίδραση. Αντιθέτως το στάδιο που μελετάται στο σημείο αυτό, εξετάζει την ανάπτυξη μόνο της δομής του εικονικού κόσμου, δίνοντας όμως σημασία στη συνεργασία με την ανάπτυξη της αλληλεπίδρασης. Οι διεργασίες του σταδίου αυτού δεν εκτελούνται σειριακά και ούτε είναι ανεξάρτητες μεταξύ τους. 185

186 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Αντιθέτως προϋποθέτουν επαναλήψεις μεταξύ των διεργασιών, ενώ σε συγκεκριμένες περιπτώσεις κάποιες διεργασίες απαιτείται να εκτελούνται συγχρόνως. Στη συνέχεια, οι διεργασίες αυτές παρουσιάζονται ξεχωριστά, με στόχο την καλύτερη κατανόηση τους, οι σχεδιαστές όμως θα πρέπει να αναγνωρίζουν ότι στην ουσία αλληλοσυνδέονται άμεσα. Στο στάδιο, ανάπτυξη και δημιουργία των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση, εκτελούνται οι εξής διεργασίες: Τρισδιάστατη μοντελοποίηση και μείωση πολυγώνων: δημιουργείται η τρισδιάστατη αναπαράσταση όλων των στοιχείων του εικονικού κόσμου. H μοντελοποίηση αυτή πραγματοποιείται σε κάποιο εξειδικευμένο λογισμικό για τρισδιάστατη μοντελοποίηση. Οι τρισδιάστατες αναπαραστάσεις που δημιουργούνται κατά τη διεργασία της μοντελοποίησης (εφόσον χρησιμοποιείται το πολυγωνικό μοντέλο που είναι και το πιο διαδεδομένο), είναι συχνά πιθανό να απαιτούν μείωση πολυγώνων ώστε να είναι δυνατόν να αναπαρίστανται αποδοτικά σε πραγματικό χρόνο. Ο τελικός καθορισμός του αριθμού των πολυγώνων της σκηνής αλλά και κάθε στοιχεία ξεχωριστά, ανάλογα με το ρόλο του στην εικονική εμπειρία, πραγματοποιείται κατά το στάδιο του ελέγχου. Δημιουργία στοιχείων που σχετίζονται με την οπτική απόδοση: πραγματοποιείται η εφαρμογή των χρωμάτων και των υφών στα τρισδιάστατα μοντέλα που δημιουργήθηκαν κατά την προηγούμενη διεργασία. Επίσης, πραγματοποιείται ο φωτισμός και η σκίαση της σκηνής. Τοποθετούνται δηλαδή φωτεινές πηγές και επιλέγεται το μοντέλο φωτισμού. Στόχος της διεργασίας αυτής είναι να αναπτυχθούν τα στοιχεία εκείνα που θα συμβάλουν στη δημιουργία ενός φωτορεαλιστικού αποτελέσματος, το οποίο να αποδίδεται σε πραγματικό χρόνο, και να συμβάλει θετικά στην εμβύθιση του χρήστη. Σημειώνεται ότι λόγω του πλουραλισμού που συναντάται τόσο στα λογισμικά που εξειδικεύονται στη δημιουργία φωτορεαλισμού και στα λογισμικά/ πλατφόρμες σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων, όσο και στις διάφορες τεχνικές που συναντούνται για τη δημιουργία των υφών και του φωτισμού, η εκτέλεση της διεργασίας αυτής δεν έχει κάποια συγκεκριμένη σειρά εκτέλεσης. Αντιθέτως συναντάται είτε πριν είτε και 186

187 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου μετά τη διεργασία της τοποθέτησης κι συναρμολόγησης, είτε και συνδυαστικά ανάλογα με τους παράγοντες που προαναφέρθηκαν. Τοποθέτηση και συναρμολόγηση: τα εικονικά αντικείμενα και όλα τα υπόλοιπα στοιχεία που απαρτίζουν τον εικονικό κόσμο τοποθετούνται στην πλατφόρμα σχεδίασης εικονικού περιβάλλοντος που έχει επιλεχθεί ώστε να δημιουργηθεί η σκηνή. Όπου αυτό απαιτείται, τα υποαντικείμενα συναρμολογούνται κατάλληλα ώστε να δημιουργηθεί η ιεραρχική τους δομή. Κατά τη συναρμολόγηση αυτή πρέπει να ορισθούν οι μεταξύ τους σχέσεις και περιορισμοί, όπως έχουν καθοριστεί από τη διεργασία της καταγραφής σχέσεων/ περιορισμών (κεφάλαιο ). Τέλος, το εικονικό περιβάλλον εμπλουτίζεται με λειτουργίες ενώ τοποθετούνται σε αυτό και οι εικονικοί πράκτορες εφόσον υπάρχουν. Η τελευταία διεργασία απαιτεί τη συνεργασία του σχεδιαστή των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, του σχεδιαστή της αλληλεπίδρασης αλλά και προγραμματιστών. Ανάπτυξη και δημιουργία ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση Τρισδιάστατη μοντελοποίηση μείωση πολυγώνων Δημιουργία στοιχείων που σχετίζονται με την οπτική απόδοση Τοποθέτηση και συναρμολόγηση Εικόνα 19: ανάλυση του σταδίου ανάπτυξης και δημιουργίας των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση 187

188 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Η παρούσα μελέτη δεν έχει σκοπό να περιγράψει σε βάθος τις διεργασίες που εκτελούνται κατά το στάδιο της ανάπτυξης. Αντιθέτως πραγματοποιείται μια προσπάθεια καταγραφής των βασικών τεχνικών θεμάτων που σχετίζονται με τις διεργασίες του σταδίου αυτού. Παρατηρείται ότι οι διεργασίες του σταδίου αυτού σχετίζονται έντονα και άμεσα με την επιστήμη των γραφικών σε ηλεκτρονικό υπολογιστή (computer graphics). Η βιβλιογραφία της επιστήμης των γραφικών σε ηλεκτρονικό υπολογιστή είναι αρκετά εκτενής και για το λόγο αυτό κάποιος ερευνητής του επιστημονικού τομέα των εικονικών περιβαλλόντων είναι αρκετά δύσκολο να αναζητήσει σχετικές πληροφορίες για τον τομέα που τον ενδιαφέρει (Green & Sun, 1995). Επιπλέον, ένα μεγάλο μέρος των τεχνικών δεν είναι εφαρμόσιμες στα εικονικά περιβάλλοντα. Οι κυριότεροι λόγοι για τους οποίους κάποιες τεχνικές, τεχνολογίες ή αλγόριθμοι είναι ακατάλληλοι στη σχεδίαση των εικονικών περιβαλλόντων είναι η αδυναμία τους να εφαρμοστούν σε πραγματικό χρόνο ή/ και να προσφέρουν δυνατότητες ελέγχου. Επιπλέον, μία μεγάλη μερίδα ερευνητών και σχεδιαστών της επιστήμης που ασχολείται με τα εικονικά περιβάλλοντα είναι φυσικό να έχουν περιορισμένες γνώσεις γύρω από το θέμα της σχεδίασης των γραφικών. Το επόμενο κεφάλαιο, ανάπτυξη και δημιουργία των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση (κεφάλαιο 6.3), απευθύνεται στους ερευνητές αυτούς και έχει στόχο να περιγράψει συνοπτικά τα κυριότερα θέματα της ανάπτυξης και δημιουργίας των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου που σχετίζονται με την επιστήμη των γραφικών σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Τα θέματα αυτά (τεχνικές, αλγόριθμοι, μοντέλα, κτλ) αναλύονται όλα μαζί και όχι σε σχέση με τη διεργασία που μπορεί να εμφανίζονται καθώς είναι άμεσα αλληλοσυνδεδεμένα και αλληλοεξαρτώμενα και δεν εξαρτώνται μόνο από τις διεργασίες. Μελετώντας αναλυτικά τη βιβλιογραφία που ασχολείται με τα γραφικά σε ηλεκτρονικό υπολογιστή, με τα γραφικά σε τρισδιάστατα παιχνίδια σε ηλεκτρονικό υπολογιστή (3d games computer graphics) και τα γραφικά στα εικονικά περιβάλλοντα (virtual environments computer graphics) συγκεντρώθηκαν τα κυριότερα στοιχεία που σχετίζονται με το στάδιο αυτό, τα σημαντικότερα από τα οποία μελετώνται στο επόμενο κεφάλαιο. Τα στοιχεία αυτά είναι: 188

189 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Βασικά θέματα: μαθηματικά, 2Δ/3Δ μετασχηματισμοί, σύστημα συντεταγμένων (τα στοιχεία αυτά δεν θα μελετηθούν στην παρούσα διπλωματική εργασία) Μοντέλα και δομές παράστασης της τρισδιάστατης γεωμετρίας (modeling representations) (κεφάλαιο 6.3.1) Γεωμετρική μοντελοποίηση (geometric modeling) (κεφάλαιο 6.3.2) Βελτιστοποίηση του πολυγωνικού μοντέλου (κεφάλαιο 6.3.3) Θέματα που σχετίζονται με την απεικόνιση: γραφική σωλήνωση εξόδου, αντιταύτιση, αποκοπή, προβολές, απόκρυψη επιφανειών (κεφάλαιο 6.3.4) Φωτισμός, μοντέλα και αλγόριθμοι φωτισμού, φωτεινές πηγές (κεφάλαιο 6.3.5) Απεικόνιση υφής και ανάγλυφου (κεφάλαιο 6.3.6) Στοιχεία αλληλεπίδρασης: περιορισμοί και συγκρούσεις (κεφάλαιο 6.3.7) Προσομοίωση κίνησης (animation), θέματα σχετικά με τη δημιουργία κίνησης των αντικειμένων μέσα στο περιβάλλον (δεν εξετάζονται στην παρούσα διπλωματική εργασία). Στην επιστήμη των γραφικών έχουν δημιουργηθεί διάφορες τεχνικές για τη δημιουργία της κίνησης. Κάποιες από τις τεχνικές αυτές χρησιμοποιούνται στα εικονικά περιβάλλοντα για την κίνηση των αντικειμένων μέσα σε αυτά. Εικονικοί πράκτορες. Ένας τεράστιος και πολύ σημαντικός κλάδος των εικονικών περιβαλλόντων είναι αυτός της ανάπτυξης και δημιουργίας εικονικών πρακτόρων (δεν εξετάζονται στην παρούσα διπλωματική εργασία). Οι εικονικοί πράκτορες είναι αυτόνομες οντότητες (δεν αναπαριστούν υποχρεωτικά ανθρώπους) μέσα στο εικονικό περιβάλλον οι οποίες μπορούν να έχουν ευφυΐα. Τα σημαντικότερα θέματα που σχετίζονται με τη δημιουργία των εικονικών πρακτόρων είναι η φυσική τους κίνηση, η φυσική τους συμπεριφορά και τέλος η γνωστική τους συμπεριφορά. Διαθέσιμα προγράμματα και υποστηριζόμενες μορφές αρχείων (δεν εξετάζονται στην παρούσα διπλωματική εργασία). Για την ανάπτυξη εφαρμογών εικονικού περιβάλλοντος ο σχεδιαστής πρέπει να εμπλακεί με ένα πλήθος από εξειδικευμένα λογισμικά. Τα κυριότερα από αυτά είναι: o Λογισμικά τρισδιάστατης μοντελοποίησης ώστε να δημιουργηθούν τα τρισδιάστατα μοντέλα του εικονικού κόσμου. 189

190 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου o Λογισμικά βελτιστοποίησης γεωμετρίας και μετατροπής από μία μορφή αρχείου (file format) σε κάποιο άλλο πραγματοποιείται η μείωση των πολυγώνων, τα επίπεδα λεπτομέρειας, ενώ τέλος γίνονται μετατροπές στις μορφές αρχείων ώστε να μπορούν να μεταφερθούν τα δεδομένα από ένα πρόγραμμα σε κάποιο άλλο. o Εργαλεία επεξεργασίας εικόνας γίνεται επεξεργασία και δημιουργία των υφών. o Λογισμικά/ πλατφόρμες σχεδίασης εφαρμογών εικονικού περιβάλλοντος πραγματοποιείται η τοποθέτηση και η συναρμολόγηση καθώς και ο εμπλουτισμός με τις λειτουργίες. Όπως ήδη αναφέρθηκε, τα τεχνικά αυτά θέματα είναι άμεσα αλληλοεξαρτώμενα μεταξύ τους. Επιπλέον, αν και εμφανίζονται κάποιες βασικές σχέσεις μεταξύ κάποιων «τεχνικών θεμάτων» και των διεργασιών του σταδίου της «ανάπτυξης και δημιουργίας των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση», οι σχέσεις αυτές δεν καταγράφονται, απλά αναφέρονται στα αντίστοιχα τεχνικά θέματα. Πχ. η βασική σχέση των «μοντέλων και δομών παράστασης της τρισδιάστατης γεωμετρίας», είναι με τη διεργασία της «τρισδιάστατης μοντελοποίησης». Παρόλα αυτά δεν καταγράφεται ως τεχνικό θέμα που σχετίζεται μόνο με τη διεργασία αυτή. Μια τέτοια καταγραφή, θα χαρακτήριζε τη σχέση αυτή ως μοναδική και θα απέτρεπε τους σχεδιαστές από τη σύνδεση των μοντέλων παράστασης και με τις υπόλοιπες διεργασίες. Όλα τα τεχνικά θέματα συνδέονται άμεσα μεταξύ τους, είτε χρησιμοποιώντας το ένα το άλλο, είτε εξυπηρετώντας το ένα το άλλο. Οι σχέσεις αυτές έχουν αναπτυχθεί καθώς όλα τα στοιχεία συνδέονται μεταξύ τους ώστε να εκπληρώσουν τον τελικό στόχο που είναι η δημιουργία ενός αλληλεπιδραστικού εικονικού περιβάλλοντος. Επιπλέον, οι σχέσεις αυτές, καθώς και ο πλουραλισμός των διαθέσιμων λύσεων για κάθε τέτοιο θέμα, εμπλουτίζονται διαρκώς. Η επιλογή των κατάλληλων λύσεων, τεχνικών, μοντέλων και αλγορίθμων που θα χρησιμοποιήσει ο σχεδιαστής για την ανάπτυξη και δημιουργία του εικονικού κόσμου εξαρτάται από τους εξής παράγοντες: Τις αποφάσεις των σταδίων προδιαγραφών και καθορισμού Τους διαθέσιμους πόρους: οικονομικοί, χρονικοί Το λογισμικό και το υλισμικό που θα χρησιμοποιηθεί Την εμπειρία των σχεδιαστών πάνω στο συγκεκριμένο πρόβλημα αλλά και στο λογισμικό και το υλισμικό 190

191 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Έλεγχος/ δοκιμές για σφάλματα Η διεργασία αυτή δεν εκτελείται σε κάποιο συγκεκριμένο σημείο του σταδίου της ανάπτυξης, αντιθέτως θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και να εκτελείται επαναληπτικά καθ όλη τη διάρκεια του σταδίου. Στην ουσία είναι άμεσα συνδεδεμένη με τις υπόλοιπες διεργασίες του σταδίου της ανάπτυξης και είναι δύσκολο να ξεχωριστούν. Πιο συγκεκριμένα θα πρέπει να πραγματοποιείται έλεγχος σχετικά με τα στοιχεία που αναπτύσσονται στο στάδιο αυτό για το αν ακολουθούν της προδιαγραφές που αναπτύχθηκαν κατά το στάδιο του καθορισμού. Όπως αναφέρεται από τον (Eastgate, September 2001), στην ανάπτυξη συνηθίζεται να σχεδιάζονται ένα - ένα τα στοιχεία/ αντικείμενα που αποτελούν το εικονικό περιβάλλον, να τοποθετούνται, να εμπλουτίζονται με τις λειτουργίες, να πραγματοποιείται ο έλεγχος και στη συνέχεια ο σχεδιαστής να συνεχίζει με το επόμενο αντικείμενο. Αναλυτικά οι σημαντικότεροι έλεγχοι που πρέπει να πραγματοποιούνται είναι: Απόδοση: κατά πόσο το εικονικό περιβάλλον αποδίδεται σωστά στη συσκευή εξόδου χωρίς να παρουσιάζει σφάλματα. Ακρίβεια: κατά πόσο τα αντικείμενα φαίνονται σωστά σύμφωνα με τις αποφάσεις του σταδίου του καθορισμού. Απεικόνιση σε πραγματικό χρόνο: έλεγχος για το αν η εφαρμογή μπορεί να εκτελεστεί σε πραγματικό χρόνο. Αλληλεπίδραση: έλεγχος των στοιχείων της αλληλεπίδρασης. Κατά πόσο το περιβάλλον και τα αντικείμενα την εξυπηρετούν, ώστε ο χρήστης να μπορεί να πλοηγηθεί μέσα σε αυτό και να αλληλεπιδράσει. Ο έλεγχος αυτός πραγματοποιείται τόσο κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης όσο και μετά το τέλος της συναρμολόγησης και εμπλουτισμού με λειτουργίες και πάντα με τη συνεργασία του σχεδιαστή της αλληλεπίδρασης. Σε περίπτωση που προκύψουν σφάλματα κατά τους ελέγχους αυτούς ο σχεδιαστής θα πρέπει να κάνει τις απαραίτητες βελτιώσεις ή να επανασχεδιάζει το αντικείμενο από την αρχή αν αυτό κρίνεται αναπόφευκτο. 191

192 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης 6.3 Ανάπτυξη και δημιουργία ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση Στο κεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούμε με τα στοιχεία εκείνα του επιστημονικού χώρου της σχεδίασης γραφικών (computer graphics) τα οποία συνδέονται με τις διεργασίες του σταδίου της ανάπτυξης και δημιουργίας των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου. Δηλαδή, με όλα τα θέματα που σχετίζονται με τη δημιουργία της μορφής (structure) του εικονικού κόσμου και όλων των στοιχείων που τον αποτελούν και την αναπαράσταση του κόσμου αυτού στις συσκευές εξόδου με φωτορεαλιστικό τρόπο. Στόχος του κεφαλαίου αυτού δεν είναι η αναλυτική περιγραφή ή η επεξήγηση όλων των τεχνικών, μοντέλων και αλγόριθμων καθώς και των μαθηματικών μοντέλων αυτών. Αντίθετα, προσπαθεί να περιγράψει συνοπτικά τα τεχνικά στοιχεία εκείνα της σχεδίασης γραφικών που σχετίζονται με την εικονική πραγματικότητα, με τέτοιο τρόπο ώστε να γίνονται κατανοητά από τους σχεδιαστές της εικονικής πραγματικότητας, οι οποίοι δεν είναι εξειδικευμένοι στη σχεδίαση των γραφικών Μοντέλα και δομές παράστασης της τρισδιάστατης (3Δ) γεωμετρίας του εικονικού κόσμου Στο υποκεφάλαιο αυτό θα ασχοληθούμε με τους βασικούς τρόπους παράστασης (συναντάται στη βιβλιογραφία και ως αναπαράστασης) της γεωμετρίας (geometry representation) του εικονικού κόσμου. Αν και στην σχεδίαση εικονικών περιβαλλόντων δεν χρησιμοποιούνται ευρέως όλα τα μοντέλα παράστασης που θα αναλυθούν είναι σημαντικό να γνωρίζουμε την ύπαρξη τους και να κατανοήσουμε τους τρόπους χρήσης τους στα γραφικά με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Τα μοντέλα και οι δομές παράστασης αντικειμένων που θα αναλυθούν στο κεφάλαιο αυτό είναι: πολυγωνικό μοντέλο (polygonal) δι-κυβικές επιφάνειες (Bi-cubic parametric patches) υποδιαίρεση χώρου (spatial subdivision techniques) 192

193 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης δημιουργία μοντέλων βιομηχανικών στερεών (Constructive Solid Geometry - CSG) καθώς και πιο εξειδικευμένα μοντέλα όπως τα συστήματα σωματιδίων (particle systems) και τέλος τα μορφοκλάσματα (fractals) Το πολυγωνικό μοντέλο (polygonal model) Ο βασικός και πιο διαδεδομένος τρόπος παράστασης της γεωμετρίας των αντικειμένων είναι με τη χρήση πολυγώνων (polygons), συναντάται και ως επιφάνειες (surfaces). Με τον τρόπο αυτό παράστασης, ένα τρισδιάστατο αντικείμενο αναπαριστάται μέσω ενός συνόλου πολυγώνων. Ο τρόπος αυτός είναι ιδανικός για την αναπαράσταση απλών αντικειμένων που αποτελούνται από λίγες επίπεδες επιφάνειες. Για πολύπλοκα αντικείμενα που αποτελούνται όχι από επίπεδες επιφάνειες αλλά από καμπύλες επιφάνειες η αναπαράσταση γίνεται με προσέγγιση από ένα σύνολο επιφανειών που ακολουθούν την καμπυλότητα αυτή προσεγγιστικά. Λόγω του προσεγγιστικού αυτού τρόπου για την δημιουργία των πολύπλοκων αντικειμένων γεννάται το ερώτημα, ποίος είναι ο ιδανικός αριθμός πολυγώνων για την προσέγγιση αυτή (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999); Το ερώτημα/ πρόβλημα αυτό είναι κρίσιμο στη δημιουργία εικονικών περιβαλλόντων, αν και συνήθως λύνεται διαισθητικά από τον σχεδιαστή, καθώς η ταχύτητα απεικόνισης είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες στη δημιουργία της αίσθησης της εμβύθισης (Vince J. A., 2004). Είναι εύλογο ότι το παραπάνω πρόβλημα θα πρέπει να αντιμετωπίζεται προσπαθώντας να βρεθεί μια ισορροπία μεταξύ της ακρίβειας της προσέγγισης και της απαιτούμενης ταχύτητας. Η χρήση του πολυγωνικού μοντέλου είναι πολύ σημαντική στα γραφικά με Η/Υ για τους εξής λόγους: Πρώτον, η δημιουργία αντικειμένων με τη χρήση πολυγώνων είναι άμεση και εύκολη (αν και σε κάποιες περιπτώσεις ενδέχεται να είναι χρονοβόρα ή δαπανηρή ανάλογα με την πολυπλοκότητα των αντικειμένων) και δεύτερον, έχει αναπτυχθεί μεγάλο πλήθος αποδοτικών αλγόριθμων για την οπτική απεικόνιση (rendering) των αντικειμένων που αναπαριστώνται με τον τρόπο αυτό. 193

194 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Για το λόγο αυτό, συχνά πραγματοποιείται μετατροπή αντικειμένων που κάνουν χρήση άλλων μοντέλων παράστασης και στα οποία δεν υπάρχει δυνατότητα για άμεση οπτική απόδοση, στο πολυγωνικό μοντέλο. Τέλος, λόγω της μεγάλης διάδοσης της χρήσης των πολυγωνικών μοντέλων, έχουν αναπτυχθεί εξειδικευμένες αρχιτεκτονικές (special-purpose hardware ή graphics accelerator cards) για την αποτελεσματικότερη υλοποίηση των παραπάνω αλγορίθμων. Σημειώνεται ότι οι εξειδικευμένες αυτές τεχνικές έχουν δημιουργηθεί ώστε να αναπαριστούν τρίγωνα. Συνεπώς, τα πολυγωνικά μοντέλα που θα αναπτύξουμε θα πρέπει να κάνουν χρήση μόνο αυτού του είδους πολυγώνων ή θα πρέπει να διασπαστούν (triangulation). Ένα επιπλέον πλεονέκτημα που προσφέρουν τα τρίγωνα έναντι των πολυγώνων είναι ότι είναι πάντα επίπεδα, καθώς έχουν τρείς πλευρές, σε αντίθεση με τα πολύγωνα που μπορεί να αποτελούνται από τέσσερις πλευρές και πάνω και άρα να δημιουργούν προβλήματα κατά τη διαδικασία της αναπαράστασης. Συνοπτικά, το μοντέλο αυτό παράστασης είναι το πιο διαδεδομένο στην ανάπτυξη των εικονικών περιβαλλόντων για δύο λόγους: είναι εύκολο να δημιουργηθεί και εύκολο να αναπαρασταθεί φωτορεαλιστικά σε πραγματικό χρόνο. Αν και άλλα μοντέλα παράστασης προσφέρουν καλύτερη ακρίβεια συναντώνται σπανιότερα και όταν υπάρχουν εξειδικευμένες απαιτήσεις Τρόπος αποθήκευσης του πολυγωνικού μοντέλου Ο τρόπος αποθήκευσης της δομής ενός πολυγωνικού μοντέλου είναι ιεραρχικός. Αυτό σημαίνει ότι κάθε αντικείμενο αποθηκεύεται υπό μορφή μιας λίστας επιφανειών, όπου κάθε επιφάνεια αποτελείται από μια λίστα πολυγώνων και κάθε πολύγωνο από μια λίστα ακμών και κορυφών. 194

195 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 20: ιεραρχική "διάσπαση" ενός αντικειμένου σε επιφάνειες - πολύγωνα κορυφές Ο παραπάνω τρόπος αποθήκευσης είναι σημαντικός γιατί επιτρέπει την εύκολη επεξεργασία της γεωμετρίας των αντικειμένων. Παραδείγματος χάριν έστω ότι μεταφέρεται μία κορυφή σε άλλη θέση, αυτή η μετακίνηση θα επηρέαζε μόνο τη λίστα των κορυφών χωρίς να απαιτούνται αλλαγές και στις υπόλοιπες λίστες τις ιεραρχίας. 195

196 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Αντικείμενο Επιφάνεια_1 Επιφάνεια_2 Επιφάνεια_n Πολύγωνο_1.1 Πολύγωνο_1.2 Πολύγωνο_1.n Ακμή_1.1.1 Ακμή_1.1.2 Ακμή_1.1.3 Ακμή_1.1.n κορυφή_ κορυφή_ κορυφή_ Εικόνα 21: ιεραρχική λίστα αποθήκευσης πολυγωνικού μοντέλου Μειονεκτήματα πολυγωνικού μοντέλου Το σημαντικότερο μειονέκτημα του πολυγωνικού μοντέλου είναι η ακρίβεια. Με τον όρο ακρίβεια, εννοούμε την ακρίβεια πιστότητα του μοντέλου, δηλαδή τη διαφορά μεταξύ της πολυεδρικής παράστασης και της πραγματικής καμπύλης επιφάνειας του αντικειμένου. Το πρόβλημα αυτό πηγάζει από την δυσκολία αναπαράστασης πολύπλοκων αντικειμένων, τα οποία έχουν π.χ. πολλές και έντονες κοιλότητες. Στα σημεία των αντικειμένων αυτών, όπου υπάρχει έντονη καμπυλότητα απαιτείται μεγάλος αριθμός πολυγώνων, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία πολύ «βαριών» μοντέλων, από άποψη απαιτούμενης υπολογιστικής ισχύος αλλά και απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου. Ένα άλλο μειονέκτημα που παρατηρείται από τη χρήση του πολυγωνικού μοντέλου και σχετίζεται με τα εικονικά περιβάλλοντα και γενικότερα με την αναπαράσταση γραφικών σε πραγματικό χρόνο, είναι αυτό 196

197 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης της κλίμακας (scale). Το πρόβλημα αυτό προκύπτει λόγω του ότι στις εφαρμογές που αναφέρθηκαν παραπάνω, όταν η οπτική απόσταση και η ανάλυση είναι τέτοια που κάποια πολύγωνα αναγκαστικά θα πρέπει να προβληθούν πάνω σε ένα μοναδικό εικονοστοιχείο (pixel), δεν υπάρχει η δυνατότητα απεικόνισης όλων των πολυγώνων του εκάστοτε μοντέλου. Το πρόβλημα αυτό συνεπάγεται με σπατάλη χώρου αποθήκευσης καθώς και χρόνου απεικόνισης (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999), παράγοντες κρίσιμοι στα εικονικά περιβάλλοντα. Η λύση του προβλήματος αυτού είναι η δημιουργία μιας ιεραρχίας μοντέλων του εκάστοτε αντικειμένου και χρήση του κατάλληλου μοντέλου ανάλογα με την περίπτωση. Η ιεραρχία αυτή κάνει χρήση μοντέλων με διαφορετικό επίπεδο λεπτομέρειας (level of detail - LOD), συναντάται στη βιβλιογραφία και ως πολυγωνικά μοντέλα πολλαπλών αναλύσεων, ώστε κάθε φορά να επιλέγεται το κατάλληλο μοντέλο. Ακόμα και με την χρήση αυτής της ιεραρχίας προκύπτουν κάποια θέματα τα οποία θα πρέπει να ξεπεραστούν. Αρχικά, το πρώτο πρόβλημα αφορά στις συνθετικές ταινίες (animation) η εναλλαγή μεταξύ διαφορετικών μοντέλων ενδεχομένως να προκαλέσει οπτικές ανωμαλίες στη σωστή συνέχεια της συνθετικής ταινίας. Το άλλο πρόβλημα σχετίζεται με τον τρόπο δημιουργίας της ιεραρχίας αυτής καθώς και με την απόφαση για το πόσα επίπεδα/ λεπτομέρειας θα περιέχονται σε αυτή. Περεταίρω ανάλυση όμως του θέματος που σχετίζεται με τα επίπεδα λεπτομέρειας (LOD) ακολουθεί στο κεφάλαιο Παραμετρικές επιφάνειες (parametric patches) Στο προηγούμενο υποκεφάλαιο ασχοληθήκαμε με την παράσταση μέσω του πολυγωνικού μοντέλου, το οποίο βασίζεται σε πολύγωνα τα οποία είναι επίπεδες τετράπλευρες επιφάνειες που αποτελούνται από τέσσερα σημεία τα οποία ενώνονται με τέσσερεις ευθείες γραμμές. Στο παρών υποκεφάλαιο θα ασχοληθούμε με τρόπους παράστασης όπου το πρωτεύον (primitive) στοιχείο δεν είναι ένα επίπεδο πολύγωνο, αλλά ένα καμπυλοειδές τετράεδρο το οποίο ονομάζεται παραμετρική επιφάνεια. Οι παραμετρικές επιφάνειες αποτελούνται από τέσσερα γωνιακά σημεία τα οποία ενώνονται με τέσσερεις ακμές οι οποίες είναι παραμετρικές καμπύλες. Τα προτερήματα της παράστασης αυτής είναι τα εξής (Watt & Policarpo, 3D GAMES Real-time Rendering and Software Technology, 2001): 197

198 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Προσφέρει τη δυνατότητα της τρισδιάστατης μοντελοποίησης ή μετασχηματισμού ενός μοντέλου, μετατοπίζοντας τα κατάλληλα σημεία ελέγχου. Ο μετασχηματισμός αυτός σε πραγματικό χρόνο, συναντάται στη βιβλιογραφία και ως soft body animation, είναι ένας από τους στόχους των γραφικών ο οποίος έχει εφαρμογή και στο χώρο των εικονικών περιβαλλόντων. Κάνοντας χρήση αλγόριθμων μετατροπής σε πολύγωνα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τις υπάρχουσες τεχνολογίες υλισμικού για την αναπαράσταση πολυγώνων. Είναι ένα πιο οικονομικό είδος παράστασης: απαιτείται μικρός όγκος δεδομένων για την αναπαράσταση πολύπλοκων επιφανειών σε σύγκριση με το πολυγωνικό μοντέλο. Προωθεί ένα είδος «αυτόματου» ελέγχου ακρίβειας (LOD) της παράστασης Ο λόγος για τον οποίο δεν έχει επικρατήσει η χρήση αυτής της μεθόδου παράστασης στα γραφικά υπολογιστών, παρόλα τα προτερήματα που προσφέρει σε σχέση με το πολυγωνικό μοντέλο, δεν είναι η δυσκολία αναπαράστασης των γραφικών (rendering). Το πρόβλημα αυτό έχει ξεπεραστεί από τις σύγχρονες τεχνολογίες αλλά και τους νέους αλγορίθμους αναπαράστασης που έχουν προταθεί για το μοντέλο αυτό. Αντιθέτως, ο λόγος είναι η δυσκολία που προκύπτει εξ αιτίας της μαθηματικής διατύπωσης με την οποία συνδέεται η παράσταση του μοντέλου αυτού. Ένα θέμα που προκύπτει με αυτόν τον τρόπο αναπαράστασης είναι αυτό της ακρίβειας του μοντέλου. Ένα φυσικό αντικείμενο μπορεί να αναπαρασταθεί με τον τρόπο αυτό αλλά το τελικό μοντέλο δεν θα είναι ακριβώς ίδιο με το πραγματικό αντικείμενο. Παραδείγματος χάριν [Εικόνα 3], τα στρογγυλά στοιχεία της τσαγιέρας δεν μπορούν να αναπαρασταθούν με ακρίβεια επειδή, η μέθοδος παράστασης που χρησιμοποιείται (όπου στο συγκεκριμένο παράδειγμα είναι οι επιφάνειες Bezier), δεν μπορούν να αναπαραστήσουν ένα κύκλο με ακρίβεια. Συνεπώς και σε αυτό το μοντέλο παράστασης, συχνά απαιτείται η προσεγγιστική παράσταση του πραγματικού αντικειμένου. 198

199 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 22: Utah teapot, αναπαράσταση με παραμετρικές καμπύλες Bezier Η κύρια εφαρμογή των παραμετρικών επιφανειών δεν είναι η χρήση τους για μοντελοποίηση πολύπλοκων μοντέλων αλλά για απλά αντικείμενα. Η πραγματική αξία όμως της αναπαράστασης αυτής είναι το πλεονέκτημα που προσφέρει για διαδραστική μοντελοποίηση, όπου ένα αντικείμενο μπορεί να μετασχηματιστεί «φυσικά» χρησιμοποιώντας τα κατάλληλα εργαλεία επεξεργασίας. Προσφέρει παραδείγματος χάριν τη δυνατότητα μοντελοποίησης και επεξεργασίας ενός αντικείμενου με λεπτά χαρακτηριστικά όπως ένα ανθρώπινο πρόσωπο χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο από τέτοιες καμπύλες επιφάνειες. Ενώ για την μοντελοποίηση του ίδιου αντικειμένου με χρήση του πολυγωνικού μοντέλου θα ήταν απαραίτητη μία εξαιρετικά μεγάλη ανάλυση πολυγώνων. Επίσης μία προέκταση της δυνατότητας αυτής, για πιο «φυσικούς» μετασχηματισμούς των επιφανειών, είναι η χρήση της παράστασης αυτής για μοντελοποίηση αντικειμένων τα οποία παραμορφώνουν ή αλλάζουν το σχήμα τους σε πραγματικό χρόνο. Τα αντικείμενα αυτά ονομάζονται συνήθως soft-bodies και χρησιμοποιούνται τόσο στις συνθετικές ταινίες όσο και στης εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας. Ένα αντικείμενο μπορεί να απαιτεί τη χρήση μόνο μιας παραμετρικής επιφάνειας για να μοντελοποιηθεί ή τη χρήση ενός δικτύου επιφανειών. Όπως εύκολα γίνεται αντιληπτό, η δυνατότητα μοντελοποίησης με μία μόνο επιφάνεια είναι πολύ περιορισμένη. Από την άλλη, κάνοντας χρήση δικτύου επιφανειών απαιτείται προσοχή στον σχεδιασμό ώστε να διατηρείται η καμπυλότητα μεταξύ των γειτονικών επιφανειών καθώς και η συνέχεια μεταξύ των επιφανειών αυτών. Ο όρος συνέχεια, περιγράφει την «ομαλή» και «λεία» συνένωση δύο καμπυλών ή επιφανειών, καθώς στο σημείο συνένωσης δεν πρέπει να υπάρχει απότομη μεταβολή της κλίσης της συνολικής καμπύλης 199

200 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης ή της επιφάνειας αντίστοιχα. Η μαθηματική εξήγηση της συνέχειας είναι πέρα από τους σκοπούς αυτής της διπλωματικής εργασίας. Το παραπάνω πρόβλημα γίνεται εμφανές κυρίως κατά την παραμόρφωση και αλλαγή του σχήματος ενός αντικειμένου που αποτελείται από ένα δίκτυο παραμετρικών επιφανειών. Τέλος, ένα άλλο μειονέκτημα των παραμετρικών επιφανειών είναι η δυσκολία επιλογής των κατάλληλων σημείων ελέγχου για την δημιουργία ενός συγκεκριμένου μοντέλου, καθώς τα σημεία ελέγχου δεν συμπίπτουν με σημεία της επιφάνειας. Οι παραμετρικές επιφάνειες είναι επιφάνειες που ορίζονται βάσει των παραμετρικών καμπυλών. Γενικά μπορούμε να πούμε ότι ο τρόπος παράστασης αυτός είναι παραπλήσιος με το πολυγωνικό μοντέλο, με τη διαφορά ότι τα πολύγωνα είναι καμπύλες επιφάνειες. Το σχήμα τους καθορίζεται από ένα πλέγμα 16 σημείων ελέγχου PP. iiii Η παράσταση μίας παραμετρικής επιφάνειας γίνεται μέσω μίας λίστας σημείων ελέγχου ή απλούστερα ενός πίνακα. Αν και 12 από τα σημεία ελέγχου σχετίζονται με τις εξωτερικές ακμές τις επιφάνειας, μόνο 4 από τα σημεία αυτά (οι τέσσερεις άκρες της επιφάνειας) συμπίπτουν με σημεία της επιφάνειας Γιατί δυ-κυβικές επιφάνειες; Ο λόγος για τον οποίο έχει καθιερωθεί η χρήση κυβικών καμπυλών στα γραφικά με Η/Υ σχετίζονται κυρίως με τα πλεονεκτήματα που παρουσιάζουν οι κυβικές καμπύλες B-spline. Συγκεκριμένα αυτό που μας ενδιαφέρει είναι η σχέση, μεταξύ ικανοποιητικής ευελιξίας και καμπυλότητας από την μια και της πολυπλοκότητας από την άλλη. Η παραπάνω σχέση επιτυγχάνεται κυρίως με την χρήση κυβικών καμπυλών B-spline γιατί, όπως αναφέρεται και στις ιδιότητες των συγκεκριμένων καμπυλών: η κυρτή περιβάλλουσα των επιμέρους τμημάτων πλησιάζει αρκετά την καμπύλη ο τοπικός έλεγχος είναι καλύτερος και τέλος οι υπολογισμοί δεν είναι και τόσο πολύπλοκοι. τα παραπάνω καθιστούν τις καμπύλες B-spline χαμηλού βαθμού πολύ χρήσιμα πρακτικά εργαλεία. Ιδιαίτερα οι καμπύλες δευτέρου βαθμού έχουν καθιερωθεί καθώς συνδυάζουν τα παραπάνω πλεονεκτήματα με μια ικανοποιητική καμπυλότητα (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999) Επιφάνειες Bezier Για να γίνουν κατανοητές οι επιφάνειες Bezier αρχικά αναλύονται οι καμπύλες Bezier ώστε με βάση αυτές να περιγραφούν και οι επιφάνειες. 200

201 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Καμπύλες Bezier Οι επιφάνειες Bezier ορίζονται μέσω των καμπυλών Bezier. Οι καμπύλες Bezier ορίζονται επακριβώς μέσω σημείων (P 0, P 1,, P n ) τα οποία ονομάζονται σημεία ελέγχου (control points). Δεδομένου ότι η θέση της καμπύλης στο αρχικό καθώς και στο τελικό σημείο είναι δεδομένες και συμπίπτουν με τα σημεία P 0 και P n αντίστοιχα, χρειάζεται να καθοριστεί η μορφή της καμπύλης στο χώρο μεταξύ αυτών των σημείων. Αυτό επιτυγχάνεται με την χρήση της παραμετρικής εξίσωσης Q(u) η οποία εκφράζεται από την παράμετρο u (0 u 1). Καθώς το u μεταβάλλεται από το 0 προς το 1 το Q(u) διαγράφει μια καμπύλη Bezier. Η εξίσωση Q(u) εκφράζεται συνήθως με την βοήθεια των πολυώνυμων Bernstein γιατί προσφέρουν ένα πιο οικονομικό τρόπο για τον μαθηματικό υπολογισμό των σημείων, ενώ επιπλέων προσφέρουν κάποιες ενδιαφέρουσες ιδιότητες χρήσιμες για την ανάλυση των ιδιοτήτων των καμπυλών Bezier (η ανάλυση των ιδιοτήτων αυτών είναι πέρα από τους στόχους της παρούσας εργασίας). Οι εξισώσεις των καμπυλών Bezier όπως και των υπόλοιπων καμπυλών και επιφανειών δεν θα εξεταστούν επίσης καθώς είναι πέρα από τους σκοπούς της παρούσας εργασίας Ιδιότητες καμπυλών Bezier Ιδιότητα κυρτής περιβάλλουσας: η καμπύλη βρίσκεται πάντα μέσα στην κυρτή περιβάλλουσα των σημείων ελέγχου της, δηλαδή στο ελάχιστο κυρτό πολύγωνο που περιέχει όλα τα σημεία ελέγχου. Παρεμβολή ακραίων σημείων: η καμπύλη αρχίζει ακριβώς από ο πρώτο και τελειώνει ακριβώς στο τελευταίο σημείο ελέγχου της. Εφαπτόμενα διανύσματα στα άκρα: τα εφαπτόμενα διανύσματα στα δύο άκρα της καμπύλης είναι παράλληλα προς της πλευρές του πολυγώνου ελέγχου. Οι τρείς παραπάνω ιδιότητες σχετίζονται κυρίως με την πρόβλεψη του σχήματος της καμπύλης Bezier. Ψευδο-τοπικός έλεγχος: οι καμπύλες Bezier δεν παρουσιάζουν τοπικό έλεγχο, αλλά μία αλλαγή σε ένα από τα σημεία ελέγχου επηρεάζει ολόκληρη την καμπύλη. Αναλλοίωτη σε μετασχηματισμούς: η καμπύλη παραμένει αναλλοίωτη σε βασικούς γεωμετρικούς μετασχηματισμούς. Για τον μετασχηματισμό της καμπύλης αρκεί να μετασχηματίσουμε τα σημεία ελέγχου. 201

202 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Από τις καμπύλες Bezier στις επιφάνειες Bezier Στο υποκεφάλαιο αυτό θα μελετήσουμε τις επιφάνειες Bezier. Αν υποθέσουμε ότι έχουμε μία καμπύλη Bezier βαθμού m ως προς t καθώς και μια καμπύλη Bezier βαθμού n ως προς u. Αν κάθε σημείο ελέγχου της πρώτης καμπύλης διαγράφει τη δεύτερη καμπύλη, τότε και κάθε σημείο της αρχικής καμπύλης θα διαγράφει μια καμπύλη Bezier. Η παραμετρική επιφάνεια που παράγεται από την παραπάνω διαδικασία ονομάζεται επιφάνεια Bezier. Τα σημεία ελέγχου της επιφάνειας Bezier είναι το σύνολο των σημείων ελέγχου των καμπυλών που χρησιμοποιούνται για τον ορισμό της επιφάνειας αυτής Ιδιότητες επιφανειών Bezier Οι ιδιότητες των επιφανειών Bezier σχετίζονται και προέρχονται από τις ιδιότητες που παρουσιάζουν οι καμπύλες Bezier. Οι πιο σημαντικές όσον αφορά την παρούσα διπλωματική εργασία είναι: Ιδιότητα κυρτής περιβάλλουσας: σύμφωνα με την ιδιότητα αυτή η επιφάνεια βρίσκεται πάντα μέσα στην κυρτή περιβάλλουσα των σημείων ελέγχου της, δηλαδή στο ελάχιστο κυρτό στερεό που περιέχει όλα τα σημεία ελέγχου. Αναλλοίωτη σε μετασχηματισμούς: όπως παρατηρείται στις καμπύλες Bezier έτσι και οι επιφάνειες παραμένουν αναλλοίωτες σε συσχετισμένους μετασχηματισμούς όπως π.χ. στους βασικούς γεωμετρικούς μετασχηματισμούς (εκτός από τις προβολές), καθώς και σε συσχετισμένους μετασχηματισμούς παραμέτρου, δηλαδή αν μετασχηματίσουμε τα διαστήματα ορισμού των παραμέτρων t και u της επιφάνειας. Συνοριακές καμπύλες: οι συνοριακές καμπύλες μίας επιφάνειας Bezier είναι καμπύλες Bezier. Τα σημεία ελέγχου των καμπυλών αυτών είναι οι ακραίες γραμμές και στήλες του πίνακα των σημείων ελέγχου της επιφάνειας. Επίσης, τα τέσσερα ακραία σημεία ελέγχου βρίσκονται πάνω στην επιφάνεια και συγκεκριμένα στις τέσσερις γωνίες της επιφάνειας. Κανονικό διάνυσμα της επιφάνειας (normal): το κανονικό διάνυσμα της επιφάνειας N(t,u) σε ένα σημείο (t,u) της είναι ένα κανονικό διάνυσμα, δηλαδή μέτρου 1, το οποίο είναι κάθετο στην επιφάνεια στο 202

203 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης συγκεκριμένο σημείο. Το κανονικό αυτό διάνυσμα υπολογίζεται ως το εξωτερικό γινόμενο δύο οποιονδήποτε (μη συ-γγραμμικών) διανυσμάτων τα οποία εφάπτονται στην επιφάνεια στο συγκεκριμένο σημείο. Ο υπολογισμός των κανονικών διανυσμάτων είναι σημαντικός καθώς χρησιμοποιούνται πολύ συχνά σε φωτο-ρεαλιστικούς αλγορίθμους (π.χ. αλγόριθμος Phong). Τα κανονικά διανύσματα είναι πολύ σημαντικά κατά τη δημιουργία των μοντέλων παράστασης καθώς τυχών λάθη μπορούν να δημιουργήσουν σφάλματα τόσο στην αναπαράσταση των αντικειμένων όσο και στους ελέγχους σύγκρουσης. Ψευδο-τοπικός έλεγχος: οι επιφάνειες Bezier δεν παρουσιάζουν τοπικό έλεγχο. Αντιθέτως, όπως παρατηρείται και με τις καμπύλες Bezier διαθέτουν ψευδο-τοπικό έλεγχο, δηλαδή μια αλλαγή σε ένα σημείο ελέγχου έχει επίδραση σε ολόκληρη την επιφάνεια. Παρόλα αυτά η επίδραση αυτή παρατηρείται κυρίως στην περιοχή της επιφάνειας γύρο από τα σημεία ελέγχου Επιφάνειες B-Spline Αντίστοιχα με τις επιφάνειες Bezier, έτσι και σε αυτό το κεφάλαιο πραγματοποιείται αρχικά μια περιγραφή των καμπυλών B-splines ώστε να περιγραφούν στη συνέχεια και οι αντίστοιχες επιφάνειες Καμπύλες B-Spline Οι καμπύλες Spline είναι καμπύλες που προκύπτουν από την ένωση επιμέρους καμπυλών με κατάλληλες συνθήκες συνέχειας. Πιο συγκεκριμένα οι καμπύλες B-Spline δημιουργούνται με την ένωση πολυωνυμικών καμπυλών σταθερού βαθμού k οι οποίες συνενώνονται με συνέχεια C k-1, την υψηλότερη δηλαδή που μπορεί να επιτευχτεί. Ο βαθμός k των επιμέρους καμπυλών είναι και ο βαθμός της καμπύλη B-Spline. Το πλήθος των σημείων ελέγχου δεν εξαρτάται από τον βαθμό k της καμπύλης, αλλά μόνο από το πλήθος των πολυωνυμικών τμημάτων που την αποτελούν. Η ανάγκη για την δημιουργία καμπυλών B-spline προέκυψε από την προσπάθεια να ξεπεραστούν κάποια από τα μειονεκτήματα των καμπυλών Bezier. Τα μειονεκτήματα αυτά σχετίζονται κυρίως με τον ψευδο-τοπικό έλεγχος, καθώς και με τη δυσκολία αναπαράστασης καμπυλών με μεγάλη καμπυλότητα που παρουσιάζουν η καμπύλες Bezier. 203

204 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Ιδιότητες καμπυλών B-Spline Τοπικός έλεγχος: ο τοπικός έλεγχος είναι η σημαντικότερη ιδιότητα των καμπυλών αυτών, σύμφωνα με αυτή και σε αντίθεση με τις καμπύλες Bezier οι B-spline παρουσιάζουν πλήρη τοπικό έλεγχο, δηλαδή η μετακίνηση ενός σημείου ελέγχου επηρεάζει το σχήμα τους μόνο σε μια περιοχή γύρο από αυτό το σημείο. Ιδιότητα κυρτής περιβάλλουσας: η καμπύλη βρίσκεται μέσα στην κυρτή περιβάλλουσα των σημείων ελέγχου. Ενώ επίσης και κάθε σημείο της καμπύλης βρίσκεται μέσα στην κυρτή περιβάλλουσα των (k+1) σημείων ελέγχου που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του. Αναλλοίωτη σε μετασχηματισμούς: όπως και στις Bezier, η καμπύλη παραμένει αναλλοίωτη στους βασικούς μετασχηματισμούς. Γραμμική ακρίβεια: αν τα σημεία ελέγχου βρίσκονται πάνω στην ίδια ευθεία τότε η καμπύλη είναι ένα ευθύγραμμο τμήμα. Μια άλλη σημαντική παρατήρηση σχετικά με τις καμπύλες B-spline είναι ότι όσο μικρότερος είναι ο βαθμός της καμπύλης τόσο ποιο εύχρηστες είναι. Το παραπάνω ισχύει διότι πρώτον η κυρτή περιβάλλουσα των επιμέρους τμημάτων πλησιάζει αρκετά την καμπύλη. Δεύτερον, ο τοπικός έλεγχος είναι καλύτερος και τρίτον οι υπολογισμοί είναι λιγότερο πολύπλοκοι. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά των καμπυλών B-spline χαμηλού βαθμού τις καθιστούν πολύ χρήσιμα και πρακτικά εργαλεία Επιφάνειες B-spline Οι επιφάνειες Bezier είναι ιδανικές για την αναπαράσταση μιας μοναδικής, ξεχωριστής επιφάνειας. Καθώς όμως παρουσιάζουν κοινές ιδιότητες με τις καμπύλες Bezier, παρουσιάζουν και τα αντίστοιχα μειονεκτήματα. Το ποιο σημαντικό από τα οποία είναι ότι για την περιγραφή πολύπλοκων επιφανειών απαιτείται η χρησιμοποίηση επιφανειών υψηλού βαθμού. Για την επίλυση του παραπάνω θέματος θα πρέπει να συνενωθούν διαφορετικές επιφάνειες Bezier, χαμηλότερου βαθμού, χρησιμοποιώντας κατάλληλες συνθήκες συνέχειας. Το παραπάνω πρόβλημα επιλύεται με τις επιφάνειες B-Spline, όπως και τα αντίστοιχα μειονεκτήματα των καμπυλών Bezier επιλύονται με τις καμπύλες B-Spline. Οι επιφάνειες B-Spline βαθμού k ως προς t και l ως προς u, αποτελούνται από επιμέρους παραμετρικές επιφάνειες βαθμού k ως προς t 204

205 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης και l ως προς u, που συνενώνονται με συνέχεια C k-1 ως προς t και C l-1 ως προς u. Οι επιφάνειες B-Spline κατασκευάζονται με την βοήθεια των καμπυλών B-Spline, με τον ίδιο τρόπο που και οι επιφάνειες Bezier κατασκευάζονται αντίστοιχα με την βοήθεια των καμπυλών Bezier. Ποιο αναλυτικά θεωρούμε μία καμπύλη B-Spline βαθμού k ως προς t, τα σημεία της οποίας διαγράφουν καμπύλες B-Spline βαθμού l ως προς u. Η επιφάνεια που δημιουργείτε από την παραπάνω διαδικασία είναι μια επιφάνεια B-Spline. Οι επιφάνειες B-Spline σε αντιστοιχία με τις επιφάνειες Bezier ορίζονται από ένα τετραγωνικό πίνακα των σημείων ελέγχου PP iijj με i=0,1,.,m, j=0,1,,n διαστάσεων (m+1) * (n+1). Όπου τα m και n είναι ανεξάρτητα των k και l αντίστοιχα Ιδιότητες επιφανειών B-Spline Οι ιδιότητες που παρουσιάζουν οι επιφάνειες B-Spline είναι άμεσα συσχετιζόμενες με τις ιδιότητες των καμπυλών B-Spline. Οι πιο σημαντικές από αυτές είναι οι παρακάτω: Τοπικός έλεγχος: οι επιφάνειες B-Spline, όπως και οι καμπύλες B-Spline παρουσιάζουν τοπικό έλεγχο. Έτσι μία αλλαγή ενός σημείου ελέγχου PP iijj θα έχει επίδραση μόνο σε ένα συγκεκριμένο τμήμα της επιφάνειας. Ιδιότητα κυρτής περιβάλλουσας: Η επιφάνεια B-Spline βρίσκεται πάντα μέσα στην κυρτή περιβάλλουσα που δημιουργούν τα σημεία ελέγχου της. Επιπλέων ισχύει ότι, κάθε σημείο της επιφάνειας βρίσκεται μέσα στην κυρτή περιβάλλουσα των (k+1)*(l+1) σημείων που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του. Αναλλοίωτη σε μετασχηματισμούς: οι επιφάνειες B-Spline παραμένουν αναλλοίωτες σε συσχετισμένους μετασχηματισμούς καθώς και σε συσχετισμένους μετασχηματισμούς παραμέτρου Μοντέλο βιομηχανικών στερεών (Constructive Solid Geometry - CSG) Η ιδέα πάνω στην οποία βασίζεται η μέθοδος αυτή για την δημιουργία στερεών είναι η παράσταση των βασικών βιομηχανικών πράξεων (συγκόλληση, τρύπημα, καλούπωμα), μέσω των βασικών πράξεων των συνόλων (ένωση, αφαίρεση, τομή), πάνω σε ένα σύνολο βασικών σχημάτων: 205

206 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης σφαίρα, κώνος, κύλινδρος, ορθογώνιο παραλληλεπίπεδο. Το έναυσμα για την ανάπτυξη του μοντέλου αυτού, ήταν η ανάγκη για ένα διαδραστικό τρόπο δημιουργίας στερεών. Το μοντέλο CSG είναι ένας ογκομετρικός (volumetric) τρόπος παράστασης των αντικειμένων, δηλαδή γα την παράσταση των αντικειμένων χρησιμοποιούνται όγκοι και τα βασικά στερεά (primitives), σε αντίθεση π.χ. με το πολυγωνικό μοντέλο παράστασης που χρησιμοποιεί επιφάνειες. Στη μέθοδο των βιομηχανικών στερεών το μοντέλο αναπαριστάται σε μορφή δένδρου (Εικόνα 19: παράδειγμα δένδρου CSG). Τα φύλλα του δένδρου αναπαριστούν βασικά στερεά και οι ενδιάμεσοι κόμβοι τους τελεστές συνόλων. Η παράσταση αυτή δεν περιγράφει μόνο τον σχηματισμό του αντικειμένου αλλά και την ιστορία του σχηματισμού αυτού. Συμπεραίνουμε εύκολα δηλαδή ότι η διαδικασία δημιουργίας ενός αντικειμένου (μοντελοποίηση) και το μοντέλο παράστασης ταυτίζονται. Αυτό είναι και το βασικότερο πλεονέκτημα του μοντέλου αυτού. Παρέχεται λοιπών η δυνατότητα για διορθώσεις και μετά το πέρας της δημιουργίας ενός στερεού. Π.χ. μπορούμε να μεγαλώσουμε τη διάμετρο μιας τρύπας, μεγαλώνοντας τη διάμετρο ενός κυλίνδρου με τον οποίο έχουμε κάνει μία αφαίρεση, ακόμα και αν μετά από αυτήν την πράξη συνόλου έχουμε κάνει και άλλη πράξη. Μία αντίστοιχη αλλαγή σε ένα πολυγωνικό μοντέλο θα ήταν δύσκολη και χρονοβόρα. Θα πρέπει να αναφερθεί στο σημείο αυτό ότι η σχεδίαση πολύπλοκων αντικειμένων με τον τρόπο αυτό είναι μια απαιτητική διαδικασία η οποία απαιτεί και μεγάλη εμπειρία από τον σχεδιαστή. 206

207 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 23: παράδειγμα δένδρου CSG Τα μειονεκτήματα που αναδύονται από την χρήση του μοντέλου των βιομηχανικών στερεών είναι: πρώτον ότι το σύνολο των διαθέσιμων πράξεων είναι περιορισμένο και δεύτερον ότι ο απαιτούμενος υπολογιστικός χρόνος που απαιτείται για την δημιουργία μιας εικόνας απεικόνισης του αντικειμένου (rendered image) είναι μεγάλος. Σχετικά με το πρώτο θέμα, το πρόβλημα προέρχεται από το γεγονός ότι οι πράξεις συνόλων είναι καθολικές, επηρεάζουν δηλαδή ολόκληρο το στερεό. Έτσι σε ένα αντικείμενο που έχει αναπτυχθεί με το μοντέλο CSG είναι δύσκολο να πραγματοποιηθούν μετατροπές σε ένα και μόνο συγκεκριμένο σημείο ή πιο συγκεκριμένα σε μόνο μια επιφάνεια. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η συγχώνευση (blending) επιφανειών. Όσον αφορά στο δεύτερο θέμα που αναφέρθηκε παραπάνω και σχετίζεται με τους τρόπους δημιουργίας εικόνων από το μοντέλο CSG, έχουν προταθεί δύο τρόποι για την επίλυση του. Ο ένας είναι η χρήση εξειδικευμένων τεχνικών όπως π.χ. οι αλγόριθμοι παρακολούθησης ακτίνας (ray - tracing), ενώ ο δεύτερος και πιο 207

208 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης διαδεδομένος είναι η μετατροπή του μοντέλου CSG σε πολυγωνικό μοντέλο ή σε μοντέλο υποδιαίρεσης χώρου, ώστε να μπορεί να γίνει χρήση των μεθόδων οπτικοποίησης που έχουν αναπτυχθεί αντίστοιχα για αυτά τα μοντέλα παράστασης Υποδιαίρεση χώρου (space subdivision techniques) Η μέθοδος της υποδιαίρεσης του χώρου, (συναντάται και ως spatial occupancy enumeration) θεωρεί το σύνολο του χώρου που περιβάλει κάθε αντικείμενο και ορίζει για κάθε σημείο του χώρου αυτού αν καταλαμβάνεται από το αντικείμενο ή όχι. Είναι και αυτό ένα ογκομετρικό (volumetric) μοντέλο παράστασης όπως και το CSG, σε αντίθεση όμως με το CSG, το οποίο χρησιμοποιεί μια πληθώρα γεωμετρικών σχημάτων και βασικών στερεών, το μοντέλο υποδιαίρεσης χώρου βασίζεται σε μικροσκοπικούς κύβους που θεωρούνται ως το βασικό δομικό στοιχείο της παράστασης αυτής και τα οποία ονομάζονται voxels. Βασιζόμενοι στο μοντέλο αυτό μπορούμε να υποδιαιρέσουμε τον χώρο σε voxels και για κάθε ένα από αυτά να προσδιορίσουμε αν βρίσκονται στον χώρο του αντικειμένου ή στον κενό χώρο (Watt & Policarpo, 3D GAMES Real-time Rendering and Software Technology, 2001), (Foley, Van Dam, Feiner, & Hughes, 1996). Το κυριότερο πρόβλημα που αναδύεται από τη χρήση του μοντέλου της υποδιαίρεσης χώρου είναι η κατανάλωση τεράστιου αποθηκευτικού χώρου για την αναπαράσταση αντικειμένων όπου απαιτείται μεγάλη ακρίβεια. Αυτό γίνεται εύκολα κατανοητό αν σκεφτούμε την αναπαράσταση ενός κύκλου [Εικόνα 20] με τη χρήση τετράγωνων pixel, όσον αφορά τον δισδιάστατο χώρο. Αν το παραπάνω πρόβλημα το μεταφέρουμε στις τρείς διαστάσεις ώστε να αναπαραστήσουμε μια σφαίρα με την χρήση voxel, τότε ο όγκος που απαιτείται για την αποθήκευση των δεδομένων αυξάνεται ανάλογα με τον κύβο της ακρίβειας (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999). 208

209 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 24: αναπαράσταση ημικύκλιου με το μοντέλο παράστασης της υποδιαίρεσης χώρου Η τεχνική αυτή αποτελεί ένα χρήσιμο τρόπο αναπαράστασης αντικειμένων για ορισμένες εφαρμογές. Ένα παράδειγμα τέτοιας εφαρμογής όπου θεωρείται χρήσιμος αυτός ο τρόπος αναπαράστασης είναι σε ιατρικές εφαρμογές και ποιο συγκεκριμένα στους τομογράφους. Ένα άλλο παράδειγμα, το οποίο μας ενδιαφέρει περισσότερο στην παρούσα εργασία είναι η χρήση του μοντέλου αυτού στους αλγόριθμους παρακολούθησης ακτίνας (ray tracing), καθώς ο αλγόριθμος αυτός δουλεύει πολύ ποιο αποδοτικά με το συγκεκριμένο τρόπο αναπαράστασης. Έτσι με τον τρόπο αυτό, ο έλεγχος που κάνει ο αλγόριθμος «συγκρούεται η συγκεκριμένη ακτίνα με αντικείμενα της σκηνής;» ο οποίος είναι ένας αρκετά απαιτητικός έλεγχος για να πραγματοποιείται για κάθε αντικείμενο, μετατρέπεται ως εξής «σε ποια αντικείμενα συναντούνται καθώς ακολουθείτε η διαδρομή μίας ακτίνας μέσα στον χώρο των voxels;» Με τον συγκεκριμένο τρόπο ο έλεγχος γίνεται πολύ πιο γρήγορα καθώς ο έλεγχος δεν γίνεται για κάθε πολύγωνο της σκηνής, αλλά για κάθε voxel το οποίο μπορεί να περιέχει πολύγωνα, αντικείμενα ή ομάδες αντικειμένων. 209

210 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 25: αναπαράσταση του χώρου που καταλαμβάνει ένα αντικείμενο σε voxel, ανάλογα με την ακρίβεια που απαιτείται ο αριθμός των voxel μπορεί να μειωθεί σημαντικά Ο βασικός τρόπος αναπαράστασης των voxels είναι το οκταδικό δένδρο (octree), μία ιεραρχική δομή, η οποία αναπαριστά τον τρόπο με τον οποίο τα αντικείμενα καταλαμβάνουν χώρο σε μία τρισδιάστατη σκηνή. Η βασική ιδέα είναι ότι υποδιαιρούμε τον 3Δ χώρο (έναν κύβο) σε οχτώ υπό-κύβους και ακολούθως τον καθένα από αυτούς ώσπου να φτάσουμε στο επίπεδο των voxels τα οποία θα χαρακτηρίζουν και την επιθυμητή ανάλυση. Η μέθοδος της υποδιαίρεσης χώρου έχει δύο βασικές εφαρμογές. Καταρχήν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αναπαράσταση των αντικειμένων της σκηνής όπως έχει ήδη περιγραφεί. Το μειονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι ότι για μια μεγάλη σκηνή, στην οποία απαιτείται μεγάλη ανάλυση, ο απαιτούμενος χώρος για την αποθήκευση της πληροφορίας θα είναι τεράστιος. Η δεύτερη εφαρμογή στην οποία χρησιμοποιείται συνήθως η τεχνική της υποδιαίρεσης χώρου δεν σχετίζεται με τη μοντελοποίηση των αντικειμένων, αλλά με την κατανομή των αντικειμένων αυτών στη σκηνή. Στην περίπτωση αυτή, χρησιμοποιούμε «κλασικές» μεθόδους μοντελοποίησης των αντικειμένων (π.χ. σαν αυτές που περιγράφηκαν στις προηγούμενες 210

211 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης ενότητες και κυρίως το πολυγωνικό μοντέλο), και χρησιμοποιούμε τα οκταδικά δένδρα για να περιγράψουμε την κατανομή των αντικειμένων μέσα στη σκηνή μας. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται στους αλγόριθμους αναπαράστασης και φωτισμού, π.χ. στους αλγόριθμους παρακολούθησης ακτίνας όπως αναφερθήκαμε παραπάνω Δένδρα δυαδικού διαχωρισμού χώρου (BSP trees Binary Space Partitioning) Ένας εναλλακτικός τρόπος αναπαράστασης, αντί του οκταδικού δένδρο, είναι αυτός των δένδρων δυαδικού διαχωρισμού του χώρου. Στο μοντέλο αυτό κάθε μη-τερματικός κόμβος διαχωρίζεται σε δύο μέρη. Το BSP tree δεν είναι ένας άμεσος τρόπος παράστασης αντικειμένων (αν και σε συγκεκριμένες περιπτώσεις μπορεί να είναι), αλλά ένας τρόπος διαμερισμού του χώρου για συγκεκριμένους σκοπούς, κυρίως στην απόκρυψη επιφανειών (hidden surface removal). Αρκεί σε αυτό το σημείο να αναφερθεί ότι ο διαχωρισμός δεν είναι υποχρεωτικό να γίνεται σε κύβους αλλά σε οποιαδήποτε μορφή και δεύτερων ότι με τον τρόπο αυτό η αναζήτηση μέσα στο δένδρο, αν αυτό σχεδιαστεί σωστά, έχει μικρότερο βάθος Εξειδικευμένα μοντέλα παράστασης αντικειμένων, διεργασιακή μοντελοποίηση (procedural modeling) Στο κεφάλαιο αυτό θα μελετήσουμε πιο εξειδικευμένα μοντέλα παράστασης αντικειμένων όπως τα συστήματα σωματιδίων (particle systems) και τα μορφοκλάσματα (fractals). Τέτοια μοντέλα παράστασης του εικονικού κόσμου αποτελούν μεθόδους που ανήκουν στο χώρο της διεργασιακής μοντελοποίησης (procedural modeling). Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τεχνικές όπου με την χρήση αλγορίθμων περιγράφεται η διεργασία με την οποία δημιουργείται το αντικείμενο. Με τον όρο procedural modeling συνήθως εννοούνται εκτός από τις διεργασίες δημιουργίας αντικειμένων και οι διεργασίες περιγραφής της κίνησης του αντικειμένου αυτού στο χώρο, όπως και μέθοδοι απεικόνισης του (π.χ. εξειδικευμένα μοντέλα δημιουργίας και απεικόνισης υφής). Η διεργασιακή μοντελοποίηση μπορεί να χωριστεί σε δύο βασικά είδη. Πρώτον, για περιγραφή φυσικών φαινομένων, τα οποία διέπονται από ορισμένους κανόνες. Τα μοντέλα αυτά σχετίζονται τόσο με την 211

212 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης δημιουργία της παράστασης του αντικειμένου όσο και με την κίνηση του. Σε αυτό το είδος ανήκουν τα συστήματα σωματιδίων. Το δεύτερο είδος διεργασιακής μοντελοποίησης σχετίζεται με το σχηματισμό αντικειμένων μέσω αλγοριθμικών μεθόδων και στο οποίο ανήκουν μοντέλα όπως π.χ. τα fractals καθώς και άλλα διεργασιακά μοντέλα βασισμένα σε γλώσσες γραμματικές. Συνήθως αυτού του είδους η διεργασιακή μοντελοποίηση χρησιμοποιείται για σχεδιασμό φυσικών αντικειμένων όπως σύννεφα, φυτά, βουνά ή γενικά έδαφος, κτλ. Επίσης αντίστοιχα μοντέλα, ως εξέλιξη των παραπάνω χρησιμοποιούνται και για την ανάπτυξη τρισδιάστατων αρχιτεκτονικών περιβαλλόντων που εκτείνονται σε μεγάλη κλίμακα, τέτοια παραδείγματα είναι ο σχεδιασμός πόλεων, μεγάλων κτιρίων και επιφάνειες των κτιρίων αυτών όπως τοίχοι, κεραμίδια κτλ. (Kari, procedural modeling, 2004) (Νικολαίδης, 2008) Η ανάγκη για την ανάπτυξη της διεργασιακής μοντελοποίησης είναι ότι κάποια αντικείμενα, λόγο πολυπλοκότητας, μεγέθους ή επιθυμητής ακρίβειας και λεπτομέρειας είναι δύσκολο ως και αδύνατο να μοντελοποιηθούν με αναλυτικούς «παραδοσιακούς» τρόπους μοντελοποίησης. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της χρήσης μοντέλων διεργασιακής μοντελοποίησης σχετίζονται με την «διεύρυνση» των δεδομένων και τα οφέλη που παρουσιάζει. Τα ποιο βασικά είναι ότι: Από μία απλή περιγραφή των δεδομένων και των συνθηκών που διέπουν τα δεδομένα αυτά και μέσω κατάλληλων διεργασιών μπορεί να παραχθεί μεγάλο μέγεθος δεδομένων. Έτσι αντί να γίνεται αποθήκευση μεγάλου μεγέθους δεδομένων που περιγράφουν κάποια πολύπλοκα στοιχεία της σκηνής, αυτά μπορούν να δημιουργούνται σε πραγματικό χρόνο τη στιγμή που τα χρειαζόμαστε. Τα δεδομένα μπορούν να δημιουργούνται μόνο όταν υπάρχει ανάγκη για αυτά καθώς. Επίσης έχουν τη δυνατότητα να δημιουργούνται στην ακρίβεια που πραγματικά χρειάζεται. Είναι λοιπών εφικτό να δημιουργείται ένα μοντέλο μόνο όταν είναι γνωστό ότι είναι πραγματικά χρήσιμο, ή να δημιουργείται μόνο το τμήμα εκείνο του μοντέλου που 212

213 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης είναι ορατό. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να γίνει εξοικονόμηση τόσο σε υπολογιστικούς όσο και σε αποθηκευτικούς πόρους Συστήματα σωματιδίων (particle systems) Τα συστήματα σωματιδίων (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999), (Watt & Policarpo, 3D GAMES Real-time Rendering and Software Technology, 2001) χρησιμοποιούνται για την δημιουργία μοντέλων προσέγγισης φαινομένων τα οποία δεν έχουν μια σαφή γεωμετρική περιγραφή αλλά είναι γνωστοί οι φυσικοί κανόνες που διέπουν τα σωματίδια τα οποία σχηματίζουν το φαινόμενο. Για τη δημιουργία του εκάστοτε μοντέλου, αρχικά χρειάζεται η μελέτη του εκάστοτε φαινομένου ώστε να διατυπωθούν οι κανόνες που το διέπουν. Έπειτα ορίζονται εξισώσεις που περιγράφουν τους φυσικούς νόμους και κανόνες που μελετήθηκαν. Λύνοντας για κάθε σωματίδιο τις εξισώσεις αυτές βρίσκεται η εκάστοτε κατάσταση του σωματιδίου. Αν η διαδικασία αυτή επαναληφθεί για κάθε σωματίδιο σε διαδοχικά καρέ τότε είναι εφικτό να διατυπωθεί η εξέλιξη του φαινομένου στο χρόνο Διεργασιακά μοντέλα βασισμένα σε γλώσσες - μορφοκλάσματα - (Fractals) Τα διεργασιακά μοντέλα βασισμένα σε γλώσσες χρησιμοποιούνται στην σχεδίαση των γραφικών, όχι για να προσδιορίσουν με ακρίβεια τα πολύγωνα γραμμές που το αποτελούν, αλλά βάσει αλγορίθμων και κανόνων να περιγράψουν πως αυτά τα πολύγωνα γραμμές δημιουργούνται. Οι εφαρμογές που χρησιμοποιούνται συνήθως τα διεργασιακά μοντέλα βασισμένα σε γλώσσες στα γραφικά με Η/Υ, πέρα από την μοντελοποίηση, είναι η συμπίεση εικόνας κ.α. Τα μορφοκλάσματα χρησιμοποιούνται για την σχεδίαση αντικειμένων ή φαινομένων που παρουσιάζουν το φαινόμενο της αυτοομοιότας (self-similarity). Τέτοια αντικείμενα υπάρχουν στην φύση και από εκεί γεννήθηκε η ιδέα αλλά και η ανάγκη για την ανάπτυξη διεργασιακών μοντέλων, μερικά τέτοια παραδείγματα αντικειμένων που παρουσιάζουν το φαινόμενο της αυτοομοιότητας και τα συναντάμε στη φύση είναι το μήκος μιας ακτής, τα σύννεφα, τα κλαδιά ενός δένδρου και το σύστημα αιμοφόρων αγγείων των ζώων. Με τον όρο αυτοομοιότητα εννοείται η ιδιότητα κάποιον αντικειμένων να φαίνονται όμοια, ανεξάρτητα από την κλίμακα από την οποία τα παρατηρούμε (Καλαφατούδης, 1991). 213

214 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Ο όρος Fractal πρωτο-χρησιμοποιήθηκε από τον Benoit Mandlebrot τη δεκαετία του 70, έχουν όμως αναπτυχθεί πολύ αλγόριθμοι fractal οι οποίοι χρησιμοποιούνται στην ανάπτυξη γραφικών με Η/Υ σε διάφορες εφαρμογές. Οι αλγόριθμοι αυτοί που αναφέρονται στη βιβλιογραφία και ως γραμματικές ή γλώσσες ή και L-Systems, περιγράφουν τον σχηματισμό των αντικειμένων μέσω συνόλων συμβόλων και κανόνες αντικατάστασης συμβόλων, κανόνες δηλαδή που παράγουν νέα σύμβολα και είναι υπεύθυνα για την «ανάπτυξη» του αντικειμένου. Συνήθως οι αλγόριθμοι αυτοί παρουσιάζουν μία πιθανή εισαγωγή τυχαιότητας, δηλαδή περισσότερους από έναν κανόνες αντικατάστασης συμβόλων. Αναλυτικότερα τα L-Systems απαρτίζονται από: Μεταβλητές: σύμβολα που μπορούν να αλλάξουν Σταθερές: οι οποίες παραμένουν ίδιες Κανόνες: που περιγράφουν τον τρόπο αλλαγής των μεταβλητών Αρχή: οι αρχικές δηλαδή τιμές από τις οποίες αρχίζει να τρέχει ο αλγόριθμος Μερικοί από τους ποιο γνωστούς αλγόριθμους fractals είναι: οι καμπύλες/ νιφάδες Koch, η καμπύλη Hilbert και τα σύνολα Mandlebrot και Julia. Καμπύλες/ νιφάδες Koch: o Σε κάθε επανάληψη φτιάχνω μια καμπύλη που κείται μεταξύ των ιδίων σημείων αλλά έχει μήκος τα 4/3 της αρχικής o Αναλυτικότερα: χωρίζω το αρχικό μήκος σε τρία ίσα μέρη o Αντικαθιστώ το μεσαίο μέρος με δύο ίσα μέρη, το καθένα από τα οποία ισούται και με το 1/3 του αρχικού μήκους o Επαναλαμβάνω Καμπύλη Hilbert καμπύλες πλήρωσης χώρου: o κατασκευάζεται από 4 απλά πρότυπα o όσο μεγαλώνει η τάξη η καμπύλη Hilbert αυξάνει σε μήκος αλλά δεν τέμνεται και παραμένει σε ένα παραλληλόγραμμο o στο πρώτο επίπεδο αποτελείται από μία κοιλότητα, στο δεύτερο επίπεδο η κοιλότητα αντικαθίσταται από τέσσερις μικρότερες κοιλότητες οι οποίες συνδέονται από τρείς συνδέσμους, κάθε επανάληψη αντικαθιστά κάθε κοιλότητα με τέσσερις μικρότερες κοιλότητες και ου το καθεξής. 214

215 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 26: καμπύλη Hilbert σύνολα Mandlebrot και Julia: o Τα σύνολα Julia ZZ nn+1 = ZZ nn 2 + CC(Από το όνομα του Γάλλου μαθηματικού Gaston Julia που τ' ανακάλυψε) δημιουργήθηκαν εισάγοντας ένα μιγαδικό αριθμό σε μια επαναληπτική συνάρτηση o Το σύνολο Mandelbrot είναι ένας κατάλογος όλων των δυνατών C και για ZZ 0 = 0 και 2 ZZ nn 2 για τα οποία το σύνολο Julia είναι ενωμένο. Τα σύνολα Mandelbrot είναι τα πιο φημισμένα fractal επειδή είναι εξαιρετικά σύνθετα και ήταν τα πρώτα που ανακαλύφθηκαν από τον ιδρυτή της fractal γεωμετρίας o Αν πλησιάσουμε πιο κοντά το σύνολο Mandelbrot θα παρατηρήσουμε ότι υπάρχουν μικρότερα αντίγραφα του συνόλου παντού, τα οποία όμως είναι όλα ενωμένα με το κεντρικό τμήμα Εικόνα 27: σύνολο Mandlebrot 215

216 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Σχεδίαση τοπίων / ανάπτυξη τρισδιάστατων μοντέλων εδαφών μέσω fractals Τα διεργασιακά μοντέλα των fractals χρησιμοποιούνται ευρέως στα τρισδιάστατα γραφικά για την ανάπτυξη τρισδιάστατων μοντέλων εδαφών. Η ευκολότερη και ποιό διαδεδομένη μέθοδος για την διεργασία αυτή περιλαμβάνει την υποδιαίρεση των επιφανειών του αντικειμένου. Η διαδικασία της υποδιαίρεσης πραγματοποιείται ως ότου καταλήξουμε στο επιθυμητό επίπεδο ανάλυσης για την σχεδίαση του τελικού αντικειμένου. Στην βιβλιογραφία συναντούνται διάφοροι αλγόριθμοι υποδιαίρεσης επιφανειών με τους οποίους όμως δεν θα ασχοληθούμε στο σημείο αυτό. (Kari, procedural modeling, 2004), (Martz, 1996) Για την ανάπτυξη τρισδιάστατων μοντέλων εδαφών, συνήθως χρησιμοποιείται ο «αλγόριθμος του μέσου». Αλγόριθμος του μέσου (midpoint algorithm) σε 1 διάσταση o Επιλέγουμε το μέσω μίας ευθείας o Το μετακινούμε επάνω ή κάτω ανάλογα με ένα τυχαίο αριθμό (έκταση) o Μειώνουμε την έκταση κατά 2 -Η, όπου Η, σταθερά τραχύτητας με Η[0,1] o Μικροί αριθμοί στο Η παράγουν ποιο τραχιά αποτελέσματα Εικόνα 28: αλγόριθμος του μέσου σε 1 διάσταση Αλγόριθμος του μέσου σε 2 διαστάσεις (diamond square algorithm) o Επαναλήψεις υποδιαίρεσης: Βήμα 1 ο δημιουργίας ρόμβου (diamond step): αρχίζοντας από ένα τετράγωνο, παράγουμε μία τυχαία τιμή στο κέντρο του τετραγώνου, το σημείο δηλαδή που ενώνονται οι δύο 216

217 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης διάμεσοι. Η τιμή αυτή προκύπτει από την μέση τιμή των τιμών των γωνιακών σημείων προσαυξημένο με μία τυχαία τιμή. Αν αρχικά έχουμε πολλά τετράγωνα σε ένα πλέγμα, τότε με την παραπάνω διαδικασία, προκύπτουν ρόμβοι. Βήμα 2 ο δημιουργίας τετραγώνου: αρχίζοντας από ρόμβους τεσσάρων σημείων, παράγουμε μια τυχαία τιμή, με αντίστοιχο τρόπο όπως και στο παραπάνω βήμα, για το κέντρο του ρόμβου. Με την διαδικασία αυτή και για ένα πλέγμα που οι ρόμβοι επαναλαμβάνονται, τότε προκύπτουν ξανά σχηματισμοί τετραγώνων. Εικόνα 29: αλγόριθμος του μέσου σε 2 διαστάσεις Εικόνα 30: ανάπτυξη τρισδιάστατων μοντέλων εδαφών μέσω fractals Γεωμετρική μοντελοποίηση της σκηνής και των αντικειμένων του εικονικού κόσμου Με τον όρο γεωμετρική μοντελοποίηση (geometric modeling) εννοούνται οι τρόποι τεχνικές δημιουργίας των μοντέλων και των δομών παράστασης τρισδιάστατης γεωμετρίας, που εξετάστηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο. 217

218 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Οι βασικοί τρόποι δημιουργίας πολυγωνικών μοντέλων είναι η χρήση χειροκίνητου τρισδιάστατου (3Δ) ψηφιοποιητή, η χρήση αυτόματου 3Δ ψηφιοποιητή και τέλος οι ποιο διαδεδομένοι τρόποι, οι οποίοι θα χρησιμοποιηθούν και στην παρούσα εργασία, η μαθηματική περιγραφή, η ελεύθερη παραμόρφωση της δομής (free form deformation) καθώς και η χειρονακτική δημιουργία των μοντέλων. Σημειώνεται ότι κάποιες από τις παραπάνω μεθόδους είναι κοινοί και σε άλλα μοντέλα παράστασης και κυρίως με το μοντέλο των παραμετρικών επιφανειών. Η χρήση των μεθόδων αυτών σπάνια χρησιμοποιείται μεμονωμένα. Αντιθέτως, συνήθως χρησιμοποιείται συνδυασμός των παραπάνω μεθόδων ώστε να δημιουργηθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα. Τα σύγχρονα σχεδιαστικά προγράμματα προσφέρουν δυνατότητες τρισδιάστατης μοντελοποίησης χρησιμοποιώντας μύξη όλων αυτών των μεθόδων, ώστε ο σχεδιαστής να είναι ελεύθερος να επιλέξει το κατάλληλο εργαλείο ανάλογα με τις συνθήκες. Αυτό εφαρμόζεται συνήθως σε μοντέλα που έχουν δημιουργηθεί παραμετρικά, μιας και αυτή η μέθοδος προσφέρει μεγαλύτερη ευκολία και περισσότερες δυνατότητες στο χρήστη. Στη συνέχεια εκτελούνται αυτόματοι αλγόριθμοι πολυγωνοποίησης (polygonalization) ή τριγωνοποίησης (triangularization), ώστε να μπορεί να πραγματοποιηθεί η απόδοση των γραφικών ή να αποθηκευτούν στην κατάλληλη μορφή (Kim, Designing Virtual Reality Systems: The Structured Approach, 2005). Τέλος η χρήση τους επηρεάζεται τόσο από τους διαθέσιμους πόρους, όσο και από την εμπειρία των σχεδιαστών Χειροκίνητοι και αυτόματοι τρισδιάστατοι ψηφιοποιητές Για την δημιουργία πολυγωνικών μοντέλων μεγάλης ακρίβειας, που αναπαριστούν φυσικά αντικείμενα αναπτύσσονται από τη βιομηχανία των γραφικών διάφορες συσκευές ψηφιοποίησης που ονομάζονται τρισδιάστατοι ψηφιοποιητές (3d digitizers). Οι συσκευές αυτές χρησιμοποιούνται για την εισαγωγή των σημείων που δημιουργούν τα πολύγωνα και κατ επέκταση ολόκληρο το αντικείμενο. Οι χειροκίνητοι τρισδιάστατοι ψηφιοποιητές συνήθως αποτελούνται από ένα βραχίονα με μία ακίδα. Με την κίνηση της ακίδας αυτής στο χώρο μπορούμε να εισάγουμε σημεία τα οποία στη συνέχεια με τη βοήθεια ειδικού λογισμικού θα δημιουργήσουν τα πολύγωνα του αντικειμένου. Επειδή στην περίπτωση αυτή η κίνηση της ακίδας στον χώρο γύρω από το αντικείμενο 218

219 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης γίνεται από τον ίδιο τον χρήστη, η συσκευή ονομάζεται χειροκίνητος ψηφιοποιητής. Εικόνα 31: χειροκίνητος τρισδιάστατος ψηφιοποιητής Στη δεύτερη περίπτωση η εισαγωγή των αντίστοιχων σημείων γίνεται αυτόματα μέσω συσκευής, ονομάζεται συνήθως laser ranger, που χρησιμοποιεί ακτίνες laser. Στην περίπτωση αυτή το αντικείμενο τοποθετείται πάνω σε ένα περιστρεφόμενο δίσκο, ενώ ο μετρητής laser βρίσκεται σε σταθερή σημείο με φορά προς το κέντρο του δίσκου. Με τον τρόπο αυτό, καθώς το αντικείμενο περιστρέφεται, καταγράφονται αυτόματα οι αποστάσεις του από τον μετρητή και δημιουργείτε το πολυγωνικό μοντέλο του αντικειμένου με την βοήθεια κάποιου εξειδικευμένου λογισμικού. Επίσης έχουν αναπτυχθεί συσκευές ψηφιοποίησης με την χρήση laser που η χρήση τους γίνεται χειροκίνητα, για αντικείμενα που το μέγεθος τους δεν τους επιτρέπει να τοποθετηθούν στη προηγούμενη συσκευή (Εικόνα 7). Η τελευταία εξέλιξη της τεχνολογίας στον τομέα της τρισδιάστατης ψηφιοποίησης είναι συσκευές που τοποθετούνται σε κάποιον χώρο και ψηφιοποιούν όλο τον γύρο χώρο. Αυτό είναι εφικτό είτε με την χρήση συσκευών οι οποίες περιστρέφονται γύρω από έναν κεντρικό άξονα, είτε με την χρήση συσκευών που έχουν από μόνες τους την δυνατότητα να σαρώσουν τα γύρω αντικείμενα σε κάποια ακτίνα. Το πλεονέκτημα της χρήσης τρισδιάστατων αυτόματων ψηφιοποιητών έχουμε την δυνατότητα για δημιουργία μοντέλων με μεγάλη ακρίβεια. Το βασικό όμως μειονέκτημα που παρουσιάζουν οι παραπάνω μέθοδοι χρήσης ψηφιοποιητών είναι ότι δεν 219

220 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης υπάρχει δυνατότητα για μοντελοποίηση κοίλων επιφανειών (Watt, 3D Computer Graphics, 1999). Εικόνα 32: KONICA MINOLTA Non-Contact 3D Digitizer Οι παραπάνω μέθοδοι ψηφιοποίησης που αναφέρονται είναι οι πιο διαδεδομένοι και αναφέρονται απλώς ενδεικτικά, καθώς υπάρχουν και άλλοι τρόποι για την ψηφιοποίηση τρισδιάστατων σκηνών. Πρέπει να αναφερθεί τέλος, ότι η ανάπτυξη μεθόδων και συσκευών τρισδιάστατης ψηφιοποίησης συνεχώς παράγει νέες ιδέες και τεχνολογίες και βελτιώνει τις ήδη υπάρχουσες. Το παραπάνω έχει ως αποτέλεσμα, την ανάπτυξη νέων πιο αποτελεσματικών, αλλά και συγχρόνως και πολύ σημαντικότερο, ποιο οικονομικών συσκευών. Πρέπει να αναφερθεί σε αυτό το σημείο ότι αρχικά οι συσκευές ψηφιοποίησης ήταν ένα αρκετά εξειδικευμένο υλισμικό με πολύ μεγάλο κόστος, με αποτέλεσμα να απευθύνεται μόνο σε μεγάλους οργανισμούς και εταιρείες. Με την ανάπτυξη όμως νέων πιο οικονομικών συσκευών, η παραπάνω κατάσταση έχει αλλάξει και πιστεύεται ότι στο μέλλον κάποιες απλές τέτοιες συσκευές θα είναι προσιτές σε περισσότερο κόσμο Μαθηματική περιγραφή (mathematical generation) Η μαθηματική περιγραφή για την δημιουργία πολυγωνικών μοντέλων είναι η πιο διαδεδομένη μέθοδος και αυτή που ενδιαφέρει περισσότερο στην 220

221 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης παρούσα εργασία. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στην περιγραφή των μοντέλων μέσω ενός συνόλου καμπυλών. Έτσι μέσω δυσδιάστατων στοιχείων μπορούν να δημιουργηθούν τρισδιάστατα μοντέλα. Δύο είναι τα βασικά πλεονεκτήματα της μεθόδου αυτής. Πρώτον, ο σχεδιαστής δεν είναι αναγκασμένος να ασχολείται με τη «χαμηλού επιπέδου» δραστηριότητα της δημιουργίας ενός αντικειμένου από ξεχωριστά πολύγωνα. Αντιθέτως, ο σχεδιαστής περιγράφει την «φόρμα» του αντικειμένου μέσω απλών σχημάτων και στη συνέχεια μέσω αλγορίθμων δημιουργείται το πολυγωνικό μοντέλο. Το δεύτερο πλεονέκτημα της μεθόδου αυτής είναι ότι μπορεί να χρησιμοποιήσει δι-κυβικές καμπύλες για τον σχηματισμό παραμετρικών επιφανειών. Επίσης, δεν είναι απαραίτητο η καμπύλη να διατηρείται σταθερή σε όλη την τροχιά της, αλλά αρκεί να υπάρχει μια αντιστοιχία των αλλαγών αυτών σε διαδοχικές θέσεις της τροχιάς της. Οι βασικότεροι τρόποι μαθηματικής περιγραφή είναι η σάρωση (sweep), η περιστροφή (rotate) η οποία μπορεί να εξεταστεί ως μια συγκεκριμένη περίπτωση της σάρωσης, η εξώθηση (extrude) και οι οδηγούμενες επιφάνειες (ruled). (Watt, 3D Computer Graphics, 1999), (Foley, Van Dam, Feiner, & Hughes, 1996) Επιφάνειες σαρώσεως sweep ή extrude Ο ποιο απλός τρόπος μαθηματικής περιγραφής είναι η επιφάνεια σάρωσης. Μία επιφάνεια σαρώσεως προκύπτει από την μετακίνηση μιας καμπύλης (γεννέτηρα) σε μια δεδομένη διεύθυνση ή από την παράλληλη μετακίνηση μιας ευθείας γραμμής κατά μήκος μιας επίπεδης καμπύλης. Η ποιό απλή περίπτωση σάρωσης είναι οι επιφάνειες εξώθησης (extrusion), στις οποίες η σάρωση πραγματοποιείται σε ένα δυσδιάστατο στοιχείο κατά άξονα κάθετο στο επίπεδο που βρίσκεται το στοιχείο αυτό. Κατ επέκταση η γεννέτηρα καθώς και η καμπύλη μου γίνεται η σάρωση μπορούν να πάρουν κάθε δυνατή μορφή. Με τον τρόπο αυτό δημιουργούνται και οι υπόλοιποι τρόποι μαθηματικής περιγραφής. 221

222 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 33: παράδειγμα επιφάνειας σάρωσης - εξώθησης Επιφάνειες σαρώσεως μεταβλητής τροχιάς Στην περίπτωση όπου η γεννέτηρα μας μετακινείτε κατά μήκος τυχαίας τροχιάς που σχηματίζει καμπύλη τότε η επιφάνεια αυτή ονομάζεται επιφάνεια σάρωσης μεταβλητής τροχιάς. Στη συγκεκριμένη μέθοδο απαιτείται πιο ενδελεχής έλεγχος της παραγόμενης επιφάνειας ή του 3Δ στοιχείου, καθώς προκύπτουν τα εξής θέματα: Έλεγχος του μεγέθους των πολυγώνων αφού αυτό ενδέχεται να μεταβάλλεται κατά μήκος της σάρωσης Έλεγχος του προσανατολισμού της γεννέτηρας σε σχέση με την καμπύλη σάρωσης, π.χ. αν θα είναι παράλληλη με την εφαπτόμενη της καμπύλης σε κάθε θέση ή αν θα διατηρεί τον αρχικό της προσανατολισμό της κατά μήκος όλης της σάρωσης Έλεγχος για τον αν το παραγόμενο στοιχείο τέμνεται σε κάποιο σημείο από τον ίδιο του τον εαυτό (self-intersection). Εικόνα 34: παράδειγμα επιφάνειας σάρωσης με "λάθος" αποτέλεσμα - self-intersection 222

223 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Μια άλλη μορφή επιφάνειας σάρωσης, που ανήκει όμως στην ίδια ομάδα είναι αυτή όπου η αρχική γεννέτηρα ενδέχεται να αλλάζει μέγεθος ή και μορφή κατά μήκος της καμπύλης σάρωσης που διατρέχει. Αν π.χ. αλλάζει το μέγεθος μπορεί να δημιουργηθεί ένα αντικείμενο κωνικής μορφής. Ή αν αλλάζει η μορφή μπορούν να δημιουργηθούν αρκετά πολύπλοκα αλλά και ενδιαφέροντα 3Δ αποτελέσματα. Οι επιφάνειες αυτής της μορφής ονομάζονται cross-section surfaces. Εικόνα 35: παράδειγμα επιφάνειας σάρωσης μεταβλητής τροχιάς - cross-section surfaces Οδηγούμενες επιφάνειες ruled Οι οδηγούμενες επιφάνειες σχηματίζονται με την γραμμική ένωση δύο καμπυλών. Πιο συγκεκριμένα έστω δύο καμπύλες, η οδηγούμενη επιφάνεια είναι αυτή που σχηματίζεται από την ένωση, με γραμμικά στοιχεία, των σημείων της μίας καμπύλης με τα αντίστοιχα της άλλης. Εικόνα 36: παράδειγμα οδηγούμενης επιφάνειας 223

224 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Επιφάνειες εκ περιστροφής rotation Οι επιφάνειες εκ περιστροφής μπορούν να περιγραφούν, ως επιφάνειες σάρωσης όπου η γεννέτηρα όμως σαρώνεται όχι πάνω σε μια ευθεία αλλά πάνω σε ένα κύκλο ή ένα τόξο κύκλου. Περιστρέφοντας έτσι μία κλειστή επίπεδη καμπύλη γύρω από ένα σημείο λαμβάνουμε ένα στερεό. Αν χωρίσουμε αυτή την καμπύλη σε διακριτά σημεία και η περιστροφή γίνει για διακριτές τιμές γωνίας, τότε μπορούμε να υπολογίσουμε τα πολύγωνα, το σύνολο των οποίον απαρτίζουν το μοντέλο μας. (Watt & Policarpo, 3D GAMES Real-time Rendering and Software Technology, 2001) Εικόνα 37: επιφάνεια σάρωσης εκ' περιστροφής Χειρονακτική δημιουργία μοντέλων Σε πολλές περιπτώσεις ο σχεδιαστής είναι αναγκασμένος να χρησιμοποιήσει την πιο χαμηλού επιπέδου διεργασία δημιουργίας τρισδιάστατων μοντέλων, δηλαδή τη χειρονακτική δημιουργία μοντέλων. Στην περίπτωση αυτή, ο σχεδιαστής είναι αναγκασμένος να περιγράψει σε «χαμηλό επίπεδο», δηλαδή με τοποθέτηση των σημείων που δημιουργούν τις επιφάνειες στο χώρο, ώστε οι επιφάνειες αυτές να δημιουργούν τα εκάστοτε αντικείμενα. Η διαδικασία αυτή είναι αρκετά απαιτητική και χρονοβόρα Ανάπτυξη από πρωτογενή στοιχεία Pre build objects Ο σχεδιαστής έχει στη διάθεση του μια συλλογή - βιβλιοθήκη από πρωτογενή αντικείμενα τα οποία μπορεί να τα παραμετροποιήσει και να τα 224

225 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης τροποποιήσει (Vince J. A., 2004). Μία απλή τέτοια συλλογή μπορεί να περιλαμβάνει βασικά στοιχεία όπως κύβους, κώνους, σφαίρες κτλ. Πιο εξειδικευμένα εργαλεία όμως μπορούν να προσφέρουν πρόσβαση σε πολύ πιο πολύπλοκα αντικείμενα όπως σκάλες, κτίρια, φυτά κτλ. Και αυτή η τεχνική μοντελοποίησης είναι πολύ συνηθισμένη σε συνδυασμό πάντα και με τις υπόλοιπες τεχνικές. Εικόνα 38: τυπική συλλογή από γεωμετρικά πρωτογενή αντικείμενα Βασικές πράξεις συνόλων Boolean set operations Η μέθοδος αυτή μοντελοποίησης βασίζεται στην ίδια ιδέα με το μοντέλο παράστασης CSG. Ο σχεδιαστής περιγράφει τη γεωμετρία της σκηνής του, χρησιμοποιώντας τις απλές πράξεις συνόλων, ένωση, αφαίρεση, τομή, τις οποίες εφαρμόζει πάνω σε πρωτογενή αντικείμενα. Και αυτή η τεχνική έχει εξελιχθεί έτσι ώστε να μπορεί να εκτελεστεί όχι μόνο στο μοντέλο CSG αλλά τόσο στο πολυγωνικό όσο και στις παραμετρικές επιφάνειες Ελεύθερη παραμόρφωση/ γλυπτική της φόρμας Free form deformation/ sculpting Η μέθοδος αυτή μοντελοποίησης βασίζεται στο μοντέλο παράστασης των παραμετρικών επιφανειών. Όπως έχει ήδη αναφερθεί οι επιφάνειες B- spline προσφέρουν την δυνατότητα του τοπικού ελέγχου. Βασιζόμενοι στην 225

226 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης ιδιότητα αυτή, αν ο σχεδιαστής έχει στη διάθεση του, ώστε να μπορεί να το μορφοποιήσει, το πλέγμα που δημιουργούν τα σημεία ελέγχου, τότε αντίστοιχα μπορεί να μορφοποιήσει και την παραμετρική επιφάνεια. Από τις ιδιότητες των παραμετρικών επιφανειών είναι εύκολα αντιληπτό ότι αυτή δεν είναι μια εύκολη διαδικασία καθώς πρέπει να ξεπεραστούν κάποια προβλήματα (Watt, 3D Computer Graphics, 1999). Σημαντικότερα από αυτό είναι η συνέχεια μεταξύ των επιφανειών και ο τοπικός έλεγχος. Ο τρόπος επίλυσης των προβλημάτων ατών είναι πέρα από τους στόχους της παρούσα διπλωματικής. Τα σύγχρονα προγράμματα σχεδίασης προσφέρουν δυνατότητες ελεύθερης παραμόρφωσης και το εργαλείο αυτό προσφέρει απεριόριστες δυνατότητες στους σχεδιαστές ώστε να δημιουργήσουν ενδιαφέρουσες φόρμες. Εικόνα 39: παράδειγμα ελεύθερης παραμόρφωσης αντικειμένων Φωτογραμμετρική μοντελοποίηση photogrammetric modeling Ένα παράδειγμα εξειδικευμένης τεχνικής μοντελοποίησης το οποίο αναφέρεται στο σημείο αυτό, είναι η φωτογραμμετρική μοντελοποίηση. Η αναφορά της μεθόδου μοντελοποίησης αυτής γίνεται για δύο λόγους. Πρώτον, γιατί μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη στην ανάπτυξη εφαρμογών εικονικού περιβάλλοντος όπου η περιήγηση γίνεται μέσα σε αστικά περιβάλλοντα. Ο δεύτερος λόγος είναι ότι μέσα από το εξειδικευμένο παράδειγμα αυτό μπορεί να γίνει αντιληπτή η μεγάλη ποικιλία εξειδικευμένων τεχνικών που έχουν δημιουργηθεί για τη μοντελοποίηση, πέρα από τις κλασικές μεθόδους οι οποίες αναλύθηκαν παραπάνω. 226

227 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Στόχος της φωτογραμμετρικής μοντελοποίησης είναι η δημιουργία του γεωμετρικού μοντέλου του αντικειμένου μέσα από ένα σύνολο φωτογραφιών. Το παράδειγμα που αναφέρεται εδώ, λόγω και του μεγάλου ενδιαφέροντος που αυτό δημιουργεί στον τομέα των εικονικών περιβαλλόντων, αφορά τη γεωμετρική μοντελοποίηση αρχιτεκτονικών κτηρίων. Η φωτογραμετρική μοντελοποίηση είναι αποδοτική και βολική καθώς εκμεταλλεύεται τους περιορισμούς εκείνους που χαρακτηρίζουν μια αρχιτεκτονική σκηνή. Με την τεχνική αυτή όμως δημιουργούνται μόνο τα βασικά σχήματα του γεωμετρικού μοντέλου του αρχιτεκτονικού κτηρίου. Εικόνα 40: παράδειγμα φωτογραμμετρικής μοντελοποίησης Ένα παράδειγμα βελτίωσης τη τεχνικής αυτής είναι αυτό του (Debevec, 1996), το οποίο όμως συνδυάζει τη μοντελοποίηση και την απόδοση συγχρόνως. Στο παράδειγμα αυτό η φωτογραμμετρική μοντελοποίηση συνδυάζεται με μία νέα στερεοσκοπική μέθοδο βασισμένη στο μοντέλο (model-based stereo method). Η νέα τεχνική αυτή μπορεί να δημιουργήσει πολύ πιο λεπτομερή γεωμετρικά μοντέλα κάνοντας χρήση λιγότερων φωτογραφιών. Στην ουσία η μέθοδος αυτή βασίζεται στο μοντέλο που έχει δημιουργηθεί από τη φωτογραμμετρική μοντελοποίηση και υπολογίζει κατά πόσο παρεκκλίνει από το πραγματικό μοντέλο. Στη συνέχεια υπολογίζει και τοποθετεί τις εικόνες σε ένα κοινό πλαίσιο αναφοράς το οποίο δημιουργεί τη στερεοσκοπική αντιστοιχία. Τέλος η στερεοσκοπική αυτή αντιστοιχία χρησιμοποιείται για να παραχθούν νέες πιο λεπτομερείς απόψεις της σκηνής σε συνδυασμό με τις τεχνικές απόδοσης βασισμένες σε εικόνα (IBR). 227

228 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 41: παράδειγμα μοντελοποίησης και απόδοσης από την τεχνική του (Debevec, 1996) Βελτιστοποίηση του πολυγωνικού μοντέλου Όπως έχει ήδη αναφερθεί το πιο διαδεδομένο μοντέλο παράστασης στα εικονικά περιβάλλοντα είναι το πολυγωνικό. Το μοντέλο αυτό παρά τα σημαντικά του προτερήματα τα οποία το έχουν συμβάλει στη διάδοση του παρουσιάζει και κάποια σημαντικά μειονεκτήματα. Το πιο γνωστό πρόβλημα είναι ότι απαιτεί μεγάλο αριθμό πολυγώνων, άρα είναι και πιο απαιτητικό σε υπολογιστική δύναμη, για την αναπαράσταση πολύπλοκων και με λεπτομέρειες αντικειμένων. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού έχουν αναπτυχθεί δύο τεχνικές, η μείωση του αριθμού των πολυγώνων (polygon reduction) και το επίπεδο λεπτομέρειας (level of detail LOD). Οι τεχνικές αυτές έχουν μεγάλη σημασία στη ανάπτυξη αποδοτικών εικονικών περιβαλλόντων. Παρά όλα αυτά όπως σημειώνεται από τον (Eastgate, September 2001), αλλά παρατηρήθηκε και έντονα κατά τη μελέτη της βιβλιογραφίας, πολύ συχνά παραλείπεται από τους σχεδιαστές Μείωση του αριθμού των πολυγώνων polygon reduction Η μείωση του αριθμού των πολυγώνων ενός αντικειμένου γίνεται μέσω ειδικών αλγορίθμων που έχουν αναπτυχθεί. Μετά το τέλος της διαδικασίας της μοντελοποίησης είναι πιθανό να έχουν δημιουργηθεί κάποια μοντέλα τα οποία να είναι πολύ «βαριά» για το υπολογιστικό σύστημα που θα τρέξει η 228

229 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης εφαρμογή. Με τους αλγόριθμος μείωσης πολυγώνων μειώνονται τα πολύγωνα του αντικειμένου κάτι που προφανώς έχει επιπτώσεις στην ακρίβεια του μοντέλου αυτού. Ο σχεδιαστής θα πρέπει να βρει μια ισορροπία μεταξύ της επιθυμητής ακρίβειας και της υπολογιστικής δύναμης που απαιτείται Έλεγχος επιπέδου λεπτομέρειας level of detail (LOD) control ή management ή distancing Όπως έχει αναφερθεί και στο υποκεφάλαιο μειονεκτήματα πολυγωνικού μοντέλου το πολυγωνικό μοντέλο παρουσιάζει το πρόβλημα της κλίμακας. Δηλαδή, της προβολής μεγάλων και πολύπλοκων πολυγωνικών μοντέλων, σε πολύ πικρό αριθμό εικονοστοιχείων όταν τα μοντέλα αυτά βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση από τον παρατηρητή. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού, το οποίο καταναλώνει κρίσιμη υπολογιστική δύναμη χωρίς λόγο, χρησιμοποιούνται τα επίπεδα λεπτομέρειας. (Wilson & Eastgate, 2002) Η ιδέα πίσω από το LOD είναι ότι αντί να χρησιμοποιείται το ίδιο «βαρύ» μοντέλο ανεξαρτήτως της απόστασης του από τον παρατηρητή, αυτό μπορεί να αντικατασταθεί από κάποιο άλλο μοντέλο με λιγότερα πολύγωνα το οποίο να προσεγγίζει το πρώτο. Η διαδικασία αυτή μπορεί να συνεχίζει ανάλογα με την απόσταση του μοντέλου από τον παρατηρητή. Το LOD χρησιμοποιείτε συνήθως και σε συνδυασμό με την τεχνική της ομίχλη (fog). Ο συνδυασμός αυτός επιτρέπει την παράληψη απόδοσης των αντικειμένων που βρίσκονται πολύ μακριά από το χρήστη. (Watt, 3D Computer Graphics, 1999) (Akenine- Moller & Haines, 2002) 229

230 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 42: παράδειγμα διαφορετικών LOD, η μείωση των πολυγώνων δεν γίνεται αισθητή λόγω της απόστασης Το LOD μπορεί να χωριστεί σε τρείς βασικές διαδικασίες: Δημιουργία (generation) των διαφορετικών επιπέδων λεπτομέρειας. Επιλογή (selection) του κατάλληλου επιπέδου σύμφωνα με κάποια κριτήρια, όπως απόσταση από τον παρατηρητή και χώρο που καταλαμβάνει στην οθόνη. Αλλαγή (switching) από ένα επίπεδο λεπτομέρειας σε ένα άλλο. Για κάθε μία από τις παραπάνω διαδικασίες έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μηχανισμοί και αλγόριθμοι. Η επιλογή των κατάλληλων τεχνικών εξαρτάται τόσο από το λογισμικό που θα χρησιμοποιηθεί, όσο και από τις υπολογιστικές δυνατότητες που είναι διαθέσιμες. 230

231 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 43: δύο διαφορετικά LOD του ίδιου μοντέλου, το πρώτο αποτελείται από πολύγωνα, ενώ το δεύτερο από μόλις Θέματα που σχετίζονται με την απεικόνιση: γραφική σωλήνωση εξόδου, αντιταύτιση, αποκοπή, προβολές, απόκρυψη επιφανειών Στα δύο προηγούμενα κεφάλαιο έχει γίνει ήδη μια αναφορά στα μοντέλα παράστασης των αντικειμένων καθώς και στις μεθόδου σύμφωνα με τις οποίες θα δημιουργηθούν τα μοντέλα αυτά. Στο παρών κεφάλαιο γίνεται μια αναφορά στα σημαντικότερα θέματα που σχετίζονται με τη διαδικασία εκείνη η οποία θα δημιουργήσει τις εικόνες εκείνες που θα απεικονίζουν τα αντικείμενα αυτά. Με τον όρο απεικόνιση απόδοση (rendering) εννοείται η δημιουργία ενός ρεαλιστικού ειδώλου της σκηνής στην εκάστοτε συσκευή εξόδου. Η τεχνική της απεικόνισης των γραφικών αρχίζει εκεί που τελειώνει η μοντελοποίηση της σκηνής. Χρειάζεται δηλαδή να έχει ολοκληρωθεί ο καθορισμός της γεωμετρικής περιγραφής των αντικειμένων καθώς και η τοπολογική διάταξη των αντικειμένων στο χώρο. Επίσης, για την απόδοση πιο φωτορεαλιστικών αποτελεσμάτων απαιτείται ο καθορισμός των φωτεινών πηγών της σκηνής και άλλων χαρακτηριστικών των αντικειμένων όπως το χρώμα, το υλικό, και η υφή τους. Η ανάλυση των τελευταίων αυτών στοιχείων ακολουθεί σε επόμενο κεφάλαιο. 231

232 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Λόγω της έκτασης της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν αδύνατο να μελετηθούν όλα τα στοιχεία εκείνα τα οποία συμβάλουν στην απεικόνιση της σκηνής. Για το λόγο αυτό επιλέχθηκαν τα στοιχεία εκείνα που περιγράφοντας τα, ο σχεδιαστής εικονικών περιβαλλόντων θα δημιουργήσει μια εικόνα για τη διαδικασία αυτή και θα καταλάβει το ρόλο τους στην απεικόνιση. Τα στοιχεία που εξετάζονται στη συνέχεια είναι: Η γραφική σωλήνωση εξόδου Η αντιταύτιση Οι προβολές Η αποκοπή Και τέλος η απόκρυψη των επιφανειών Γραφική σωλήνωση εξόδου Η γραφική σωλήνωση εξόδου είναι ένας τρόπος περιγραφής της διαδικασίας δημιουργίας εικόνων από ένα μοντέλο που χρησιμοποιείται στα γραφικά. Αναφέρεται στο σημείο αυτό ώστε να γίνει πιο κατανοητή η χρησιμότητα/ αναγκαιότητα καθώς και η θέση των στοιχείων που αναλύονται στο κεφάλαιο αυτό, στη δημιουργία των τελικών εικόνων. Μέσα από τη διαδικασία αυτή γίνονται όλοι εκείνοι οι υπολογισμοί ώστε η πληροφορία που αναπαριστά με τρισδιάστατο τρόπο ένα περιβάλλον να μετατραπεί στην τελική δισδιάστατη εικόνα που ο χρήστης λαμβάνει μέσω της συσκευής εξόδου. 232

233 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης 3Δ μετασχηματισμοί μοντέλου 3Δ μετασχηματισμοί παρατήρησης 3Δ μαθηματικά μοντέλα Δημιουργία σκηνής: θέσεις αντικειμένων, φωτεινών πηγών, παρατήρησης Διαγραφή πίσω επιφανειών/ 3Δ αποκοπή Απόκρυψη πίσω επιφανειών Παράσταση στην οθόνη: Σάρωση, αντιταύτιση, φωτισμός, υφή Εικόνα 44: γραφική σωλήνωση εξόδου Το πρόβλημα της ταύτισης (aliasing) και η δειγματοληψία (sampling) Ταύτιση είναι το φαινόμενο κατά το οποίο η αναπαραγωγή ενός σήματος μεγάλης συχνότητας ταυτίζεται με αυτή ενός σήματος μικρής συχνότητας. Κατά την διαδικασία της απεικόνισης των γραφικών το φαινόμενο της ταύτισης εμφανίζεται σε τρείς μορφές: Η τεθλασμένη (jagged) εμφάνιση ευθύγραμμων τμημάτων ή ακμών πολυγώνων. Λανθασμένη εμφάνιση αντικειμένων με επαναλαμβανόμενα στοιχεία. Λανθασμένη εμφάνιση μικρών αντικειμένων η αντικειμένων που βρίσκονται σε μεγάλη απόσταση από τον παρατηρητή, έτσι π.χ. ένα μικρό αντικείμενο που εμφανίζεται σε ένα pixel ενδέχεται να εμφανίζεται και να εξαφανίζεται σε διαφορετικά καρέ. Σε κάθε περίπτωση το φαινόμενο της ταύτισης οφείλεται στο γεγονός ότι τα αντικείμενα της σκηνής αποτελούνται από στοιχεία (ευθείες, ακμές, 233

234 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης πολύγωνα ) τα οποία είναι συνεχή σήματα, σε αντίθεση με την οθόνη η οποία αποτελείται από διακριτά σημεία (pixel), τα οποία καταλαμβάνουν μια πεπερασμένη επιφάνεια. Έστω ότι η καταχώρηση ενός pixel εντός ή εκτός ενός πολυγώνου εξαρτάται από τη θέση του κέντρου του pixel σε σχέση με το πολύγωνο. Τότε θα υπάρχουν pixel με λάθος χρώμα καθώς μπορεί να μην καλύπτονται πλήρως από το πολύγωνο. Εικόνα 45: απεικόνιση πολυγώνου χωρίς χρήση αντιταύτισης Λόγω του παραπάνω φαινομένου, ότι δηλαδή η σκηνή αποτελείται από συνεχή σήματα ενώ η οθόνη από διακριτά σημεία, θα πρέπει να γίνεται δειγματοληψία. Να υπολογίζονται δείγματα (samples) δηλαδή από το συνεχές αναλογικό σήμα της σκηνής μας, ώστε αυτό να «μεταφράζεται» σε διακριτό ψηφιακό σήμα. Το φαινόμενο της ταύτισης προέρχεται από τη χαμηλή δειγματοληψία (συχνότητα δειγματοληψίας frequency). Σύμφωνα με το θεώρημα Nyquist της θεωρίας σημάτων για την πιστή αναπαραγωγή ενός σήματος η συχνότητα δειγματοληψίας (ff ss ) πρέπει να είναι υπερδιπλάσια τις μεγαλύτερης συχνότητας (ff mmmmmm ) που μπορεί να έχει το σήμα αυτό: ff ss > 2 ff mmmmmm 234

235 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 46: διαδικασία δειγματοληψίας κι ανακατασκευής σήματος Στην Εικόνα 37 φαίνεται η διαδικασία κατά την οποία γίνεται δειγματοληψία σε ένα συνεχές σήμα ώστε αυτό να μετατραπεί σε διακριτό σήμα. Ο σκοπός της δειγματοληψίας είναι να μπορεί να αναπαρασταθεί το σήμα σε ψηφιακή μορφή και να μειωθεί το μέγεθος της πληροφορίας. Στο τέλος της διαδικασίας το σήμα θα πρέπει να ανακατασκευαστεί (reconstruction), ώστε να ανακτήσουμε το αρχικό σήμα. Κατά τη διαδικασία αυτή ενδέχεται να εμφανιστεί το φαινόμενο της ταύτισης. Όπως έχουμε είδη σημειώσει, ταύτιση είναι το φαινόμενο το οποίο συμβαίνει όταν σε ένα σήμα γίνεται δειγματοληψία με πολύ χαμηλή συχνότητα (under-sampling). Έτσι το σήμα αυτό παρουσιάζεται να έχει χαμηλότερη συχνότητα από ότι το πρωτότυπο και για να το αποφύγουμε θα πρέπει να ισχύει το θεώρημα Niquist. Όπως φαίνεται στην Εικόνα 45 η συνεχής γραμμή αναπαριστά το αρχικό σήμα και οι τελείες αναπαριστούν τα σημεία στα οποία γίνεται η δειγματοληψία, ενώ η διακεκομμένη γραμμή αναπαριστά το ανακατασκευασμένο σήμα. Έτσι στο πρώτο παράδειγμα παρατηρείται μια χαμηλή συχνότητα δειγματοληψίας με αποτέλεσμα το ανακατασκευασμένο σήμα να έχει χαμηλότερη συχνότητα από ότι το αρχικό. Στο δεύτερο παράδειγμα υπάρχει ακριβώς η διπλάσια συχνότητα δειγματοληψίας όπως αναφέρει και το θεώρημα Niquist, αλλά το ανακατασκευασμένο σήμα παρουσιάζεται να είναι ευθεία γραμμή. Αν αυξηθεί η συχνότητα δειγματοληψίας έστω και στο ελάχιστο τότε το ανακατασκευασμένο σήμα θα παρουσιάζεται αρκετά όμοιο έως και ίδιο με το αρχικό (Akenine-Moller & Haines, 2002) (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999) (Watt & Policarpo, 3D GAMES Real-time Rendering and Software Technology, 2001). 235

236 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 47: παράδειγμα χαμηλής συχνότητας δειγματοληψίας Μέθοδοι αντιταύτισης Antialiasing methods Οι μέθοδοι αντιταύτισης μπορούν να χωριστούν σε δύο ειδών, η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει μεθόδους που αυξάνουν τη συχνότητα δειγματοληψίας, δημιουργώντας μια εικόνα που αποτελείται από περισσότερα σημεία και στη συνέχεια υπολογίζει το χρωματικό μέσο όρο των σημείων που αντιστοιχούν σε κάθε pixel της οθόνης. Η μέθοδοι της κατηγορίας αυτής ονομάζονται μετα-φιλτράρισμα (post-filtering), καθώς το φιλτράρισμα των υψηλών συχνοτήτων γίνεται μετά τη δειγματοληψία ή υπερ-δειγματοληψία (super-sampling). Οι μέθοδοι τις κατηγορίας αυτής συνήθως χρησιμοποιούνται στης απεικόνιση γραφικών σε πραγματικό χρόνο, αν και λόγο της φύσης τους δεν εξαλείφουν εντελώς την ταύτιση αλλά την περιορίζουν. Στην άλλη κατηγορία μεθόδων αντιταύτισης, πριν την εκτέλεση δειγματοληψίας, εξάγονται από το σήμα συχνότητες μεγαλύτερες ή ίσες με το μισό της συχνότητας δειγματοληψίας, οι μέθοδοι τις κατηγορίας αυτής ονομάζονται προ-φιλτράρσμα (pre filtering) Αντιταύτιση με προ-φιλτράρισμα Pro-filtering Οι τεχνικές που περιλαμβάνονται σε αυτή την κατηγορία, όπως λέει και το όνομα τους, ενεργούν πριν τη δειγματοληψία και άρα δεν αντιμετωπίζουν όριο στις συχνότητες που μπορεί να πραγματοποιηθεί η αντιταύτιση. Με τις τεχνικές αυτές υπολογίζεται η συνεισφορά των στοιχείων των αντικειμένων, μέσω του εμβαδού που καταλαμβάνουν σε κάθε pixel. Οι δύο βασικές τεχνικές προ-φιλτραρίσματος είναι ο αλγόριθμος Catmull και η μέθοδος A- buffer. 236

237 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Αλγόριθμος Catmull Ο αλγόριθμος αυτός θεωρεί κάθε pixel ως ένα τετράγωνο, με τον τρόπο αυτό προσδιορίζεται με ακρίβεια η ορατή επιφάνεια του κάθε πολυγώνου που τέμνει το pixel. Η χρωματική απόχρωση του κάθε pixel υπολογίζεται αθροίζοντας τα γινόμενα της ορατής επιφάνειας κάθε πολυγώνου (ως ποσοστό της επιφάνειας του pixel) επί τη χρωματική απόχρωση του πολυγώνου. Το μειονέκτημα του αλγορίθμου αυτού είναι ότι δεν υπολογίζει τη μεταβολή της τιμής φωτισμού του κάθε πολυγώνου, αλλά θεωρεί ότι κάθε πολύγωνο έχει σταθερή χρωματική απόχρωση. Εικόνα 48: η τελική απόχρωση του pixel (I) υπολογίζεται από το ποσοστό επιφάνειας του κάθε πολυγώνου Α επί την απόχρωση του κάθε πολυγώνου Ι i. I = I 1 * A 1 + I 2 * A 2 + I 3 * A 3 + I B * A B Μέθοδος A-buffer Η μέθοδος αυτή, αναφέρεται στην βιβλιογραφία και ως αλγόριθμος multisampling, χρησιμοποιεί λογικά πεδία και λογικούς τελεστές για τον υπολογισμό του ποσοστού καλυπτόμενης επιφάνειας ενός pixel από κάθε πολύγωνο, όχι όμως με ακρίβεια όπως ο αλγόριθμος Catmull αλλά προσεγγιστικά. Επίσης στη βιβλιογραφία η συγκεκριμένη μέθοδος συναντάται και ως μέθοδος με μετα-φιλτράρισμα (Äyräväinen, 2002). Για την ακρίβεια, το εμβαδόν του κάθε πολυγώνου προσεγγίζεται ανάλογα με τον αριθμό των καλυπτόμενων διακριτών σημείων. Είναι φυσικό άρα ότι η μέθοδος αυτή θα είναι ταχύτερη από τον αλγόριθμο Catmull. Επίσης, ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με τις μεθόδους αντιταύτισης με μετα-φιλτράρισμα είναι ότι σε αντίθεση με αυτές, η υπολογιστική ισχύς που απαιτείται είναι ανάλογη της πολυπλοκότητας της εικόνας σε κάθε pixel. Η μέθοδος αυτή 237

238 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης είναι ίσως η πιο διαδεδομένη στα γραφικά με ηλεκτρονικό υπολογιστή, αλλά για υψηλής ποιότητας απόδοσης γραφικών και συνεπώς δεν χρησιμοποιείται σε διαδραστικές εφαρμογές όπως τα εικονικά περιβάλλοντα. Εικόνα 49: παράδειγμα αλγορίθμου A-buffer όπου φαίνεται πως δημιουργείται η μάσκα του πολυγώνου Αντιταύτιση με μετα-φιλτράρισμα, n ομοιόμορφα δείγματα ανά pixel Post filtering, n uniform samples per pixel Η μέθοδος αυτή είναι η ποιο κοινή μέθοδος αντιταύτισης και απαιτεί την απόδοση rendering της εικόνας κατά n φορές της ανάλυσης της τελικής εικόνας. Ποιο αναλυτικά θεωρεί ένα αριθμό n, «εικονικών» pixel, μεγαλύτερο από αυτό της οθόνης και αντιστοιχεί σε κάθε πραγματικό pixel πολλά τέτοια «εικονικά» pixel. Αρχικά υπολογίζονται η χρωματική απόχρωση του κάθε «εικονικού» pixel και στη συνέχεια για κάθε πραγματικό pixel υπολογίζονται οι χρωματικοί μέσοι όροι των «εικονικών» pixel που βρίσκονται σε αυτό. Αν και η υλοποίηση αυτή είναι απλή παρουσιάζει δυο βασικά μειονεκτήματα: Η διαδικασία της δημιουργίας εικόνων/ απόδοση, είναι είδη μια ακριβή διαδικασία από άποψη υπολογιστικού κόστους. Με τη μέθοδο αυτή το υπολογιστικό κόστος αυτό πολλαπλασιάζεται όσο και ο αριθμός των «εικονικών» pixel ανά πραγματικό pixel δηλαδή κατά n. Είναι λογικό άρα να υπάρχει κάποιο όριο σε αυτό τον αριθμό ώστε να μπορεί να υπάρξει μία σωστή αναλογία μεταξύ υπολογιστικού κόστους και επιθυμητού αποτελέσματος. Θεωρητικά το πρόβλημα της ταύτισης δε λύνεται πλήρως, απλά περιορίζεται. Συμπεραίνουμε ότι το τελικό αποτέλεσμα με την χρήση της συγκεκριμένης μεθόδου, εξαρτάται άμεσα από τον αριθμό n, από τον αριθμό δηλαδή των «εικονικών» pixel που βρίσκονται μέσα σε ένα πραγματικό. 238

239 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Τέλος, ένα άλλο μειονέκτημα της μεθόδου είναι ότι δε λαμβάνει υπ όψη το περιεχόμενο της εικόνας, καθώς είτε η επιφάνεια είναι πολύπλοκη, με πολλαπλές ακμές και χρώματα είτε είναι μονόχρωμη, θα καταναλωθεί η ίδια υπολογιστική δύναμη Στοχαστικές μέθοδοι αντιταύτισης Stochastic samples Οι μέθοδοι της κατηγορίας αυτής είναι υποκατηγορία των μεθόδων αντιταύτισης με μετα-φιλτράρισμα και στην ουσία είναι μια παραλλαγή της παραπάνω κατηγορίας. Συγκεκριμένα, αντί η δειγματοληψία να γίνεται ομοιόμορφα (uniform) μέσα σε κάθε πραγματικό pixel όπως αναφερθήκαμε στην παραπάνω κατηγορία, γίνεται τυχαία. Εικόνα 50: μέθοδοι αντιταύτισης με μετα-φιλτράρισμα, έστω ότι κάθε τετράγωνο συμβολίζει ένα pixel. Στην πρώτη περίπτωση βλέπουμε ένα παράδειγμα με ομοιόμορφη δειγματοληψία. Τα υπόλοιπα σχήματα παριστάνουν παραδείγματα στοχαστικής αντιταύτισης, στο δεύτερο σχήμα βλέπουμε δειγματοληψία με τυχαίους αριθμούς, στην τρίτη έχουμε δειγματοληψία με τυχαιότητα πάλι αλλά με ελάχιστη απόκλιση και τέλος έχουμε ένα παράδειγμα με τυχαία μετατόπιση. Όπως έχει παρατηρηθεί, σήματα των οποίων η συχνότητα ξεπερνά το όριο Niquist, ταυτίζονται με σήματα χαμηλότερης συχνότητας, όταν η συχνότητα δειγματοληψίας είναι καθορισμένη, π.χ. όταν πραγματοποιείται σε ισαπέχοντα ομοιόμορφα σημεία, όπως στην παραπάνω κατηγορία. Για να λύσουμε το παραπάνω πρόβλημα, προτείνεται τα σημεία δειγματοληψίας να επιλέγονται με τυχαίο, αλλά ελεγχόμενο τρόπο. Μερικοί τρόποι δημιουργίας τυχαίων σημείων δειγματοληψίας είναι: οι τυχαίοι αριθμοί (Poisson), οι τυχαίοι αριθμοί με ελάχιστη απόκλιση (Poisson disk) και τέλος η τυχαία μετατόπιση (jittered). Οι στοχαστικές μέθοδοι είναι αποτελεσματικοί αλλά συγχρόνως και πιο αξιόπιστοι σε αντίθεση με τις μεθόδους της προηγούμενης κατηγορίας. 239

240 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Προβολές Το υποκεφάλαιο αυτό ασχολείται με τη διεργασία της δημιουργίας δισδιάστατων καρέ. Καθώς έχει γίνει κατανοητό έως τώρα το μοντέλο του εικονικού κόσμου είναι τρισδιάστατο. Οι συσκευές απεικόνισης όμως που συνήθως χρησιμοποιούνται είναι δισδιάστατες. Συνεπώς για να δημιουργηθεί η απεικόνιση ενός καρέ στο χρήστη θα πρέπει να γίνει μια μετατροπή προβολή του τρισδιάστατου χώρου, σε ένα δισδιάστατο επίπεδο προβολής. Σημειώνεται ότι το υποκεφάλαιο αυτό ασχολείται μόνο με τις προβολές για συσκευές απεικόνισης που είναι δισδιάστατες. Η προβολή σε τρισδιάστατες συσκευές απεικόνισης όπως πχ. σε θόλους πραγματοποιείται αν ως επίπεδο προβολής θεωρηθεί μια σφαιρική επιφάνεια. (Gutiérrez, Vexo, & Thalmann, 2008), (Blundell, 2008) Υπάρχουν δύο βασικά θέματα τα οποία σχετίζονται με τις προβολές και τα οποία θα εξεταστούν στη συνέχεια: Η γεωμετρία των προβολών Και δεύτερον οι απαραίτητοι μετασχηματισμοί παρατήρησης Γεωμετρία προβολών Υπάρχουν δύο βασικές γεωμετρίες προβολών, η παράλληλη (parallel) προβολή και η προοπτική (perspective). Εικόνα 51: παραδείγματα παράλληλης και προοπτικής προβολής 240

241 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Παράλληλη προβολή Στις προβολές αυτές η απόσταση του κέντρου προβολής θεωρείται άπειρη. Οι πιο απλές παράλληλες προβολές είναι οι ορθογώνιες ενώ πιο σύνθετες είναι οι πλάγιες παράλληλες προβολές (οι ακτίνες δεν είναι κάθετες στο επίπεδο προβολής) και οι ορθογραφικές (οι ακτίνες πέφτουν κάθετα στο επίπεδο προβολή). Οι παράλληλες προβολές χρησιμοποιούνται κυρίως στον αρχιτεκτονικό σχεδιασμό καθώς και στο σχεδιασμό υποβοηθούμενο από υπολογιστή (computer aided design - CAD). Καθώς η παράλληλη προβολή δεν χρησιμοποιείται εκτενώς στα εικονικά περιβάλλοντα δεν αναλύεται περεταίρω Προοπτική προβολή Οι προοπτικές προβολές προσομοιάζουν τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβάνεται το βάθος ο άνθρωπος. Είναι κατάλληλες δηλαδή για τη δημιουργία ρεαλιστικών απόψεων. Αυτός είναι και ο λόγος που χρησιμοποιούνται εκτενώς στα εικονικά περιβάλλοντα. Αυτό επιτυγχάνεται καθώς όλες οι ακτίνες περνάνε μέσα από ένα συγκεκριμένο σημείο. Το κέντρο παρατήρησης τοποθετείται στο αντίθετο μέρος του επιπέδου προβολής όπου προβάλλονται τα αντικείμενα. Συνεπώς ο χώρος που προβάλλεται είναι μία κομμένη πυραμίδα Εικόνα 43. Οι σημαντικότερες ιδιότητες των προοπτικών προβολών είναι (Papaioannou): Οι ευθείες προβάλλονται σε ευθείες. Οι αποστάσεις αλλάζουν (γενικά). Οι παράλληλες ευθείες στις 3Δ,που είναι μη παράλληλες με το επίπεδο προβολής, δεν προβάλλονται σε παράλληλες ευθείες αλλά σε ευθείες που τέμνονται σε κάποιο σημείο φυγής. Η γωνία μεταξύ των ευθειών αλλάζει, εκτός αν το επίπεδο της γωνίας είναι παράλληλο με το επίπεδο προβολής. Προοπτική Σμίκρυνση, το μέγεθος του προβαλλόμενου αντικειμένου είναι αντιστρόφως ανάλογο της απόστασής του από το επίπεδο προβολής. 241

242 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Μετασχηματισμοί παρατήρησης Στο προηγούμενο υποκεφάλαιο περιγράφηκαν τα είδη προβολών. Για να πραγματοποιηθούν όμως αυτές οι προβολές πρέπει να γίνουν οι κατάλληλοι μετασχηματισμοί παρατήρησης. Η διεργασία αυτή απαιτείται καθώς το σημείο παρατήρησης διαφέρει από το κέντρο της σκηνής. Πρέπει λοιπόν να πραγματοποιηθεί ένας μετασχηματισμός από το παγκόσμιο σύστημα συντεταγμένων (WCS) στο σύστημα συντεταγμένων του παρατηρητή (VCS), με κέντρο το σημείο παρατήρησης. Ο μετασχηματισμός αυτός εκτελείτε από μία σειρά μεταφορών και στροφών. Από τους μετασχηματισμούς αυτούς η σχετική θέση των αντικειμένων δεν αλλάζει και άρα η σκηνή μένε αναλλοίωτη. Εικόνα 52: μετασχηματισμός παρατήρησης από το παγκόσμιο στο σύστημα συντεταγμένων του παρατηρητή Στερεοσκοπική όραση Καθώς ο άνθρωπος βλέπει από δύο μάτια αυτό δημιουργεί πρώτο μεγαλύτερο επίπεδο προβολής και δεύτερον βοηθάει στην αντίληψη του βάθους. Η προοπτική προβολή, όπως αναφέρθηκε παραπάνω, μπορεί να προσομοιάζει τον τρόπο με τον οποίο αντιλαμβάνεται το βάθος ο άνθρωπος, όμως το αποτέλεσμα που παράγεται σε κάποιες περιπτώσεις δεν είναι ικανοποιητικό. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού χρησιμοποιούνται στερεοσκοπικές προβολές οι οποίες αναπαρίστανται μέσα από το κατάλληλο 242

243 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης υλισμικό. Για τη δημιουργία στερεοσκοπικών προβολών αυτό που απαιτείται είναι οι λήψη δύο προοπτικών προβολών από διαφορετικά σημεία. Τα σημεία αυτά αντιστοιχούν στην απόσταση μεταξύ των δύο ματιών, που για το μέσο όρο είναι 6.5 εκατοστά του μέτρου. Οι δύο αυτές προβολές όταν προβληθούν στο χρήστη στις αντίστοιχες θέσεις, καθώς και το ίδιο το οπτικό σύστημα του ανθρώπου είναι στερεοσκοπικό, ο εγκέφαλος αναλαμβάνει αυτόματα τη σύνδεση των δύο αυτών εικόνων σε μια στερεοσκοπική προβολή. Αυτή η διαδικασία είναι προφανές ότι διπλασιάζει την απαιτούμενη υπολογιστική ισχύ που απαιτείται. Αυτός είναι και ο λόγος που οι στερεοσκοπικές προβολές δεν είναι συνηθισμένες Αποκοπή clipping Ο παρατηρητής/ χρήστης του εικονικού περιβάλλοντος όταν κοιτάζει τον εικονικό κόσμο μέσα από την αντίστοιχη συσκευή εξόδου, βλέπει μόνο τα αντικείμενα που βρίσκονται μπροστά του. Είναι προφανές ότι όλα τα άλλα αντικείμενα τα οποία υπάρχουν στη σκηνή και δεν βρίσκονται στο ορατό πεδίο του χρήστη είναι ανεπιθύμητα και προφανώς μπορούν να «αποκοπούν». Η διαδικασία αυτή κατά την οποία πραγματοποιείται η αποκοπή των αντικειμένων, πολυγώνων, ευθύγραμμων τμημάτων ως προς ένα αντικείμενο ονομάζεται τρισδιάστατη απoκοπή (3D clipping). Ως αντικείμενο αποκοπής ορίζεται το μέρος εκείνο της σκηνής το οποίο είναι ορατό από τον παρατηρητή (Vince J., 1998). Οι βασικότεροι λόγοι σύμφωνα με τους (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999)για τους οποίους είναι σημαντική η διαδικασία της αποκοπής είναι: Η αποφυγή εμφάνισης των αντικειμένων που βρίσκονται πίσω από τον παρατηρητή. Και δεύτερον μείωση του όγκου των αντικειμένων που προωθούνται προς το επόμενο στάδιο της σωλήνωσης εξόδου. Είναι προφανές ότι η διεργασία αυτή ασχολείται με τα αντικείμενα εκείνα που τέμνουν το αντικείμενο αποκοπής και όχι αυτά που βρίσκονται εξολοκλήρου μέσα σε αυτό. 243

244 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Το αντικείμενο αποκοπής είναι μία κομμένη πυραμίδα, οι βάσεις της οποίας είναι: το μπροστινό επίπεδο αποκοπής, το οποίο χρησιμεύει για την αποκοπή αντικειμένων που ενδέχεται να είναι πολύ κοντά στο σημείο παρατήρησης. Τα αντικείμενα αυτά δημιουργούν πρόβλημα στην προβολή καθώς ενδέχεται να επικαλύπτουν μεγάλο μέρος της επιφάνειας προβολής και άρα να κρύβουν άλλα αντικείμενα ενδιαφέροντος. Επίσης ενδέχεται να είναι ορατό μόνο ένα πολύ μικρό τμήμα των αντικειμένων αυτών, εάν αυτά είναι μεγάλα και εκτείνονται σε μεγάλο μέρος της σκηνής. Αυτό δημιουργεί πρόβλημα καθώς τα αντικείμενα δεν θα είναι αναγνωρίσιμα στο χρήστη από το μικρό μόνο τμήμα που προβάλλεται σε αυτόν (Blundell, 2008). το πίσω επίπεδο αποκοπής, το οποίο χρησιμεύει στην αποκοπή των αντικειμένων εκείνων που βρίσκονται υπερβολικά μακριά από το σημείο παρατήρησης και άρα θα προβάλλονται μόνο σε ένα pixel. Με το επίπεδο αυτό αποκόπτονται τα αντικείμενα αυτά και άρα δεν απαιτούν και περαιτέρω υπολογιστική δύναμη για την αναπαράσταση τους. Εικόνα 53: η κομμένη πυραμίδα σύμφωνα με την ποία πραγματοποιείται η διαδικασία της αποκοπής 244

245 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Απόκρυψη/ απομάκρυνση επιφανειών Visible surface determination/ Hidden surface removal Οι αλγόριθμοι απόκρυψης (αναφέρονται στην ξένη βιβλιογραφία ως hidden surface removal/ elimination, visible surface determination problem), είναι υπεύθυνοι ώστε να βρεθεί ποιο είναι το εμφανές αντικείμενο σε κάθε σημείο (pixel) του επιπέδου προβολής και συνεπώς τι χρώμα αντιστοιχεί στο κάθε pixel. Οι αλγόριθμοι αυτοί μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε δύο βασικές κατηγορίες: αλγόριθμοι απόκρυψης ακμών και αλγόριθμοι απόκρυψης επιφανειών. Όλοι οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται για την απόκρυψη είναι προφανές ότι χρησιμοποιούν διαδικασίες και αλγόριθμους ταξινόμησης. Όπως αναφέρεται από τους (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999) και (Agoston, 2005) οι οποίοι βασίζονται στην κλασική εργασία των (Sutherland, Sproull, & Schumacker, 1974), οι αλγόριθμοι μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρείς κατηγορίες: αλγόριθμους χώρου αντικειμένου (objects space algorithm) ή ακρίβειας αντικειμένου (object precision) αλγόριθμοι χώρου εικόνας (image space algorithm) ή ακρίβεια εικόνας (image precision) και αλγόριθμοι λίστας προτεραιότητας (list priority). Στην παρούσα διπλωματική εργασία δε θα ασχοληθούμε με τη μελέτη αλγορίθμων απόκρυψης ακμών καθώς η εφαρμογή τους σε εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας είναι πολύ περιορισμένη και χρησιμοποιείται μόνο σε εξειδικευμένες εφαρμογές όπου επιθυμείται η παρατήρηση της σκηνής με περιγράμματα (line drawing ή wireframe). Στους αλγόριθμους της πρώτης κατηγορίας, αλγόριθμους χώρου αντικειμένου, γίνεται σύγκριση μεταξύ των αντικειμένων ώστε να βρεθεί το πλησιέστερο σε κάθε σημείο, αυτό συνεπάγεται ότι ο αλγόριθμος υπολογίζει όλα τα ορατά σημεία του κόσμου, σε αντίθεση με τις άλλες μεθόδους που υπολογίζουν μόνο συγκεκριμένα ορατά σημεία του χώρου. Μια άλλη σημαντική διαφορά, είναι ότι οι αλγόριθμοι χώρου εικόνας λειτουργούν στην εκάστοτε ανάλυση εικόνας, ενώ οι αλγόριθμοι χώρου αντικειμένων όχι, αφού τρέχουν τον αλγόριθμο για την μέγιστη δυνατή ανάλυση κάτι που ωστόσο είναι υπολογιστικά απαιτητικό. 245

246 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Στα γραφικά με ηλεκτρονικό υπολογιστή έχουν αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια των χρόνων διάφοροι αλγόριθμοι απόκρυψης, στην ανάπτυξη εικονικών περιβαλλόντων όμως το ζητούμενο, όπως αναφέρεται και από τον (Vince J., 1998), είναι η ταχύτητα καθώς αν ένας αλγόριθμος δεν μπορεί να τρέξει σε πραγματικό χρόνο δεν έχει χρηστική αξία στον τομέα αυτό. Στην συνέχεια θα περιγράψουμε τους ποιο διαδεδομένους. Πρέπει να σημειωθεί ότι πρώτον η επιλογή του κατάλληλου αλγόριθμου απόκρυψης ενδέχεται να αλλάζει ανάλογα με το είδος της εφαρμογής και δεύτερον ότι σε κάποιες περιπτώσεις ίσως απαιτείται ο συνδυασμός διαφορετικών αλγορίθμων Διαγραφή πίσω επιφανειών- Back face elimination/ culling Πρέπει να αναφερθεί σε αυτό το σημείο η διαδικασία της διαγραφής πίσω επιφανειών. Η διαδικασία αυτή είναι πολύ σημαντική ειδικά για τις πολύπλοκες σκηνές που συνήθως συναντάμε στα εικονικά περιβάλλοντα, τα οποία απαιτούμε να απεικονίζονται σε πραγματικό χρόνο. Για να γίνει κατανοητή η χρησιμότητα και η λειτουργία αυτού του αλγορίθμου, ας υποθέσουμε ότι παρατηρούμε μία αδιαφανής σφαίρα. Είναι προφανές ότι η μισή σφαίρα δεν θα είναι ορατή στον παρατηρητή, αυτό συνεπάγεται ότι δε χρειάζεται να γίνει η απεικόνιση της (render), καθώς δεν συμβάλει στην τελική εικόνα. Η διαγραφή πίσω επιφανειών δεν λύνει το πρόβλημα της απόκρυψης, καθώς δεν μας εγγυάται ότι οι επιφάνειες που μένουν θα απεικονίζονται όλες υποχρεωτικά, αλλά σίγουρα περιορίζει σημαντικά το πρόβλημα. Η διαδικασία αυτή είναι θεμιτό να «τρέχει» όσο το δυνατόν νωρίτερα στη γραφική σωλήνωση εξόδου (graphics output pipeline), καθώς με αυτή την υπολογιστικά φθηνή διαδικασία αποκλείεται από περαιτέρω, άσκοπη επεξεργασία το 50% των στοιχείων της σκηνής που είναι ορατά από το χρήστη Αλγόριθμοι απόκρυψης επιφανειών Το πρόβλημα της απόκρυψης, ανεξάρτητα με το αν σκοπός μας είναι να ταξινομήσουμε ολόκληρα πολύγωνα ή μέρη επιφανειών, είναι ένα πρόβλημα ταξινόμησης κατά βάθος (z). Οι σημαντικότεροι αλγόριθμοι που έχουν αναπτυχθεί μπορούν να ταξινομηθούν στις εξής βασικές κατηγορίες: αλγόριθμος z-buffer αλγόριθμοι σάρωσης (scanline) 246

247 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης αλγόριθμοι ταξινόμησης κατά βάθος (depth sort) ή λίστας προτεραιότητας και αλγόριθμοι υποδιαίρεσης επιφάνειας (area subdivision). Οι πιο διαδεδομένοι από αυτούς είναι κυρίως ο z-buffer για λόγους απόδοσης αλλά και ευκολίας και διάδοσης του τόσο σε λογισμικό όσο και σε υλισμικό. Αρκετά επίσης χρησιμοποιούνται και οι αλγόριθμοι scanline καθώς και οι υπόλοιποι ανάλογα πάντα με τις απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής Αλγόριθμος z-buffer Ο αλγόριθμος αυτός προϋποθέτει την ύπαρξη μιας μνήμης βάθους (zbuffer) για κάθε pixel. Αρχικά όλα τα σημεία της μνήμης αρχικοποιούνται στην μέγιστη τιμή του z, που συνήθως είναι το βάθος του πίσω επιπέδου αποκοπής. Στην ουσία, ο αλγόριθμος ψάχνει για κάθε pixel (x, y), να βρει το πολύγωνο που έχει το μικρότερο βάθος στο σημείο αυτό τη συγκεκριμένη στιγμή. Η τιμή αυτή αποθηκεύεται στο z-buffer, όπου φυλάσσεται η ελάχιστη τιμή του z που έχει βρεθεί. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα του αλγόριθμου αυτού, είναι η ευκολία υλοποίησης του σε υλικό και υλισμικό, η δυνατότητα επεξεργασίας των πολυγώνων με τυχαία σειρά και η δυνατότητα επεξεργασίας οποιοδήποτε άλλου αντικειμένου, για το οποίο μπορεί να βρεθεί μια συνάρτηση βάθους. Το κυριότερο μειονέκτημα του z-buffer ήταν ότι απαιτεί μέχρι και 32 bits για την αποθήκευση του κάθε pixel, κάτι το οποίο συνεπάγεται με 4Mbytes για κάθε εικόνα. Το πρόβλημα αυτό όμως έχει λυθεί πλήρως, καθώς μνήμες μεγάλου μεγέθους έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια. Το σημαντικότερο μειονέκτημα της μεθόδου αυτής, στη βασική μορφή του αλγορίθμου z-buffer, είναι ότι δεν μπορεί να συνεργαστεί με αλγόριθμους αντιταύτισης, καθώς και με διαφανή αντικείμενα. Το πρόβλημα αυτό όμως έχει αντιμετωπιστεί με διάφορες τροποποιήσεις του αλγορίθμου Αλγόριθμοι σάρωσης scanline Η απεικόνιση της εικόνας με τον αλγόριθμο αυτό πραγματοποιείται οριζοντίως κατά γραμμές σάρωσης ή όπως αλλιώς ονομάζεται κατά πλέγμα σάρωσης. Συνήθως η διαδικασία αρχίζει από πάνω και σαρώνοντας το παράθυρο προβολής μας, φτάνει στο κάτω μέρος. Σε αντίθεση με τον αλγόριθμο z-buffer όπου η επεξεργασία των εικονοστοιχείων (pixel) δεν 247

248 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης γίνεται με προκαθορισμένη σειρά, στους αλγόριθμους scanline η επεξεργασία των pixel πραγματοποιείται κατά αύξουσα σειρά γραμμών σάρωσης. Για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας του αλγορίθμου, ας υποθέσουμε ότι τα αντικείμενα της σκηνής είναι πολυγωνικά και δεν επιτρέπεται να υπάρχουν πολύγωνα που να διαπερνά το ένα το άλλο και ότι έστω επίπεδο που είναι παράλληλο με το XZ και περνά από την γραμμή σάρωσης y s. Θεωρώντας τις προβολές των ακμών των πολυγώνων τομής πάνω στη γραμμή της σάρωσης y s, αυτές χωρίζονται από τις προβολές των κορυφών σε μέρη τα οποία τα ονομάζουμε span. Εικόνα 54: τομή αντικειμένων με επίπεδο y = ys Σε κάθε span αντιστοιχεί μία μόνο ορατή ακμή που με τη σειρά της αντιστοιχεί σε μία τομή του επιπέδου σάρωσης με κάποιο πολύγωνο, οπότε το span παίρνει το αντίστοιχο χρώμα του εκάστοτε πολυγώνου. Τέλος, είναι προφανές ότι σε κάθε span ενδέχεται να «πέφτουν» περισσότερες από μία ακμές, οπότε πρέπει να ταξινομούνται όλες οι ακμές που προβάλλονται πάνω σε κάθε span ως προς το z. 248

249 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 55: spans Η απόδοση του αλγορίθμου scanline εξαρτάται: από την ύπαρξη πολυγώνων τα οποία τέμνονται, από τον αριθμό των πολυγώνων και τέλος από τον αριθμό των span. Συνεπώς, όσο αυξάνεται η πολυπλοκότητα της σκηνής μειώνεται η απόδοση του, για τα λόγο αυτό για πολύπλοκες σκηνές προτιμάται ο z-buffer, αν και έχουν αναπτυχθεί διάφορες παραλλαγές που σκοπό έχουν να περιορίσουν τα παραπάνω προβλήματα, καθώς και λύσεις που συνδυάζουν διαφορετικές τεχνικές με τον αλγόριθμο scanline, όπως π.χ. σε συνδυασμό με τον z-buffer. Συνεπώς, αν η σκηνή δεν είναι πολύπλοκη, είναι γενικώς αποδεκτό ότι οι αλγόριθμοι scanline είναι αποδοτικότεροι από τον z-buffer σε αυτές τις περιπτώσεις Αλγόριθμοι λίστας προτεραιότητας Οι αλγόριθμοι της κατηγορίας αυτής, ταξινομούν τα πολύγωνα της σκηνής, ώστε αν εμφανιστούν στην οθόνη με τη σειρά αυτής της ταξινόμησης να λαμβάνεται η σωστή εικόνα. Για να υλοποιηθεί η παραπάνω διαδικασία σε ένα υπολογιστικό περιβάλλον αυτό που χρειάζεται να είναι γνωστό είναι το πόσο μακριά βρίσκεται κάθε αντικείμενο από το χρήστη. Σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση που αναφέρθηκε νωρίτερα σε αλγόριθμους χώρου αντικειμένου και σε χώρου εικόνας, μπορούμε να πούμε ότι το πρώτο μέρος των αλγορίθμων λίστας προτεραιότητας, η ταξινόμηση, γίνεται στο χώρο των αντικειμένων, ενώ το δεύτερο μέρος, η εμφάνιση στην οθόνη, πραγματοποιείται στο χώρο της εικόνας. Οι σημαντικότεροι αλγόριθμοι λίστας προτεραιότητας είναι οι αλγόριθμοι: ταξινόμησης κατά βάθος και ο αλγόριθμος BSB δένδρου. 249

250 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Αλγόριθμος ταξινόμησης κατά βάθος - (depth sort algorithm) Η βασική ιδέα πίσω από τον αλγόριθμο ταξινόμησης κατά βάθος είναι η παράσταση στην οθόνη των επιφανειών των αντικειμένων με σειρά ανάλογη της απόστασης τους από τον παρατηρητή. Συνεπώς, οι επιφάνειες ταξινομούνται με βάση τη φθίνουσα απόσταση τους από το κέντρο προβολής. Απαντάται στη βιβλιογραφία και ως αλγόριθμος του ζωγράφου (painter s algorithm), από τον τρόπο που λειτουργεί η τεχνική αυτή, όπως δηλαδή ένας ζωγράφος ζωγραφίζει πρώτα τα απομακρυσμένα αντικείμενα, τον ορίζοντα και τα σύννεφα και στη συνέχεια από πάνω ζωγραφίζει τα κοντινά αντικείμενα. Στο υπολογιστικό περιβάλλον αυτό πραγματοποιείται ως εξής, έστω ένα πολύγωνο Q που βρίσκεται πιο κοντά στον παρατηρητή και ένα πολύγωνο P που βρίσκεται πιο πίσω και άρα ολόκληρο ή τμήμα του P καλύπτεται από το Q. Στην περίπτωση αυτή, στην οθόνη παρίσταται πρώτα το P και στη συνέχεια το Q. Επομένως, το τμήμα εκείνο του P που καλύπτεται από το Q ενημερώνεται εκ νέου στον frame buffer. Πιο συγκεκριμένα ο έλεγχος που πρέπει να πραγματοποιηθεί για την παραπάνω διαδικασία είναι: Ελάχιστη τιμή z του πολυγώνου P > μέγιστης τιμής z του πολυγώνου Q Εικόνα 56: αλγόριθμος ταξινόμησης κατά βάθος σε περίπτωση ξεκάθαρης ταξινόμησης πολυγώνων Αν ο παραπάνω έλεγχος ισχύει, τότε το πολύγωνο P δεν υπάρχει περίπτωση να επικαλύπτει κανένα κομμάτι του Q και άρα μπορούμε να γράψουμε το P στη μνήμη (Agoston, 2005). Στην περίπτωση που περιγράφηκε παραπάνω υπάρχει μια ξεκάθαρη ταξινόμηση των πολυγώνων της σκηνής. Αυτό στην πραγματικότητα σε μία σκηνή είναι αρκετά σπάνιο. Στην πραγματικότητα στις πιο πολλές σκηνές, τα 250

251 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης διάφορα πολύγωνα των αντικειμένων βρίσκονται πολύ κοντά το ένα στο άλλο με αποτέλεσμα κάποια να αλληλεπικαλύπτονται. Στην περίπτωση αυτή τα μέρη των πολυγώνων αυτών θα πρέπει να διαιρεθούν. Έστω ότι έχουμε ένα πολύγονο Q το οποίο διαιρείται σε δύο μέρη και το επικαλύπτει ένα άλλο πολύγονο P. Αν και υπάρχει αυτή η επικάλυψη ενδέχεται ένα μέρος του P να επικαλύπτει κάποιο από τα μέρη του Q. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού έχει αναπτυχθεί μια σειρά από 5 ελέγχους που ταξινομούνται με βάση την πολυπλοκότητα τους. Με την χρήση των ελέγχων αυτών επιλύεται το πρόβλημα της απόκρυψης στην περίπτωση αυτή. Εικόνα 57: πολύγωνα με επικαλυπτόμενες z περιοχές Αλγόριθμος BSB δένδρου Στην ίδια κατηγορία με τους αλγόριθμους ταξινόμησης κατά βάθος είναι και οι αλγόριθμοι BSB (Binary Space Partitioning) δένδρου. Ο αλγόριθμος αυτός διαιρεί τον χώρο της σκηνής, αναδρομικά, σε επιμέρους τμήματα το καθένα από τα οποία περιέχει ομάδες αντικειμένων. Αν βρεθεί ένα επίπεδο το οποίο να διαχωρίζει τα αντικείμενα της σκηνής μας σε δύο σύνολα, τότε τα αντικείμενα του ενός συνόλου δεν μπορούν να καλυφθούν από αντικείμενα του άλλου συνόλου. Ο αλγόριθμος συνεχίζει αναδρομικά με τον ίδιο τρόπο διαχωρίζοντας περεταίρω τα σύνολα των αντικειμένων. Αν και το επιθυμητό είναι να μην υπάρχουν πολύγωνα που να τέμνονται από τα επίπεδα, στην περίπτωση αυτή το πολύγωνο διαχωρίζεται σε δύο μέρη. Η αναδρομική αυτή διαδικασία σταματάει όταν σε κάθε περιοχή που έχει δημιουργήσει ο αλγόριθμος περιέχεται ένα και μόνο πολύγωνο. 251

252 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Η παραπάνω διαδικασία μπορεί να παρασταθεί με τη βοήθεια ενός δυαδικού δένδρου, το BSB δένδρου. Τα βήματα για τη δημιουργία του δένδρου αυτού είναι: Επιλογή ενός πολυγώνου P και τοποθέτηση του στην ρίζα του δένδρου Έλεγχος σε κάθε εναπομείναντα πολύγωνο για να βρεθεί σε πια από τις δύο πλευρές του P βρίσκεται. Εφόσον βρίσκεται στην ίδια πλευρά με το σημείο παρατήρησης τοποθετείται στο αριστερό φύλλο του κόμβου ή στο πρόσθιο μέρος (front), σε αντίθετη περίπτωση τοποθετείται στο δεξί ή πίσω μέρος (back) του κόμβου. Εάν κάποιο πολύγωνο τέμνεται από το επίπεδο τότε διαιρείται και κάθε μέρος του τοποθετείται στο αντίστοιχο φύλλο. Επανέλαβε την διαδικασία αναδρομικά στους δύο υπο-κόμβους έως ότου κάθε φύλο να περιέχει ένα μοναδικό πολύγωνο Εικόνα 58: τα βήματα του αλγόριθμου BSP Πρέπει στο σημείο αυτό να σημειωθεί ότι η επιλογή των κατάλληλων πολυγώνων στους κόμβους είναι πολύ σημαντική, καθώς μπορεί να αλλάξει ολόκληρο το BSP δένδρο και άρα και η απόδοση του αλγορίθμου (Agoston, 2005). Μετά την δημιουργία του δένδρου, για την αναπαράσταση της σκηνής μας αρκεί να διατρέξουμε το δένδρο κατά σειρά εμφάνισης. Παρίστανται δηλαδή πρώτα τα πολύγωνα που βρίσκονται στην αντίθετη πλευρά από αυτή που βρίσκεται το σημείο παρατήρησης, στη συνέχεια παρίσταται η ρίζα του δέντρου και τέλος όλα τα υπόλοιπα πολύγωνα που βρίσκονται στην αντίθετη 252

253 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης πλευρά. Οι κόμβοι παιδιά του διαχωριστικού πολυγώνου παρίστανται αναδρομικά με τον ίδιο αλγόριθμο (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999). Ο αλγόριθμος BSP που αναλύθηκε στην παρούσα παράγραφο είναι συνήθως μια ακριβή υπολογιστικά διαδικασία καθώς αποτελείται από μία πολύπλοκη φάση δημιουργίας του BSP δένδρου και μια υπολογιστικά φθηνή φάση παράστασης της σκηνής μας. Αυτό συνεπάγεται ότι μπορεί να είναι χρήσιμη και αποτελεσματικότερη από άλλες επιλογές σε εφαρμογές που η σκηνή παραμένει στατική και αλλάζει μόνο η θέση του παρατηρητή. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι οι εξομοιωτές πτήσης. Στις εφαρμογές αυτές επεξεργάζονται αρχικά τα αντικείμενα της σκηνής ώστε να μπορούν στην συνέχεια να παρασταθούν από διαφορετικές οπτικές (Hubbold, Murta, West, & Howard, 1993) Αλγόριθμοι υποδιαίρεσης επιφάνειας Στους αλγόριθμους υποδιαίρεσης επιφάνειας η επεξεργασία εφαρμόζεται πάνω στο επίπεδο προβολής. Στόχος του αλγορίθμου είναι να βρεθούν ορθογώνια παραλληλόγραμμα (συναντώνται στη βιβλιογραφία και ως παράθυρα) στα οποία να εμφανίζεται ένα μόνο χρώμα, να είναι ορατή δηλαδή μόνο μια επιφάνεια αντικειμένου. Αν κατά την διαδικασία αυτή ένα ορθογώνιο παραλληλόγραμμο περιέχει όντως μόνο ένα πολύγωνο τότε ο αλγόριθμος σταματά. Σε διαφορετική περίπτωση συνεχίζει αναδρομικά, διαιρώντας επιμέρους το κάθε παραλληλόγραμμο έως ότου επιτευχθεί ο παραπάνω έλεγχος. Το μέγεθος του ελάχιστου ορθογώνιου παραλληλόγραμμου ισούται με αυτό ενός pixel. Η διαδικασία για την υποδιαίρεση της επιφάνειας σύμφωνα με τον αλγόριθμο Warnock, ο οποίος θεωρείται ο πιο αντιπροσωπευτικός, όπως αυτός αναφέρεται τόσο από τους (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999) όσο και από τον (Agoston, 2005) είναι η εξής: η ορατή περιοχή χωρίζεται σε τέσσερις ίσου εμβαδού περιοχές. Αυτός ο διαχωρισμός συνεχίζεται αναδρομικά έως ότου στην περιοχή περνάει το πολύ μία ακμή. Η συνθήκη αυτή δεν εξασφαλίζει ότι η εμφανής επιφάνεια είναι μόνο μια αλλά στη συνέχεια η εμφανής επιφάνεια προσδιορίζεται με συγκρίσεις βάθους. 253

254 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 59: παράδειγμα υποδιαίρεσης επιφάνειας Για να διαπιστωθεί αν από μια περιοχή, έστω Β, περνάει μια μόνο ακμή ενός πολυγώνου P πρέπει να πραγματοποιηθούν μια σειρά από ελέγχους. Αρχικά για κάθε πολύγωνο P πρέπει βρεθεί πια είναι η σχέση του με την εξεταζόμενη περιοχή B. Οι πιθανές σχέσεις μεταξύ P και B είναι: Το P είναι εξωτερικό του B (disjoint) Το Ρ είναι εσωτερικό του Β (contained) Το Ρ καλύπτει πλήρως το Β (surrounding) Το Ρ τέμνει το Β (intersecting) Το υπολογιστικό κόστος των παραπάνω ελέγχων μπορεί να μειωθεί αν ο έλεγχος δεν πραγματοποιείται για κάθε πολύγωνο αλλά για το περιβάλλον ορθογώνιο παραλληλόγραμμο του πολυγώνου. Επίσης πέρα από τους παραπάνω ελέγχους θα πρέπει να ελεγχθεί και αν το πολύγωνο καλύπτει άλλα πολύγωνα. Αυτό είναι εφικτό με αλγόριθμους ελέγχου του βάθους. Ο αλγόριθμος αυτός επιπλέον ίσως είναι αναγκαίο να συνδυαστεί με αλγόριθμους αντιταύτισης, π.χ. με τη μέθοδο μετα-φιλτραρίσματος. Αυτό είναι αναγκαίο σε περιπτώσεις που έχει φτάσει στο μικρότερο δυνατό μέγεθος περιοχής που είναι το μέγεθος ενός pixel χωρίς να έχει βρεθεί το χρώμα του pixel. Με την μέθοδο αυτή διαιρείται περαιτέρω το pixel και για κάθε υπόπεριοχή βρίσκεται το εμφανές πολύγωνο. Το χρώμα του pixel προκύπτει από το μέσο όρο των χρωμάτων των υπό-περιοχών. Τέλος ένας άλλος τρόπος μείωσης του υπολογιστικού κόστους του αλγορίθμου είναι η υποδιαίρεση σε περιοχές να μη γίνεται σε ισομεγέθεις περιοχές, αλλά σε ανομοιογενή πολύγωνα με βάση τις κορυφές των πολυγώνων, κάτι το οποίο οδηγεί σε λιγότερες διαιρέσεις και συνεπώς και σε μικρότερο κόστος. 254

255 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Μία παραλλαγή του αλγορίθμου που παρουσιάζει σημαντικά πλεονεκτήματα είναι ο αλγόριθμος Weiler Atherton. Σύμφωνα με τον αλγόριθμο αυτόν η υποδιαίρεση δε γίνεται σε ορθογώνια παραλληλόγραμμα αλλά πραγματοποιείται με βάση τις ακμές των πολυγώνων. Επίσης πραγματοποιείται έλεγχος βάθους και η υποδιαίρεση ξεκινάει με βάση το κοντινότερο στον παρατηρητή πολύγωνο. Τα πιο πίσω πολύγωνα κόβονται και αυτά από το κοντινότερο πολύγωνο και ο αλγόριθμος συνεχίζει αναδρομικά και στα υπόλοιπα πολύγωνα. Ο παραλλαγή αυτή όπως και ο αλγόριθμος που περιγράψαμε αρχικά ενδείκνυνται για απλές σκηνές όπου είναι αποδοτικός σε σχέση με άλλου αλγόριθμους και όχι για πολύπλοκες σκηνές όπου αυξάνει σημαντικά το υπολογιστικό κόστος. Εικόνα 60: παράδειγμα υποδιαίρεσης επιφάνειας με τον αλγόριθμο Weiler Atherton Συμπεράσματα πάνω στους αλγόριθμους απόκρυψης Συνοψίζοντας, όπως έχει αναφερθεί και πρωτύτερα δεν υπάρχει κάποιος αλγόριθμος που είναι ο καλύτερος από όλους τους υπόλοιπους. Για να αξιολογηθούν σωστά οι αλγόριθμοι αυτοί θα πρέπει να εξεταστούν συνολικά μέσα στην σωλήνωση εξόδου της απόδοσης των γραφικών. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την αποδοτικότητα και το κόστος των αλγορίθμων απόκρυψης είναι: η πολυπλοκότητα της σκηνής, η τελική ανάλυση της σκηνής, άλλοι αλγόριθμοι της διαδικασίας απόδοσης των γραφικών όπως οι αλγόριθμοι φωτισμού και φωτοσκίασης (shading) καθώς και παράγοντες που σχετίζονται με το υλισμικό που θα εκτελεστεί η εφαρμογή. Γενικά η επιλογή του κατάλληλου αλγορίθμου πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής. Μία σύγκριση που δόθηκε από τους (Sutherland, Sproull, & Schumacker, 1974), για τα ο κόστος των αλγορίθμων απόκρυψης φαίνεται στον παρακάτω πίνακα: 255

256 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Αλγόριθμος Αριθμός Πολυγωνικών Επιφανειών Depth sort 0,14 * ,4 * * 10 6 Z buffer 7,5 * ,5 * ,5 * 10 6 Scan line 0,77 * ,9 * * 10 6 Υποδιαίρεσης επιφάνειας 1,6 * * * 10 6 Πίνακας 21: σύγκριση του κόστους ων μεθόδων απόκρυψης Σήμερα καθώς οι υπολογιστική δύναμη έχει αυξηθεί σημαντικά και οι σκηνές με περισσότερα από πολύγωνα είναι σύνηθες, είναι προφανές ότι υπολογιστικά υπερτερεί ο αλγόριθμος z-buffer. Τέλος ένας επιπλέον παράγοντας που κάνει τη χρήση του αλγόριθμου Z-buffer αποδοτικότερη είναι ότι έχει αναπτυχθεί εξειδικευμένο υλισμικό για την εκτέλεση του αλγορίθμου. Συνοψίζοντας, αν και ο z-buffer είναι ο πιο διαδεδομένος αλγόριθμος απόκρυψης στις μέρες μας, πάντα θα πρέπει να γίνεται αναζήτηση του καταλληλότερου αλγορίθμου ανάλογα με τις απαιτήσεις της εφαρμογής Φωτισμός, μοντέλα και αλγόριθμοι φωτισμού, φωτεινές πηγές Ο φωτισμός στις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων, όπως και στον πραγματικό κόσμο, είναι πολύ σημαντικός, καθώς η αντανάκλαση του πάνω στα αντικείμενα είναι αυτή που τα κάνει ορατά. Συνεπώς για την φωτορεαλιστική απόδοση της σκηνής, αυτό που χρειάζεται είναι μοντέλα που να βασίζονται και να μοντελοποιούν τους αντίστοιχους φυσικούς νόμους. Οι φυσικοί αυτοί νόμοι έχουν διερευνηθεί σε βάθος και έχουν αναπτυχτεί διάφορα μοντέλα φωτισμού (illumination models) τα οποία προσπαθούν να τους προσεγγίσουν. Πρέπει στο σημείο αυτό να σημειωθεί ότι εκτός από τον όρο μοντέλα φωτισμού, χρησιμοποιείται στη βιβλιογραφία και ο όρος μοντέλα ανάκλασης (reflection models). Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται καθώς η ανάκλαση του φωτός παίζε το σημαντικότερο ρόλο στα μοντέλα αυτά. Επίσης πρέπει να γίνει ο διαχωρισμός μεταξύ μοντέλων φωτισμού και αλγόριθμων 256

257 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης φωτισμού (shading). Ο παραπάνω διαχωρισμός δεν συναντάται πάντοτε στην βιβλιογραφία με αποτέλεσμα να δημιουργείται σύγχυση στις έννοιες αυτές. Μοντέλο φωτισμού: μια συγκεκριμένη και απλοποιημένη αναπαράσταση μοντελοποίηση των φυσικών νόμων του φωτισμού. Αλγόριθμοι φωτισμού: αλγόριθμοι που υλοποιούν τα παραπάνω μοντέλα στο υπολογιστικό περιβάλλον. Τα μοντέλα φωτισμού μπορούν να διαχωριστούν σε δύο βασικές ομάδες, σε μοντέλα τοπικού φωτισμού (local illumination models) και σε μοντέλα γενικού φωτισμού (global illumination models). Τα μοντέλα τοπικού φωτισμού λαμβάνουν υπόψη τους μόνο την άμεση πρόσπτωση του φωτός πάνω στα αντικείμενα της σκηνής. Τα μοντέλα γενικού φωτισμού λαμβάνουν υπόψη την άμεση πρόσπτωση του φωτός και συγχρόνως την έμμεση πρόσπτωση πάνω στα αντικείμενα, δηλαδή από ανακλάσεις του φωτός σε άλλα αντικείμενα. Ένας άλλος διαχωρισμός των μοντέλων φωτισμού που συναντάται στη βιβλιογραφία και μπορεί να προκαλέσει σύγχυση με τον παραπάνω είναι στις εξής τρείς κατηγορίες: Εμπειρικά (empirical) Μεταβατικά (transitional) Αναλυτικά Αντίστοιχα, οι τεχνικές/ αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται για κάθε μία από τις παραπάνω κατηγορίες είναι (Καλαφατούδης, 1991): Αυξητικές τεχνικές (incremental) Τεχνικές παρακολούθησης ακτίνας ή ακτινοϊχνηλάτησης (ray tracing) Τεχνικές radiosity Από τους παραπάνω διαχωρισμούς γίνεται αντιληπτό ότι τα μοντέλα γενικού φωτισμού περιλαμβάνουν τα μεταβατικά αλλά και τα αναλυτικά μοντέλα και 257

258 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης συνεπώς και τους αντίστοιχους αλγορίθμους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα ακολουθηθεί ο πρώτος διαχωρισμός. Εύκολα από τον παραπάνω διαχωρισμό γίνεται κατανοητό ότι τα μοντέλα γενικού φωτισμού είναι πιο αναλυτικά, συνεπώς θα είναι και υπολογιστικά ακριβότερα. Για τον λόγο αυτό, τουλάχιστον μέχρι πρόσφατα, στις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων συνηθιζόταν να χρησιμοποιούνται μοντέλα τοπικού φωτισμού τα οποία έδιναν αποδεκτά αποτελέσματα σε πραγματικό χρόνο. Μια σημαντικότατη παράμετρος για την αποδοτικότητα των εικονικών περιβαλλόντων. Οι τελευταίες εξελίξεις όμως τόσο στο υλισμικό των ηλεκτρονικών υπολογιστών όσο και στην ανάπτυξη ταχύτερων αλγορίθμων για μοντέλα γενικού φωτισμού καθιστούν πλέον χρήσιμα σε εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας κάποια απλοποιημένα μοντέλα γενικού φωτισμού. Αυτό επιτυγχάνεται, κυρίως με τη χρήση μεθόδων επιτάχυνσης των αλγορίθμων. (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999), (Gutiérrez, Vexo, & Thalmann, 2008) Τέλος, είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι ο στόχος του φωτισμού και της φωτορεαλιστικής απεικόνισης γενικότερα δεν είναι να δημιουργήσει σκηνές πανομοιότυπες με τον πραγματικό κόσμο, αλλά να δημιουργήσει ρεαλιστικές απεικονίσεις του γραφικού περιβάλλοντος. Δηλαδή, να είναι πιστευτές και να μην φαίνονται «λάθος» από τον παρατηρητή. Με άλλα λόγια, να δίνουν την εντύπωση της πραγματικότητας ή όπως αλλιώς συνηθίζεται να αναφέρεται στην βιβλιογραφία να «εξαπατούν» (cheating) το θεατή. Τέλος όπως εύστοχα αναφέρεται από τον Jeremy Birn, «αν μοιάζει με γραφικά ηλεκτρονικού υπολογιστή, τότε δεν είναι καλά γραφικά». (Akenine-Moller & Haines, 2002) Κατανόηση της φύσης του φωτός Στο σημείο αυτό θα αναλυθούν τα βασικά χαρακτηριστικά και ιδιότητες του φωτός και θα εξηγηθούν κάποιες βασικές έννοιες για την καλύτερη κατανόηση των φυσικών νόμων που διέπουν τον φωτισμό και μέσω των οποίων αναπτύσσονται τα μοντέλα φωτισμού. Το φως (προσπίπτον φως incident light) καθώς προσπίπτει σε ένα αντικείμενο μετατρέπεται στα εξής είδη φωτός: 258

259 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Ανακλώμενο φως (reflected): η ανάκλαση του φωτός καθώς έρχεται σε επαφή με μια άλλη επιφάνεια προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Διαχεόμενο (scattered): το φως το οποίο ανακλάται όχι σε κάποια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Απορροφούμενο (absorbed): το φως το οποίο απορροφάται από το αντικείμενο. Μεταδιδόμενο (transmitted): το φώς που μεταφέρεται μέσω της επιφάνειας. Η σχέση του προσπίπτοντος φωτός σε μια επιφάνεια, με τα προηγούμενα είδη φωτός είναι: Προσπίπτον φως = ανακλώμενο + διαχεόμενο + απορροφούμενο + μεταδιδόμενο Εικόνα 61: με τη σειρά που εμφανίζονται, ανακλώμενο, διαχεόμενο, απορροφούμενο και μεταδιδόμενο φως Κάποια άλλα χαρακτηρίστηκα της φύσης του φωτός τα οποία ο σχεδιαστής θα πρέπει να έχει υπόψη του έτσι ώστε να κατανοήσει τα μοντέλα που ακολουθούν αλλά και στη συνέχεια να τα εφαρμόσει είναι: Το φώς εκπέμπεται από τον ήλιο ή κάποια άλλη φωτεινή πηγή 259

260 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Το φώς αλληλεπιδρά με τα αντικείμενα της σκηνής, ένα μέρος αυτού απορροφάται ενώ ένα άλλο μέρος ξανα-διαχέεται στη σκηνή Τέλος, το φώς απορροφάται από ένα αισθητήρα (τα μάτια, το φίλμ κτλ.) Μοντέλα φωτισμού ή μοντέλα ανάκλασης Illumination Models Στη συνέχεια ακολουθούν μοντέλα φωτισμού ή όπως αλλιώς ονομάζονται, μοντέλα ανάκλασης του φωτός. Οι αλγόριθμοι/ τεχνικές που έχουν αναπτυχθεί για τον υπολογισμό της σκίασης (χρώματος) κάθε εικονοστοιχείου σύμφωνα με κάποιο μοντέλο δε θα αναλυθούν σε βάθος, αλλά απλά θα περιγραφούν. Η εξέταση των αλγορίθμων αυτών είναι πέρα από τους σκοπούς τους παρούσας εργασίας καθώς είναι αρκετά εξειδικευμένοι Μοντέλα τοπικού φωτισμού Shading Models ή Local Illumination Models Σε πολλά σημεία των προηγούμενον κεφαλαίων αναφέρθηκε η μεγάλη διάδοση των πολυγωνικών μοντέλων. Ένας από τους λόγους της διάδοσης αυτής είναι η ανάπτυξη μοντέλων φωτισμού για το μοντέλο αυτό παράστασης. Οι τρείς πιο βασικοί αλγόριθμοι φωτισμού είναι ο αλγόριθμος σταθερού φωτισμού, ο αλγόριθμος του Gouraud και ο αλγόριθμος του Phong. Οι αλγόριθμοι αυτοί υπολογίζουν τη σκίαση για πολύγωνα, για κορυφές και για εικονοστοιχεία αντίστοιχα. Εικόνα 62: τρόπος υπολογισμού των τριών αλγορίθμων φωτισμού Οι αλγόριθμοι αυτοί, οι οποίοι περιγράφονται στη συνέχει κάνουν χρήση ενός απλού τοπικού μοντέλου φωτισμού. Το μοντέλο αυτό είναι το 260

261 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης μοντέλο ανάκλασης του Phong. Λόγω του ότι προσφέρει μια αρκετά καλά απόδοση ρεαλισμού, συγχρόνως με τη δυνατότητα να εκτελείται από «γρήγορους» αλγορίθμους, το έχει καταστήσει ως το πιο διαδεδομένο μοντέλο φωτισμού στα γραφικά με ηλεκτρονικό υπολογιστή. Ο υπολογισμός της σκίασης γίνεται υπολογίζοντας μόνο τον άμεσο φωτισμό, το φωτισμό δηλαδή που προέρχεται κατευθείαν από τις φωτεινές πηγές. Οι συνιστώσες που επηρεάζουν τον τελικό φωτισμό σύμφωνα με το μοντέλο αυτό είναι: Διάχυτη ανάκλαση (diffuse) Κατευθυνόμενη ανάκλαση (specular) Έμμεσος φωτισμός ή φωτισμός περιβάλλοντος (ambient) Η διάχυτη συνιστώσα είναι η ιδανική διάχυτη ανάκλαση. Όπως έχε ήδη αναφερθεί το φώς όταν προσπίπτει σε κάποια επιφάνεια διαχέεται. Η διάχυση αυτή δεν γίνεται σε κάποια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Αντιθέτως, καθώς οι επιφάνειες είναι αδρές έχουν δηλαδή μικρο-ανωμαλίες, διαχέουν το φώς προς όλες τις κατευθύνσεις παρουσιάζοντας όμως μία μεγαλύτερη ένταση όσο πλησιάζουν το άνυσμα της κατευθυνόμενης ανάκλασης. Για την απλοποίηση του φαινομένου αυτού, ώστε να μπορεί να υπολογιστεί με λιγότερο υπολογιστικό κόστος, ορίζεται η ιδανική διάχυτη ανάκλαση ή διάχυτη ανάκλαση. Η διάχυτη αυτή ανάκλαση θεωρεί ότι η διάχυτη συνιστώσα κατανέμεται ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις. Εικόνα 63: συνηστώς διάχυτης κατευθυνόμενης ανάκλασης και ιδανικής διλαχυτης ανάκλασης Η κατευθυνόμενη ανάκλαση είναι αυτή που είναι υπεύθυνη για το φαινόμενο της αντανάκλασης. Στην ουσία είναι η διάχυτη κατευθυνόμενη ανάκλαση για έναν τέλειο καθρέφτη. Η γωνία μεταξύ της κατευθυνόμενης ανάκλασης και κανονικού διανύσματος της επιφάνειας είναι ίση με τη γωνία της κατεύθυνσης του προσπίπτον φωτός με το κανονικό αυτό διάνυσμα. 261

262 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Σημειώνεται ότι στην απλούστερη περίπτωση η διάχυτη ανάκλαση «παίρνει» το χρώμα το χρώμα της επιφάνειας, ενώ η κατευθυνόμενη το χρώμα του φωτός. Εικόνα 64: κατευθυνόμενη ανάκλαση Από τις δύο προηγούμενες συνιστώσες υπολογίζεται ο φωτισμός για εκείνα τα πολύγωνα εκείνα των αντικειμένων της σκηνής τα οποία έχουν άμεση πρόσπτωση φωτός. Τα υπόλοιπα πολύγωνα τα οποία μπορεί να είναι ορατά από τη θέση του παρατηρητή, αλλά όχι από τη φωτεινή πηγή θα αποδίδονται (render) μαύρα. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού το μοντέλο αυτό συνυπολογίζει άλλη μια συνιστώσα, τον έμμεσο φωτισμό. Η συνιστώσα αυτή στην ουσία απλοποιεί τη φύση του έμμεσου φωτισμού. Στην ουσία προσθέτει σε κάθε αντικείμενο/ επιφάνεια μια ελάχιστη ποσότητα χρώματος ανεξάρτητα από το αν αυτή φωτίζεται άμεσα ή όχι από τη φωτεινή πηγή (Akenine-Moller & Haines, 2002), (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999), (Καλαφατούδης, 1991), (Watt & Watt, Advanced animation and rendering techniques, 1991), (Gutiérrez, Vexo, & Thalmann, 2008), (Gallardo, 2001) Αλγόριθμος σταθερού φωτισμού (flat shading) Ο αλγόριθμος αυτός χρησιμοποιεί μόνο τη διάχυτη ανάκλαση και τον έμμεσο φωτισμό. Η τεχνική αυτή είναι ο πιο απλός τρόπος απόδοσης σκίασης σε ένα αντικείμενο και δεν υπολογίζει ούτε την ελάττωση φωτισμού λόγο απόστασης ούτε την κατευθυνόμενη ανάκλαση ενώ τέλος δε δημιουργεί και σκιές. Ο αλγόριθμος αυτός αποδίδει ένα χρώμα για ολόκληρη την επιφάνεια κάθε πολυγώνου. Είναι σαφές ότι ο αλγόριθμος αυτός δεν μπορεί να εκτελεστεί σε παραμετρικές επιφάνειες. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού τα αντικείμενα πρέπει να μετατραπούν στο πολυγωνικό μοντέλο παράστασης. 262

263 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Αλγόριθμος Gouraud Ο αλγόριθμος του Gouraud αν και πιο ταχύς σε εκτέλεση και λιγότερο απαιτητικός σε υπολογιστική ισχύ παρουσιάζει προβλήματα στην ακριβή απόδοση των αντανακλάσεων (highlights). Αυτός είναι και ο λόγος ο οποίος αρχικά ήταν διαδεδομένο σε αλληλεπιδραστικές εφαρμογές όπου απαιτούνταν αναπαράσταση σε πραγματικό χρόνο. Το μοντέλο αυτό υπολογίζει τα κάθετα διανύσματα στις κορυφές των πολυγώνων υπολογίζοντας το μέσο όρο των κάθετων διανυσμάτων των γύρω πλευρών. Στη συνέχεια κάθε τέτοια κάθετος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του χρώματος στην αντίστοιχη κορυφή. Το χρώμα τον αντίστοιχων εδρών υπολογίζεται με γραμμική παρεμβολή Αλγόριθμος Phong Ο αλγόριθμος του Phong αποτελεί στην ουσία μια βελτίωση του αλγορίθμου Gouraud. Αν και βελτιώνει το οπτικό αποτέλεσμα, απαιτεί και πολύ περισσότερη υπολογιστική ισχύ, λόγω όμως της τεράστιας εξέλιξης του υλισμικού τα τελευταία χρόνια αυτό δεν αποτελεί πλέον πρόβλημα και ο αλγόριθμος αυτός χρησιμοποιείται κατά κόρον. Ο αλγόριθμος αυτός υπολογίζει τη σκίαση για κάθε εικονοστοιχείο που ένα πολύγωνο καλύπτει. Τα απαιτούμενα κανονικά διανύσματα για τον υπολογισμό αυτό προκύπτουν με παρεμβολή των κανονικών διανυσμάτων των κορυφών. Εικόνα 65: αλγόριθμοι φωτισμού για το τοπικό μοντέλο φωτισμού Μοντέλα γενικού φωτισμού Global Illumination Τα μοντέλα της κατηγορίας αυτής φωτισμού έχουν τεράστιες διαφορές από τα μοντέλα τοπικού φωτισμού. Η βασική τους διαφορά είναι ότι 263

264 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης υπολογίζουν και τον έμμεσο φωτισμό (indirect illumination). Οι τεχνικές αυτές είναι αρκετά πιο πολύπλοκες και χρονοβόρες από τα μοντέλα της προηγούμενης κατηγορίας. Αποδίδουν όμως πολύ πιο ρεαλιστικά αποτελέσματα και κυρίως για θέματα που σχετίζονται με τον έμμεσο φωτισμό, τις αντανακλάσεις και τις διαφάνειες. Τα βασικότερα μοντέλα γενικού φωτισμού είναι η παρακολούθηση ακτίνας (ray tracing), το radiosity και το photon mapping. Τα μοντέλα γενικού φωτισμού θεωρητικά υπολογίζουν όλες τις μεταφορές ενέργειας του φωτός μεταξύ των πολυγώνων των αντικειμένων της σκηνής. Προσπαθούν δηλαδή να περιγράψουν όλες τις διαδρομές του φωτός μέσα στη σκηνή Μοντέλο παρακολούθησης ακτίνας (ray tracing) Η βασική αρχή του μοντέλου παρακολούθησης ακτίνας είναι η προσπάθεια να μιμηθεί/ αναπαρασταθεί η τροχιά των ακτινών του φωτός, από τη φωτεινή πηγή μέχρι να συναντήσει την κάμερα μέσα από την οποία «βλέπει» ο χρήστης. Με σκοπό να βελτιστοποιηθεί το μοντέλο αυτό, χρησιμοποιείται στην ουσία η ακριβώς αντίθετη διαδικασία. Δηλαδή, η παρακολούθηση μόνο των ακτινών εκείνων που τελικά φτάνουν στην κάμερα. Η τεχνική αυτή ονομάζεται αναδρομική παρακολούθηση ακτίνας. Κάθε ακτίνα ξεκινά από το σημείο παρατήρησης και περνώντας από το σημείο προβολής ακολουθείται η πορεία της μέσα στη σκηνή. Στο πρώτο σημείο της σκηνής που θα φτάσει συνεχίζεται η παρακολούθηση της αναδρομικά. Επίσης σε κάθε σημείο η ακτίνα ενδέχεται να διασπάται σε περισσότερες καθώς το φως μπορεί να φτάνει στο σημείο αυτό με περισσότερους από ένα τρόπους. Η διαδικασία αυτή συνεχίζεται αναδρομικά μέχρι να καταλήξει η ακτίνα σε κάποια φωτεινή πηγή (Gutiérrez, Vexo, & Thalmann, 2008). 264

265 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 66: παράδειγμα παρακολούθησης ακτίνας σε μια σκηνή Σύμφωνα με τον (Vince J. A., 2004) οι αλγόριθμοι που έχουν αναπτυχθεί για το μοντέλο αυτό προσφέρουν εκπληκτικά φωτορεαλιστικά αποτελέσματα κυρίως ότι αφορά τη σκίαση, τις αντανακλάσεις και τις διαθλάσεις. Λόγω όμως και της ακρίβειας του μοντέλου αυτού, είναι αρκετά απαιτητικοί σε υπολογιστικό χρόνο. Η αδυναμία τους αυτή περιορίζει τη χρήση τους στα εικονικά περιβάλλοντα. Παρόλο το σημαντικό αυτό μειονέκτημα υπάρχουν προσπάθειες της επιστημονικής κοινότητας τα τελευταία χρόνια που προσπαθούν να αναπτύξουν αλγορίθμους σε πραγματικό χρόνο. Έχουν αναπτυχθεί έτσι κάποιοι βελτιωμένοι αλγόριθμοι παρακολούθησης ακτίνας σε πραγματικό χρόνο. Οι αλγόριθμοι αυτοί χρησιμοποιούν τεχνικές όπως: Χρήση προγραμματιζόμενου υλισμικού (programmable hardware) Χρήση δομών δυαδικού διαμερισμού χώρου (BSP binary space partitioning) Χρήση περιβαλλόντων όγκων Οι εξελίξεις αυτές έχουν καταστήσει πλέον τους αλγόριθμους αυτούς ικανούς να χρησιμοποιηθούν και στο χώρο των εικονικών περιβαλλόντων. Τα μειονεκτήματα των αλγορίθμων παρακολούθησης ακτίνας είναι η αδυναμία τους να αποδώσουν φωτορεαλιστικά ημιδιαφανή αντικείμενα και η δημιουργία απαλών σκιών (soft shadows). 265

266 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 67: παράδειγμα σκηνής που έχει αποδοθεί με το μοντέλο παρακολούθησης ακτίνας Μοντέλο radiosity Βασική αρχή του μοντέλου radiosity είναι η ισορροπία της ενέργειας σε μία σκηνή. Η αρχή αυτή βασίζεται στη θεωρία της μεταφοράς ενέργειας της θερμότητας μεταξύ των επιφανειών. Έτσι το radiosity (ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας) κάθε επιφάνειας εξαρτάται από το αυτό-εκπεμπόμενο radiosity και από την ενέργεια (φωτισμός) που εκπέμπεται από τις υπόλοιπες επιφάνειες. Συνεπώς, τα μοντέλα radiosity υπολογίζουν τις αλληλεπιδράσεις του φωτός μέσα στη σκηνή ανεξάρτητα από το σημείο θέασης. Η θέση δηλαδή του παρατηρητή. Το ποιο χαρακτηριστικό οπτικό αποτέλεσμα του μοντέλου αυτού είναι οι απαλές σκιές που μπορεί να δημιουργήσει καθώς και το bleeding του διάχυτου φωτισμού. Με τον όρο color bleeding εννοείται η φασματική απόχρωση που προστίθεται πάνω στα βασικά χρώματα των αντικειμένων. Ένα παράδειγμα του φαινομένου αυτού φαίνεται στην Εικόνα 59 όπου πχ. το λευκό χρώμα του τοίχου χρωματίζεται επιπλέων από τα υπόλοιπα χρώματα των αντικειμένων της σκηνής. Η μη προσεκτική και με φειδώ χρήση του χαρακτηριστικού αυτού μπορεί να επιφέρει τα αντίθετα αποτελέσματα και να αποδώσει μη ρεαλιστικές εικόνες. (Watt, 3D Computer Graphics, 1999), (Gallardo, 2001) 266

267 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Το μοντέλο radiosity είναι εξίσου απαιτητικό και αργό μοντέλο φωτισμού σε σύγκριση με το μοντέλο ray tracing. Παράγει όμως πολύ πιο φωτορεαλιστικά αποτελέσματα και κυρίως για απόδοση σκηνών που αναπαριστούν εσωτερικούς χώρους, καθώς στις περιπτώσεις αυτές οι έμμεσοι φωτισμοί συμβάλουν πολύ περισσότερο στο τελικό αποτέλεσμα. Ο λόγος που το μοντέλο αυτό, αν και είναι πολύ απαιτητικό όσον αφορά στους υπολογιστικούς χρόνους, χρησιμοποιείται στα εικονικά περιβάλλοντα είναι ότι ο αντίστοιχος αλγόριθμος μπορεί να τρέξει μια φορά, δηλαδή στην αρχή της εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος, υπολογίζοντας τη σκίαση/ φωτισμό σε όλα τα σημεία του εικονικού περιβάλλοντος. Στη συνέχεια η πληροφορία αυτή μπορεί να αποθηκευτεί αναφορικά με τα αντίστοιχα πολύγωνα. Έτσι παρέχεται η δυνατότητα ο χρήστης να βλέπει το αποτέλεσμα του υπολογισμού αυτού χωρίς να χρειάζεται να τρέχει ο αλγόριθμος σε πραγματικό χρόνο. Το μειονέκτημα στην περίπτωση αυτή είναι ότι αν κινηθούν κάποια αντικείμενα που έχουν χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό αυτό, η συμβολή τους στα υπόλοιπα αντικείμενα, πχ. η σκίαση τους, θα παραμείνει σε αυτά (Gutiérrez, Vexo, & Thalmann, 2008), (Vince J. A., 2004). 267

268 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 68: παράδειγμα σκηνής που έχει αποδοθεί με το μοντέλο radiosity Φωτεινές πηγές light sources Στο υποκεφάλαιο αυτό αναφέρονται τα διάφορα είδη φωτεινών πηγών που συνήθως χρησιμοποιούνται στη γραφικά με ηλεκτρονικό υπολογιστή και αντίστοιχα και στα εικονικά περιβάλλοντα. Κάθε ένα από αυτούς τους διαφορετικούς τύπους φωτεινών πηγών σκοπό έχει την προσομοίωση των φωτεινών πηγών που συναντώνται και στον πραγματικό κόσμο. Οι βασικοί τύποι φωτεινών πηγών που χρησιμοποιούνται στη σχεδίαση γραφικών είναι: Κατευθυνόμενος φωτισμός (directional light) Σημειακός φωτισμός (point light) Προβολέας (spot light) Ο σημειακός φωτισμός και ο φωτισμός από προβολέα ανήκουν στην ίδια κατηγορία του φωτισμού καθοριζόμενου από τη θέση. Άλλοι πιο εξειδικευμένοι τύποι φωτισμού που χρησιμοποιούνται είναι: Φώτα επιφάνειας (area light) 268

269 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Μοντέλα αντικειμένων που λειτουργούν ως φωτεινές πηγές (models serving as lights ή light emitting objects) Σφαίρες περιβάλλοντος (environment spheres) Φωτισμός περιβάλλοντος διάχυτος (ambient light) Ο τελευταίος τύπος δεν είναι στην ουσία φωτεινή πηγή, αλλά ένα είδος φωτισμού που χρησιμοποιείται από τα προγράμματα σχεδίασης για να κάνει φωτεινότερες της σκηνές μας και να λύνει κάποια από τα προβλήματα των μοντέλων τοπικού φωτισμού. Το είδος αυτό θα πρέπει να αποφεύγεται αν αυτό που επιθυμεί ο σχεδιαστής είναι η φωτορεαλιστική απόδοση, καθώς αποδίδει το ίδιο χρώμα σε όλα τα πολύγωνα κάθε επιφάνειας. Γενικός κανόνας λοιπόν είναι ότι όταν δημιουργείται ο φωτισμός μίας σκηνής θα πρέπει ο σχεδιαστής να αρχίζει από το απόλυτο σκοτάδι. Ανάλογα με το είδος της σκηνής που θέλει να αποδώσει, το χαρακτήρα/ στυλ που θέλει να χρησιμοποιήσει και άλλους παράγοντες θα πρέπει να γίνεται η επιλογή αρχικά του μοντέλου φωτισμού που θα χρησιμοποιήσει και στη συνέχεια η επιλογή και η τοποθέτηση των φωτεινών πηγών. Η επιλογή των φωτεινών πηγών πρέπει να γίνεται σύμφωνα με τα χαρακτηριστικά του κάθε είδους καθώς λάθος επιλογή μπορεί να οδηγήσει σε μη επιθυμητά αποτελέσματα χωρίς στοιχεία φωτορεαλισμού. Στη συνέχεια ακολουθεί περιγραφή των βασικών τύπων φωτεινών πηγών που χρησιμοποιούνται συνήθως. Για τους τύπους αυτούς συνήθως ισχύει ότι εκτός από τα ξεχωριστά χαρακτηριστικά που έχει το καθένα ξεχωριστά, επίσης έχουν χρώμα, το οποίο ορίζεται συνήθως στο μοντέλο RGB και ένταση. Η ένταση χωρίζεται επιπλέων σε τρεις παράγοντες, ένταση έμμεσου φωτός (ambient), ένταση διάχυτου φωτός (diffuse) και ένταση κατευθυνόμενου φωτός (specular). Για κάθε είδος έντασης μπορεί να καθοριστεί και διαφορετικό χρώμα. (Akenine-Moller & Haines, 2002), (Birn, 2000) Κατευθυνόμενος φωτισμός Ο κατευθυνόμενος φωτισμός είναι το πιο απλό είδος φωτισμού. Το είδος αυτό φωτεινής πηγής προσομοιώνει φωτεινές πηγές που η απόσταση τους από τα αντικείμενα που φωτίζουν θεωρείται άπειρη. Ένα τέτοιο παράδειγμα φωτεινής πηγής στον πραγματικό χώρο και συγχρόνως το πιο χαρακτηριστικό είναι ο ήλιος. Με τον τύπο αυτό φωτισμού όλα τα αντικείμενα της σκηνής φωτίζονται ακριβώς από την ίδια γωνία ανεξάρτητα με τη θέση 269

270 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης τους σε σχέση με τη φωτεινή πηγή. Η τοποθέτηση αυτής της πηγής σε συγκεκριμένο σημείο μέσα στη σκηνή συνεπώς δεν αλλάζει το αποτέλεσμα. Το μόνο που έχει σημασία λοιπόν είναι η κατεύθυνση της. Οι σκιές που παράγουν οι πηγές αυτές είναι και αυτές ανεξάρτητες από τη γωνία θέασης και άρα παράλληλες. Ο τύπος αυτός της φωτεινής πηγής χρησιμοποιείται κυρίως για την προσομοίωση του φωτισμού του ήλιου Σημειακός φωτισμός Εικόνα 69: παράδειγμα κατευθυνόμενου φωτισμού Ο σημειακός φωτισμός μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μοναδικό σημείο το οποίο φωτίζει τον περιβάλλον χώρο προς όλες τις κατευθύνσεις ομοιόμορφα. Ο τύπος αυτός φωτισμού μπορεί να προσομοιάσει τον φωτισμό των κλασικών λαμπτήρων που συνήθως βρίσκονται στο κέντρο των δωματίων. Επίσης μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για την προσομοίωση φωτιστικών σωμάτων αν συνδυαστούν με το γεωμετρικό μοντέλο των αντικειμένων αυτών. Πχ. αν τοποθετηθούν στο ίδιο σημείο όπως ένας λαμπτήρας σε ένα πορτατίφ μπορούν να αποδώσουν τις σκιές του λαμπτήρα και άρα και τη κατεύθυνση του φωτός. 270

271 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Προβολέας Εικόνα 70: παράδειγμα σημειακού φωτισμού Ο τύπος αυτός φωτεινής πηγής χρησιμοποιείται και αυτός πολύ συχνά από τους σχεδιαστές. Ο προβολέας στην ουσία είναι ένας σημειακός φωτισμός, ο οποίος όμως περιορίζει τις ακτίνες του μέσα σε ένα κώνο ή ένα τετράγωνο το μέγεθος των οποίων μπορεί να μεταβληθεί ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη. Προτιμάται από τους σχεδιαστές για ευκολία σε σχέση με το παράδειγμα που δόθηκε για το σημειακό φωτισμό και όταν δεν απαιτούνται εξειδικευμένες λύσεις. Εκτός από τη θέση και την κατεύθυνση του προβολέα, άλλα στοιχεία που πρέπει να οριστούν και είναι πολύ χρήσιμα είναι η το άνοιγμα του κώνου που καθορίζει το πάχος της δέσμης φωτός και το ημίφως, που καθορίζει την απαλότητα τα σκιάς στις άκρες της δέσμης φωτός. Εικόνα 71: παράδειγμα φωτισμού από προβολέα 271

272 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Φώτα επιφάνειας Το είδος αυτό φωτεινής πηγής δεν μεταδίδει το φώς από ένα μοναδικό σημείο όπως τα δύο προηγούμενα είδη αλλά από μία ολόκληρη επιφάνεια. Αν η επιφάνεια αυτή είναι μικροσκοπική τότε θα συμπεριφέρεται σαν σημειακή φωτεινή πηγή. Αντιθέτως αν η επιφάνεια μεγεθυνθεί τότε το αποτέλεσμα θα είναι πιο απαλοί φωτισμοί και πιο απαλές σκιές. Το είδος αυτό φωτεινής πηγής χρησιμοποιείται για την προσομοίωση του φωτισμού των λαμπτήρων φθορισμού. Η κύρια χρήση του όμως είναι σε συνδυασμό με τα άλλα είδη για δημιουργία φωτορεαλιστικών αποδόσεων. Εικόνα 72: παράδειγμα σκηνής που φωτίζεται με φως επιφάνειας Μοντέλα αντικειμένων που λειτουργούν ως φωτεινές πηγές Το είδος αυτό φωτεινών πηγών έχει αναπτυχθεί και χρησιμοποιείται για την οπτική απόδοση σκηνών σύμφωνα με τα μοντέλα γενικού φωτισμού. Όπως έχει αναφερθεί στο υποκεφάλαιο μοντέλο radiosity ( ), οι σκηνές που αποδίδονται κάνοντας χρήση του μοντέλου αυτού δεν απαιτούν φώτα ως φωτεινές πηγές αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντικείμενα που θα εκτελούν τη λειτουργία αυτή. Αυτό επιτυγχάνεται προσδίδοντας στα αντικείμενα μια πυράκτωση (incandescence). Το χαρακτηριστικό αυτό μπορεί να εφαρμοστεί ανεξαρτήτως του μέγεθος και το σχήμα τον αντικειμένων. 272

273 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 73: παράδειγμα αντικειμένου που λειτουργεί ως φωτεινή πηγή σε συνδυασμό με γενικό μοντέλο φωτισμού Σφαίρες περιβάλλοντος Οι σφαίρες περιβάλλοντος είναι ένα εξειδικευμένο είδος φωτεινής πηγής. Χρησιμοποιείται για σκηνές που αναπαριστούν εξωτερικούς χώρους ώστε να προσομοιάσουν τον φωτισμό από τον ουρανό. Δεν συνηθίζονται να χρησιμοποιούνται μόνα τους αλλά σε συνδυασμό με άλλες φωτεινές πηγές. Η σφαίρα εσωτερικά είναι εφαρμοσμένη με μία εικόνα. Τα χρώματα της εικόνας αυτής είναι υπεύθυνα για το φωτισμό. Η δυσκολία του τύπου αυτού φωτεινής πηγής παρουσιάζεται αν δεν υπάρχει η κατάλληλη εικόνα για τη συγκεκριμένη σκηνή. Ο λόγος του προβλήματος αυτού είναι ότι δεν είναι εύκολο να γίνουν εξειδικευμένες βελτιώσεις. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού εφόσον παρουσιαστεί στο αποτέλεσμα, γίνεται χρήση και άλλων φωτεινών πηγών, παρά προσπάθεια βελτίωσης της εικόνας που είδη εφαρμόζεται στη σφαίρα. Εικόνα 74: παράδειγμα εφαρμογής σφαίρας περιβάλλοντος σε σκηνή 273

274 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Απεικόνιση υφής και ανάγλυφου Μέχρι το κεφάλαιο αυτό έχει πραγματοποιηθεί η περιγραφή των βασικότερων θεμάτων που σχετίζονται με τον τρόπο που θα φωτιστεί μια επιφάνεια. Η διαδικασία αυτή όμως δίνει μια συγκεκριμένη απόχρωση για κάθε τμήμα ή πολύγωνο των αντικειμένων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μη φωτορεαλιστικά αποτελέσματα, αφού στον πραγματικό κόσμο τα αντικείμενα, ανεξάρτητα από το αν είναι χρωματισμένα από ένα μοναδικό χρώμα κάτι που σπάνια συναντάται, το αποτέλεσμα που προβάλλεται στον παρατηρητή είναι πολύπλοκες υφές με πολλές αποχρώσεις. Η πολυπλοκότητα των υφών αυτών συμβάλει ώστε ο παρατηρητής να πάρει πληροφορίες τόσο για το χρώμα του αντικειμένου όσο και για άλλα στοιχεία όπως την αδρότητα της επιφάνειας του, το περιβάλλον που βρίσκεται, το πώς συμπεριφέρεται στο φωτισμό κτλ. Η διαδικασία της απεικόνισης υφής (texture mapping) δημιουργεί αυτές τις εναλλαγές και τις λεπτομέρειες πάνω στις υφές των αντικειμένων. Μέσω της διαδικασίας αυτής το επίπεδο λεπτομέρειας των αντικειμένων αυξάνεται παρέχοντας στο χρήστη περεταίρω πληροφορίες για τα οπτικά χαρακτηριστικά των αντικειμένων. Η διεργασία αυτή μειώνει επίσης τον αριθμό και τη λεπτομέρεια των απαιτούμενων πολυγώνων για την αναπαράσταση των μικρο-λεπτομερειών των αντικειμένων, η οποία θα δημιουργούσε βαριά και απαιτητικά σε υπολογιστικό χρόνο μοντέλα παράστασης. Εκτός από τις χρωματικές εναλλαγές στην επιφάνεια των υφών που είναι η πιο απλή μορφή υφής, η απεικόνιση υφής μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την αναπαράσταση χωρικών διαφοροποιήσεων στις επιφάνειες αυτές. Δηλαδή για την αναπαράσταση του ανάγλυφου των επιφανειών. Η τεχνική αυτή ονομάζεται απεικόνιση ανάγλυφου (bump mapping). Στη συνέχεια του υποκεφαλαίου αυτού περιγράφεται τόσο η απεικόνιση χάρτη υφής και η απεικόνιση ανάγλυφου, όσο και πιο εξειδικευμένες τεχνικές που σχετίζονται με τη χρήση των υφών στα εικονικά περιβάλλοντα. Συνολικά οι πιο χαρακτηριστικοί τύποι υφών είναι (Birn, 2000): Απεικόνιση χρώματος ή απεικόνιση χάρτη υφής Απεικόνιση ανακλάσεων (specular): ορίζει τις περιοχές που είναι πιο φωτεινές και άρα αναπαριστούν ανακλάσεις. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία φωτορεαλιστικών αποτελεσμάτων χωρίς να απαιτείται 274

275 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης η εφαρμογή γενικών μοντέλων φωτισμού, ώστε να δημιουργήσει στο χρήστη την αντίληψη των ανακλάσεων από το χώρο. Μια εξειδικευμένη τεχνική που σχετίζεται με το είδος της υφής αυτής είναι η απεικόνιση περιβάλλοντος. Απεικόνιση διαφάνειας (transparency): ορίζει τις περιοχές εκείνες της εικόνας και αντίστοιχα και του αντικειμένου που είναι διαφανείς Απεικόνιση πυρακτώσεως (Luminosity/ incandescence) Απεικόνιση ανάγλυφου (αποτελεί ξεχωριστή κατηγορία και αναλύεται παρακάτω) Η απεικόνιση υφών είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο στην ανάπτυξη φωτορεαλιστικών απεικονίσεων των εικονικών περιβαλλόντων. Αν οι τεχνικές που προσφέρονται χρησιμοποιηθούν σωστά από τους σχεδιαστές τότε μπορούν εφαρμοστούν σε πολύ απλά τρισδιάστατα μοντέλα και να αποδώσουν εντυπωσιακές εικόνες που θα τρέχουν ικανοποιητικά σε πραγματικό χρόνο Απεικόνιση υφής (texture mapping) Η απεικόνιση χάρτη υφής χωρίζεται σε δύο βασικές κατηγορίες οι οποίες αναλύονται στη συνέχεια, αυτές είναι: Απεικόνιση χάρτη υφής image mapping Συναρτησιακή υφή (procedural texture mapping) Απεικόνιση χάρτη υφής (image mapping) Η μέθοδος αυτή είναι η πρώτη που αναπτύχθηκε και συνάμα η πιο βασική και αυτή που χρησιμοποιείται περισσότερο από όλες. Στη μέθοδο αυτή χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές έτσι ώστε να εφαρμοστούν δυσδιάστατες υφές με παραμέτρους u και v, σε αντικείμενα στο τρισδιάστατο χώρο. Στην ουσία ένα τρισδιάστατο αντικείμενο τυλίγεται από μία δυσδιάστατη εικόνα. Ο τρόπος με τον οποίο θα γίνει η εφαρμογή αυτή εξαρτάται από τους μετασχηματισμούς που θα πραγματοποιηθούν ή αλλιώς από τις συναρτήσεις απεικόνισης. Η απεικόνιση χάρτη υφής παρέχει στοιχεία μόνο για το χρωματισμό των επιφανειών. 275

276 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Συναρτήσεις απεικόνισης Στα γραφικά έχουν ανατηχθεί διάφορες συναρτήσεις απεικόνισης. Η επιλογή της κατάλληλης εξαρτάται τόσο από το σχήμα του αντικειμένου που θέλει να το εφαρμόσει ο σχεδιαστής όσο και από το οπτικό αποτέλεσμα που θέλει να επιτύχει. Οι συναρτήσεις αυτές δεν ισχύουν μόνο για την απεικόνιση χάρτη υφής αλλά για όλα τα είδη απεικόνισης. Οι βασικότερες συναρτήσεις απεικόνισης είναι (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999): Επίπεδη συνάρτηση απεικόνισης (Planar mapping) Κυλινδρική συνάρτηση απεικόνισης (cylindrical mapping) Σφαιρική συνάρτηση απεικόνισης (spherical mapping) Προσανατολισμένη συνάρτηση απεικόνισης (shrink mapping): ομοιόμορφη κατανομή υφής Κυβική συνάρτηση απεικόνισης (box mapping): απεικόνιση έξι ίδιων εικόνων σε κάθε μία από τις έξη πλευρές ενός κύβου αντίστοιχα Συνάρτηση απεικόνιση σε τμήματα επιφανειών (patch mapping): η υφή εφαρμόζεται πιστά πάνω σε παραμετρικές επιφάνειες και ακολουθεί την παραμετροποίηση τους Συναρτησιακή υφή (procedural texture mapping) Σε αντίθεση με την απεικόνιση χάρτη υφής, οι συναρτησιακές υφές ορίζονται στον τρισδιάστατο χώρο και επίσης δεν παρουσιάζουν προβλήματα «πιξελιάσματος». Η δημιουργία της υφής γίνεται μέσω συναρτήσεων και χρησιμοποιείται κυρίως για προσομοίωση κάποιων εξειδικευμένων υλικών ή φυσικών φαινομένων. Προσφέρει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με την απεικόνιση χάρτη υφής όμως λόγω της συναρτησιακής τους μορφής στις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων δεν παρουσιάζουν ενδιαφέρον Αναπαράσταση ανάγλυφου Υπάρχουν δύο βασικοί τρόποι για την αναπαράσταση του ανάγλυφου των αντικειμένων. Το bump mapping και το displacement mapping. Όπως έχει είδη αναφερθεί η εφαρμογή των υφών γίνεται πάνω σε επιφάνειες. Οι επιφάνειες αυτές δεν μπορούν να αναπαραστήσουν το ανάγλυφο των επιφανειών αυτών. Αυτό θα μπορούσε να γίνει μόνο με πολύ αναλυτικά γεωμετρικά μοντέλα τα οποία όμως θα αποτελούνταν από πάρα πολλές 276

277 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης επιφάνειες και θα έκαναν τη σκηνή βαριά και αδύνατο να αποδοθεί σε πραγματικό χρόνο. Για την επίλυση που προβλήματος αυτού έχουν αναπτυχθεί διάφοροι μέθοδοι αναπαράστασης ανάγλυφου που βασίζονται όμως στις ίδιες τεχνικές με την απεικόνιση χάρτη υφής. Η τεχνική του displacement mapping προσεγγίζει το πρόβλημα αυτό διαμορφώνοντας ένα νέο πολυγωνικό μοντέλο κατά τη διάρκεια της απεικόνισης (rendering). Τροποποιεί δηλαδή ολόκληρο το πολυγωνικό μοντέλο της επιφάνειας που εφαρμόζεται, δημιουργώντας ένα νέο. Με τον τρόπο αυτό παράγονται πολύ καλά αποτελέσματα όσον αφορά τη σκίαση και τη διαμόρφωση της νέας επιφάνειας, λόγω όμως της πολυπλοκότητας του είναι προς το παρών αδύνατο να τρέξει σε πραγματικό χρόνο και δεν εφαρμόζεται στα εικονικά περιβάλλοντα (Gutiérrez, Vexo, & Thalmann, 2008) Bump mapping Αντιθέτως με το displacement mapping, το bump mapping δεν τροποποιεί ολόκληρη τη γεωμετρία του αλλά μόνο τα κανονικά διανύσματα της κάθε επιφάνειας. Τροποποιώντας τα κανονικά διανύσματα μπορούν να ληφθούν ικανοποιητικές φωτορεαλιστικές εικόνες για το ανάγλυφο των επιφανειών χωρίς να χρειάζονται αλλαγές στη γεωμετρία τους. Λόγω της διαφοροποίησης του αυτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας καθώς ο αντίστοιχος αλγόριθμος είναι πολύ πιο ελαφρύς. Μερικά παραδείγματα χρήση της τεχνικής αυτής είναι για τη δημιουργία ανάγλυφου σε επιφάνειες όπως τοίχοι, πλακάκια, επιφάνεια θάλασσας κτλ. (Gutiérrez, Vexo, & Thalmann, 2008), (Vince J. A., 2004) Εικόνα 75: παράδειγμα εφαρμογής bump mapping σε σφαιρικά αντικείμενα 277

278 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Απεικόνιση περιβάλλοντος environment mapping Όπως έχει είδη αναφερθεί μια εξειδικευμένη τεχνική της απεικόνισης ανακλάσεων είναι η απεικόνιση περιβάλλοντος. Με την τεχνική αυτή μπορούν να αποδοθούν εικόνες που να αποδίδουν με προσεγγιστικό τρόπο τις αντανακλάσεις των καμπύλων επιφανειών που προέρχονται από την υπόλοιπη σκηνή, δηλαδή από το περιβάλλον. Αυτό πραγματοποιείται εφαρμόζοντας υφές που αναπαριστούν τον περιβάλλον χώρο. Η αποθήκευση και αντίστοιχα και η εφαρμογή της νέας αυτής υφής γίνεται είτε σε κυβική είτε σε σφαιρική απεικόνιση. Με την τεχνική μπορεί να αποφευχθεί το μοντέλο παρακολούθησης ακτίνας και αντί αυτού να αποδοθούν προσεγγιστικά οι ανακλάσεις του περιβάλλοντος μειώνοντας έτσι σημαντικά τον απαιτούμενο χρόνο. Αυτός είναι και ο λόγος που η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται κατά κόρων στην ανάπτυξη των εικονικών περιβαλλόντων. Εικόνα 76: το πρώτο παράδειγμα απεικόνισης περιβάλλοντος στην κλασική Utah Teapot από τον Jim Blinn Απεικόνιση υψηλής δυναμικής περιοχής (HDRI high dynamic range imaging) Ένα πρόβλημα που παρουσιάζεται με την απεικόνιση περιβάλλοντος είναι ότι η δυναμική περιοχή του φωτός που φωτογραφίζεται συνήθως περιορίζεται σε 8 bit ανά κανάλι χρώματος για να αποθηκευτεί. Ο άμεσος φωτισμός όμως του περιβάλλοντος μπορεί να είναι χιλιάδες φορές περισσότερο φωτεινός και άρα το 8 bit δεν αρκούν για την αποθήκευση της 278

279 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης πληροφορίας αυτής. Το πρόβλημα αυτό παρουσιάζεται κυρίως σε αντικείμενα που είναι έντονα αντανακλαστικά όπως οι καθρέφτες και τα μεταλλικά αντικείμενα. Οι εικόνες HDRI επιτρέπουν μεγαλύτερες εναλλαγές στη φωτεινότητα (luminance) μεταξύ των φωτεινών και σκοτεινών περιοχών ενός περιβάλλοντος. Στόχος δηλαδή των εικόνων HDRI είναι να καταφέρει να αποδώσει πιστά τα διάφορα επίπεδα φωτεινότητας σε ένα περιβάλλον, κάτι που είναι αδύνατο από τις συνηθισμένες φωτογραφίες. Η διαδικασία για να δημιουργηθεί μια εικόνα του είδους αυτού πραγματοποιείται από μία συλλογή φωτογραφιών διαφορετικής εκθέσεως από ακριβώς το ίδιο σημείο οι οποίες επεξεργάζονται μέσω ενός εξειδικευμένου προγράμματος. Εικόνα 77: διαφορά συμβατικής φωτογραφίας (αριστερά) με φωτογραφία HDRI (δεξιά) Χρησιμοποιώντας τις εικόνες HDRI στην απεικόνιση περιβάλλοντος μπορούν να δημιουργηθούν πιο ρεαλιστικά αλλά και εντυπωσιακά αποτελέσματα. Οι εικόνες HDRI βρίσκουν εφαρμογή και σε άλλες διεργασίες στην απόδοση του εικονικού κόσμου όπως πχ. στον φωτισμό του περιβάλλοντος. (Reinhard, Pattanaik, Ward, & Debevec, 2005) Απεικόνιση φωτός light mapping Η απεικόνιση φωτός είναι μια τεχνική η οποία βασίζεται στην απεικόνιση υφών και η οποία υπολογίζει τους φωτισμούς σε ένα αντικείμενο και τους αποθηκεύει σε μια νέα υφή. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές σε πραγματικό χρόνο και συνεπώς και στις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων. Οι βασικές αρχές για τη δημιουργία των απεικονίσεων φωτός είναι παρόμοιες με αυτές της απεικόνισης περιβάλλοντος. Με την τεχνική αυτή δημιουργείται μια νέα υφή η οποία αποθηκεύει για κάθε σημείο του 279

280 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης αντικειμένου τις ανακλάσεις του φωτός από το περιβάλλον στο οποίο βρίσκεται. Το βασικό πλεονέκτημα που προσφέρει η τεχνική αυτή είναι ότι οι πολύπλοκοι αλγόριθμοι φωτισμού όπως ο αλγόριθμος radiosity και ο αλγόριθμος ray-tracing οι οποίοι είναι δύσκολο λόγω του ότι είναι απαιτητικοί σε υπολογιστική δύναμη να τρέξουν σε πραγματικό χρόνο, μπορούν να εκτελεστούν κατά τη διάρκεια του σχεδιασμού και η πληροφορία τους να αποθηκευτεί στη νέα υφή. Εφαρμόζοντας στη συνέχεια αυτή τη νέα υφή, το αντικείμενο θα μπορεί να αποδοθεί σε πραγματικό χρόνο με τα ίδια οπτικά αποτελέσματα χωρίς να απαιτείται η εκτέλεση των απαιτητικών αλγορίθμων του γενικού φωτισμού. Τα σημαντικότερα μειονεκτήματα της τεχνικής αυτής είναι: Δεν μπορεί να εφαρμοστεί με σωστά αποτελέσματα για κινούμενα αντικείμενα καθώς ο φωτισμός τους θα αλλάζει καθώς θα αλλάζει και η θέση τους μέσα στο εικονικό περιβάλλον. Οι υφές απεικόνισης φωτισμού πρέπει να δημιουργηθούν για κάθε αντικείμενο ξεχωριστά και στη συνέχεια να εφαρμοστούν ξανά στα αντικείμενα. Αυτή είναι μια πολύ χρονοβόρα διαδικασία για το σχεδιαστή. Η αποθήκευση των υφών που απεικονίζουν το φωτισμό μπορεί να πραγματοποιηθεί σε πολύ χαμηλότερη ανάλυση σε σχέση με την απεικόνιση χάρτη υφής, γιατί οι αλλαγές που συμβαίνουν στο φωτισμό δεν είναι απότομες σε αντίθεση με τις αλλαγές των χρωμάτων στις υφές. Η τεχνική ατή απαιτεί multi-pass για να αποδοθεί καθώς η υφή του φωτισμού πρέπει να εφαρμοστεί πάνω σε αντικείμενο που έχει είδη αποδοθεί χρωματισμός. (Malhotra, 2002) (Akenine-Moller & Haines, 2002) (Brabec, 2004) Baking textures Η εξειδικευμένη αυτή τεχνική χρησιμοποιείται έτσι ώστε να αποθηκεύει τα διαφορετικά είδη υφών σε μία νέα υφή. Στην ουσία είναι ένας συνδυασμός των τεχνικών της απεικόνισης χάρτη υφής, χάρτη περιβάλλοντος και χάρτη φωτισμού. Με την τεχνική αυτή μπορούν να αποθηκευτούν σε μια νέα υφή 280

281 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης όλες εκείνες οι πληροφορίες που σχετίζονται με το χρωματισμό του αντικειμένου, τις αντανακλάσεις που αυτό δέχεται καθώς και το φωτισμό. Επίσης με την τεχνική αυτή μπορούν να χρησιμοποιηθούν και συναρτησιακές υφές οι οποίες είναι υπερβολικά δύσκολο να αποδοθούν σε πραγματικό χρόνο. Εφαρμόζοντας την τεχνική αυτή, ο σχεδιαστής μπορεί να δημιουργήσει πολύ εντυπωσιακές και φωτορεαλιστικές σκηνές που θα ήταν αδύνατο να αλλιώς να αποδοθούν σε πραγματικό χρόνο. Τα μειονεκτήματα της τεχνικής αυτής είναι ότι: Η διεργασία δημιουργίας τους είναι χρονοβόρα καθώς πρέπει να δημιουργηθούν και να ξαναεφαρμοστούν σε κάθε αντικείμενο ξεχωριστά. Το δεύτερο και σημαντικότερο μειονέκτημα το οποίο οι σχεδιαστές θα πρέπει να έχουν υπόψη τους, είναι ότι οι νέες υφές που δημιουργούνται απαιτούν μεγάλη ανάλυση. Το δεύτερο αυτό μειονέκτημα οφείλεται στο γεγονός ότι ενώ η απεικόνιση χάρτη υφής συνήθως χρησιμοποιεί επαναλήψεις βασικών στοιχείων και άρα μικρής ανάλυσης για να καλύψει μεγάλες επιφάνειες, με την τεχνική του baking θα πρέπει να καλυφθεί όλη επιφάνεια του αντικειμένου με μία μεγάλης ανάλυσης φωτογραφία. Ο σχεδιαστής θα πρέπει να γνωρίζει τον περιορισμό αυτό και να χρησιμοποιεί την τεχνική αυτή με μέτρο. 281

282 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 78: παράδειγμα σκηνής που έχει εφαρμοστεί η τεχνική baking textures Mip mapping Ένα ακόμα πρόβλημα που παρατηρείται στην απεικόνιση υφής και το οποίο πρέπει να επιλύεται είναι αυτό της αλλοίωσης της υφής εξαιτίας της απόστασης του από το χρήστη. Το πρόβλημα αυτό δημιουργείται καθώς θα πρέπει να επιλέγεται το χρώμα ενός σημείου της υφής (texel) για να χρωματίσει ένα εικονοστοιχείο. Η διεργασία αυτή δημιουργεί σφάλματα και απότομες αλλαγές στο χρωματισμό τον εικονοστοιχείων. Με την τεχνική του mip mapping αποθηκεύονται διαδοχικές εικόνες από την αρχική, οι οποίες αποτελούν σμίκρυνση του μεγέθους της αρχικής εικόνας και μείωσης του φιλτραρίσματος της Απόδοση βασισμένη σε εικόνες image based rendering IBR Στην απόδοση βασισμένη σε εικόνες (IBR) τα βασικό στοιχείο για την οπτική απόδοση είναι η εικόνα και όχι η γεωμετρία του μοντέλου. Όπως έχει ήδη αναφερθεί οι υφές συνήθως εφαρμόζονται σε μοντέλα παράστασης των αντικειμένων. Η απόδοση τους λοιπόν στη συσκευή εξόδου εξαρτάται τόσο 282

283 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης από την εικόνα που εφαρμόζεται αλλά και από τη γεωμετρία του ίδιου του μοντέλου. Αυτό συνεπάγεται ότι σε πραγματικό χρόνο κάποια αντικείμενα με πολύπλοκη και «βαριά» γεωμετρία είναι δύσκολο ως αδύνατο να αποδοθούν. Το προτέρημα της μεθόδου αυτής είναι ότι δεν στηρίζεται τόσο στη γεωμετρία, αλλά δημιουργούνται τεχνικές οι οποίες εφαρμόζουν υφές σε πολύ απλά γεωμετρικά μοντέλα, πχ. σε μία επιφάνεια, και η απόδοση βασίζεται στην εικόνα. Με την τεχνική αυτή ο χρόνος απόδοσης είναι ανάλογος με τον αριθμό των εικονοστοιχείων που θα αποδοθούν και όχι από τον αριθμό των πολυγώνων του μοντέλου. Στα γραφικά έχουν αναπτυχθεί πολλές τεχνικές απόδοσης οι οποίες βασίζονται στο IBR και οι οποίες εφαρμόζονται συχνά και στα εικονικά περιβάλλονται καθώς προσφέρον τη δυνατότητα απόδοσης σε πραγματικό χρόνο. Παρακάτω αναφέρονται δύο ενδεικτικές τεχνικές οι οποίες χρησιμοποιούνται κατά κόρων στα εικονικά περιβάλλοντα. Οι τεχνικές αυτές είναι η απεικόνιση billboard και το φαινόμενο της «λάμψης» ή αναλαμπής του φωτός (lens flare). (Birn, 2000) (Akenine-Moller & Haines, 2002) (Vince J. A., 2004) Billboard απεικόνιση Μία άλλη πολύ χρήσιμη τεχνική απεικόνισης η οποία χρησιμοποιείται κυρίως σε εφαρμογές που τρέχουν σε πραγματικό χρόνο και άρα και στα εικονικά περιβάλλοντα είναι αυτή της απεικόνισης billboard. Στη συγκεκριμένη τεχνική, η υφή εφαρμόζεται σε ένα και μόνο πολύγωνο, ενώ η εικόνα που εφαρμόζεται είναι πάντα συνδυασμός απεικόνισης χρώματος και απεικόνισης διαφάνειας. Το πολύγωνο αυτό είναι ρυθμισμένο με τέτοιο τρόπο ώστε το κανονικό το διάνυσμα να έχει πάντα κατεύθυνση προς το χρήστη. Με τον τρόπο αυτό ο χρήστης θα παρατηρεί πάντα το ίδιο αποτέλεσμα ανεξαρτήτως της γωνία θέασης. Παρόλο την απλότητα τις ιδέας αυτής και το γεγονός ότι δε μεταβάλλεται το αποτέλεσμα από τη γωνία θέασης, η τεχνική αυτή είναι ιδανική για την αποτύπωση κάποιων αντικειμένων φόντου. Το μειονέκτημα της τεχνικής αυτής είναι ότι δεν μπορεί να αποδοθεί με ρεαλιστικά αποτελέσματα για αντικείμενα που βρίσκονται πολύ κοντά στο χρήστη. Αυτός είναι και ο λόγος που χρησιμοποιείται σε αντικείμενα φόντου. Τα ποιο χαρακτηριστικά παραδείγματα χρήσης της τεχνικής αυτής είναι στη αποτύπωση δένδρων και άλλων φυτών καθώς και στα σύννεφα. (Vince J. A., 2004) (Birn, 2000) 283

284 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 79: προσανατολισμός των επιφανειών που θα γίνει απεικόνιση billboard Εικόνα 80: παράδειγμα απεικόνισης billboard για σύννεφα Αναλαμπή φωτός Lens flare Το φαινόμενο της αναλαμπής φωτός (lens flare) προκαλείται από το φακό του ματιού ή της κάμερας όταν προσκρούει σε αυτό φως κατευθείαν από τη φωτεινή πηγή. Η εμφάνιση του αποτελείται από ένα φωτοστέφανο και μια φωτεινή κηλίδα. Το φωτοστέφανο αυτό συνήθως στις εξωτερικές του άκρες χρωματίζεται με το κόκκινο και βιολετή χρώμα. Το φαινόμενο αυτό εμφανίζεται εξαιτίας της μορφολογίας του ματιού και τον τρόπο που αυτή αντανακλά το φως. 284

285 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Εικόνα 81: παράδειγμα του φαινομένου lens flare Η προσομοίωση του φαινομένου αυτού στα εικονικά περιβάλλοντα είναι εύκολη και μπορεί να δημιουργήσει εντυπωσιακά αποτελέσματα. Παράγεται χρησιμοποιώντας μια συλλογή υφών. Κάθε υφή, μέσω της τεχνικής billboard, εφαρμόζεται σε μία επιφάνεια που είναι πάντα προσανατολισμένη στο χρήστη. Εφαρμόζοντας τις επιφάνειες αυτές διαδοχικά σε μία γραμμή από το σημείο του φωτός στο κέντρο της οθόνης, οι επιφάνειες αυτές αλλάζουν θέση ανάλογα με τη θέση της φωτεινής πηγής σε σχέση με τον παρατηρητή Δυναμικές ή χρονικά μεταβαλλόμενες υφές dynamic textures ή texture animation Το είδος των υφών αυτών χρησιμοποιείται για να αποδώσει την κίνηση. Στην ουσία είναι μια εναλλαγή διαδοχικών υφών που εφαρμόζονται στην ίδια επιφάνεια με τέτοια ταχύτητα ώστε να δίνουν ην αίσθηση της κίνησης. Χρησιμοποιούνται συνήθως για να προσομοιώσουν ειδικά εφέ όπως εκρήξεις, καπνούς κτλ. που αλλιώς θα έπρεπε να αναπαρασταθούν με particles, τα οποία αν και πιο ρεαλιστικά είναι και κατά πολύ απαιτητικότερα σε χρόνους υπολογισμού. Εκτός από εναλλαγή των εικόνων, σε συγκεκριμένες περιπτώσεις μπορεί να εφαρμοστεί και κατευθείαν βίντεο πάνω στις επιφάνειες. (Akenine-Moller & Haines, 2002) (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999) 285

286 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Ιεράρχηση υφών multitexturing και multi-pass Στο υποκεφάλαιο αυτό αναφέρθηκαν διάφοροι τύποι υφών όπως η απεικόνιση χάρτη υφής, ανακλάσεων, διαφάνειας κτλ. Το πρόβλημα το οποίο προκύπτει είναι πως οι διάφοροι τύποι υφών μπορούν να συνδυαστούν ώστε να αποδοθούν πιο πολύπλοκα αποτελέσματα. Για την επίλυση του προβλήματος αυτού έχουν αναπτυχθεί δύο διαφορετικές τεχνικές οι οποίες όμως συνδυάζονται. Οι τεχνικές αυτές είναι το multi-pass και το multitexturing. (Watt & Policarpo, 3D GAMES Real-time Rendering and Software Technology, 2001) (Akenine-Moller & Haines, 2002) (Malhotra, 2002) Multi-pass Η πρώτη τεχνική που αναπτύχθηκε είναι αυτή του multi-pass. Στην τεχνική αυτή οι διάφοροι τύποι υφών που έχουν εφαρμοστεί αποδίδονται (render) με πολλαπλά ξεχωριστά περάσματα (pass) απόδοσης, κάθε ένα από τα οποία εφαρμόζεται πάνω στο προηγούμενο pass. Η τεχνική αυτή αναπτύχθηκε λόγω της αδυναμίας του υλισμικού να μπορεί να αποδίδει πολλά είδη υφών σε ένα και μόνο πέρασμα. Όσα περισσότερα τέτοια περάσματα πραγματοποιούνται κατά τη διαδικασία της απόδοσης, τόσο περισσότερος χρόνος απαιτείται για τη δημιουργία του τελικού αποτελέσματος. Ο αριθμός των περασμάτων που μπορούν να πραγματοποιηθούν εξαρτάται από το πόσα περάσματα μπορεί να υποστηρίξει το υλισμικό και κατά πόσο το τελικό αποτέλεσμα μπορεί να αποδοθεί σε πραγματικό χρόνο. Εικόνα 82: παράδειγμα απόδοσης όπου συνδυάζονται διαφορετικά passes (multi-pass) 286

287 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Multitexturing Καθώς όπως αναφέρθηκε το υλισμικό δεν μπορεί να υποστηρίξει πολλά διαφορετικά περάσματα (pass) σε πραγματικό χρόνο, έχει αναπτυχθεί τεχνική η οποία επιτρέπει το συνδυασμό και την ταυτόχρονη απόδοση δύο ή και περισσοτέρων υφών σε ένα και μόνο πέρασμα. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται multitexturing. Έτσι οι διάφοροι τύποι υφών συνδυάζονται αναδρομικά ως εξής, ο πρώτος συνδυάζεται με το δεύτερο και το αποτέλεσμα με το τρίτο και ούτω καθεξής. Συνοψίζοντας, με τη διαδικασία του multi-pass απαιτείται να πραγματοποιηθεί η απόδοση τόσες φορές όσες και ο αριθμός των διαφορετικών pass. Multi-pass: o Select(texture_1) o Draw o Select(texture_2) o Draw o Select(texture_3) o Draw o.. Αντιθέτως, με το multitexture η απόδοση πραγματοποιείται μία και μόνο φορά. Multitexture: o Select (texture_1, texture_2, texture_3, ) o draw Όπως γίνεται αντιληπτό από τα παραπάνω, οι δύο αυτές τεχνικές μπορούν να δώσουν διαφορετικά αποτελέσματα. Συνήθως όμως συνδυάζονται έτσι ώστε κάθε pass να περιλαμβάνει την τεχνική του multitexture. Ο συνδυασμός τους εξαρτάται τόσο από το τελικό επιθυμητό αποτέλεσμα όσο και από το διαθέσιμο υλισμικό. (Θεοχάρης & Μπεμ, 1999) (Watt, 3D Computer Graphics, 1999) 287

288 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Στοιχεία αλληλεπίδρασης δυναμικός κόσμος Στο κεφάλαιο αυτό έως τώρα έχουν εξεταστεί τα σημαντικότερα από τα στοιχεία εκείνα τα οποία σχετίζονται με τη δημιουργία των μοντέλων των αντικειμένων, καθώς και με τον τρόπο τον οποίον τα αντικείμενα αυτά θα αποδοθούν στις συσκευές εξόδου φωτορεαλιστικά και σε πραγματικό χρόνο. Τα στοιχεία αυτά δεν είναι ικανά από μόνα τους για την ανάπτυξη ενός εικονικού περιβάλλοντος. Όπως έχει επισημανθεί σε πολλά σημεία της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αυτό που διακρίνει ένα εικονικό περιβάλλον είναι η δυνατότητα που παρέχεται στους χρήστες να αλληλεπιδρούν με αυτό. Η αλληλεπίδραση αυτή, όσον αφορά στα γραφικά, υπάρχουν δύο παράγοντες με τους οποίους σχετίζεται και οι οποίοι θα εξεταστούν στο υποκεφάλαιο αυτό. Τα δύο αυτά στοιχεία μέσα από τα οποία θα δοθεί η δυνατότητα αλληλεπίδρασης του χρήστη με τα στοιχεία του εικονικού κόσμου είναι: Περιορισμοί constraints μεταξύ των στοιχείων του περιβάλλοντος Συγκρούσεις collision Η δημιουργία των στοιχείων αυτών πραγματοποιείται μετά από τη διαδικασία της μοντελοποίησης και της εφαρμογής υφών. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί εξειδικευμένες εφαρμογές ανάπτυξης εικονικών περιβαλλόντων. Η ανάπτυξη των περιορισμών και των συγκρούσεων πραγματοποιείται σε αυτές τις εφαρμογές αφού εισαχθούν σε αυτές τα κατάλληλα μοντέλα παράστασης των αντικειμένων, όπως αυτά έχουν ήδη αναπτυχθεί κατά τις διεργασίες της τρισδιάστατης μοντελοποίησης και της δημιουργίας των στοιχείων που συνδέονται με την απόδοση. Οι περιορισμοί και οι συγκρούσεις είναι τα δυο βασικότερα θέματα μέσα από τα οποία ο σχεδιαστής θα εκτελέσει τη διεργασία της τοποθέτησης και της συναρμολόγησης. Συνεπώς ο εικονικός κόσμος πρέπει να παρέχει πληροφορίες όχι μόνο για την γεωμετρική παράσταση και την οπτική απόδοση των αντικειμένων, αλλά και για τον τρόπο που αυτά αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με το χρήστη Περιορισμοί Constraints Η απουσία περιορισμών στον εικονικό κόσμο είναι το μεγαλύτερο πρόβλημα που μπορεί να παρουσιαστεί κατά την ανάπτυξη των 288

289 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης αλληλεπιδράσεων της κατηγορίας επιλογή και διαχείριση (selection and manipulation) και πιο συγκεκριμένα στη διαχείριση. Επίσης πρέπει να δημιουργηθούν και κάποιοι βασικοί περιορισμοί όσον αφορά την πλοήγηση. Χωρίς να έχουν καθοριστεί οι περιορισμοί στον εικονικό κόσμο, οι χρήστες δεν μπορούν να εκτελέσουν ούτε τις πιο βασικές αλληλεπιδράσεις χειρισμού με τα αντικείμενα του εικονικού περιβάλλοντος και άρα δεν έχουν κανένα έλεγχο στο περιβάλλον αυτό. (Vince J. A., 2004) (Mine, 1995) Κάποια αντικείμενα του εικονικού κόσμου μπορεί να μην απαιτούν τη δημιουργία περιορισμών, είτε γιατί δεν παρέχουν τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης, είτε γιατί προσφέρουν πλήρη ελευθερία στη διαχείριση τους χωρίς περιορισμούς, αν και το τελευταίο μπορεί να ισχύει σπάνια και για πολύ βασικές αλληλεπιδράσεις διαχείρισης, όπως πχ. οι μετακινήσεις. Τα περισσότερα όμως από τα αντικείμενα εκείνα που προσφέρουν αλληλεπιδράσεις χειρισμού, πρέπει να ορίζονται από περιορισμούς. Αν οι περιορισμοί αυτοί δεν οριστούν σωστά μέσα στην πλατφόρμα σχεδίασης του εικονικού κόσμου, ο χρήστης δε θα μπορεί να αλληλεπιδράσει σωστά με τα αντικείμενα αυτά, με αποτέλεσμα αυτά να κινούνται ελεύθερα μέσα στον εικονικό κόσμο. Πχ. για τη διαχείριση μιας πόρτας που προσφέρει αλληλεπίδραση, θα πρέπει μέσα στην πλατφόρμα σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων να καθοριστεί τόσο η τοποθέτηση της, το κέντρο γύρω από το οποίο περιστρέφεται και τέλος, το άνοιγμα της γωνίας περιστροφής. Περιορισμοί απαιτούνται να ορισθούν και για τον ίδιο τον πράκτορα. Οι περιορισμοί αυτοί καθορίζονται κατά το σχεδιασμό του πράκτορα αυτού, ο οποίος όμως δεν εξετάζεται στη παρούσα εργασία. Ένα παράδειγμα όσον αφορά στους περιορισμούς αυτούς είναι η ελευθερία στην κίνηση του πράκτορα αυτού ώστε να μπορεί να επιτευχθεί αποδοτικά η αλληλεπίδραση της πλοήγησης Συγκρούσεις Collision Οι συγκρούσεις είναι πολύ σημαντικές για τη σωστή λειτουργία των εικονικών περιβαλλόντων. Σχετίζονται τόσο με την αλληλεπίδραση της επιλογής και διαχείρισης, πχ. έλεγχος του πότε ο χρήστης ακουμπά ένα αντικείμενο, όσο και με την αλληλεπίδραση της πλοήγησης, πχ. πότε ο χρήστης συγκρούεται με τα αντικείμενα του εικονικού κόσμου. 289

290 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης Το θέμα των συγκρούσεων μπορεί να διασπαστεί στις εξής διεργασίες: Αναγνώριση της σύγκρουσης μεταξύ δύο αντικειμένων Αναγνώριση του σημείου σύγκρουσης σε κάποιο βαθμό ακρίβειας Δημιουργία αντίδρασης Στο κεφάλαιο αυτό θα περιγραφούν μόνο οι δυο πρώτοι έλεγχοι. Όπως έχει ήδη αναφερθεί η μοντελοποίηση του εικονικού κόσμου γίνεται κυρίως σύμφωνα με το πολυγωνικό μοντέλο παράστασης. Με το μοντέλο παράστασης αυτό για να βρεθεί η σύγκρουση μεταξύ δύο αντικειμένων θα πρέπει να γίνουν έλεγχοι διαπερατότητας μεταξύ ζευγών πολυγώνων για όλα τα πολύγωνα των αντικειμένων. Όπως εύκολα συμπεραίνεται ακόμα και για πολύ απλές σκηνές και με μικρό αριθμό αντικειμένων, ο αριθμός των ελέγχων αυτών είναι τεράστιος και πολύ δύσκολα μπορεί να πραγματοποιηθεί σε πραγματικό χρόνο. Για να μειωθεί το τεράστιο αυτό υπολογιστικό κόστος μπορούν: Πρώτων, να δημιουργηθούν υποθέσεις σχετικά με τα αντικείμενα που υπάρχει πιθανότητα να συγκρουστούν. Αυτό μειώνει αμέσως κατά πολύ των αριθμό των συνδυασμών που πρέπει να πραγματοποιηθούν. Δεύτερον, να μειωθεί ο αριθμός των πολυγώνων στα οποία πραγματοποιείται ο έλεγχος. Αυτό για να πραγματοποιηθεί χωρίς να μειωθεί η ακρίβεια των αντικειμένων, γίνεται με τη χρήση περιοριστικών όγκων ή όγκων οριοθέτησης (bounding volumes). Ο όγκος οριοθέτησης ενός αντικειμένου, είναι ένα απλοποιημένο γεωμετρικό αντικείμενο το οποίο αναπαριστά το αρχικό αντικείμενο με πολύ λιγότερα πολύγωνα. Συνήθως ως όγκοι οριοθέτησης χρησιμοποιούνται οι κύβοι και οι σφαίρες. Με τη χρήση του μοντέλου αυτού δεν μπορεί να βρεθεί η ακριβής θέση της σύγκρουσης, αλλά με ευφυείς ελέγχους μπορούν να βρεθούν οι περιοχές εκείνες των δύο αντικειμένων που είναι πιθανότερο να συγκρούονται. Αυτή η απλοποίηση μειώνει δραματικά το υπολογιστικό κόστος. Ένας αποδοτικός τρόπος της δημιουργίας και στη συνέχεια του ελέγχου συγκρούσεων μεταξύ των όγκων οριοθέτησης, είναι η ιεραρχική δομή. Με τη δομή αυτή κάθε αντικείμενο περιβάλλεται με έναν όγκο οριοθέτησης ο οποίος στη συνέχεια περιλαμβάνει και άλλους μικρότερους όγκους που οριοθετούν μικρότερα τμήματα του αντικειμένου. Η μέθοδος αυτή 290

291 Κεφάλαιο 6: Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης βοηθά τόσο στον εντοπισμό της περιοχής που έγινε η σύγκρουση, όσο και στη καλύτερη ακρίβεια της συγκεκριμένης περιοχής. (Watt & Policarpo, 3D GAMES Real-time Rendering and Software Technology, 2001) (Kim, Designing Virtual Reality Systems: The Structured Approach, 2005) Εικόνα 83: παράδειγμα όγκων οριοθέτησης για έλεγχο συγκρούσεων στο μοντέλο ενός εικονικού πράκτορα Έχουν αναπτυχθεί διάφορα μοντέλα για τη δημιουργία όγκων οριοθέτησης καθώς και αλγόριθμοι εύρεσης συγκρούσεων για τα μοντέλα αυτά σε πραγματικό χρόνο. Στης εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων που έχουν αναπτυχθεί ένα από τα πιο διαδεδομένα μοντέλα είναι τα δένδρα δυαδικού διαχωρισμού (BSP), τα οποία αναφέρθηκαν στο αντίστοιχο κεφάλαιο των μοντέλων παράστασης ( ). 291

292 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 7 Υλοποίηση εφαρμογή της πολύμεθοδολογικής προσέγγισης Στο σημείο αυτό ακολουθεί η ανάλυση της διαδικασίας εφαρμογής υλοποίησης της πολύ-μεθοδολογικής προσέγγισης που προτείνεται, με σκοπό τη εξέταση και αξιολόγηση της καθολικής διαδικασίας. Η υλοποίηση πραγματοποιείται εφαρμόζοντας τις παραπάνω εκάστοτε διαδικασίες και διεργασίες για την εκάστοτε θεματική ενότητα, με αποτέλεσμα τη σχεδίαση και παραγωγή μιας εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος. Η θεματική ενότητα που έχει επιλεχτεί, αφορά το ιστορικό κτίριο του δημαρχείου της Ερμούπολης και τον περιβάλλοντα χώρο αυτού. Η εφαρμογή εικονικού περιβάλλοντος που θα σχεδιαστεί έχει σκοπό την παροχή πληροφοριών σχετικά με το συγκεκριμένο χώρο. Εντάσσεται στο είδος εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας ξενάγησης περιήγησης, ενώ η εκτέλεση της θα πραγματοποιείται μέσω πληροφορικού περιπτέρου (info-kiosk), ή μέσω ιστότοπων του διαδικτύου. 292

293 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 7.1 Στάδιο προετοιμασίας Καταγραφή αναγκών Κατά το στάδιο της καταγραφής των αναγκών, αναγνωρίζονται ενδεχόμενες ανάγκες των χρηστών, που αφορούν κυρίως το περιεχόμενο της εφαρμογής και την πληροφορία που θα λαμβάνουν οι χρήστες κατά την παρουσία τους στο εικονικό περιβάλλον. Η πληροφορία αυτή αφορά την παροχή ιστορικών, πολιτισμικών και αρχιτεκτονικών πληροφοριών σχετικά με το δημαρχείο της Ερμούπολης και τον περιβάλλοντα χώρο του, μέσω της παρουσίας και αλληλεπίδρασης των χρηστών στο εικονικό περιβάλλον που θα αποτελεί τρισδιάστατη αναπαράσταση του συγκεκριμένου χώρου Στόχοι της εφαρμογής Στο στάδιο αυτό αναγνωρίζονται κάποιοι αρχικοί στόχοι υψηλού επιπέδου της εφαρμογής οι οποίοι αναφέρονται με σειρά προτεραιότητας: Κάλυψη των προαναφερομένων αρχικών αναγκών που αφορούν την παροχή ιστορικών, πολιτισμικών και αρχιτεκτονικών πληροφοριών του δημαρχείου Ερμούπολης. Αποτελεσματική χρήση της εφαρμογής από χρήστες με χαμηλή εμπειρία και εξοικείωση με εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας και τρισδιάστατων περιβαλλόντων. Υψηλό ποσοστό εμβύθισης των χρηστών κατά την παρουσία τους στο εικονικό περιβάλλον Περιορισμοί Οι περιορισμοί που αναγνωρίζονται αφορούν κυρίως το οικονομικό κόστος οικονομικούς πόρους που απαιτούνται για την ανάπτυξη της εφαρμογής, καθώς και τους διαθέσιμους πόρους πληροφοριών. Οι οικονομικοί περιορισμοί καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τα μέσα που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη και αναπαραγωγή της εφαρμογής. Στην προκειμένη περίπτωση οι οικονομικές ανάγκες και τα απαιτούμενα μέσα που χρησιμοποιούνται κατά τη διαδικασία σχεδίασης της εφαρμογής, καλύπτονται από τα μέλη που λαμβάνουν μέρος στη διαδικασία σχεδίασης (σχεδιαστές) και 293

294 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης από το διαθέσιμο υλικό του πανεπιστημίου. Επίσης, περιορισμοί παρατηρούνται και κατά τη διαδικασία συλλογής πληροφοριών που αφορούν το δημαρχείο της Ερμούπολης, λόγω της παλαιότητας των αρχιτεκτονικών σχεδίων του κτιρίου και της περιορισμένης πρόσβασης σε τμήματα του χώρου λόγω συνεχούς χρήσης ή καθολικής απομόνωσης τους Χαρακτηριστικά συστήματος Στα χαρακτηριστικά του συστήματος αναγνωρίζονται στοιχεία που αφορούν το λογισμικό και το υλισμικό, βάσει του οποίου πραγματοποιείται η υλοποίηση και η εκτέλεση της εφαρμογής. Τα χαρακτηριστικά που αναγνωρίζονται στο σημείο αυτό αποτελούν μια αρχική αναφορά για τον προσδιορισμό των μέσων που απαιτούνται στο σύνολο της διαδικασίας σχεδίασης και εκτέλεσης της εφαρμογής. Λεπτομερής αναγνώριση και διαμόρφωση των στοιχείων αυτών πραγματοποιείται σε επόμενο στάδιο της διαμόρφωσης και επιλογής συστήματος. Τα χαρακτηριστικά συστήματος μπορούν να διαχωριστούν σε τρεις βασικές κατηγορίες: σε χαρακτηριστικά μέσων υλοποίησης της εφαρμογής, σε χαρακτηριστικά μέσων εκτέλεσης της εφαρμογής και σε χαρακτηριστικά μέσων επικοινωνίας μεταξύ των διαφόρων μελών που εμπλέκονται στη διαδικασία σχεδίασης. Υλοποίηση της εφαρμογής o Απαιτούμενη ισχύς υπολογιστικών συστημάτων o Διαθεσιμότητα λογισμικών εφαρμογών o Διαθεσιμότητα υλισμικού o Καταλληλότητα μέσων σχεδίασης o Οικονομικό κόστος των μέσων σχεδίασης Εκτέλεση της εφαρμογής o Κάλυψη των αναγκών και στόχων της εφαρμογής o Απαιτούμενη ισχύς υπολογιστικών συστημάτων o Ευκολία στη χρήση o Ευκολία στην εκμάθηση χρήσης o Οικονομικό κόστος Επικοινωνία μελών o Δυνατότητα απομακρυσμένης επικοινωνίας 294

295 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης o Υποστηριζόμενος αριθμός μελών ταυτόχρονης επικοινωνίας o Ανταλλαγή πληροφοριών και δεδομένων o Προσβασιμότητα σε πληροφορία επικοινωνίας ανταλλαγής o Άμεση επικοινωνία (εφόσον απαιτείται) Εναλλακτικές τεχνολογίες και μέσα Ανεξάρτητα από τα στοιχεία που αφορούν τα χαρακτηριστικά συστήματος που αναφέρονται παραπάνω, αναγνωρίζονται κάποια επιπλέον μέσα και διαδικασίες τα οποία χρησιμοποιούνται κατά την ανάπτυξη και εκτέλεση της εφαρμογής, τα οποία χαρακτηρίζονται ως εναλλακτικές τεχνολογίες. Κατά την ανάπτυξη της παρούσας εφαρμογής, τα εναλλακτικά μέσα που χρησιμοποιήθηκαν, αφορούν κυρίως τη συλλογή των απαραίτητων πληροφοριών για το περιεχόμενο της εφαρμογής καθώς και για τη διαδικασία σχεδίασης της. Συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε αναζήτηση και χρήση των πρωτότυπων αρχιτεκτονικών σχεδίων του δημαρχείου Ερμούπολης (σε έντυπη μορφή) τα οποία στη συνέχεια ψηφιοποιήθηκαν. Επίσης, χρησιμοποιήθηκαν οπτικοακουστικά μέσα, βιβλία ή άλλα έντυπα, ιστοσελίδες, ντοκιμαντέρ και φωτογραφικά λευκώματα με σκοπό τη συγκέντρωση και παρουσίαση των πληροφοριών (περιεχόμενο εφαρμογής), που αναφέρονται στο στάδιο καταγραφής των αναγκών, μέσω της εφαρμογής Κριτήρια αξιολόγησης Η αξιολόγηση πραγματοποιείται βάσει του βαθμού κάλυψης των στόχων και αναγκών της εφαρμογής. Στο στάδιο αυτό, αναγνωρίζονται κάποια σημαντικά κριτήρια τα οποία αναδύονται από την παραπάνω καταγραφή υψηλού επιπέδου αναγκών και στόχων, λαμβάνοντας υπόψη ταυτόχρονα και τους υφιστάμενους περιορισμούς. Τα κριτήρια αυτά, χρησιμοποιούνται ως πληροφορία για την καθολική αξιολόγηση της εφαρμογής, η οποία πραγματοποιείται σε επόμενο στάδιο της διαδικασίας. Πιο συγκεκριμένα τα κριτήρια αξιολόγησης που αναγνωρίζονται στο σημείο αυτό αφορούν: Την επάρκεια των πληροφοριών που έχουν συλλεχτεί που αφορούν το δημαρχείο της Ερμούπολης Την αποτελεσματική πρόσβαση και χρήση των πληροφοριών αυτών από τους χρήστες 295

296 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Την αποτελεσματικότητα χρήσης της εφαρμογής από μη έμπειρους χρήστες Την επάρκεια και καταλληλότητα του διαθέσιμου υλικού Το επίπεδο εμβύθισης των χρηστών κατά την παρουσία τους στο εικονικό περιβάλλον Όπως έχει ήδη αναφερθεί στην ανάλυση του σταδίου αυτού, κάποιοι από τους στόχους που έχουν αναγνωριστεί μέχρι τώρα μπορεί να συγκρούονται μεταξύ τους ή να επηρεάζονται από τους εκάστοτε περιορισμούς. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμένους διαθέσιμους οικονομικούς πόρους, γίνεται αντιληπτό ότι δεν υπάρχει δυνατότητα χρήσης εξειδικευμένου υλισμικού αλληλεπίδρασης με αποτέλεσμα να επηρεάζονται τα επίπεδα παρουσίας και εμβύθισης των χρηστών, στοιχεία που έχουν αναγνωριστεί ως στόχοι της εφαρμογής. Επομένως κρίνεται απαραίτητο να βρεθεί η χρυσή τομή που θα εξασφαλίζει τα μέγιστα δυνατά ποσοστά παρουσίας - εμβύθισης, χωρίς να ξεπερνιέται το καθορισμένο οικονομικό κόστος. 7.2 Στάδιο ανάλυσης Ανάλυση χαρακτηριστικών των χρηστών Ανάλυση αναγκών Στα στάδια αυτά πραγματοποιείται έρευνα βάσει ερωτηματολόγιων για τη συλλογή των απαραίτητων πληροφοριών που αφορούν την ανάλυση των χαρακτηριστικών και των αναγκών των ενδεχόμενων χρηστών της εφαρμογής. Τα ερωτηματολόγια είναι ένα ισχυρό εργαλείο έρευνας και συλλογής πληροφοριών, που ως στόχο έχουν κυρίως την ποσοτική συγκέντρωση και μέτρηση στοιχείων. Επιλέχτηκε σε αντίθεση με άλλες μορφές έρευνας, όπως π.χ. η συνέντευξη γιατί σε αυτό το στάδιο μας ενδιαφέρουν κυρίως οι ποσοτικές μετρήσεις και το χαμηλό κόστος συλλογής πληροφοριών και επεξεργασίας των αποτελεσμάτων της διεργασίας αυτής, συγκριτικά με άλλους μεθόδους έρευνας. Σημαντικό επίσης στοιχείο για την επιλογή των ερωτηματολογίων ως μέσω έρευνας είναι και ο μικρός χρόνος που απαιτείται για τη συμπλήρωση αλλά και τη μετέπειτα επεξεργασία τους. Τα 296

297 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης ερωτηματολόγια που δημιουργήθηκαν αποτελούνται κυρίως από ερωτήσεις κλειστού τύπου (πολλαπλής επιλογής). Η επιλογή αυτού του τύπου ερωτήσεων έγινε γιατί καλύπτουν καλύτερα τις ανάγκες μας, δηλαδή απαιτούν μικρό χρόνο συμπλήρωσης, παρέχουν ευκολία στην παραγωγή συμπερασμάτων, παρέχουν ευκολία στην κατηγοριοποίηση και σύγκριση ομάδων χρηστών, ενώ τέλος αυτού του είδους ερωτήσεις είναι χρήσιμες για την ανάλυση συγκεκριμένων υποθέσεων. Για το σχεδιασμό των ερωτηματολογίων λήφθηκε υπόψη η σχετική βιβλιογραφία που ασχολείται με το σωστό σχεδιασμό ερωτηματολογίων. Στις μελέτες αυτές αναλύονται οι διαφορετικοί τύποι ερωτήσεων, η σωστή διάταξη των ερωτηματολογίων, η διατύπωση των ερωτήσεων, τα προβλήματα που συνήθως προκύπτουν κατά το σχεδιασμό, ενώ τέλος προτείνονται και κανόνες σχεδιασμού των ερωτηματολογίων αυτών (Sudman and Bradburn 1982), (Kay M. Stanney, Ronald R. Mourant, and Robert S. Kennedy 1998). Στόχος της έρευνας μέσω ερωτηματολογίων είναι να γίνει μια κατηγοριοποίηση των ομάδων χρηστών και να μάθουμε για κάθε μία από αυτές: ποιά είναι τα δημογραφικά στοιχεία της κάθε μιας και ποιά είναι η εμπειρία, η γνώση και οι τεχνικές δεξιότητες στη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων. Επίσης σημαντικό είναι να αντληθούν πληροφορίες σχετικά με το ποιές είναι οι ανάγκες τους όσον αφορά την περιήγηση τους στο χώρο του δημαρχείου και πως επηρεάζονται οι ανάγκες αυτές όταν η περιήγηση γίνεται εικονικά, αντί φυσικά. Η διάταξη του ερωτηματολογίου έχει γίνει σε τέσσερεις ομάδες ερωτήσεων και αποτελείται από συνολικά 18 ερωτήσεις. Στο πρώτο μέρος γίνεται συλλογή πληροφοριών σχετικά με την εμπειρία των χρηστών στη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών αλλά και εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων. Η δεύτερη ομάδων ερωτήσεων έχει σκοπό τη συλλογή πληροφοριών που αφορούν το ενδιαφέρον των χρηστών σχετικά με τη φυσική περιήγηση στο χώρο του δημαρχείου και τις δραστηριότητες που θα εκτελέσουν. Στην τρίτη ομάδα γίνεται συλλογή πληροφοριών σχετικά με την εικονική παρουσία των χρηστών, ώστε να μπορούν να αντληθούν συμπεράσματα για τις διεργασίες που επιθυμούν να εκτελέσουν οι χρήστες αλλά και τη σχέση αυτών των αναγκών με τις αντίστοιχες τις φυσικής 297

298 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης παρουσίας τους στο χώρο. Η τελευταία ομάδα ερωτήσεων απευθύνεται σε προσωπικά δημογραφικά στοιχεία, τα οποία είναι απαραίτητα για τη δημιουργία ομάδων χρηστών. Μετά τη σχεδίαση του ερωτηματολογίου, έγινε έλεγχος (μέσω δοκιμών) και επανασχεδιασμός του. Το στάδιο αυτό πραγματοποιήθηκε παρατηρώντας και συζητώντας για τη συμπλήρωση του ερωτηματολογίου με άτομα από διαφορετικές ομάδες χρηστών. Στόχος του ελέγχου αυτού είναι να βρεθούν ασάφειες, παρανοήσεις ή ελλείψεις που πιθανόν να υπάρχουν στο ερωτηματολόγιο και να διορθωθούν με τη βοήθεια των χρηστών. Οι ερωτήσεις θα πρέπει να είναι διατυπωμένες με τέτοιο τρόπο ώστε να γίνονται κατανοητές από τις ομάδες χρηστών που έχουν τη μικρότερη εμπειρία και εξειδίκευση στο θέμα που μελετάμε Ανάλυση, ερμηνεία ερωτηματολογίων δημιουργία ομάδων χρηστών Μετά τη συμπλήρωση και συλλογή των ερωτηματολογίων, γίνεται συγκέντρωση και επεξεργασία των δεδομένων ώστε να βγουν συμπεράσματα χρήσιμα για τη σχεδίαση της εφαρμογής. Επίσης σε αυτό το στάδιο γίνεται και καταγραφή των ομάδων χρηστών, οι οποίες θα χρησιμεύσουν σε πιθανά ερωτηματολόγια, συνεντεύξεις και ελέγχους της εφαρμογής που πιθανών να χρησιμεύσουν σε μετέπειτα στάδια της σχεδιαστικής διαδικασίας. Το ερωτηματολόγιο που δημιουργήθηκε απαντήθηκε από 42 συνολικά άτομα. Το δείγμα που επιλέχθηκε αποτελείται από άτομα διαφορετικού μορφωτικού επιπέδου, επαγγέλματος και ηλικιών ώστε να μπορεί να καλυφθούν όσο καλύτερα γίνεται όλες οι ομάδες χρηστών. Στο γράφημα που ακολουθεί καταγράφονται οι απαντήσεις στην ερώτηση 9 του ερωτηματολογίου, που αναφέρεται στο ενδιαφέρον των χρηστών για τη φυσική περιήγηση ξενάγηση στο δημαρχείο της Ερμούπολης. Παρατηρούμε μέσω των απαντήσεων ότι υπάρχει ενδιαφέρον τον πιθανών χρηστών για τη φυσική τους περιήγηση στο συγκεκριμένο χώρο. 298

299 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Ενδιαφέρον για φυσική περιήγηση - ξενάγηση στο δημαρχείο της Ερμούπολης 24% 14% 62% Ναι και Μάλλον Ναι Ίσως Όχι και Ίσως Όχι Πίνακας 22: Ενδιαφέρον για φυσική περιήγηση ξενάγηση Η ερώτηση 10 «Αξιολογήστε τις παρακάτω δραστηριότητες που θα επιθυμούσατε να εκτελέσετε κατά τη φυσική σας παρουσία στο δημαρχείο της Ερμούπολης» έχει ως στόχο την αξιολόγηση πέντε φυσικών δραστηριοτήτων που εμείς θεωρήσαμε ως τις πιο σημαντικές που μπορεί να εκτελέσει ένας επισκέπτης. Στο παρακάτω γράφημα παρατηρούμε ότι οι πιθανοί χρήστες αξιολόγησαν ως πιο σημαντικές τις δραστηριότητες της περιήγησης και της παροχής ιστορικών, αρχιτεκτονικών και πολιτισμικών πληροφοριών, ενώ σχετικά με τις επαγγελματικές δραστηριότητες παρατηρούμε ότι υπάρχει χαμηλό ενδιαφέρον. Επίσης στη συμπληρωματική ερώτηση 11 «Θα επιθυμούσατε κατά τη φυσική παρουσία σας στο δημαρχείο να εκτελέσετε κάποια άλλη εργασία;» το 91% των ερωτηθέντων απάντησαν αρνητικά, ενώ από αυτούς που απάντησαν θετικά δεν παρατηρείται κάποια κοινή εργασία που θα επιθυμούσαν να εκτελέσουν. 299

300 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Επιθυμιτές δραστηριότητες κατά τη φυσική παρουσία Ναι και Μάλλον Ναι Ίσως Όχι και Μάλλον όχι 9,70% 11,90% 7% 23,80% 16,60% 23,80% 9,60% 23,80% 50% 83,30% 64,30% 59,60% 66,60% 16,70% 33,30% Περιήγηση Ιστορικές Πληροφορίες Αρχιτεκτονικές Πληροφορίες Πολιτισμικές Πληροφορίες Επαγγελματικές Δραστηριότητες Πίνακας 23: Επιθυμητές δραστηριότητες κατά τη φυσική παρουσία Στην ερώτηση 12 «Θα χρησιμοποιούσατε κάποια εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας με σκοπό την εκτέλεση των παραπάνω δραστηριοτήτων;» θα θέλαμε να κατανοήσουμε την προδιάθεση των χρηστών να χρησιμοποιήσουν κάποια εφαρμογή εικονικής πραγματικότητας για την πραγματοποίηση των δραστηριοτήτων που αναφέρθηκαν. Στην ερώτηση αυτή το 60% των χρηστών απάντησαν θετικά, το 24% αρνητικά, ενώ μόλις το 16% απάντησαν ότι ίσως θα χρησιμοποιούσαν. Επίσης είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι το ποσοστό των ερωτηθέντων που απάντησαν θετικά στην ερώτηση σχετικά με το ενδιαφέρον φυσικής περιήγησης ξενάγησης (ερώτηση 9), συμβαδίζει με το ποσοστό των θετικών απαντήσεων στην ερώτηση που αναφορά τη χρήση εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος για την εκτέλεση των δραστηριοτήτων. 300

301 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Χρήση εφαρμογής ΕΠ για την εκτέλεση των παραπάνω δραστηριοτήτων 16% 24% 60% Ναι και Μαλλον Ναι Ίσως Όχι και ίσως Όχι Πίνακας 24: Χρήση εφαρμογής ΕΠ Από τις απαντήσεις στην ερώτηση 13, «Αξιολογήστε τις παρακάτω δραστηριότητες που θα επιθυμούσατε να εκτελέσετε κατά την «εικονική» σας παρουσία στο δημαρχείο της Ερμούπολης, μέσω μίας εφαρμογής εικονικής πραγματικότητας», παρατηρούμε ότι όπως και στις απαντήσεις της ερώτησης 12 το ενδιαφέρον των χρηστών παραμένει έντονο για τις δραστηριότητες της περιήγησης και της παροχής ιστορικών, αρχιτεκτονικών και πολιτισμικών πληροφοριών, ενώ το ενδιαφέρον για τις επαγγελματικές δραστηριότητες παραμένει περιορισμένο. 301

302 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Επιθυμιτές δραστηριότητες κατά την εικονική παρουσία Ναι και Μάλλον Ναι Ίσως Όχι και Μάλλον όχι 12,00% 9,60% 9,60% 9,50% 0% 16,60% 14,30% 21,40% 45,20% 88,00% 73,80% 69,00% 76,20% 14,30% 40,50% Περιήγηση Ιστορικές Πληροφορίες Αρχιτεκτονικές Πληροφορίες Πολιτισμικές Πληροφορίες Επαγγελματικές Δραστηριότητες Πίνακας 25: Επιθυμητές δραστηριότητες κατά την εικονική παρουσία Παρατηρούμε ότι οι θετικές απαντήσεις για την εκτέλεση των δραστηριοτήτων μεταξύ φυσικού και εικονικού περιβάλλοντος παρουσιάζει μια αύξηση 5-9%. Το στοιχείο αυτό του αυξημένου ενδιαφέροντος θα μπορούσε να ερμηνευτεί ως αποτέλεσμα της περιέργειας ενδιαφέροντος που προκαλεί η χρήση μιας τέτοιας εφαρμογής. 302

303 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Φυσική περιήγηση Εικονική περιήγηση 88% 83,30% 64,30% 73,80% 69% 76,20% 59,60% 66,60% 40,50% 33,30% Περιήγηση Ιστορικές Πληρ. Αρχιτεκτονικές Πληρ. Πολιτισμικές Πληρ. Επαγγ. Δραστηρ. Πίνακας 26: Σύγκριση φυσικής και εικονικής περιήγησης Η δημιουργία ομάδων χρηστών είναι χρήσιμη για την περεταίρω μελέτη των αναγκών και των χαρακτηριστικών των πιθανών χρηστών, με τη μέθοδο των ερωτηματολογίων και των συνεντεύξεων, καθώς και για την αξιολόγηση πρωτοτύπου. Τα κριτήρια για τη δημιουργία των ομάδων χρηστών θα γίνει σύμφωνα με το επίπεδο εμπειρίας με τους υπολογιστές και τα παιγνίδια πρώτου προσώπου, καθώς και με το επίπεδο εμπειρίας και παρουσίας σε εικονικά περιβάλλοντα. Το επίπεδο εμπειρίας στη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών, είναι ένας παράγοντας που επηρεάζει τη χρήση του εικονικού περιβάλλοντος, και διαχωρίζει τους χρήστες σε αρχάριους και εμπειρογνώμονες. Οι δύο αυτές κατηγορίες έχουν διαφορετικές επιδεξιότητες και ανάγκες οι οποίες ενδέχεται να μην είναι συμβατές. Το επίπεδο εμπειρίας με τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές επηρεάζεται από τις δεξιότητες, την ικανότητα για απόδοση και την κατανόηση και οργάνωση των πληροφοριών που σχετίζονται με τις διεργασίες (Stanney, Mourant and Kennedy 1998). Σημαντικός παράγοντας επίσης που επηρεάζει τη χρήση εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων είναι το επίπεδο εμπειρίας με παιγνίδια πρώτου προσώπου, αφού αρκετές διεργασίες των δύο αυτών εφαρμογών είναι παρόμοιες. 303

304 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Ο άλλος παράγοντας για τη δημιουργία ομάδων χρηστών είναι το επίπεδο εμπειρίας με τις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων, όπου οι χρήστες χωρίζονται πάλι σε αρχάριους και εμπειρογνώμονες. Το επίπεδο εμπειρίας των χρηστών με τα εικονικά περιβάλλοντα επηρεάζει την απόδοση τους. Σύμφωνα με τα παραπάνω χαρακτηριστικά δημιουργούμε τρείς ομάδες χρηστών, οι οποίες θα χρησιμοποιηθούν στα επόμενα στάδια της σχεδιαστικής διαδικασίας. Οι ομάδες αυτές είναι οι αρχάριοι στη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών, οι εμπειρογνώμονες στη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και τέλος οι εμπειρογνώμονες στη χρήση εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων. Τέλος ένα άλλο στοιχείο που παρατηρούμε από τη μελέτη των απαντήσεων στα ερωτηματολόγια είναι ότι οι αρχάριοι στη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών, στην ερώτηση 9 που αφορά το ενδιαφέρον για φυσική παρουσία στο δημαρχείο της Ερμούπολης, το 71% απαντάει θετικά ενώ μόλις το 7% απαντάει αρνητικά, κάτι που μας δείχνει το αυξημένο ενδιαφέρον για το αντικείμενο θεματικό χώρο. Παρόλα αυτά η ίδια ομάδα χρηστών στην ερώτηση 12 σε ποσοστό 57% απάντησε ότι δεν θα χρησιμοποιούσε κάποια εφαρμογή εικονικού περιβάλλοντος για την εκτέλεση των παραπάνω διεργασιών και μόνο το 22% απαντάει θετικά. Το γεγονός αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι παραπάνω ομάδα χρηστών παρουσιάζεται επιφυλακτική λόγω της μη εξοικείωσης τους με τη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών. 304

305 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Φυσική παρουσία Χρήση εφαρμογής ΕΠ 22% 7% 22% 71% 57% 21% Ναι μάλλον ναι Ίσως Όχι μάλλον όχι Πίνακας 27: Σύγκριση φυσικής και εικονικής περιήγησης Συμπεράσματα του σταδίου ανάλυσης Στο σημείο αυτό καταγράφονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την έρευνα μέσω ερωτηματολογίων: Αναλύοντας τα αποτελέσματα της έρευνας των ερωτηματολογίων, διαπιστώνεται ότι οι ερωτηθέντες, στο μεγαλύτερο ποσοστό τους, δείχνουν ενδιαφέρον για το συγκεκριμένο χώρο θέμα. Ως επιθυμητές ανάγκες διεργασίες (στο φυσικό περιβάλλον) αναγνωρίζονται η ξενάγηση περιήγηση και η συλλογή πληροφοριών για το δημαρχείο της Ερμούπολης. Όσον αφορά τη χρήση κάποιας εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος για την κάλυψη των αναγκών, παρατηρείται ότι οι περισσότεροι χρήστες παρουσιάζονται πρόθυμοι στο ενδεχόμενο χρήσης μιας τέτοιας εφαρμογής. Επίσης είναι σημαντικό να αναφέρουμε ότι το σύνολο των αρνητικών απόψεων για χρήση εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος, προέρχονται από την ομάδα των αρχάριων χρηστών όσον αφορά τη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών, γεγονός που μας οδηγεί στο 305

306 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης συμπέρασμα ότι παρουσιάζονται επιφυλακτικοί εξαιτίας της μη εξοικείωσης τους με τις νέες τεχνολογίες. Σύμφωνα με τις απαντήσεις των ερωτηματολογίων διαπιστώνεται ότι οι χρήστες παρουσίασαν έντονο ενδιαφέρον στην εκτέλεση των δραστηριοτήτων της περιήγησης και της παροχής ιστορικών, αρχιτεκτονικών και πολιτισμικών πληροφοριών, μέσω εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος καθώς και φυσικής τους παρουσίας στο χώρο. Αντίθετα δεν έδειξαν ανάλογο ενδιαφέρον για την εκτέλεση επαγγελματικών δραστηριοτήτων, ενώ ταυτόχρονα, βάσει των απαντήσεων, δεν παρουσιάστηκε ανάγκη για την εκτέλεση κάποιας πρόσθετης εργασίας πέρα από τις προτεινόμενες. Όπως έχει αναφερθεί, μέσω της έρευνας των ερωτηματολογίων που πραγματοποιήθηκε δημιουργήθηκαν ομάδες ενδεχόμενων χρηστών βάσει κάποιων κριτηρίων. Οι ομάδες αυτές ενδέχεται να χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια, ανάλογα με τις ανάγκες που θα προκύψουν, για την περαιτέρω έρευνα και αξιολόγηση του πρωτοτύπου, ώστε η τελική εφαρμογή να καλύπτει τις ανάγκες και των τριών ομάδων Στάδιο ανάλυσης διεργασιών Στο σημείο αυτό και βάσει της πληροφορίας που πηγάζει από την έρευνα ερωτηματολογίων που πραγματοποιήθηκε παραπάνω, γίνεται αναγνώριση - καταγραφή των διεργασιών που θα πραγματοποιούνται στο εικονικό περιβάλλον. Στη συνέχεια, στο στάδιο προδιαγραφών, οι διεργασίες αυτές αναλύονται σε χαμηλότερο επίπεδο, αναγνωρίζοντας τις διαδικασίες βάσει των οποίων θα εκτελούνται. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα από την έρευνα με ερωτηματολόγια και συγκεκριμένα βάσει της καταγραφής των αναγκών των χρηστών, αναγνωρίζονται οι εξής διεργασίες: Περιήγηση: Οι χρήστες θα έχουν τη δυνατότητα να περιηγηθούν στο χώρο του Δημαρχείου της Ερμούπολης, μέσω εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος. 306

307 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Παροχή πληροφοριών: Κατά την παρουσία των χρηστών στο εικονικό περιβάλλον θα έχουν τη δυνατότητα συλλογής ιστορικών, πολιτισμικών και αρχιτεκτονικών πληροφοριών για το Δημαρχείο της Ερμούπολης. 7.3 Στάδιο προδιαγραφών Στόχοι του εικονικού περιβάλλοντος, προτεραιότητες Αν και στο στάδιο προετοιμασίας έχει πραγματοποιηθεί καταγραφή βασικών στόχων υψηλού επιπέδου της εφαρμογής, στο σημείο αυτό γίνεται επαναπροσδιορισμός των στόχων, λαμβάνοντας υπόψη και πληροφορίες που αναδύονται από τα υπόλοιπα στάδια της διαδικασίας που έχουν ήδη εκτελεστεί. Κατά τη διαδικασία καθορισμού των στόχων που πραγματοποιείται σε αυτό το στάδιο, λαμβάνονται υπόψη τα συμπεράσματα και οι ανάγκες των χρηστών που αποκομίσθηκαν, τα χαρακτηριστικά του συστήματος, καθώς και οι ανάγκες και οι περιορισμοί της εφαρμογής. Παρ όλα αυτά και σε αυτή την περίπτωση δεν εξασφαλίζεται η πραγματοποίηση και κάλυψη όλων των στόχων που καθορίζονται. Για το λόγο αυτό θα πρέπει να καθοριστούν προτεραιότητες μεταξύ των στόχων, έτσι ώστε να αναγνωρίζεται η σημαντικότητα του εκάστοτε στόχου σε συνάρτηση με τους υπόλοιπους, εφόσον προκύψουν περιορισμοί κάλυψης του. Στη συνέχεια αναφέρονται με σειρά προτεραιότητας οι στόχοι της παρούσας εφαρμογής: Παροχή ιστορικών, πολιτισμικών και αρχιτεκτονικών πληροφοριών σχετικά με το δημαρχείο της Ερμούπολης. Όπως διαπιστώθηκε και μέσω της ανάλυσης της έρευνας των ερωτηματολογίων, η παροχή των συγκεκριμένων πληροφοριών (κάτι που έχει καταγραφή και ως η βασική ανάγκη στο στάδιο προετοιμασίας), αποτελεί σημαντικό παράγοντα για τη χρήση της εφαρμογής. Ευκολία και αποτελεσματικότητα χρήσης. Εξαιτίας του γεγονότος ότι η εφαρμογή δεν απευθύνεται αποκλειστικά σε έμπειρους σε εικονικά περιβάλλοντα χρήστες, θα πρέπει να εξασφαλίζεται η αποτελεσματική χρήση της από αρχάριους χρήστες, αποτρέποντας ταυτόχρονα 307

308 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης δυσκολίες και περιορισμούς που πιθανόν να εμφανίζονται κατά την παρουσία και αλληλεπίδραση τους με το εικονικό περιβάλλον. Η ευκολία χρήσης της εφαρμογής και η αποτελεσματικότητα αλληλεπίδρασης των χρηστών με το εικονικό περιβάλλον εξαρτάται και από τα μέσα και τις διαδικασίες αλληλεπίδρασης που χρησιμοποιούνται. Η χρήση μέσων και διαδικασιών αλληλεπίδρασης που απαιτεί εξειδικευμένες και περίπλοκες διαδικασίες μπορεί να προκαλέσει δυσφορία και αναποτελεσματικότητα σε αρχάριους χρήστες. Ευκολία εκμάθησης. Λόγω του ότι οι περισσότεροι από τους ενδεχόμενους χρήστες που έλαβαν μέρος στην έρευνα των ερωτηματολογίων δήλωσαν ότι δεν έχουν μεγάλη εμπειρία με εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων, είναι πολύ πιθανόν να τους ζητηθεί να εκτελέσουν κάποιες διεργασίες που δεν έχουν πραγματοποιήσει στο παρελθόν. Επομένως, είναι σημαντικό να μην απαιτείται μεγάλο χρονικό διάστημα για την εκμάθηση και εξοικείωση των χρηστών με τις διαδικασίες αλληλεπίδρασης έτσι ώστε να κατανοούνται και να εκτελούνται άμεσα από τους χρήστες. Επίσης, όπως με την ευκολία και αποτελεσματικότητα χρήσης, έτσι και η διαδικασία εκμάθησης επηρεάζεται από την πολυπλοκότητα των μέσων και των διαδικασιών που χρησιμοποιούνται. Ελκυστικότητα. Εξετάζοντας την ανάλυση της έρευνας των ερωτηματολογίων, διαπιστώνεται ότι η πλειοψηφία των ερωτηθέντων που δήλωσαν ότι δεν επιθυμούν να χρησιμοποιήσουν τέτοιου είδους εφαρμογή είναι άτομα μικρής εμπειρίας με τους υπολογιστές και τις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων. Παράλληλα οι ίδιοι ερωτηθέντες εκφράζουν ενδιαφέρον για τις πληροφορίες του χώρου. Το γεγονός αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η άρνηση χρήσης της εφαρμογής πηγάζει από ενδεχόμενη φοβία με τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Επομένως η εφαρμογή θα πρέπει να παρουσιάζεται ελκυστική προς αυτούς τους χρήστες, επιτρέποντας ταυτόχρονα την εύκολη χρήση της, αποφεύγοντας περίπλοκες διαδικασίες και απαιτήσεις. Τα σημαντικότερα στοιχεία που μπορούν να επιδράσουν στην ελκυστικότητα της εφαρμογής είναι η ρεαλιστικότητα του εικονικού περιβάλλον, καθώς και οι πληροφορίες και η πρόσβαση σε αυτές. 308

309 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Ποσοστό εμβύθισης. Όπως έχει ήδη αναφερθεί το ποσοστό εμβύθισης των χρηστών στον εικονικό κόσμο, εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το σύστημα και τα μέσα που χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση της εφαρμογής. Λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς και τους διαθέσιμους οικονομικούς πόρους, δεν μπορούν να επιτευχθούν μεγάλα ποσοστά εμβύθισης, απουσίας εξειδικευμένων μέσων. Παρ όλα αυτά ο υψηλός βαθμός ρεαλιστικότητας και το περιεχόμενο του εικονικού περιβάλλοντος, μπορούν να συμβάλουν έτσι ώστε να διατηρήσουν αμείωτο το ενδιαφέρον του χρήστη και ταυτόχρονα τα ποσοστά παρουσίας και εμβύθισης. Άνεση - Ευθυμία Ψυχαγωγία. Οι χρήστες που πρόκειται να χρησιμοποιήσουν την εφαρμογή θα πρέπει να νοιώθουν άνετα και ευχάριστα κατά την παρουσία τους σε αυτή. Το γεγονός αυτό, εκτός του ότι συμβάλει στην αποτελεσματικότητα εκτέλεσης των διαφόρων αλληλεπιδράσεων, μπορεί να αποτελέσει σημαντικό στοιχείο για την εξοικείωση των αρχάριων χρηστών με τα υπολογιστικά συστήματα και τις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων. Η άνεση και η ευθυμία των χρηστών επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες όπως για παράδειγμα, από την ευκολία χρήσης και εκμάθησης, από την πολυπλοκότητα των διαδικασιών κτλ. Συνεργασία και συνεχές εικονικό περιβάλλον. Το βασικό χαρακτηριστικό ενός συνεχούς εικονικού περιβάλλοντος είναι ότι υφίσταται και μετά την έξοδο του χρήστη από αυτό, ενώ ταυτόχρονα οι χρήστες έχουν τη δυνατότητα παρέμβασης - επεξεργασίας του περιεχομένου του. Μέσω της διαδικασίας αυτής οι χρήστες θα μπορούν να προσθέτουν πληροφορίες αναφορικά με το χώρο, ενώ θα μπορούν να ανταλλάζουν απόψεις και εμπειρίες που προσκομίστηκαν κατά την παρουσία τους στο εικονικό περιβάλλον. Όμως για την πραγματοποίηση των παραπάνω, είναι απαραίτητη η παρουσία κατάλληλων διαδικασιών που θα εξασφαλίζουν και θα ελέγχουν την ποιότητα του περιεχομένου των πληροφοριών της εφαρμογής. 309

310 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Διαμόρφωση / επιλογή συστήματος εικονικού περιβάλλοντος (system configuration) Στο στάδιο διαμόρφωσης και επιλογής συστήματος, αναγνωρίζεται το σύνολο των μέσων (υλισμικού και λογισμικού) το οποίο χρησιμοποιείται κατά τη διαδικασία σχεδίασης και εκτέλεσης της εφαρμογής. Η αναγνώριση του συστήματος πραγματοποιείται βάσει των χαρακτηριστικών συστήματος που προσδιορίζονται στο αντίστοιχο στάδιο, καθώς και βάσει των αναγκών και περιορισμών της εφαρμογής. Κατά τη διάρκεια εκτέλεσης της μεθοδολογίας όμως, τα στοιχεία του συστήματος και τα μέσα που χρησιμοποιούνται μπορεί να διαφοροποιηθούν έτσι ώστε να καλυφθούν οι ανάγκες της διαδικασίας. Η διαφοροποίηση αυτή του συστήματος μπορεί να πραγματοποιηθεί για παράδειγμα, εξαιτίας της ανάγκης νέων μέσων συλλογής πόρων και πληροφοριών. Όπως ήδη έχει αναφερθεί στο στάδιο καθορισμού των χαρακτηριστικών του συστήματος, αναγνωρίζονται τρεις βασικές κατηγορίες μέσων τα οποία χρησιμοποιούνται κατά τη σχεδίαση και εκτέλεση της εφαρμογής. Οι τρεις αυτές κατηγορίες αφορούν: την υλοποίηση της εφαρμογής, την εκτέλεση της εφαρμογής και τις μεθόδους επικοινωνίας μεταξύ των εμπλεκόμενων στη σχεδίαση μελών: Υλοποίηση εφαρμογής: περιλαμβάνονται συστήματα υλισμικού και λογισμικού βάσει των οποίων πραγματοποιείται η ανάπτυξη - σχεδίαση της εφαρμογής. o Επιτραπέζιοι ηλεκτρονικοί υπολογιστές, περιλαμβανομένων τυπικών περιφερειακών συσκευών εισόδου και εξόδου o Μέσα λήψης φωτογραφιών και δισδιάστατων εικόνων: ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές και παρελκόμενα βοηθητικά μέσα, σαρωτές εικόνων o Εφαρμογές ανάπτυξης τρισδιάστατων περιβαλλόντων και αντικειμένων: εφαρμογές Softimage XSI και Rninoceros o Εφαρμογές ανάπτυξης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας και σχεδίασης αλληλεπιδράσεων: εφαρμογή Quest 3D o Εφαρμογές σχεδίασης και επεξεργασίας αρχιτεκτονικών δισδιάστατων σχεδίων: εφαρμογές Autocad και Rhinoceros 310

311 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης o Εφαρμογές επεξεργασίας εικόνων, γραφημάτων και φωτογραφιών: εφαρμογές Adobe Photoshop και Microsoft Visio Εκτέλεση εφαρμογής: περιλαμβάνονται συστήματα υλισμικού και λογισμικού βάσει των οποίων πραγματοποιείται η εκτέλεση αναπαραγωγή της εφαρμογής. o Επιτραπέζιο υπολογιστικό σύστημα o Συσκευές εξόδου: τυπική οθόνη υπολογιστή, σύστημα αναπαραγωγής ήχου o Συσκευές εισόδου: τυπικά περιφερειακά μέσα υπολογιστή (δισδιάστατο ποντίκι, πληκτρολόγιο), εναλλακτικά τρισδιάστατο ποντίκι o Λογισμικό εκτέλεσης εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας: λογισμικό Quest 3D Viewer Μέθοδοι επικοινωνίας: περιλαμβάνονται μέσα και διαδικασίες μέσω των οποίων επικοινωνούν και συνεργάζονται οι σχεδιαστές της εφαρμογής και γενικότερα όλα τα μέλη που λαμβάνουν μέρος στη διαδικασία σχεδίασης της εφαρμογής. o Διαδικτυακά μέσα: διαδικτυακή πύλη CoCreate (επικοινωνία και ανταλλαγή υλικού), λοιπά διαδικτυακά μέσα επικοινωνίας (Netmeeting, , εφαρμογές messenger) o Άμεση επικοινωνία: συναντήσεις όλων των μελών που εμπλέκονται στη διαδικασία σχεδίασης με σκοπό τον έλεγχο και τη συνέχιση της διαδικασίας Καθορισμός του μοντέλου εικονικού περιβάλλοντος (VE model specification) Στο σημείο αυτό πραγματοποιείται ο βασικός καθορισμός των στοιχείων του εικονικού περιβάλλοντος. Τα στοιχεία αυτά, όπως αναφέρθηκε και κατά την περιγραφή του συγκεκριμένου σταδίου, διαχωρίζονται σε δυο βασικά επίπεδα. Στα στοιχεία πρώτου επιπέδου, όπου αναγνωρίζονται τα όρια του εικονικού περιβάλλοντος (στοιχεία που μοντελοποιούνται), εμπεριέχουν όλο το χώρο της πλατείας Μιαούλη, περιλαμβάνοντας το δημαρχείο και κάθε περιφερειακό κτίριο ή στοιχείο του χώρου (δρόμοι, δέντρα, αυτοκίνητα, αγάλματα κ.α.), τα οποία είναι απαραίτητα για τη σωστή οπτική 311

312 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης αναπαράσταση εικονική απεικόνιση του χώρου. Το δεύτερο επίπεδο, αναφέρεται στο χώρο στον οποίο θα μπορεί να κινηθεί ο χρήστης. Το δεύτερο επίπεδο χωρίζεται σε δύο τμήματα, το εσωτερικό και το εξωτερικό. Το εξωτερικό περιλαμβάνει το χώρο της πλατείας που βρίσκεται πλησίον της πρόσοψης και των δύο πλάγιων πλευρών του δημαρχείου. Το εσωτερικό τμήμα περιλαμβάνει την είσοδο, τις εσωτερικές πλατείες, τους διαδρόμους, τις σκάλες και άλλες αίθουσες που παρουσιάζουν αρχιτεκτονικό, πολιτισμικό και ιστορικό ενδιαφέρον. Πιο συγκεκριμένα από τον δεύτερο όροφο περιλαμβάνεται η αίθουσα του γραφείου του δημάρχου και η αίθουσα του δημοτικού συμβουλίου, καθώς και η αίθουσα του δικαστηρίου που βρίσκεται στον πρώτο όροφο Ανάλυση εικονικών διεργασιών Σε αυτό το στάδιο πραγματοποιείται γενικός καθορισμός των διεργασιών αλληλεπίδρασης, καθώς και της ροής εκτέλεσης τους, που θα πραγματοποιούνται στο εικονικό περιβάλλον από το χρήστη. Ο καθορισμός αυτός είναι πολύ σημαντικός για την εξέλιξη της διαδικασίας και την ανάπτυξη του εικονικού περιβάλλοντος, ενώ είναι πιθανόν να διαφοροποιηθεί στη συνέχεια (εφόσον διαπιστωθεί ότι είναι αναγκαίο). Όπως έχει ήδη αναφερθεί σε παραπάνω στάδια, στην παρούσα εφαρμογή είναι επιθυμητό να εμπεριέχονται βασικές διεργασίες αλληλεπίδρασης οι οποίες θα απαιτούν από τους χρήστες απλές διαδικασίες εκτέλεσης, έτσι ώστε να εξασφαλιστεί η αποτελεσματική αποδοτική χρήση (κυρίως από αρχάριους χρήστες) και η ευχρηστία της εφαρμογής. Ταυτόχρονα, για τους ίδιους λόγους, είναι θεμιτό, να αποφευχθεί, εφόσον είναι δυνατόν, η ταυτόχρονη εκτέλεση διεργασιών. Στο στάδιο της ανάλυσης διεργασιών αναγνωρίστηκαν ως βασικές διεργασίες αλληλεπίδρασης που θα πραγματοποιούνται στο περιβάλλον η περιήγηση και η συλλογή πληροφοριών. Οι δυο αυτές κατηγορίες διεργασιών αναγνωρίζονται βάσει των απαντήσεων και των επιθυμιών (επιλογή διεργασιών) των ενδεχόμενων χρηστών της εφαρμογής που αναλύονται στην έρευνα των ερωτηματολογίων. Η περιήγηση αναφέρεται κυρίως στη διαδικασία μετακίνησης του χρήστη μέσα στον εικονικό κόσμο. Η περιήγηση αποτελεί τη βασική και πιο συχνή διεργασία που μπορεί να πραγματοποιηθεί σε ένα εικονικό περιβάλλον. 312

313 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Λαμβάνοντας υπόψη τους στόχους της εφαρμογής (κεφάλαιο 7.3.1) και συγκεκριμένα την ευκολία και αποτελεσματικότητα χρήσης, την ευκολία εκμάθησης, την ελκυστικότητα ρεαλιστικότητα, καθώς και τις διαθέσιμες συσκευές αλληλεπίδρασης, αποφασίστηκε η διεργασία περιήγησης να πραγματοποιείται μέσω της διαδικασίας περιδιάβασης (walk-through). Όσον αφορά τη διαδικασία συλλογής πληροφοριών, θα πραγματοποιείται μέσω διαχείρισης εικονικών στοιχείων και πιο συγκεκριμένα, μέσω μενού επιλογών. Μέσω της διαδικασίας αυτής, οι χρήστες θα έχουν τη δυνατότητα πραγματοποίησης διεργασιών αναφορικά με τις προβαλλόμενες σε αυτούς πληροφορίες, μέσω της διαχείρισης του εικονικού μενού επιλογών και των πλαισίων πληροφοριών. Επίσης, σε περιπτώσεις που κρίνεται απαραίτητο και μπορεί να πραγματοποιηθεί, θα παρέχεται στο χρήστη η δυνατότητα διαχείρισης εικονικών στοιχείων αντικειμένων του εικονικού περιβάλλοντος με σκοπό τη διευκόλυνση εκτέλεσης των παραπάνω διαδικασιών και επίτευξης των στόχων της εφαρμογής. Παράδειγμα τέτοιου είδους αλληλεπίδρασης είναι το άνοιγμα πόρτας κατά την περιήγηση. Σενάρια και περιγραφή εκτέλεσης των παραπάνω διαδικασιών πραγματοποιούνται στο στάδιο εννοιολογικού σχεδιασμού και εικονογραφημένου σεναρίου. Επίσης, οι διαδικασίες μέσω των οποίων θα πραγματοποιούνται οι διεργασίες αυτές (τεχνικές αλληλεπίδρασης), αναλύονται κατά την ανάλυσης της διαδικασίας σχεδίασης της αλληλεπίδρασης. Κατά την εξέταση και σχεδίαση των διαδικασιών αλληλεπίδρασης στα παραπάνω στάδια ή κατά τη διαδικασία αξιολόγησης, είναι πιθανόν, εφόσον κριθεί αναγκαίο, οι παραπάνω διεργασίες να διαφοροποιηθούν. Τέλος, αναφορικά με τη ροή εκτέλεσης των διεργασιών, με σκοπό την απλοποίηση των διαδικασιών εκτέλεσης, η εφαρμογή δεν θα απαιτεί από το χρήστη την πραγματοποίηση ταυτόχρονων διεργασιών. Επομένως προτείνεται η σειριακή (διεργασίες που εκτελούνται με μια συγκεκριμένη σειρά) εκτέλεση των διεργασιών αλληλεπίδρασης. 313

314 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Εννοιολογικός σχεδιασμός (Concept design) Εικονογραφημένα σενάρια (Storyboarding) Όπως αναφέρθηκε και κατά την ανάλυση του σταδίου εννοιολογικού σχεδιασμού εικονογραφημένων σεναρίων (κεφάλαιο 5.3.5), πρόκειται για μια διαδικασία περιγραφής στιγμιότυπων και καταστάσεων του εικονικού περιβάλλοντος. Η περιγραφή αυτή πραγματοποιείται υπό τη μορφή σχεδίων, κειμένου ή συνδυασμού αυτών. Στη διαδικασία σχεδίασης πρωτοτύπου, θα πρέπει να λαμβάνουν μέρος όλα τα μέλη που εμπλέκονται στη σχεδίαση της εφαρμογής, ενώ θα πρέπει να καλύπτονται οι παρακάτω θεματικές ενότητες, η οποίες αναγνωρίστηκαν στην ανάλυση του σταδίου Μοντέλο ή σκελετό της δομής του εικονικού περιβάλλοντος Στο σημείο αυτό γίνεται μια γενική περιγραφή της δομής και του περιεχομένου του εικονικού περιβάλλοντος. Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό, εξαιτίας της φύσης της εφαρμογής, η οποία αποτελεί τρισδιάστατη αναπαράσταση του αντίστοιχου πραγματικού χώρου, το εικονικό περιβάλλον και η δομή του καθορίζεται από το φυσικό περιβάλλον. Πιο συγκεκριμένα το εικονικό περιβάλλον θα αποτελείται από εσωτερικούς χώρους του δημαρχείου Ερμούπολης και του περιβάλλοντα χώρου (πλατεία). Στους χώρους αυτούς ο χρήστης θα έχει τη δυνατότητα πλοήγησης και αλληλεπίδρασης με τα στοιχεία του περιβάλλοντος. Ταυτόχρονα θα του παρέχονται (εφόσον το επιθυμεί ο χρήστης) πληροφορίες για τον εκάστοτε χώρο στον οποίο βρίσκεται. Οι εσωτερικοί χώροι του δημαρχείου στους οποίους θα έχει πρόσβαση ο χρήστης είναι: οι κεντρικοί χώροι και διάδρομοι του κτιρίου, η αίθουσα των δικαστηρίων, η αίθουσα του γραφείου του δημάρχου και η αίθουσα του δημοτικού συμβουλίου. Η επιλογή των συγκεκριμένων χώρων πραγματοποιήθηκε βάσει του ενδιαφέροντος των αιθουσών, της παρούσας και παρελθοντικής χρήσης τους, καθώς και βάσει των περιορισμών πρόσβασης που έχουν αναφερθεί. Τέλος όσο αφορά τους εξωτερικούς χώρους η πρόσβαση του χρήστη περιορίζεται βάσει των ορίων της πλατείας, μπροστά και πλάγια του δημαρχείου. 314

315 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Αρχική σκηνή που παρουσιάζεται όταν ο χρήστης εισάγεται στο περιβάλλον Η αρχική σκηνή αποτελεί την πρώτη επαφή του χρήστη με την εφαρμογή και το εικονικό περιβάλλον. Για το λόγο αυτό, λαμβάνοντας ταυτόχρονα υπόψη τους στόχους που έχουν καθοριστεί και συγκεκριμένα το ζήτημα της ελκυστικότητας της εφαρμογής, η αρχική σκηνή αποτελεί βασικό στοιχείο για την εξέλιξη και τη συμμετοχή ή όχι κάποιου χρήστη στην εφαρμογή. Κατά την πρώτη επαφή, είναι πολύ σημαντικό να επικεντρωθεί το ενδιαφέρον και η προσοχή του χρήστη στην εφαρμογή, ενώ ταυτόχρονα θα πρέπει να του δημιουργούνται συναισθήματα και η τάση συμμετοχής του σε αυτήν. Επίσης ένα ακόμα βασικό στοιχείο είναι το ότι κατά την αρχική επαφή, θα πρέπει να δημιουργείται στους χρήστες, κυρίως στους αρχάριους χρήστες, η πεποίθηση ότι μπορούν να ανταπεξέλθουν αποτελεσματικά στις διαδικασίες χρήσης της εφαρμογής και να μην τους δημιουργούνται φοβίες όσον αφορά τη συμμετοχή τους. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη όλα τα παραπάνω, αποφασίστηκε η δημιουργία ενός οπτικοακουστικού βίντεο το οποίο θα αποτελεί εισαγωγή της εφαρμογής και στο οποίο θα προβάλλονται στιγμιότυπα και πληροφορίες του εικονικού περιβάλλοντος, παρέχοντας με αυτό τον τρόπο στους χρήστες, μια περίληψη άποψη για το περιεχόμενο της εφαρμογής και για το τι πρόκειται να συναντήσουν σε αυτήν. Το βίντεο θα συνδυάζει εικονικές και πραγματικές απόψεις και διαδρομές του χώρου, προσδίδοντας με αυτό τον τρόπο στους χρήστες μια αρχική εμπειρία παρουσίας τους στο εικονικό περιβάλλον, καθώς και τη δυνατότητα αντίληψης των συσχετίσεων μεταξύ εικονικού και πραγματικού. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια αναπαραγωγής του βίντεο, δεν θα απαιτείται από τους χρήστες να πραγματοποιούν διάφορες ενέργειες, επιτρέποντας τους να δώσουν όλη την προσοχή τους στο περιεχόμενο του βίντεο και να μην αποπροσανατολίζονται από διάφορες διαδικασίες. Με την ολοκλήρωση του βίντεο, οι χρήστες θα εντάσσονται στο εικονικό περιβάλλον, συγκεκριμένα στον εξωτερικό χώρο, προσδίδοντας τους μια γενική άποψη του χώρου, έτσι ώστε να αντιληφθούν άμεσα την τοποθεσία τους, συγκριτικά και με την πληροφορία που μόλις έχουν δεχτεί από την εισαγωγή. 315

316 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Αναμενόμενο στήσιμο της σκηνής σε διάφορα σημεία Στο κεφάλαιο αυτό, πραγματοποιείται περιγραφή της μορφής δομής της οπτικής άποψης του χρήστη (δηλαδή της εικόνας που βλέπει ο χρήστης) και των εναλλαγών αυτής στα διάφορα σημεία και κατάστασης της εφαρμογής. Το βασικότερο στοιχείο της οπτικής άποψης του χρήστη καθ όλη τη διάρκεια της εφαρμογής είναι η εκάστοτε οπτική αναπαράσταση του εικονικού περιβάλλοντος, ανάλογα με τη θέση του χρήστη. Οι εναλλαγές που πραγματοποιούνται, αφορούν κυρίως διαδικασίες ελέγχου και παροχής πληροφοριών στο χρήστη. Πιο συγκεκριμένα, στο αριστερό μέρος της οπτικής άποψης του χρήστη θα εμφανίζεται, εφόσον το επιθυμεί, μια δισδιάστατη διεπαφή, που θα αποτελεί το μενού επιλογών με το οποίο θα μπορεί να πραγματοποιήσει τις επιθυμητές και επιτρεπόμενες διεργασίες. Βάσει του μενού αυτού, ο χρήστης θα έχει τη δυνατότητα διαχείρισης των προσφερόμενων πληροφοριών, την εμφάνιση ή απόκρυψη στοιχείων υποβοήθησης, την λήψη οδηγιών χρήσης της εφαρμογής, καθώς και εκτέλεσης των διαφόρων διεργασιών που θα καθοριστούν κατά τη διαδικασία σχεδίασης της αλληλεπίδρασης. Το μενού, θα αποτελείται κυρίως από πλήκτρα επιλογής, ενώ η σχεδίαση του θα πραγματοποιηθεί βάσει κανόνων σχεδίασης δισδιάστατων διεπαφών (ενδείξεις επιλεγμένων στοιχείων, ευανάγνωστη μορφή κτλ). Επίσης, στο δεξί άκρο της οπτικής άποψης του χρήστη θα εμφανίζεται, και πάλι εφόσον το επιλέξει ο χρήστης, ένα παραλληλόγραμμο πλαίσιο το οποίο θα αποτελεί το χώρο στον οποίο θα εμφανίζονται οι πληροφορίες. Οι πληροφορίες αυτές, θα εμφανίζονται κυρίως υπό τη μορφή κειμένου ή γραφικών απεικονίσεων (εικόνες, σχέδια, φωτογραφίες κτλ). Η διαχείριση του πλαισίου πληροφοριών (εμφάνιση, απόκρυψη, περιεχόμενο) θα πραγματοποιείται μέσω του μενού επιλογών. 316

317 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Εικόνα 84: Παράδειγμα οθόνης Στοιχεία αφήγησης - οδηγιών σε μορφή ήχου ή κειμένου Στο σημείο αυτό περιγράφεται η διαδικασία (παροχή στοιχείων) μέσω της οποίας ο χρήστης πληροφορείται για τις διαδικασίες εκτέλεσης των διάφορων διεργασιών στην εφαρμογή. Εξαιτίας της απλότητας των διαδικασιών που θα απαιτείται να εκτελέσει ο χρήστης για να αλληλεπιδράσει με το περιβάλλον, δεν θεωρείται απαραίτητη η συνεχής παρουσία στοιχείων αφήγησης ή υποβοήθησης. Αντίθετα η συνεχής τροφοδότηση του χρήστη με εξωγενή στοιχεία υπάρχει περίπτωση να του αποσπούν διαρκώς την προσοχή και να τον αποπροσανατολίζουν. Όλες οι απαραίτητες πληροφορίες οδηγίες χρήσης της εφαρμογής θα εμφανίζονται μέσω του μενού επιλογής και μόνο εφόσον το επιλέξει ο χρήστης. 317

318 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Σημάδια ή στοιχεία που παρέχονται στους χρήστες Τα σημάδια ή στοιχεία που παρέχονται στους χρήστες, συνήθως αναφέρονται σε ορόσημα υποβοήθησης αντίληψης του προσανατολισμού και της τοποθεσίας, ή σε στοιχεία υποβοήθησης για τις διαδικασίες χρήσης της εφαρμογής. Εάν και τα διάφορα στοιχεία υποβοήθησης (ορόσημα) αναλύονται στο στάδιο της σχεδίασης της αλληλεπίδρασης και ειδικότερα στην εύρεση διαδρομής, λαμβάνοντας υπόψη τη δομή του περιβάλλοντος και το είδος της εφαρμογής (πλοήγηση σε αρχιτεκτονικό χώρο), αποφασίζεται στο σημείο αυτό η χρήση ενός χάρτη υποβοήθησης. Ο χάρτης θα βοηθάει τους χρήστες να αντιληφθούν την εκάστοτε τοποθεσία τους σε συνάρτηση με το περιβάλλον. Ταυτόχρονα, θα παρέχεται στους χρήστες η δυνατότητα εμφάνισης ή απόκρυψης του χάρτη, έτσι ώστε να μπορούν να το χρησιμοποιήσουν όταν και εφόσον το επιθυμούν. Ο χάρτης θα εμφανίζεται στο κάτω δεξιά τμήμα της οπτικής άποψης του χρήστη, υπό την μορφή διαφάνειας και θα μπορεί να ενεργοποιηθεί και να απενεργοποιηθεί από το μενού επιλογών. Επίσης όσον αφορά τα στοιχεία υποβοήθησης για τις διαδικασίες χρήσης της εφαρμογής, θα παρέχονται στο χρήστη μέσω του μενού επιλογών. Το μενού θα ενεργοποιείται και θα απενεργοποιείται μέσω ένδειξης η οποία θα βρίσκεται σταθερά σε εμφανές τοποθεσία της οπτικής άποψης του χρήστη. Παρ όλα αυτά, κατά την εξέλιξη της διαδικασίας, ειδικότερα όπως αναφέρθηκε κατά τη σχεδίαση της αλληλεπίδρασης, η μορφή, η λειτουργίες καθώς και η ίδια η ύπαρξη του χάρτη και των λοιπών στοιχείων που εξετάζονται στο σημείο αυτό, μπορεί να διαφοροποιηθούν. 318

319 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Εικόνα 85: Παράδειγμα οθόνης Περιγραφικές εικόνες των δραστηριοτήτων στις οποίες ο χρήστης λαμβάνει μέρος Με σκοπό να διασφαλιστεί η αποτελεσματική χρήση και η ευχρηστία της εφαρμογής από τους αρχάριους χρήστες, γίνεται προσπάθεια μείωσης και απλοποίησης των δραστηριοτήτων στις οποίες λαμβάνει μέρος ο χρήστης. Στο σημείο αυτό εξετάζονται βασικές δραστηριότητες διεργασίες που θα πραγματοποιούνται στην εφαρμογή και η διαδικασία εκτέλεσης τους πιθανόν να επηρεάζει τη δομή της οπτικής άποψης του χρήστη. Οι βασικές δραστηριότητες θα πραγματοποιούνται από τους χρήστες με τη βοήθεια του μενού επιλογών μέσω των διαδικασιών που περιγράφονται παρακάτω. Επίσης λαμβάνοντας υπόψη την ιδιαίτερη δομή του περιβάλλοντος (μεγάλος αριθμός εισόδων και πορτών) και με σκοπό την απλοποίηση της διαδικασίας 319

320 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης πλοήγησης του χρήστη στο εικονικό περιβάλλον, οι πόρτων των αιθουσών στις οποίες ο χρήστης θα έχει δικαίωμα πρόσβασης, θα ανοίγουν αυτόματα όταν τις προσεγγίζει σε σχετικά κοντινή απόσταση. Η συγκεκριμένη διαδικασία, αποδεσμεύει το χρήστη από μια επιπλέον διεργασία που θα έπρεπε να εκτελεί συνεχώς, ενώ ταυτόχρονα αποκλείει προβλήματα που ενδεχομένως να προέκυπταν, όπως για παράδειγμα κάποιος χρήστης να προσπαθεί να βρει τρόπο να ανοίξει μια πόρτα η οποία δεν προβλέπεται να ανοίγει αποκλείοντας την είσοδο του χρήστη στη συγκεκριμένη αίθουσα. Οι περαιτέρω δραστηριότητες αλληλεπίδρασης του χρήστη με το εικονικό περιβάλλον εξετάζονται και καθορίζονται κατά τη διαδικασία σχεδίασης της αλληλεπίδρασης της εφαρμογής. Επομένως, στην περίπτωση που απαιτείται, υπάρχει περίπτωση το παρόν στάδιο να επαναληφθεί για επιπλέον δραστηριότητες που θα καθοριστούν κατά την εξέλιξη της διαδικασίας. Η συγκεκριμένη δραστηριότητα αναγνωρίζεται και μελετάται σε αυτό το σημείο (σε αντίθεση με τις υπόλοιπες) γιατί η διαδικασία αλληλεπίδρασης με τις πόρτες του κτιρίου, επιδρά σε ζητήματα που αφορούν το περιεχόμενο της εφαρμογής και συγκεκριμένα στον καθορισμό των χώρων που θα είναι προσβάσιμοι από το χρήστη. Η συγκεκριμένη δραστηριότητα και η καταλληλότητα της επιλεχθείσας διαδικασίας αλληλεπίδρασης θα μελετηθεί και κατά τη διαδικασία σχεδίασης της αλληλεπίδρασης. Εικόνα 86: Παράδειγμα αλληλεπίδρασης 320

321 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Μέθοδοι με τις οποίες ο χρήστης εκτελεί αυτές της δραστηριότητες (συσκευές εισόδου) Οι δυο βασικές δραστηριότητες που αναγνωρίστηκαν στο προηγούμενο στάδιο είναι: η διαχείριση του μενού επιλογών και η διαδικασία πρόσβασης σε αίθουσες του κτιρίου. Όσον αφορά το μενού επιλογών, κατά την είσοδο του χρήστη στην εφαρμογή θα είναι σε κατάσταση απόκρυψης. Σε εμφανές σημείο της οπτικής άποψης του χρήστη θα υπάρχει ένδειξη μέσω της οποίας θα πραγματοποιείται η απόκρυψη και η εμφάνιση του μενού. Όπως ήδη αναφέρθηκε, το μενού επιλογών θα αποτελείται από κουμπιά επιλογής μέσω των οποίων ο χρήστης θα πραγματοποιεί τις διάφορες διεργασίες. Η διαδικασία εκτέλεσης (έναρξης - παύσης) της κάθε διεργασίας, θα περιγράφεται είτε μέσω του μενού επιλογών, είτε κατά τη διάρκεια εκτέλεσης της διεργασίας (πχ η οδηγίες εμφάνισης και απόκρυψης του πλαισίου πληροφοριών να αναγράφονται στο ίδιο το πλαίσιο). Η διαδικασία πρόσβασης του χρήστη στις διάφορες αίθουσες (άνοιγμα κλείσιμο των θυρών) θα πραγματοποιείται με αυτόματο τρόπο, για τους λόγους που αναφέρθηκαν παραπάνω. Κάποια πόρτα, εφόσον προβλέπεται να ανοίγει, θα ανοίγει αυτόματα μόλις ο χρήστης την προσεγγίσει σε κάποια συγκεκριμένη απόσταση. Αντίστοιχα, όταν ο χρήστης απομακρυνθεί από την πόρτα, αυτή θα κλείσει αυτόματα (εικόνα 41). Οι διαδικασίες αλληλεπίδρασης βάσει των οποίων πραγματοποιούνται οι δραστηριότητες αυτές εξετάζονται κατά τη διαδικασία σχεδίασης της αλληλεπίδρασης. Επομένως είναι πιθανόν κατά την εξέλιξη της διαδικασίας οι μέθοδοι και οι δραστηριότητες που εξετάζονται στο σημείο αυτό να διαφοροποιηθούν Εικόνες που περιγράφουν τα αποτελέσματα από διάφορες δράσεις των χρηστών Στο σημείο αυτό γίνεται περιγραφή των αποτελεσμάτων των δραστηριοτήτων που εκτελούνται από τους χρήστες. Τα αποτελέσματα αυτά αφορούν κυρίως τις αλλαγές που υφίστανται στην οπτική άποψη του χρήστη. 321

322 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Η ανάλυση των αποτελεσμάτων γίνεται βάσει της περιγραφής ενός θεωρητικού σεναρίου χρήσης. Το σενάριο αυτό αφορά: την είσοδο στην εφαρμογή, την εμφάνιση και διαχείριση του μενού επιλογών και την απόκρυψη του μενού επιλογών και του πλαισίου πληροφοριών. Στα παρακάτω σχέδια περιγράφονται οι τρεις αυτές καταστάσεις. Στην εικόνα 43, παρουσιάζεται η αρχική εικόνα, όπου στο κάτω αριστερά τμήμα της οπτικής άποψης εμφανίζεται οδηγία χρήσης (ένδειξη), βάσει της οποίας ο χρήστης μπορεί να εμφανίσει το μενού επιλογών (λεπτομέρεια εικόνα 44). Ακολουθώντας την οδηγία αυτή, εμφανίζεται το μενού επιλογών στο αριστερό τμήμα της οπτικής άποψης. Στο μενού επιλογών αναφέρονται διάφορες διεργασίες που μπορεί να εκτελέσει ο χρήστης, όπως για παράδειγμα η εμφάνιση του πλαισίου πληροφοριών (εικόνα 45). Εκτελώντας τις ανάλογες διαδικασίες εμφανίζεται στο δεξί τμήμα της οπτικής άποψης ένα πλαίσιο στο οποίο εμπεριέχονται πληροφορίες σχετικά με το θέμα της εφαρμογής. Στο κάτω μέρος του πλαισίου αυτού, όπως και στο πλαίσιο του μενού επιλογών, αναφέρονται πληροφορίες ενδείξεις για την απόκρυψη τους (σχήμα 46). Εάν ο χρήστης επιλέξει την απόκρυψη των δυο πλαισίων, τότε επιστρέφει στην ίδιας μορφής οπτική άποψη με την αρχική, όπου υπάρχει μόνο η ένδειξη εμφάνισης του μενού. Εικόνα 87: Παράδειγμα οθόνης 3 322

323 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Εικόνα 88: Παράδειγμα οθόνης 3 Εικόνα 89: Παράδειγμα οθόνης 4 323

324 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Εικόνα 90: Παράδειγμα οθόνης Η σειρά των γεγονότων όπου απαιτείται Στον τομέα της σειράς των γεγονότων περιγράφεται η ακολουθία των γεγονότων που λαμβάνουν χώρα κατά την εξέλιξη της εφαρμογής. Η παρούσα εφαρμογή χωρίζεται σε τρεις βασικές ενότητες. Η πρώτη αφορά την εισαγωγή, η δεύτερη το βασικό σκέλος της εφαρμογής και η τρίτη το τυπικό τέλος. Η ενότητα της εισαγωγής αναφέρεται στο εισαγωγικό βίντεο που προβάλλεται κατά την είσοδο του χρήστη στην εφαρμογή. Η δομή, το περιεχόμενο και ο σκοπός της εισαγωγής αυτής αναλύεται σε παραπάνω στάδιο. Η δεύτερη βασική ενότητα αφορά τη βασική εφαρμογή και την παρουσία του χρήστη στο εικονικό περιβάλλον. Σε αυτή τη φάση ο χρήστης εισάγεται και κινείται στο εικονικό περιβάλλον, έχοντας ταυτόχρονα τη δυνατότητα πραγματοποίησης διεργασιών αλληλεπίδρασης. Μέσω των διεργασιών αυτών, παρέχονται στο χρήστη πληροφορίες για το χώρο που βρίσκεται, κάτι που αποτελεί και το βασικό στόχο της εφαρμογής. Τέλος, η 324

325 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης τρίτη ενότητα περιλαμβάνει το τυπικό τέλος. Πρόκειται για το στάδιο κατά το οποίο ο χρήστης έχει ολοκληρώσει την παρουσία του στην εφαρμογή και προετοιμάζεται η έξοδος του από αυτήν. Η ενότητα του τυπικού τέλους αναλύεται σε επόμενο στάδιο της διαδικασίας Πιθανές συνδέσεις με άλλα λογισμικά Οι συνδέσεις με άλλα λογισμικά αφορούν κυρίως την υποστήριξη εξωτερικών αρχείων ή εφαρμογών (πχ εικόνα, βίντεο, ιστοσελίδες), εξειδικευμένου υλισμικού εισόδου και εξόδου, καθώς και την κάλυψη των αυξημένων απαιτήσεων εφαρμογών συνεργατικών περιβαλλόντων. Αναφορικά με την παρούσα εφαρμογή, σύνδεση με επιπλέον λογισμικό θα πραγματοποιηθεί για την αναπαραγωγή του εισαγωγικού βίντεο Το τυπικό τέλος της εικονικής εμπειρίας Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, το τυπικό τέλος αφορά τη διαδικασία εξόδου του χρήστη από την εφαρμογή. Σε αυτό το στάδιο, ο χρήστης έχει ολοκληρώσει τις διεργασίες που επιθυμούσε να πραγματοποιήσει και είναι έτοιμος να αποχωρίσει από την εφαρμογή. Όσον αφορά τη χρονική στιγμή και το σημείο που γίνεται αυτό, θα πρέπει να παρέχεται στο χρήστη η δυνατότητα εξόδου από την εφαρμογή ανά πάσα στιγμή και σε οποιοδήποτε σημείο του εικονικού περιβάλλοντος. Η διαδικασία αποχώρησης του χρήστη από την εφαρμογή, πραγματοποιείται μέσω επιλογής από το μενού επιλογών. Όταν ο χρήστης δώσει την εντολή για έξοδο από το εικονικό περιβάλλον, αλλάζει η οπτική του άποψη που μέχρι τώρα βασιζόταν στην απεικόνιση του περιβάλλοντος και εμφανίζεται ένα τελευταίο καρέ εικόνα. Η εικόνα αυτή θα αποτελεί και την τελευταία επαφή του χρήστη με την εφαρμογή. Για το λόγο αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό μέσω της εικόνας αυτής, να επικεντρωθεί το ενδιαφέρον του χρήστη, αφήνοντας του μια τελευταία ευχάριστη και θετική εντύπωση. Σχετικά με το περιεχόμενο της εικόνας, θα περιλαμβάνεται ένα φόντο αποτελούμενο από συνδυασμό εικόνων σχετικών με το θέμα της εφαρμογής, καθώς και ένα γραπτό μήνυμα ευχαρίστησης του χρήστη για τη συμμετοχή στην εφαρμογή. 325

326 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Συλλογή πόρων Στο στάδιο συλλογής πόρων αναλύεται η διαδικασία επιλογής και συλλογής πόρων. Το είδος και η διαδικασία επιλογής των στοιχείων γίνεται βάσει της ανάλυσης και του πίνακα ταξινόμησης που αναφέρονται στο αντίστοιχο στάδιο της διαδικασίας (κεφάλαιο 5.3.6). Η διαδικασία συλλογής πόρων, είναι πιθανόν να επαναληφθεί κατά την εξέλιξη της διαδικασίας, εφόσον κριθεί ότι απαιτείται επιπλέον πληροφορία από αυτήν που ήδη έχει συλλεχθεί. Οι πόροι που συλλέχτηκαν για τη σχεδίαση της εφαρμογής χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες σύμφωνα με το είδος τους: γεωμετρία, χρώμα και ήχος Στοιχεία γεωμετρίας Κατά τη συλλογή στοιχείων γεωμετρίας, συγκεντρώνονται πόροι που αφορούν τη λήψη των απαραίτητων γεωμετρικών διαστάσεων. Η βασικότερη πηγή των στοιχείων της κατηγορίας αυτής, αποτέλεσαν τα αυθεντικά αρχιτεκτονικά σχέδια τα οποία βρέθηκαν στη βιβλιοθήκη του δήμου. Η πληροφορία των σχεδίων αυτών, μεταφέρθηκε σε ηλεκτρονική μορφή, μέσω σάρωσης και φωτογράφισης. Εξαιτίας όμως της παλαιότητας, της μη απόλυτης εφαρμογής τους και της φθοράς που είχαν υποστεί, τα σχέδια αυτά δεν μπόρεσαν να αποτελέσουν την αποκλειστική πηγή πληροφοριών όσον αφορά τις διαστάσεις και τη γεωμετρία του χώρου. Για το λόγο αυτό η απαιτούμενη πληροφορία συμπληρώθηκε μέσω μετρήσεων, φωτογράφισης και καταγραφής στοιχείων (σημειώσεις) του φυσικού χώρου του κτιρίου. Συμπληρωματική πληροφορία για τις γεωμετρικές διαστάσεις αντλήθηκε από αρχιτεκτονικό σχέδιο του πρώτου ορόφου που παραχωρήθηκε από υπηρεσία του δήμου. Βάσει του συνόλου των πληροφοριών που συλλέχθηκαν στην παρούσα φάση, αναπτύχθηκαν σχέδια (ουσιαστικά συμπληρώθηκαν στοιχεία στα αυθεντικά σχέδια) στα οποία καταγράφονται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες και διαστάσεις, καθώς και σημειώσεις που αναφέρονται στη σύνδεση κάποιου σημείου - χώρου με ομάδα φωτογραφιών που λήφθηκαν από το χώρο. Μέσω των φωτογραφιών συλλέχθηκαν στοιχεία που αφορούν τη δομή και το σχήμα χώρων και αντικειμένων και τη δημιουργία συσχετίσεων και αναλογιών μεταξύ των διαστάσεων. 326

327 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Στοιχεία χρώματος Τα στοιχεία χρώματος, αναφέρονται στη διαδικασία λήψης στοιχείων που αφορούν την παρουσίαση (χρώμα υφή) των στοιχείων του φυσικού περιβάλλοντος. Σε απλές περιπτώσεις (πχ χρώμα τοίχου) η πληροφορία συλλέχθηκε μέσω σημειώσεων και λήψη φωτογραφιών. Σε πιο σύνθετες περιπτώσεις και μοντέλα, χρησιμοποιήθηκαν πιο εξειδικευμένες τεχνικές, που αφορούν τη διαδικασία λήψης υφών από φυσικά αντικείμενα και χώρους. Η ανάλυση και ο καθορισμός των διαδικασιών αυτών πραγματοποιείται κατά το στάδιο της σχεδίασης του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος. Επίσης στην παρούσα κατηγορία εντάσσονται οπτικοακουστικές πληροφορίες (φωτογραφίες και βίντεο) τα οποία λήφθηκαν από το φυσικό χώρο και περιλαμβάνονται στο περιεχόμενο της εφαρμογής Ηχητικά στοιχεία Χωρίς να έχει καθοριστεί εάν θα γίνει χρήση ηχητικών στοιχείων στην εφαρμογή, τα οποία θα προέρχονται από το φυσικό χώρο, πραγματοποιήθηκε λήψη ηχητικών στοιχείων από κεντρικού ενδιαφέροντος αίθουσες του περιβάλλοντος. Ο καθορισμός χρήσης ηχητικών σημάτων θα πραγματοποιηθεί κατά την ανάλυση και σχεδίαση της αλληλεπίδρασης της εφαρμογής. Απλή Σύνθετη Δυναμική Γεωμετρία Μετρήσεις διαστάσεων από το φυσικό περιβάλλον Λήψη φωτογραφιών από το φυσικό περιβάλλον. Ψηφιοποίηση των πρωτότυπων αρχιτεκτονικών σχεδίων του κτιρίου Ανάπτυξη σχεδίου στο οποίο εμπεριέχονται όλες οι απαραίτητες πληροφορίες. Συνδυασμός σημειώσεων και φωτογραφιών για συγκεκριμένα σημεία του περιβάλλοντος Χρώμα Γραπτές σημειώσεις Εξειδικευμένες τεχνικές λήψης Λήψη φωτογραφιών και βίντεο που εμπεριέχονται στο 327

328 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης σχετικά με το χρώμα και τις υφές των στοιχείων του περιβάλλοντος υφών (αναλύονται στο στάδιο σχεδιασμού του μοντέλου του εικονικού περιβάλλοντος) περιεχόμενο της εφαρμογής Ήχος Ηχογράφηση ηχητικών στοιχείων από το φυσικό περιβάλλον Εικόνα 91: Συλλογή πόρων 7.4 Στάδιο ανάπτυξης Το στάδιο της ανάπτυξης αναφέρεται στη διαδικασία σχεδίασης υλοποίησης της αλληλεπίδρασης και του τρισδιάστατου κόσμου του εικονικού περιβάλλοντος. Στο παρακάτω κεφάλαιο, εφαρμόζεται η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη σχεδίαση του εικονικού κόσμου, όπως αυτή αναφέρθηκε και στο αντίστοιχο κεφάλαιο ( 6), ενώ η διαδικασία σχεδίασης της αλληλεπίδρασης αναλύεται στο αντίστοιχο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας του Γκαβογιάννη Αντώνιου Ανάλυση της διαδικασίας σχεδίασης του εικονικού κόσμου Σύμφωνα με την πολύ-μεθοδολογική προσέγγιση που προτάθηκε για τη σχεδίαση του εικονικού κόσμου (κεφάλαιο 6.2), πραγματοποιείται η υλοποίηση πάνω στο συγκεκριμένο παράδειγμα με θέμα την εικονική περιήγηση στο δημαρχείο της Ερμούπολης. Πριν την εφαρμογή του σταδίου της ανάπτυξης και συγκεκριμένα των διεργασιών της ανάπτυξης και 328

329 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης δημιουργίας των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, επαν-εκτελείται το στάδιο των προδιαγραφών όπως περιγράφεται και στα αντίστοιχα κεφάλαια ( 6.2.1, 6.2.2, 6.2.3). Η επανάληψη των σταδίων αυτή είναι απαραίτητη ώστε να καθοριστούν οι προδιαγραφές και όλες οι πληροφορίες σχετικά με τη δομή του εικονικού κόσμου, που είναι απαραίτητες για να μπορεί να πραγματοποιηθεί η ανάπτυξη του Στάδιο προδιαγραφών Στο σημείο αυτό επανεξετάζεται το στάδιο των προδιαγραφών με σκοπό να εμπλουτιστεί με επιπλέον πληροφορία, όπου αυτό κρίνεται απαραίτητο. Η επανεξέταση αυτή γίνεται από τη σκοπιά του σχεδιαστή του εικονικού κόσμου, ώστε να συλλεχθούν όλες οι απαραίτητες πληροφορίες που κρίνονται αναγκαίες για τη δημιουργία των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου. Λόγω του ότι το συγκεκριμένο παράδειγμα χρήσης δεν παρουσιάζει μεγάλη πολυπλοκότητα, δεν είναι αναγκαίο να εκτελεστούν σε βάθος όλες οι διεργασίες του σταδίου των προδιαγραφών. Αντιθέτως, εκτελούνται μόνο εκείνες οι διεργασίες που κρίνονται απαραίτητες από το σχεδιαστή του εικονικού κόσμου Εννοιολογικός σχεδιασμός Τυπικά σενάρια χρήσης Όπως έχει ήδη αναφέρθηκε σκοπός του σταδίου αυτού είναι η δημιουργία μιας πλούσιας εικόνας σχετικά με την εικονική εμπειρία. Μέσω της εικόνας αυτής θα μπορούν να καταγραφούν οι κυριότερες λειτουργίες που θα μπορεί ο χρήστης να εκτελέσει μέσα στο εικονικό περιβάλλον καθώς και καταγραφή των κυριότερων αντικειμένων που περιέχονται σε αυτό. Αρχικά ο χρήστης εισάγεται στο κεντρικό σημείο της πλατείας Μιαούλη μπροστά από την κεντρική είσοδο του δημαρχείου της Ερμούπολης. Γύρω του αναπαριστάται ο χώρος της πλατείας με τα σημαντικότερα στοιχεία που τον απαρτίζουν. Ο χρήστης παρατηρεί από το σημείο που βρίσκεται τα κτήρια που περιβάλουν την πλατεία, τα δένδρα που βρίσκονται σε αυτή, ενώ στο βάθος βλέπει τη θάλασσα μέσω της οδού Ερμού. Μετά την πρώτη αυτή παρατήρηση του περιβάλλοντος χώρου ο χρήστης προσπαθεί να περιηγηθεί στο χώρο αυτό για να ανακαλύψει νέα στοιχεία ενδιαφέροντος. Συνειδητοποιεί όμως ότι ο 329

330 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης χώρος που μπορεί να περιηγηθεί περιορίζεται στο κεντρικό αυτό τμήμα της πλατείας και δεν έχει τη δυνατότητα να περιηγηθεί σε όλη την έκταση της. Μέσω του περιορισμού αυτού, οδηγείται από τα σκαλιά του δημαρχείου στην κεντρική είσοδο του. Κατά τη διαδρομή αυτή παρατηρεί την πρόσοψη του δημαρχείου, τους διαφορετικούς αρχιτεκτονικούς ρυθμούς σε κάθε όροφο και την εντυπωσιακή είσοδο. Ο χρήστης μέσω της κεντρικής πόρτας μπαίνει στο δημαρχείο και συγκεκριμένα στην κεντρική του είσοδο. Ο χώρος αυτός αποτελείται από κολόνες κατά μήκος του, ενώ στους τοίχους υπάρχουν γύψινα διάκοσμα. Στα σημεία ανάμεσα στα διάκοσμα αυτά καθώς και στο ταβάνι υπάρχουν τοιχογραφίες. Ο χώρος αυτός οδηγεί στα υπόλοιπα σημεία του δημαρχείου μέσω πορτών οι οποίες είναι ανοιχτές, καθώς και μέσω της κεντρικής σκάλας που οδηγεί στο δεύτερο όροφο. Ο χρήστης μετά την παρατήρηση των στοιχείων του χώρου αυτού επιλέγει να ανέβει στο δεύτερο όροφο μέσω της κεντρικής σκάλας. Ο χώρος γύρω από τη σκάλα αποτελείται και πάλι από διάκοσμα και τοιχογραφίες ενώ στην οροφή υπάρχει φωταγωγός που επιτρέπει την είσοδο του φωτός. Μέσω των σκαλιών αυτών ο χρήστης ανεβαίνει στο δεύτερο όροφο. Βρισκόμενος στο δεύτερο όροφο, επιλέγει την πόρτα που βρίσκεται αριστερά του, από τις δύο που είναι διαθέσιμες. Προχωρώντας φτάνει στη δεξιά κεντρική πλατεία του δημαρχείου. Ο χώρος αυτός αποτελείται από την κεντρική πλατεία και τους διαδρόμους που την περιβάλουν. Προχωρώντας στους διαδρόμους αυτούς ο χρήστης παρατηρεί τα σημαντικότερα αρχιτεκτονικά στοιχεία του χώρου, τις κολόνες που βρίσκονται περιμετρικά τις πλατείας, τις πόρτες που βρίσκονται περιμετρικά των διαδρόμων στις οποίες όμως δεν έχει πρόσβαση, καθώς και την οροφή στην οποία υπάρχει φωταγωγός. Προχωρώντας στους διαδρόμους αυτούς ο χρήστης οδηγείται στη μοναδική πόρτα στην οποία έχει πρόσβαση και η οποία τον οδηγεί μέσω κυκλικής σκάλας στην ταράτσα του δημαρχείου. Ανεβαίνοντας τα σκαλιά βρίσκεται στην ταράτσα του δημαρχείου. Περιηγείται στο χώρο και μέσω των φωταγωγών παρατηρεί ξανά τις κεντρικές πλατείες του εσωτερικού από ψηλά. Στην συνέχεια προχωρά προς την πρόσοψη του κτηρίου. Στο σημείο αυτό παρατηρεί πάλι ότι η κίνηση του περιορίζεται, μη επιτρέποντας του να πέσει στην πλατεία. Από το σημείο αυτό 330

331 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης παρατηρεί την πλατεία με τα κτήρια που την περιβάλλουν και σταματά την εικονική του περιήγηση Εικονογραφημένο σενάριο Λόγω του ότι το συγκεκριμένο παράδειγμα χρήσης δεν παρουσιάζει ιδιαίτερη πολυπλοκότητα, δεν απαιτούνται περαιτέρω πληροφορίες από το στάδιο αυτό πέρα από αυτές που έχουν ήδη συλλεχθεί κατά την αρχική του υλοποίηση (κεφάλαιο 7.3.5). Επιπλέον όπως παρατηρείται και από το τυπικό σενάριο χρήσης, το εικονικό περιβάλλον που θα σχεδιαστεί θα προσφέρει τυπικές διαδικασίες αλληλεπίδρασης. Εξαιτίας αυτού δεν απαιτούνται εξειδικευμένα εικονογραφημένα σενάρια που αναπαριστούν τις λειτουργίες αυτές Έλεγχος εφικτότητας Σύμφωνα με όσα καθορίστηκαν στην υλοποίηση του σταδίου της διαμόρφωσης/ επιλογής συστήματος εικονικού περιβάλλοντος, όσο και από το στάδιο των περιορισμών, οι διαθέσιμοι πόροι για την ανάπτυξη είναι πολύ περιορισμένοι. Επιπλέον οι τεχνολογίες που θα χρησιμοποιηθούν τόσο για την ανάπτυξη αλλά και για την εκτέλεση της εφαρμογής είναι τυπικές. Τα παραπάνω στοιχεία σε συνδυασμό και με την περιορισμένη εμπειρία των σχεδιαστών στις τεχνολογίες αυτές, καθιστούν εφικτή τη σχεδίαση μιας απλής εφαρμογής εικονικού περιβάλλοντος που δεν θα εμπεριέχει πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις. Παρόλα αυτά, καθώς η εμπειρία των σχεδιαστών όσον αφορά την ίδια την κατάσταση αλλά και τα λογισμικά που θα χρησιμοποιηθούν συνεχώς εξελίσσεται, πραγματοποιούνται συνεχώς επανέλεγχοι της εφικτότητας Διαδρομές περιήγησης Ακολουθώντας το τυπικό σενάριο που περιγράφηκε παραπάνω (σημειώνεται ότι κανονικά πρέπει να πραγματοποιηθούν διαφορετικά τυπικά σενάρια που να περιγράφουν διαφορετικές διαδρομές), καθορίζονται διαφορετικές διαδικασίες περιήγησης που μπορεί να πραγματοποιήσει ο χρήστης μέσα στο εικονικό περιβάλλον. Λόγω του ότι στη συγκεκριμένη περίπτωση οι περιηγήσεις θα εξελίσσονται σε τρία διαφορετικά υψομετρικά επίπεδα, οι διαδρομές θα πρέπει να σχεδιαστούν σε τρείς διαφορετικές κατόψεις αντίστοιχα. Τα επίπεδα αυτά είναι: 331

332 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Περιβάλλον χώρος της πλατείας Μιαούλη και εσωτερικό πρώτου ορόφου του δημαρχείου. Εσωτερικός χώρος δευτέρου ορόφου του δημαρχείου. Εξωτερικός χώρος της ταράτσας του δημαρχείου. Ακολουθώντας το τυπικό σενάριο σχεδιάστηκαν οι παρακάτω διαδρομές. Εικόνα 92: διαδρομή περιήγησης σύμφωνα με το τυπικό σενάριο για τη πλατεία και τον πρώτο όροφο 332

333 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Εικόνα 93:διαδρομή περιήγησης για το δεύτερο όροφο Εικόνα 94: διαδρομή περιήγησης για τον τρίτο όροφο Αρχική συλλογή πόρων Αρχικά συλλέχθηκαν γενικές πληροφορίες σχετικά με το περιβάλλον του δημαρχείου. Λόγω ευκολίας πραγματοποιήθηκαν επισκέψεις στο φυσικό χώρο. Στις επισκέψεις αυτές πραγματοποιήθηκε λήψη βίντεο και 333

334 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης φωτογραφιών με γενικά πλάνα, ώστε να μπορούν να συλλεχθούν γενικές πληροφορίες γύρω από τη δομή του περιβάλλοντος. Επίσης, αναζητήθηκαν και φωτογραφήθηκαν τα πρωτότυπα αρχιτεκτονικά σχεδία, τα οποία αν και σε κακή κατάσταση, λόγω μη συντήρησης, μπορούσαν να προσφέρουν κάποιες βασικές πληροφορίες Στάδιο καθορισμού - Υψηλού επιπέδου καθορισμός Καταγραφή ιεραρχικής δομής αντικειμένων Αρχικά στο στάδιο αυτό πραγματοποιήθηκε κατηγοριοποίηση του περιβάλλοντος. Αν και έχει ήδη πραγματοποιηθεί μια αρχική κατηγοριοποίηση στο στάδιο του «καθορισμού του μοντέλου εικονικού περιβάλλοντος» (κεφάλαιο 7.3.3), πραγματοποιείται μια κατηγοριοποίηση σε περισσότερο βάθος η οποία θα χρησιμεύσει στη συλλογή πόρων και τον καθορισμό της εμφάνισης. Σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση αυτή προκύπτουν τα εξής: Χώρος σκηνικού: o Όρια περιβάλλοντος: ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να βλέπει όλα τα κτίρια που βρίσκονται περιμετρικά της πλατείας Μιαούλη, το δρόμο της Ερμού που καταλήγει στο λιμάνι, καθώς και τους εσωτερικούς χώρους του δημαρχείου που περιγράφονται στη συνέχεια. o Όρια πλοήγησης: ο χρήστης μπορεί να κινείται στο κεντρικό μόνο τμήμα της πλατείας Μιαούλη που βρίσκεται μπροστά από τα σκαλιά της κεντρικής εισόδου. Όσον αφορά το εσωτερικό του δημαρχείου, ο χρήστης θα έχει τη δυνατότητα να περιηγηθεί στο χώρο της κεντρικής εισόδου, στις κεντρικές πλατείες και στους διαδρόμους γύρω από αυτές, στις σκάλες που ενώνουν τον πρώτο όροφο με το δεύτερο (σκάλες κεντρικής εισόδου, σκάλες αριστερής πλατείας), στις σκάλες που οδηγούν στην ταράτσα, καθώς και στο χώρο της ταράτσας. Επίσης στην αίθουσα του δημάρχου, καθώς και στα δικαστήρια. Ενσάρκωση του χρήστη: σύμφωνα με το σχεδιαστή της αλληλεπίδρασης, έχει καθοριστεί ότι η ενσάρκωση του χρήστη δε θα είναι ορατή από το χρήστη. Εικονικά αντικείμενα: 334

335 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης o Αντικείμενα φόντου: το τμήμα του λιμανιού και της θάλασσας που είναι ορατό στο χρήστη από τα σημεία που μπορεί να περιηγηθεί, ο ουρανός, καθώς και τα κτίρια που βρίσκονται περιμετρικά του δημαρχείου και είναι ορατά, εκτός από όσα βρίσκονται περιμετρικά της πλατείας. o Αντικείμενα γενικού πλαισίου: τα κτίρια που βρίσκονται περιμετρικά της πλατείας, τα εξωτερικά τμήματα του δημαρχείου τα οποία είναι ορατά στο χρήστη από συγκεκριμένες θέσεις. Τα τμήματα αυτά είναι όλη η πρόσοψη του δημαρχείου εκτός το κεντρικό της τμήμα όπου βρίσκεται η είσοδος. o Οπτικά πρωταρχικά αντικείμενα: καθώς η εφαρμογή η οποία σχεδιάζεται προσφέρει τις βασικές αλληλεπιδράσεις, η κατηγορία αυτή περιλαμβάνει και τα περισσότερα στοιχεία. Τα στοιχεία αυτά, όσον αφορά το εξωτερικό τμήμα, είναι η κεντρική είσοδος του δημαρχείου από την πλατεία. Αναφορικά με το εσωτερικό τμήμα του δημαρχείου, τα αντικείμενα αυτά αποτελούν όλα τα στοιχεία που απαρτίζουν τους χώρους εκείνους του δημαρχείου που βρίσκονται στα όρια πλοήγησης. Λόγω του μεγάλου αριθμού των αντικειμένων αυτών δεν θα καταγραφούν αναλυτικά. Συνοπτικά όμως είναι όλοι οι τοίχοι που οριοθετούν το χώρο, τα σκαλιά, οι πλατείες, όλες οι κάθετες κολόνες που βρίσκονται τόσο στις πλατείες όσο και στην κεντρική είσοδο, οι αντίστοιχες κάθετες κολόνες, οι πόρτες, τα παράθυρα, τα κάγκελα όπου αυτά υπάρχουν ώστε να εμποδίζουν την κίνηση του χρήστη, κτλ. o Λειτουργικά πρωταρχικά αντικείμενα: στην κατηγορία αυτή ανήκουν μόνο οι εξωτερικές πόρτες της εισόδου του δημαρχείου, οι οποίες ανοίγουν. Η ιεραρχική δομή του αντικειμένου αυτού διαχωρίζεται στην κάσα της πόρτας, η οποία βρίσκεται σε σταθερό σημείο και δεν προσφέρει καμία αλληλεπίδραση/ κίνηση και στα δύο φύλλα της πόρτας (υποαντικείμενα) τα οποία κινούνται. Επίσης ενδέχεται να προστεθούν και άλλα αντικείμενα κατά την εξέλιξη της διαδικασία αν αυτό κριθεί σκόπιμο από τον σχεδιαστή της 335

336 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης αλληλεπίδρασης. Για το λόγω αυτό ίσως χρειαστεί επανεκτέλεση του σταδίου αυτού για να πραγματοποιηθούν οι κατάλληλες αναθεωρήσεις Καταγραφή βασικών φυσικών ιδιοτήτων Στο στάδιο αυτό λόγω της φύσης της εφαρμογής δεν απαιτεί τη λεπτομερή καταγραφή όλων των αντικειμένων. Οι απαραίτητες πληροφορίες που παρέχονται από το στάδιο αυτό, στη συγκεκριμένη μελέτη είναι άμεσα διαθέσιμες από τα αρχιτεκτονικά σχέδια του δημαρχείου. Επομένως, δεν πραγματοποιείται η καταγραφή σύμφωνα με τη δομή που έχει αναφερθεί, καθώς στοιχεία όπως η θέση των αντικειμένων, ο προσανατολισμός, το μέγεθος και το βασικό τους σχήμα παρέχονται άμεσα από τα αρχιτεκτονικά σχέδια Καταγραφή σχέσεων/ περιορισμών Για την κεντρική πόρτα στην είσοδο του δημαρχείου, η οποία είναι πρωτεύων λειτουργικό αντικείμενο, πέρα από την ιεραρχική της καταγραφή, πρέπει να καταγραφεί και καταγραφή των σχέσεων/ περιορισμών. Τα φύλλα της πόρτας θα έχουν τη δυνατότητα περιστροφής, σύμφωνα με τον κάθετο άξονα, και με άξονα περιστροφής το σημείο που συνδέονται με την κάσα. Η γωνία περιστροφής ορίζεται στις 90 και το άνοιγμα θα πραγματοποιείται από έξω προς τα μέσα. Σχέσεις περιορισμών πρέπει να καταγραφούν και για όλα τα άλλα στοιχεία, σε σχέση με το χρήστη. Μέσω της καταγραφής αυτής, θα πρέπει να καθοριστούν τα σημεία εκείνα του περιβάλλοντος με τα οποίο ο χρήστης συγκρούεται. Λόγω του μεγάλου αριθμού των στοιχείων αυτών αυτά δεν καταγράφονται αναλυτικά. Επιγραμματικά όμως είναι τα εξής: πλατεία, σκαλιά όπου αυτά υπάρχουν, δάπεδα και τοίχοι. Τέλος, κολόνες και κάγκελα στις σκάλες και στο δεύτερο όροφο γύρω από τις πλατείες. Επίσης πρέπει να σχεδιαστούν και αντικείμενα, αόρατα στο χρήστη τα οποία θα του περιορίζουν την κίνηση στο χώρο της πλατείας όπως έχει ήδη αναφερθεί παραπάνω Υψηλού επιπέδου συλλογή πόρων Όλοι οι απαραίτητοι πόροι που σχετίζονται με την τοποθέτηση και τον προσανατολισμό των αντικειμένων είναι ήδη διαθέσιμοι μέσω των αρχιτεκτονικών σχεδίων και την αρχική καταγραφή πόρων. Συνεπώς το μόνο 336

337 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης που χρειάστηκε στο σημείο αυτό είναι κάποιες επιπλέων μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο φυσικό χώρο και οι οποίες παρείχαν κάποιες απαραίτητες διευκρινήσεις οι οποίες δεν ήταν δυνατό να αντληθούν μέσω των σχεδίων. Επιπλέον πραγματοποιήθηκε συλλογή πόρων σχετικά με την οπτική απόδοση του εικονικού κόσμου. Η συλλογή πόρων αυτή περιλαμβάνει τη φωτογράφηση υφών από όλα τα αντικείμενα που καταγράφηκαν παραπάνω, καθώς και οι σημειώσεις του χρώματος όπου κρινόταν απαραίτητο Στάδιο καθορισμού -χαμηλού επιπέδου καθορισμός Το στάδιο αυτό στη συγκεκριμένη περίπτωση δεν πραγματοποιείται σε βάθος, καθώς η συγκεκριμένη εφαρμογή θα προσφέρει μόνο πολύ βασικές αλληλεπιδράσεις. Στη συνέχεια ακολουθούν μόνο οι διεργασίες εκείνες οι οποίες κρίθηκαν απαραίτητες να εκτελεστούν Τελικός καθορισμός αντικειμένων Λόγω των διαθέσιμων πόρων, τόσο χρονικών, όσο και από άποψη υλισμικού, αποφασίστηκε να μη συμπεριληφθούν κάποια στοιχεία από αυτά που είχαν προταθεί αρχικά. Για τους λόγους αυτούς αποφασίστηκε να μην συμπεριληφθούν άλλοι χώροι στο εσωτερικό, πέρα από τους κεντρικούς. Δηλαδή την είσοδο, τις κεντρικές πλατείες, τις σκάλες και τους κεντρικούς διαδρόμους Καθορισμός εμφάνισης Τα αντικείμενα ανάλογα με την κατηγοριοποίηση που είχε πραγματοποιηθεί σε αντικείμενα φόντου, γενικού πλαισίου, οπτικά πρωταρχικά αντικείμενα και λειτουργικά πρωταρχικά αντικείμενα κατηγοριοποιούνται και σε διαφορετικά επίπεδα οπτικής ακρίβειας που πρέπει να προσφέρουν. Η κατηγοριοποίηση αυτή καθοδήγησε τον τρόπο μοντελοποίησης κάθε αντικειμένου. Σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση αυτή λήφθηκαν οι εξής αποφάσεις για τα επίπεδα οπτικής ακρίβειας: Τα αντικείμενα φόντου θα σχεδιαστούν με απλές επιφάνειες, πάνω στις οποίες θα εφαρμοστούν υφές. Τα αντικείμενα γενικού πλαισίου θα σχεδιαστούν με απλές τρισδιάστατες φόρμες οι οποίες δε θα είναι ακριβής αναπαράσταση των φυσικών αντικειμένων. Και στα αντικείμενα αυτά θα εφαρμοστούν υφές 337

338 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης από το φυσικό περιβάλλον. Τα χαρακτηριστικά αυτά τα καθιστούν οπτικά σωστά και αναγνωρίσιμα ανεξάρτητα από τη γωνιά θέασης, χωρίς να είναι όμως οπτικά άρτια και ακριβή. Τα οπτικά πρωταρχικά αντικείμενα θα σχεδιαστούν με ακρίβεια και θα τοποθετηθούν και πάλι με ακρίβεια στο χώρο, ώστε το τελικό αποτέλεσμα να είναι οπτικά σωστό και ακριβές. Πάνω στα μοντέλα αυτά θα εφαρμοστούν και πάλι υφές από το πραγματικό περιβάλλον. Τα λειτουργικά πρωταρχικά αντικείμενα δεν θα έχουν ιδιαίτερες απαιτήσεις σε σχέση με τα οπτικά, καθώς δεν χρησιμοποιούνται για την εκτέλεση πολύπλοκων λειτουργίών. Μεγάλη προσοχή και ακρίβεια θα χρειαστεί μόνο στα στοιχεία συνδέσμων ώστε η λειτουργιά να εκτελείται σωστά χωρίς να παρουσιάζει οπτικά και λειτουργικά σφάλματα Καθορισμός μοντέλων παράστασης Το μοντέλο παράστασης της γεωμετρίας που θα χρησιμοποιηθεί σε όλα τα αντικείμενα είναι το πολυγωνικό. Το μοντέλο αυτό επιλέχθηκε σύμφωνα με τους διαθέσιμους υπολογιστικούς πόρους, το υλισμικό που θα χρησιμοποιηθεί, την εμπειρία των σχεδιαστών και τις οπτικές και λειτουργικές απαιτήσεις των αντικειμένων Ανάπτυξη και δημιουργία των ψηφιακών πόρων του εικονικού κόσμου, τοποθέτηση και συναρμολόγηση Όπως έχει ήδη αναφερθεί κατά την ανάλυση του σταδίου αυτού στο αντίστοιχο κεφάλαιο (κεφάλαιο 6.3), οι διεργασίες του σταδίου, «τρισδιάστατη μοντελοποίηση μείωση πολυγώνων», «δημιουργία στοιχείων που σχετίζονται με την οπτική απόδοση» και «τοποθέτηση και συναρμολόγηση», δεν εκτελούνται αποκομμένες η μία από την άλλη αλλά συνδέονται άμεσα. Επιπλέον, πέρα από το ότι η κάθε μία επηρεάζει την άλλη, υπάρχουν και περιπτώσεις ανάπτυξης τεχνικών οι οποίες απαιτούν ο σχεδιαστής να εμπλέκει κάποιες από τις διεργασίες αυτές και να τις εκτελεί ταυτόχρονα. Για το λόγο αυτό στη συνέχεια περιγράφεται ο τρόπος που εκτελέστηκαν οι διεργασίες αυτές ξεχωριστά, συνδέοντας τες όπου κρίθηκε απαραίτητο. 338

339 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Σημειώνεται ότι κατά τα προηγούμενα στάδια έχει πραγματοποιηθεί η καταγραφή και ο προσδιορισμός όλων των απαραίτητων στοιχείων που χρειάζονται κατά το στάδιο της «ανάπτυξης και δημιουργίας των ψηφιακών πόρων, τοποθέτηση και συναρμολόγηση», καθώς και όλες οι απαραίτητες συλλογές πόρων. Σε συγκεκριμένες περιπτώσεις μόνο χρειάστηκαν κάποιες επαναλήψεις των προηγούμενων σταδίων ώστε να πραγματοποιηθούν κάποιες επιπλέων διευκρινήσεις ή συλλογή πόρων. Οι επαναλήψεις αυτές δεν αναφέρονται στη συνέχεια. Στο κεφάλαιο της υλοποίησης δε γίνεται αναφορά στα στοιχεία εκείνα που αναφέρονται στο υποκεφάλαιο «Θέματα που σχετίζονται με την απεικόνιση: γραφική σωλήνωση εξόδου, αντιταύτιση, αποκοπή, προβολές, απόκρυψη επιφανειών» ( 6.3.4). Λόγω του είδους της εφαρμογής αλλά κυρίως λόγω των περιορισμών υλισμικού που χρησιμοποιήθηκε, δεν υπάρχει δυνατότητα επιλογής συγκεκριμένων τεχνικών ή δυνατότητα για επιπλέον ρυθμίσεις στα θέματα αυτά Τρισδιάστατη μοντελοποίηση και μείωση πολυγώνων Η διεργασία της μοντελοποίησης ξεκίνησε από τη μοντελοποίηση των εσωτερικών χώρων του δημαρχείου. Καθώς στη πλειονότητα της, η περιήγηση θα εκτελείται στο εσωτερικό τμήμα, ενώ στην πλατεία ο χρήστης θα περιηγείται για μικρότερο χρονικό διάστημα. Για τη μοντελοποίηση αυτή χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Softimage. Βασιζόμενοι κυρίως στο αρχιτεκτονικό σχέδιο της κάτοψης του πρώτου ορόφου, καθώς και στα υπόλοιπα στοιχεία της συλλογής πόρων ξεκίνησε η δημιουργία των κυριότερων στοιχείων που οριοθετούν τους κεντρικούς χώρους που θα περιηγείται ο χρήστης. Στη συνέχεια αφού δημιουργήθηκαν οι βασικοί χώροι, άρχισαν να προστίθενται λεπτομέρειες όπως οι οριζόντιες και κάθετες κολόνες και τα διάκοσμα. Αφού δημιουργήθηκε ο πρώτος όροφος με την παραπάνω διεργασία, αντιγράφηκε και τοποθετήθηκε στο κατάλληλο ύψος ώστε να δημιουργηθεί και ο δεύτερος όροφος. Η διαδικασία αυτή απαιτούσε κάποιες αλλαγές στα ύψη και σε κάποιες άλλες λεπτομέρειες οι οποίες διαφοροποιούνταν από τον πρώτο όροφο. Ακολούθησε ο σχεδιασμός των σκαλιών για τη σύνδεση των δύο ορόφων αλλά και του δεύτερου ορόφου με την ταράτσα. Ο σχεδιασμός των περιφερειακών στοιχείων, όπως παράθυρα, 339

340 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης πόρτες, φωταγωγοί, κάγκελα, κτλ. πραγματοποιήθηκε ξεχωριστά και ο χώρος εμπλουτίστηκε στη συνέχεια με τα στοιχεία αυτά όπου χρειαζόταν. Μετά την ολοκλήρωση της σχεδίασης των εσωτερικών χώρων του δημαρχείου, ακολούθησε η σχεδίαση της ταράτσας και της εξωτερικής πρόσοψης. Όσον αφορά την ταράτσα, λόγω της απλότητας της δεν απαιτήθηκε η δημιουργία ιδιαίτερων στοιχείων. Αντιθέτως, η δημιουργία της πρόσοψης, λόγω των πολλών λεπτομερειών που απαιτούσε σχεδιάστηκε σε δύο στάδια και με διαφορετικές τεχνικές. Το κεντρικό τμήμα της πρόσοψης μοντελοποιήθηκε χειροκίνητα καθώς οι μόνες πληροφορίες που προέρχονταν για αυτό ήταν από φωτογραφικό υλικό. Ενώ δεν μπορούσαν να πραγματοποιηθούν μετρήσεις εξαιτίας του μεγέθους του. Το υπόλοιπο τμήμα της πρόσοψης δημιουργήθηκε με άλλη τεχνική, στην οποία χρησιμοποιείται εφαρμογή υφών, καθώς είναι ορατό από περιορισμένες γωνίες θέασης και δεν απαιτείται μεγάλη ακρίβεια στη μοντελοποίησης του. Στη συνέχεια ακολουθεί η καταγραφή των τεχνικών μοντελοποίησης που χρησιμοποιήθηκαν. Οι βασικές τεχνικές μοντελοποίησης που χρησιμοποιήθηκαν είναι οι εξής: Μαθηματική περιγραφή Χειρωνακτική δημιουργία μοντέλων Ανάπτυξη από πρωτογενή στοιχεία Βασικές πράξεις συνόλων Εξειδικευμένες τεχνικές Οι τεχνικές αυτές δεν χρησιμοποιήθηκαν ξεχωριστά για κάθε στοιχείο. Αντιθέτως, στις περισσότερες περιπτώσεις χρειάστηκε ο συνδυασμός των τεχνικών αυτών ώστε να δημιουργηθούν κάποια πολύπλοκα τρισδιάστατα μοντέλα. Το παράδειγμα της σχεδίασης των παραθύρων, το οποίο περιγράφεται στη συνέχεια, συνδυάζει διαφορετικές τεχνικές. Για τη δημιουργία των παραθύρων, σχεδιάστηκε ένα, το οποίο επαναλήφθηκε μέσα στο περιβάλλον στα κατάλληλα σημεία. Ο σχεδιασμός του παραθύρου ξεκίνησε από το πρωτογενή στοιχείο ενός κύβου. Αρχικά με τις κατάλληλες μετακινήσεις επιφανειών πραγματοποιήθηκε το βασικό σχήμα 340

341 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης και μέγεθος του παραθύρου και εφαρμόστηκε πάνω του υφή με επίπεδη συνάρτηση απεικόνισης. Ως υφή χρησιμοποιήθηκε φωτογραφία ολόκληρου του αντικειμένου από το φυσικό χώρο. Στη συνέχεια το αρχικό πολύγωνο πάνω στο οποίο εφαρμόστηκε η υφή υποδιαιρέθηκε, έτσι ώστε να δημιουργηθούν τα μικρότερα τμήματα του παραθύρου. Στη συνέχεια τα πολύγωνα αυτά, τα οποία βρίσκονταν σε άλλο επίπεδο σε σχέση με την κάσα του παραθύρου, πολλαπλασιάστηκαν και μετακινήθηκαν στις κατάλληλες θέσεις. Όπου δημιουργήθηκαν σφάλματα διπλών επιφανειών διορθώθηκαν, σβήνοντας τα πολύγωνα αυτά και δημιουργώντας άλλα χειρωνακτικά. Επίσης, καθώς είχε δημιουργηθεί ο βασικώς όγκος του παραθύρου διαγράφησαν οι περιττές ακμές οι οποίες δημιουργούσαν περιττά πολύγωνα. Αυτό έγινε χειρονακτικά ενώνοντας/ συγχωνεύοντας τα πολύγωνα αυτά. Στη συνέχεια τα παράθυρα τοποθετήθηκαν στα κατάλληλα σημεία του περιβάλλοντος και δημιουργήθηκαν οι οπές στους τοίχους, χρησιμοποιώντας τις βασικές πράξεις συνόλων και συγκεκριμένα τη διαφορά. Μετά το τέλος της μοντελοποίησης, πραγματοποιήθηκε η διεργασία της μείωσης του αριθμού των πολυγώνων όπου αυτό κρίθηκε απαραίτητο. Η μείωση αυτή πραγματοποιήθηκε είτε χειροκίνητα όπου αυτό ήταν εφικτό, ή στις περιπτώσεις πιο πολύπλοκων αντικειμένων, μέσω εντολών του προγράμματος μοντελοποίησης οι οποίες κάνουν χρήση αλγορίθμων μείωσης πολυγώνων. Η διεργασία του ελέγχου του επιπέδου λεπτομέρειας δεν πραγματοποιήθηκε, καθώς λόγω του μικρού εύρους του εικονικού κόσμου δεν κρίθηκε απαραίτητο. Πιο συγκεκριμένα, δεν υπήρχαν στοιχεία τέτοια μέσα στο περιβάλλων τα οποία να φαίνονται από μακρινή απόσταση ενώ συγχρόνως αποτελούνταν από μεγάλο αριθμό πολυγώνων Δημιουργία στοιχείων που σχετίζονται με την οπτική απόδοση Στο υποκεφάλαιο αυτό περιγράφεται η διαδικασία της εφαρμογής υφών στα τρισδιάστατα μοντέλα, ποιές τεχνικές απεικόνισης χρησιμοποιήθηκαν καθώς και το είδος των υφών αυτών. Επίσης περιγράφεται η επιλογή και εφαρμογή των μοντέλων φωτισμού και η τοποθέτηση των φωτεινών πηγών στον εικονικό κόσμο. Οι διεργασίες αυτές δεν εφαρμόστηκαν ανεξάρτητα σε 341

342 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης σχέση με τις διεργασίες της μοντελοποίησης. Όπου κρίνεται απαραίτητο δίνονται παραδείγματα όπου περιγράφονται οι σχέσεις αυτές Απεικόνιση υφών Από τις διεργασίες του σταδίου των προδιαγραφών έχει ήδη καθοριστεί η οπτική ακρίβεια που χρειάζεται για την αναπαράσταση κάθε εικονικού αντικειμένου που περιέχεται στο εικονικό περιβάλλον. Οι απαιτήσεις αυτές σε οπτική ακρίβεια καθόρισαν το είδος και τις τεχνικές απεικόνισης που χρησιμοποιήθηκαν σε σχέση με την ακρίβεια του κάθε αντικειμένου. Επίσης, εφόσον η φωτορεαλιστική αναπαράσταση του δημαρχείου αποτελεί στόχο της εφαρμογής, επιλέχθηκε η χρήση υφών από το φυσικό περιβάλλον για τα περισσότερα αντικείμενα του εικονικού κόσμου. Η διεργασία αυτή, αναφορικά με το κάθε αντικείμενο, εκτελέστηκε είτε στην εφαρμογή σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων (Quest3D), είτε στην εφαρμογή που χρησιμοποιήθηκε για τη μοντελοποίηση. Οι τύποι υφών που χρησιμοποιήθηκαν είναι: Απεικόνιση χάρτη υφών: το είδος της απεικόνισης αυτής χρησιμοποιήθηκε στην απεικόνιση των περισσότερων αντικειμένων. Οι περισσότερες από τις υφές αυτές είχαν συλλεχθεί από το φυσικό περιβάλλον και η εφαρμογή τους έγινε, όσο αυτό ήταν δυνατό, μέσω μονάδων οι οποίες επαναλαμβάνονται. Ένα παράδειγμα τέτοιας υφής είναι τα πλακάκια, τα οποία χρησιμοποιούνται στα περισσότερα δάπεδα. Αντιθέτως, ένα παράδειγμα υφής το οποίο δεν ήταν δυνατό να επαναληφθεί είναι οι υφές των τοιχογραφιών. Απεικόνιση διαφάνειας: η απεικόνιση αυτή χρησιμοποιήθηκε σε διάφορα αντικείμενα του εικονικού κόσμου, με σκοπό την απόδοση διαφάνειας σε κάποια σημεία της γεωμετρίας τους. Μερικά παραδείγματα χρήσης είναι τα κάγκελα, τα δένδρα, καθώς και κάποια παράθυρα ή πόρτες. Απεικόνιση ανάγλυφου: η απεικόνιση αυτή χρησιμοποιήθηκε ώστε να αποδοθεί η αίσθηση των μικρο-διακυμάνσεων ή της αδρότητας στην επιφάνεια κάποιον αντικειμένων. Σημαντικότερο παράδειγμα χρήσης είναι κάποιοι από τους τοίχους οι οποίοι αποτελούνται από τούβλα. Μέσω της απεικόνισης αυτή δόθηκε η αίσθηση του βάθους των αρμών. Απεικόνιση ανακλάσεων: ο τύπος της απεικόνισης αυτής χρησιμοποιήθηκε για την απόδοση των ανακλάσεων. Η κύρια χρήση της 342

343 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης απεικόνισης αυτής έγινε στους υαλοπίνακες των παραθύρων και των πορτών. Για τους παραπάνω τύπους υφών χρησιμοποιήθηκαν διάφορες συναρτήσεις απεικόνισης, αναλόγως με το επιθυμητό αποτέλεσμα και την πολυπλοκότητα του τρισδιάστατου μοντέλου του αντικειμένου. Πέρα οπό τους παραπάνω τύπους υφών επίσης χρησιμοποιήθηκε και η τεχνική baking textures. Η τεχνική αυτή χρησιμοποιήθηκε για να αποτυπωθούν με ποιο ρεαλιστικό τρόπο οι πολύπλοκες σκιές και ανακλάσεις που δημιουργούνται από κάποια γενικά μοντέλα φωτισμού τα οποία δεν μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε πραγματικό χρόνο. Για την απόδοση των υφών αυτών απαιτήθηκε η χρήση multi-pass η οποία και εφαρμόστηκε. Τέλος, όσον αφορά την απεικόνιση υφών, κάποιες εξειδικευμένες τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν είναι η απόδοση βασισμένη σε εικόνες. Ένα παράδειγμα χρήσης της τεχνικής αυτής στην παρούσα περίπτωση είναι η απόδοση του φαινομένου της αναλαμπής του φωτός (Lens flare) Φωτεινές πηγές και μοντέλα φωτισμού Αρχικά, πριν αναφερθούμε στην τοποθέτηση των φωτεινών πηγών και του μοντέλου φωτισμού που χρησιμοποιήθηκε, να σημειώσουμε ότι δεν πραγματοποιήθηκε κάποια τεχνική δημιουργίας σκιών σε πραγματικό χρόνο. Κάτι τέτοιο, εξαιτίας των διαθέσιμων υπολογιστικών πόρων ήταν αδύνατο να πραγματοποιηθεί. Για το λόγω αυτό έγινε χρήση της τεχνικής baking textures που αναφέρθηκε παραπάνω. Για τη χρήση της τεχνικής baking textures, αρχικά πραγματοποιήθηκε ο φωτισμός των σημείων εκείνων της σκηνής μας που θέλαμε να αποτυπώσουμε την πληροφορία του φωτισμού. Ο φωτισμός αυτό καθώς και η απόδοση πραγματοποιήθηκε στο ίδιο πρόγραμμα που έγινε και η μοντελοποίηση (Softimage) και όχι στην εφαρμογή σχεδίασης εικονικών περιβαλλόντων (Quest3d). Για την απόδοση χρησιμοποιήθηκε το γενικό μοντέλο φωτισμού radiosity. Στη συνέχεια όλη αυτή η πληροφορία του φωτισμού αποτυπώθηκε σε υφές οι οποίες εφαρμόστηκαν στο γεωμετρικό μοντέλο. 343

344 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Για το φωτισμό χρησιμοποιήθηκε μόνο μία φωτεινή πηγή, αυτή του κατευθυνόμενου φωτισμού. Ο κατευθυνόμενος φωτισμός χρησιμοποιήθηκε για την αναπαράσταση του φωτισμού του ήλιου. Η μοναδική αυτή φωτεινή πηγή σε συνδυασμό με το γενικό μοντέλο φωτισμού που χρησιμοποιήθηκε ήταν αρκετή για το σωστό φωτισμό ολόκληρης της σκηνής Τοποθέτηση και συναρμολόγηση Κατά τη διεργασία αυτή, η μοντελοποίηση των αντικειμένων της σκηνής που έχουν σχεδιαστεί καθώς και η απεικόνιση των υφών, όπου έχουν εφαρμοστεί, εξάγονται σε μία συγκεκριμένη μορφή αρχείου, από το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε για τη σχεδίαση τους (Softimage), ώστε να μπορούν να εισαχθούν στην εφαρμογή σχεδίασης εικονικού περιβάλλοντος. Τα μοντέλα αυτά εισάγονται είτε κατά ομάδες, οπότε δεν απαιτείται περεταίρω σχετική τοποθέτηση μεταξύ τους, είτε μεμονωμένα, οπότε πρέπει να τοποθετηθούν στη σωστή θέση. Στο σημείο αυτό, πέρα από την τοποθέτηση, απαιτείται και ο σωστός προσανατολισμός των αντικειμένων, λόγω του ότι οι δύο εφαρμογές σχεδίασης χρησιμοποιούν διαφορετικά συστήματα συντεταγμένων. Επιπλέων, δεν υπάρχουν λειτουργικά πρωτεύων αντικείμενα πέρα από την κεντρική πόρτα της εισόδου. Συνεπώς η πόρτα αυτή είναι το μόνο στοιχεία στο εικονικό περιβάλλον το οποίο πρέπει να συναρμολογηθεί και να ορισθούν οι περιορισμοί όσον αφορά την κίνηση των μερών του. Τέλος, σε όσα σημεία καθορίστηκε ότι θα υπάρχει δυνατότητα σύγκρουσης, ορίστηκε ο αντίστοιχος περιορισμός και στην εφαρμογή εικονικού περιβάλλοντος. Αυτό πραγματοποιήθηκε επιλέγοντας τα αντικείμενα και εμπλουτίζοντας τα με τον περιορισμό σύγκρουσης αυτόν. Στα σημεία που αναφέρθηκε ότι επιθυμείτε ο χρήστης να περιορίζεται στη πλοήγηση του, χωρίς όμως να συγκρούεται με κάποιο φυσικό αντικείμενο, δημιουργήθηκαν επιπλέον πολύγωνα τα οποία τοποθετήθηκαν στα σημεία αυτά. Τα αντικείμενα αυτά επιλέχθηκαν να είναι θετικά στη σύγκρουση τους με το χρήστη, ενώ συγχρόνως ορίστηκε να μην είναι ορατά. Για όλα τα αντικείμενα ο όγκος οριοθέτησης, για τον έλεγχο συγκρούσεων που πραγματοποιήθηκε ήταν ο κύβος. Η επιλογή αυτή πραγματοποιήθηκε πρώτον γιατί δεν υπήρχαν στην εφαρμογή πολύπλοκες επιφάνειες με τις οποίες 344

345 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης θέλαμε να υπάρχει σύγκρουση και δεύτερον γιατί η ακρίβεια που παρείχαν αυτού του είδους οι όγκοι οριοθέτησης κρίθηκε αποδεκτή Απόψεις από την εφαρμογή 345

346 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 346

347 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 347

348 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 348

349 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 349

350 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 350

351 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 351

352 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 352

353 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 353

354 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 354

355 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 7.5 Στάδιο αξιολόγησης Στο στάδιο αυτό πραγματοποιείται η αξιολόγηση της εφαρμογής που αναπτύχθηκε. Η αξιολόγηση πραγματοποιείται για να το έλεγχο της απόδοσης και της ευχρηστίας της εφαρμογής και του ποσοστού κάλυψης των καθορισμένων στόχων και αναγκών. Όπως αναφέρεται και στο στάδιο που αναλύεται η διαδικασία και τα στάδια αξιολόγησης (κεφάλαιο 5.5), εφαρμόζονται τρία είδη αξιολόγησης: Διαμορφωτική αξιολόγηση (Formative evaluation), Ευρετική αξιολόγηση (Heuristic evaluation) και Αθροιστική αξιολόγηση (summative evaluation). Ταυτόχρονα, η διαδικασία ενισχύεται με έρευνα μέσω ερωτηματολογίων, εφόσον κριθεί απαραίτητο. Στη συγκεκριμένη περίπτωση όμως, παρουσιάζονται κάποιοι περιορισμοί οι οποίοι δεν επιτρέπουν την εφαρμογή της διαδικασίας όπως αυτή περιγράφεται. Οι περιορισμοί αυτοί αφορούν το μικρό αριθμό συμμετεχόντων (σχεδιαστές - αξιολογητές), καθώς και τις περιορισμένες εναλλακτικές τεχνικές για την εκτέλεση των διαδικασιών αλληλεπίδρασης. Όπως αναφέρεται και στο στάδιο ανάλυσης της αξιολόγησης (κεφάλαιο 5.5) οι συμμετέχοντες θα πρέπει να αποφεύγεται να είναι τα ίδια άτομα για όλες τις διαδικασίες, ενώ καλό θα είναι να μην είναι οι σχεδιαστές της εφαρμογής. Για τους παραπάνω λόγους, στη συγκεκριμένη περίπτωση, θα πραγματοποιηθούν κάποιες διαφοροποιήσεις στις διαδικασίες που αφορούν τα στάδια προτεινόμενων βελτιώσεων και βελτίωσης της σχεδίασης, τα οποία θα πραγματοποιηθούν στο τέλος της διαδικασίες όπου θα έχει συλλεχθεί όλη η απαιτούμενη πληροφορία Διαμορφωτική αξιολόγηση (Formative evaluation) Η διαμορφωτική αξιολόγηση πραγματοποιείται μέσω εκτέλεσης τυπικών διεργασιών από τους χρήστες (κεφάλαιο 5.5.1). Μέσω της διαμορφωτικής αξιολόγησης παράγεται πληροφορία (ποιοτική και ποσοτική) για τις διαδικασίες αλληλεπίδρασης που λαμβάνουν χώρα στην εφαρμογή και κατ επέκταση για την απόδοση και ευχρηστία της εφαρμογής. Οι χρήστες που λαμβάνουν μέρος σε αυτήν τη διαδικασία, αποτελούν αντιπροσωπευτικούς εκπρόσωπους των ομάδων των ενδεχόμενων χρηστών, που διαμορφώθηκαν κατά το στάδιο ανάλυσης χαρακτηριστικών των χρηστών (κεφάλαιο 7.2.1). Τα στάδια που ακολουθούνται κατά τη διαμορφωτική αξιολόγηση είναι τα εξής: 355

356 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Οι σχεδιαστές / αξιολογητές αναπτύσσουν σενάρια διεργασιών Αντιπροσωπευτικοί χρήστες εκτελούν τα σενάρια, ενώ ταυτόχρονα εξωτερικεύουν τη σκέψη τους (think out loud) Οι αξιολογητές συλλέγουν την ποιοτική και ποσοτική πληροφορία Οι σχεδιαστές προτείνουν βελτιώσεις (επαναλήψεις) στη διαδικασία σχεδίασης Βελτιώνονται - επανεξετάζονται τα σενάρια διεργασιών χρήσης Ανάπτυξη σεναρίων διεργασιών Στη διαδικασία ανάπτυξης σεναρίου διεργασιών, περιγράφεται μια τυπική διαδικασία εκτέλεσης της εφαρμογής. Στην περιγραφή αυτή, αναλύονται οι διαδικασίες αλληλεπίδρασης που θα πραγματοποιήσουν οι χρήστες κατά την εκτέλεση της εφαρμογής, ενώ ταυτόχρονα γίνεται μια περιγραφή του σκηνικού και των στοιχείων του περιβάλλοντος που βλέπει ο χρήστες κατά την παρουσία του στους εκάστοτε χώρους. Αρχικά ο χρήστης εισάγεται στο κεντρικό σημείο της πλατείας Μιαούλη μπροστά από την κεντρική είσοδο του δημαρχείου της Ερμούπολης. Γύρω του αναπαριστάται ο χώρος της πλατείας με τα σημαντικότερα στοιχεία που τον απαρτίζουν. Ο χρήστης παρατηρεί από το σημείο που βρίσκετε τα κτίρια που περιβάλουν την πλατεία, τα δένδρα που βρίσκονται σε αυτή, ενώ στο βάθος βλέπει τη θάλασσα μέσω της οδού Ερμού. Μετά την πρώτη αυτή παρατήρηση του περιβάλλοντος χώρου ο χρήστης προσπαθεί να περιηγηθεί στο χώρο αυτό για να ανακαλύψει νέα στοιχεία ενδιαφέροντος. Συνειδητοποιεί όμως ότι ο χώρος που μπορεί να περιηγηθεί περιορίζεται στο κεντρικό αυτό τμήμα της πλατείας και δεν έχει τη δυνατότητα να περιηγηθεί σε όλη την έκταση της. Μέσω του περιορισμού αυτού, οδηγείται από τα σκαλιά του δημαρχείου στην κεντρική είσοδο του. Κατά τη διαδρομή αυτή παρατηρεί την πρόσοψη του δημαρχείου, τους διαφορετικούς αρχιτεκτονικούς ρυθμούς σε κάθε όροφο και την εντυπωσιακή είσοδο. Ο χρήστης μέσω της κεντρικής πόρτας μπαίνει στο δημαρχείο και συγκεκριμένα στην κεντρική του είσοδο. Ο χώρος αυτός αποτελείται από κολόνες κατά μήκος του, ενώ στους τοίχους υπάρχουν γύψινα διάκοσμα. Στα σημεία ανάμεσα στα διάκοσμα αυτά καθώς και στο ταβάνι υπάρχουν τοιχογραφίες. Ο χώρος αυτός οδηγεί στα υπόλοιπα σημεία του δημαρχείου 356

357 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης μέσω πορτών οι οποίες είναι ανοιχτές, καθώς και μέσω της κεντρικής σκάλας που οδηγεί στο δεύτερο όροφο. Ο χρήστης μετά την παρατήρηση των στοιχείων του χώρου αυτού επιλέγει να ανέβει στο δεύτερο όροφο μέσω της κεντρικής σκάλας. Ο χώρος γύρω από τη σκάλα αποτελείται και πάλι από διάκοσμα και τοιχογραφίες ενώ στην οροφή υπάρχει φωταγωγός που επιτρέπει την είσοδο του φωτός. Μέσω των σκαλιών αυτών ο χρήστης ανεβαίνει στο δεύτερο όροφο. Βρισκόμενος στο δεύτερο όροφο, επιλέγει την πόρτα που βρίσκεται αριστερά του, από τις δύο που είναι διαθέσιμες. Προχωρώντας φτάνει στη δεξιά κεντρική πλατεία του δημαρχείου. Ο χώρος αυτός αποτελείται από την κεντρική πλατεία και τους διαδρόμους που την περιβάλουν. Προχωρώντας στους διαδρόμους αυτούς ο χρήστης παρατηρεί τα σημαντικότερα αρχιτεκτονικά στοιχεία του χώρου, τις κολόνες που βρίσκονται περιμετρικά τις πλατείας, τις πόρτες που βρίσκονται περιμετρικά των διαδρόμων στις οποίες όμως δεν έχει πρόσβαση, καθώς και την οροφή στην οποία υπάρχει φωταγωγός. Προχωρώντας στους διαδρόμους αυτούς ο χρήστης οδηγείται στη μοναδική πόρτα στην οποία έχει πρόσβαση και η οποία τον οδηγεί μέσω κυκλικής σκάλας στην ταράτσα του δημαρχείου. Ανεβαίνοντας τα σκαλιά βρίσκεται στην ταράτσα του δημαρχείου. Περιηγείται στο χώρο και μέσω των φωταγωγών παρατηρεί ξανά τις κεντρικές πλατείες του εσωτερικού από ψηλά. Στην συνέχεια προχωρά προς την πρόσοψη του κτηρίου. Στο σημείο αυτό παρατηρεί πάλι ότι η κίνηση του περιορίζεται, μη επιτρέποντας του να πέσει στην πλατεία. Από το σημείο αυτό παρατηρεί την πλατεία με τα κτήρια που την περιβάλλουν και σταματά την εικονική του περιήγηση. Σε όλη τη διάρκεια της παραπάνω διαδρομής ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να εμφανίσει (μέσω κουμπιών) το μενού πληροφόρησης, καθώς και το χάρτη περιήγησης. Μέσω του μενού, ο χρήστης επιλέγει τη θεματική ενότητα πληροφοριών που επιθυμεί (ιστορικά, αρχιτεκτονικά, πολιτισμικά στοιχεία), εμφανίζοντας στην δεξιά πλευρά του οπτικού του πεδίου το πλαίσιο πληροφόρησης. 357

358 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Εκτέλεση σεναρίων από τους χρήστες Συλλογή πληροφοριών από τους αξιολογητές Στο σημείο αυτό οι χρήστες εκτελούν το παραπάνω σενάριο διεργασιών, ενώ ταυτόχρονα εξωτερικεύουν τη σκέψη τους (think out loud), τροφοδοτώντας έτσι με πληροφορία τους αξιολογητές οι οποίοι είναι παρόντες. Για την εκτέλεση αυτής της διαδικασίας επιλέχθηκε ένας χρήστης από κάθε ομάδα ενδεχόμενων χρηστών: αρχάριοι σε χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων (ομάδα 1), έμπειροι σε χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και αρχάριοι σε εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων (ομάδα 2), έμπειροι σε χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών και εφαρμογών εικονικών περιβαλλόντων (ομάδα 3) ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΣΗ ΜΕΣΩ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ Οι χρήστες, ιδιαίτερα οι αρχάριοι, κατά την έναρξη της περιήγησης στάθηκαν αρκετή ώρα στον εξωτερικό χώρο παρατηρώντας το περιβάλλον. Οι χρήστες των ομάδων 2 και 3 περιηγήθηκαν σε όλες τις πλευρές ορίων περιήγησης του εξωτερικού χώρου, αναγνωρίζοντας έτσι τα όρια περιήγησης. Όλοι οι χρήστες πριν την είσοδο τους στον εσωτερικό χώρο, άνοιξαν το μενού πληροφοριών. Κατά την είσοδο στον εσωτερικό χώρο, οι χρήστες των ομάδων 1 και 3 στάθηκαν αρκετή ώρα στην είσοδο, συγκριτικά με το χρήστη της ομάδας 2. Όλοι οι χρήστες ακολούθησαν την προβλεπόμενη διαδρομή, δηλαδή την περιήγηση στον πρώτο όροφο, πριν ανέβουν την σκάλα που οδηγεί στο δεύτερο όροφο. Ο χρόνος παραμονής και των τριών χρηστών στον πρώτο όροφο είναι περίπου στο ίδιο επίπεδο. Όλοι οι χρήστες επισκέφτηκαν και τις δυο πλατείες του δευτέρου ορόφου. Ο χρόνος παραμονής στο δεύτερο όροφο ήταν μικρότερος συγκριτικά με τον αντίστοιχο του πρώτου ορόφου. Ο χρήστης της ομάδας 2 παρέμεινε λιγότερο χρόνο στο δεύτερο όροφο, σε σχέση με τους χρήστες των ομάδων 1 και

359 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Κατά τη διάρκεια παρουσίας τους στο εσωτερικό του κτιρίου, όλοι οι χρήστες δοκίμασαν να εισέλθουν σε χώρους όπου παρουσιαζόντουσαν κλειστοί (κλειστή πόρτα). Όλοι οι χρήστες στη συνέχεια (μετά την περιήγηση στο δεύτερο όροφο) ανέβηκαν στην ταράτσα του κτιρίου. Στην ταράτσα όλοι οι χρήστες έλεγξαν όλες τις κατεύθυνσης, αναγνωρίζοντας τα όρια πρόσβασης. Όλοι οι χρήστες παρέμειναν αντίστοιχο χρόνο στο χώρο της ταράτσας. Το μεγαλύτερο χρονικό διάστημα οι χρήστες παρέμειναν στο μπροστά τμήμα του κτιρίου. Κατά την παρουσία του στο χώρο της ταράτσας, ο χρήστης της ομάδας 3 άνοιξε το μενού πληροφόρησης. Και οι τρεις χρήστες εισήλθαν σε όλες τις κατηγορίες του μενού πληροφοριών, διαβάζοντας τις πληροφορίες. Οι χρήστες των ομάδων 1 και 2 εξήλθαν από την εφαρμογή όντας χωρίς να επιστρέψουν στο εσωτερικό του κτιρίου, ενώ ο χρήστης της ομάδας 3 επέστρεψε στον πρώτο όροφο και στη συνέχεια στην πλατεία. Καθ όλη τη διάρκεια της διαδικασίας δεν παρατηρήθηκαν προβλήματα στη χρήση των διαδικασιών αλληλεπίδρασης. Κανένας από τους τρεις χρήστες δεν χρησιμοποίησε συνδυασμό διεργασιών, δηλαδή περιήγηση με ταυτόχρονη προβολή πληροφοριών ΠΟΣΟΤΙΚΗ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΣΗ ΜΕΣΩ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ Παρατηρήθηκε ότι ο χρήστης της ομάδας 1 καθυστέρησε την έναρξη της περιήγησης κατά την έναρξη της διαδικασίας. Ο χρήστης της ομάδας 1 προσπάθησε να 3 φορές να εισέλθει σε κλειστό χώρο. Οι χρήστες των ομάδων 2 και 3 προσπάθησαν να εισέλθουν σε κλειστό χώρο σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις όπου υπήρχε πόρτα. Οι χρήστες των ομάδων 1 και 2 άνοιξαν το μενού πληροφοριών μια φορά. Ο χρήστης της ομάδας 3 άνοιξε δυο φορές το μενού πληροφοριών. 359

360 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης ΠΛΗΡΟΦΟΡΗΣΗ ΜΕΣΩ ΕΡΕΥΝΑΣ ΜΕ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΑ Μετά την εκτέλεση του σεναρίου διεργασιών, οι χρήστες συμπληρώνουν ένα ερωτηματολόγιο με σκοπό τον εμπλουτισμό της πληροφορίας που συλλέγεται κατά τη διαδικασία της διαμορφωτικής αξιολόγησης. Οι ερωτήσεις αναπτύσσονται με βάση τα κριτήρια μετρήσεων απόδοσης και αξιολόγησης των τεχνικών αλληλεπίδρασης (κεφάλαιο 6.8). Τα αποτελέσματα των ερωτηματολογίων παρουσιάζονται στον παρακάτω πίνακα. Χρήστης ομάδας 1 Χρήστης ομάδας 2 Χρήστης ομάδας 3 Αξιολόγηση εμπειρίας Επάρκεια πληροφορίας (1-5) Ποιότητα πληροφορίας (1-5) Δυσκολία εκτέλεσης διεργασιών Πρόβλημα διαχείρισης του μενού πληροφοριών Καμία Καμία Χρονικό διάστημα ολοκλήρωσης διεργασιών Φυσιολογικό Φυσιολογικό Φυσιολογικό 360

361 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Ακρίβεια διεργασιών Μεγάλη Μεγάλη Μεγάλη Απόσπαση από το περιβάλλον, λόγω εκτέλεσης διεργασιών Καθόλου Καθόλου Σε ορισμένες περιπτώσεις Πρόβλημα κατανόησης διαδικασίας εκτέλεσης διεργασιών Πρόβλημα διαχείρισης του μενού πληροφοριών Κανένα πρόβλημα Κανένα πρόβλημα Αξιολόγηση διεργασιών ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΔΙΑΧΕΊΡΙΣΗ ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΔΙΑΧΕΊΡΙΣΗ ΠΕΡΙΗΓΗΣΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΔΙΑΧΕΊΡΙΣΗ Ευκολία (1-5) χρήσης Ευκολία εκμάθησης (1-5) Άνεση χρήσης Προτάσεις βελτίωσης Βελτίωση μενού πληροφοριών Καμία Ενδείξεις σε μη προσβάσιμους χώρους Πίνακας 28: Αποτελέσματα ερωτηματολογίου Βάσει της πληροφορίας που συλλέχθηκε μέσω παρατήρησης των χρηστών και μέσω ερωτηματολογίων διαπιστώθηκαν οι εξής προβληματικές καταστάσεις: 361

362 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Η πληροφορία που παρέχεται στους χρήστες μπορεί να χαρακτηριστεί επαρκής και ποιοτική. Οι αρχάριοι χρήστες παρουσιάζουν προβλήματα κατά τη διαχείριση του μενού πληροφοριών. Δεν αντιμετωπίζονται προβλήματα κατά τη διεργασία της περιήγησης Οι χρήστες θα πρέπει να πληροφορούνται για τους μη προσβάσιμους χώρους. Στη συνέχεια της διαδικασίας όπως αυτή περιγράφεται στο στάδιο ανάλυσης της αξιολόγησης (κεφάλαιο 5.5) εφαρμόζονται τα στάδια προτεινόμενων βελτιώσεων και βελτίωσης της σχεδίασης, τα οποία όμως θα πραγματοποιηθούν στο τέλος της διαδικασίας αξιολόγησης για τους λόγους που αναφέρθηκαν στην εισαγωγή εφαρμογής της αξιολόγησης Ευρετική αξιολόγηση (Heuristic evaluation) Η διαδικασία ευρετικής αξιολόγησης πραγματοποιείται από εμπειρογνώμονες ειδικούς, σε αντίθεση με τη διαμορφωτική αξιολόγηση που έγινε με χρήστες. Επίσης όπως αναφέρεται και στην ανάλυση της διαδικασίας ευρετικής αξιολόγησης (κεφάλαιο 5.5.2), οι εμπειρογνώμονες εφόσον είναι δυνατόν, θα πρέπει να είναι διαφορετικά άτομα από τους σχεδιαστές. Στη συγκεκριμένη περίπτωση το παραπάνω, κρίνεται αναγκαίο, γιατί οι σχεδιαστές έχουν ήδη λάβει μέρος στη διαδικασία διαμορφωτικής αξιολόγησης, με αποτέλεσμα να έχουν ήδη διαμορφώσει άποψη για την κατάσταση, το πρόβλημα και τις πιθανές βελτιώσεις. Επομένως με δεδομένο ότι τα συγκεκριμένα πρόσωπα δεν μπορούν να λάβουν μέρος και στην ευρετική αξιολόγηση, για την πραγματοποίηση της απαιτείται ο εμπλουτισμός της αξιολογικής σχεδιαστικής ομάδας με ένα επιπλέον, ανεξάρτητο από τη μέχρι τώρα διαδικασία άτομο, με εμπειρία στις εφαρμογές εικονικών περιβαλλόντων. Στη διαδικασία της ευρετικής αξιολόγησης μπορούν να λάβουν μέρος παραπάνω του ενός αξιολογητές - εμπειρογνώμονες, οι οποίοι αρχικά εξετάζουν την εφαρμογή ανεξάρτητα και συνέχεια ομαδικά. Τέλος βάσει όλης αυτής της διαδικασίας και των συμπερασμάτων που προκύπτουν, η ομάδα εμπειρογνώμων προτείνει αλλαγές βελτιώσεις στους σχεδιαστές. Στη συγκεκριμένη περίπτωση, η διαδικασία της ευρετικής αξιολόγησης, 362

363 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης πραγματοποιείται από έναν εμπειρογνώμονα αξιολογητή και οι σχεδιαστικές βελτιώσεις που προτείνει είναι οι παρακάτω: Θα ήταν θετικό στοιχείο ο εμπλουτισμός του περιεχομένου του εικονικού περιβάλλοντος με ηχητικά στοιχεία από το φυσικό χώρο, μέσω των οποίων θα αυξάνονται τα ποσοστά εμβύθισης. Το τμήμα της ταράτσας του εικονικού περιβάλλοντος παρουσιάζει ενδιαφέρον και θα πρέπει να συμπεριληφθούν στοιχεία στο περιβάλλον που να υποδεικνύουν στους χρήστες ότι έχουν πρόσβαση στον συγκεκριμένο χώρο. Γενικότερα θα πρέπει να προστεθεί πληροφορία στο εικονικό περιβάλλον που θα ενημερώνει τους χρήστες σε ποιους χώρους έχουν πρόσβαση και σε ποιους όχι. Το εικονικό περιβάλλον παρουσιάζει μια στατικότητα και θα ήταν θετικό να προστεθούν κινούμενα στοιχεία, που υπάρχουν και στο φυσικό περιβάλλον, όπως για παράδειγμα κινούμενοι πράκτορες, κυματισμός σημαίας κτλ Αθροιστική αξιολόγηση (summative evaluation) Η αθροιστική αξιολόγηση, αντίστοιχα με τη διαμορφωτική πραγματοποιείται μέσω χρηστών. Οι χρήστες εκτελούν διάφορες διεργασίες αλληλεπίδρασης του εικονικού περιβάλλοντος μέσω διαφορετικών τεχνικών συγκρίνοντας την απόδοση τους. Στη συγκεκριμένη περίπτωση όμως, εξαιτίας του ότι οι τεχνικές αλληλεπίδρασης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είναι ιδιαίτερα περιορισμένες δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί η συγκεκριμένη διαδικασία αλληλεπίδρασης. Παρ όλα αυτά, εάν στο τέλος της διαδικασίας της αξιολόγησης αποφασιστεί να γίνουν αλλαγές στις διεργασίες αλληλεπίδρασης, μπορούν οι ίδιοι χρήστες που έλαβαν μέρος στη διαμορφωτική αξιολόγηση να επαναλάβουν τη διαδικασία εκτέλεσης της εφαρμογής συγκρίνοντας τις διαδικασίες αλληλεπίδρασης, εφαρμόζοντας με αυτόν τον τρόπο ένα τυπικό είδος αθροιστικής αξιολόγησης. 363

364 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Συλλογή πληροφορία των διαδικασιών αξιολόγησης Επανασχεδιασμός Στο σημείο αυτό συλλέγεται και αξιολογείται η πληροφορία και οι προτάσεις που προκύπτουν από τις διαδικασίες αξιολόγησης που πραγματοποιήθηκαν. Τα προβλήματα που παρατηρήθηκαν αφορούν τα εξής: Έλλειψη στοιχείων που θα πληροφορούν τους χρήστες ποιοι χώροι του περιβάλλοντος είναι προσβάσιμοι σε αυτούς και ποιοι όχι. Κατά τη διάρκεια της διαμορφωτικής αξιολόγησης παρατηρήθηκε το φαινόμενο όπου η χρήστες (ιδιαίτερα των ομάδων 2 και 3) προσπαθούσαν να εισέλθουν σε αποκλεισμένους χώρους. Επίσης, κατά την ευρετική αξιολόγηση εντοπίζεται το ίδιο πρόβλημα, ενώ ταυτόχρονα παρατηρείται ότι θα πρέπει να προστεθούν στοιχεία που θα κάνουν πληροφορούν για τη δυνατότητα περιήγησης στην ταράτσα του κτιρίου. Κατά τη διαχείριση του μενού επιλογών πληροφόρησης, παρουσιάστηκαν προβλήματα χρήσης, ιδιαίτερα από τον εκπρόσωπο της ομάδας αρχάριων χρηστών. Τα προβλήματα αυτά αφορούν κυρίως τις διεργασίες εμφάνισης απόκρυψης και διαχείρισης του μενού, στα οποία παρατηρείται δυσκολία χρήσης και κατανόησης της διαδικασίας εκτέλεσης των διαδικασιών αυτών. Επίσης όταν το μενού ήταν ενεργοποιημένο, κάλυπτε μεγάλο τμήμα της οπτικής άποψης του χρήστη, αποκρύπτοντας το εικονικό περιβάλλον, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα τον αποπροσανατολισμό του χρήστη από το εικονικό περιβάλλον και τη μείωση της εμβύθισης του. Τέλος, κανένας από τους χρήστες, κατά τη διαδικασία διαμορφωτικής αξιολόγησης, δεν επιχείρησε την εκτέλεση παράλληλων διεργασιών αλληλεπίδρασης (περιήγηση) όταν το μενού επιλογών ήταν ενεργό. Στη διαδικασία ευρετικής αξιολόγησης προτάθηκε ο εμπλουτισμός του εικονικού περιβάλλοντος με στοιχεία όπως ηχητική πληροφορία από το φυσικό χώρο, καθώς και κινούμενα στοιχεία χαρακτήρες. 364

365 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΕΣ ΑΛΛΑΓΕΣ Λαμβάνοντας υπόψη την πληροφορία που συλλέχθηκα στα στάδια αξιολόγησης προτείνονται από τους σχεδιαστές οι παρακάτω βελτιώσεις. Χρήση ορόσημων μέσα στο εικονικό περιβάλλον που θα υποδηλώνουν σε ποιες αίθουσες μπορούν να έχουν πρόσβαση οι χρήστες και σε ποιες όχι. Οι χρήστες όταν πλησιάζουν σε μια αίθουσα στην οποία μπορούν να εισέλθουν, θα εμφανίζεται σημείωση ορόσημο στο οπτικό τους πεδίο που θα τους πληροφορεί για το περιεχόμενο της αίθουσας. Καθολική αλλαγή της διαδικασίας παροχής της πληροφορίας στους χρήστες. Εξαιτίας του ότι η χρήση μενού επιλογών για την πληροφόρηση διέκοπτε σε μεγάλο βαθμό την επαφή του χρήστη με το εικονικό περιβάλλον, επηρεάζοντας ταυτόχρονα τα ποσοστά εμβύθισης, προτείνεται η ενσωμάτωση της διαδικασίας αυτής ως στοιχείο του περιβάλλοντος. Πιο συγκεκριμένα προτείνεται η δημιουργία ενός χώρου πληροφόρησης (information room), στο οποίο θα εισέρχεται ο χρήστης και θα λαμβάνει την προβλεπόμενη πληροφορία. Τέλος, κατά τη διαδικασία πληροφόρησης προτείνεται η χρήση όσο το δυνατόν λιγότερων στοιχείων που προβάλλονται στην οπτική άποψη του χρήστη, περιορίζοντας του την οπτική επαφή με το περιβάλλον Βελτίωση σεναρίων διεργασιών Επαναληπτικές διαδικασίες αξιολόγησης Στο σημείο αυτό πραγματοποιείται βελτίωση του σεναρίου διεργασιών, βάσει των προτεινόμενων αλλαγών στη σχεδίαση, όπως αυτό περιγράφεται στο κεφάλαιο Σε γενικές γραμμές διατηρείται το βασικό περιεχόμενο του σεναρίου, ενώ οι αλλαγές που γίνονται αφορούν τη διαδικασία συλλογής πληροφοριών του περιβάλλοντος από τους χρήστες, την πληροφόρηση των χρηστών για τους προσβάσιμους χώρους και τον εμπλουτισμό του εικονικού περιβάλλοντος με στοιχεία του φυσικού περιβάλλοντος. 365

366 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΥΛΛΟΓΗΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΤΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΑΠΟ ΤΟΥΣ ΧΡΗΣΤΕΣ Ο χρήστης αφού εισέρθει στο εσωτερικό του κτιρίου στο χώρο της εισόδου, στα δεξιά του υπάρχει ένα δωμάτιο πληροφοριών στο οποίο έχει πρόσβαση. Μόλις ο χρήστης προσεγγίσει σε κοντινή απόσταση το δωμάτιο εμφανίζεται ένδειξη στο οπτικό του πεδίο πληροφορώντας τον ότι έχει πρόσβαση στο συγκεκριμένο χώρο. Μέσα σε αυτήν την αίθουσα θα παρέχεται στον χρήστη η καθορισμένη πληροφορία μέσω ηχητικών στοιχείων. Ταυτόχρονα στους τοίχους της αίθουσας αυτής θα υπάρχουν φωτογραφίες σχετικές με την πληροφορία που του παρέχεται, καθώς και ένας εικονικός πράκτορας στο ρόλο του αφηγητή. Ο χρήστης θα μπορεί να επιλέξει την έναρξη, τη διακοπή ή την επανάληψη της ηχητικής πληροφορίας μέσω εικονικών στοιχείων. ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΣΗ ΤΩΝ ΧΡΗΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΠΡΟΣΒΑΣΙΜΟΥΣ ΧΩΡΟΥΣ Οι χώροι στους οποίους οι χρήστες έχουν πρόσβαση είναι η αίθουσα πληροφοριών και ο διάδρομος που οδηγεί στην ταράτσα. Ο χρήστης όταν πλησιάσει την είσοδο πόρτα κάποιου από αυτούς τους δυο χώρους, τότε θα εμφανίζεται στο οπτικό του πεδίο γραφιστική ένδειξη που θα τον πληροφορεί για την προσβασιμότητα και για το περιεχόμενο του χώρου αυτού. Η ένδειξη αυτή θα πρέπει να είναι περιορισμένου μεγέθους, έτσι ώστε να μην καλύπτει το περιεχόμενο του εικονικού περιβάλλοντος. ΕΜΠΛΟΥΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΟΥ ΦΥΣΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ Κατά την είσοδο του χρήστη στο εσωτερικό τμήμα του περιβάλλοντος, αναπαράγονται ηχητικά στοιχεία τα οποία έχουν ηχογραφηθεί από το φυσικό περιβάλλον. Η ένταση αναπαραγωγής του ήχου δεν σε ιδιαίτερα υψηλά επίπεδα, έτσι ώστε να μην αποπροσανατολίζει το χρήστη. Ο χρήστης βγαίνοντας στο εξωτερικό τμήμα του περιβάλλοντος, είτε στο χώρο της πλατείας από την κεντρική είσοδο, είτε στο χώρο της ταράτσας, ο ήχος διακόπτεται αυτόματα. 366

367 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης Επαναληπτικές διαδικασίες αξιολόγησης Έχοντας πραγματοποιήσει τις αλλαγές που προέκυψαν από τη διαδικασία της αξιολόγησης, στο σημείο αυτό πραγματοποιούνται επαναληπτικές διαδικασίες αξιολόγησης έτσι ώστε να αξιολογηθεί εκ νέου η εφαρμογή αναφορικά με τις διαφοροποιήσεις που έγιναν. Η αξιολόγηση θα πραγματοποιηθεί με τη συμμετοχή των χρηστών. Συγκεκριμένα, οι χρήστες που θα λάβουν μέρος σε αυτή τη διαδικασία θα είναι η ίδιοι που συμμετείχαν στη διαδικασία διαμορφωτικής αξιολόγησης (κεφάλαιο 7.5.1). Οι χρήστες αυτοί επιλέχθηκαν γιατί, έχοντας ήδη εμπειρία από την εφαρμογή, σε αυτό το σημείο θα μπορούν να πραγματοποιήσουν σύγκριση μεταξύ των προηγούμενων και των καινούργιων τεχνικών, εκτελώντας τις ίδιες διεργασίες (αθροιστική αξιολόγηση). Όταν ολοκληρωθεί η διαδικασία περιήγησης των χρηστών στο εικονικό περιβάλλον, πραγματοποιούνται συνεντεύξεις μεταξύ των χρηστών και των αξιολογητών. Τα συμπεράσματα παρατηρήσεις από τις συνεντεύξεις των χρηστών, σχετικά με τις διαφοροποιημένες διαδικασίες, είναι τα ακόλουθα: Η νέα διαδικασία πληροφόρησης είναι αποδοτικότερη, πιο ενδιαφέρουσα, δεν επηρεάζει αρνητικά την εμβύθιση, ενώ πραγματοποιείται με πιο φυσικό τρόπο. Τα ηχητικά στοιχεία από το φυσικό περιβάλλον, προσέδωσαν ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον στην εφαρμογή, ενώ ταυτόχρονα συμβάλουν στην εμβύθιση των χρηστών. Η εισαγωγή ενδείξεων σχετικά με τους προσβάσιμους χώρους, περιόρισε σε μεγάλο βαθμό το φαινόμενο που παρατηρήθηκε αρχικά, με τους χρήστες να δοκιμάζουν να εισέρθουν σε αποκλεισμένες αίθουσες ΑΠΟΨΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΠΑΝΑΣΧΕΔΙΑΣΜΕΝΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 367

368 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 368

369 Κεφάλαιο 7: Υλοποίηση εφαρμογή της πολυ-μεθοδολογικής προσέγγισης 369