Επαυξημένη Πραγματικότητα σε Μηχανολογικές Εγκαταστάσεις

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών πουδών : «χεδίαση Διαδραστικών και Βιομηχανικών Προϊόντων και υστημάτων» Διπλωματική Εργασία Επαυξημένη Πραγματικότητα σε Μηχανολογικές Εγκαταστάσεις υγγραφή : Κοπανιάς Γεώργιος dpsdm07008 Επιβλέπων : κ. πυρίδων Βοσινάκης, Λέκτορας Μέλος Α : κ. Ιωάννης Δαρζέντας, Καθηγητής Μέλος Β : κ. Παρασκευάς Παπανίκος, Καθηγητής Ερμούπολη ύρος, Υεβρουάριος 2010

2 Πίνακας περιεχομένων ΕΙΑΓΨΓΗ... 8 ΚΟΠΟ ΣΗ ΔΙΠΛΨΜΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑΙΑ ΔΟΜΗ ΣΗ ΔΙΠΛΨΜΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑΙΑ Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η ΕΝΝΟΙΑ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΟΡΙΜΟΙ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΔΙΕΠΙΣΗΜΟΝΙΚΗ ΠΡΟΕΓΓΙΗ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η ΕΝΝΟΙΑ ΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΟΡΙΜΟΙ ΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΜΙΚΣΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ και ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΑΠΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΗ ΑΠΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΚΑΣΗΓΟΡΙΕ ΤΣΗΜΑΣΨΝ ΕΠΙΣΡΑΠΕΖΙΑ ΤΣΗΜΑΣΑ - DESKTOP VR ΤΣΗΜΑΣΑ ΠΡΟΒΟΛΗ - PROJECTED VR ΤΣΗΜΑΣΑ ΕΜΒΤΘΙΗ - IMMERSIVE VR ΤΣΗΜΑΣΑ ΜΕΙΚΣΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ - MIXED REALITY (MR) ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 2

3 2. Η ΔΙΕΠΑΥΗ ΣΗΝ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η ΔΙΕΠΑΥΗ ΚΑΙ Ο ΡΟΛΟ ΣΗ ΦΡΗΗ ΣΕΦΝΟΛΟΓΙΨΝ ΑΝΙΦΝΕΤΗ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΚΑΣΗΓΟΡΙΕ ΤΣΗΜΑΣΨΝ ΑΝΙΦΝΕΤΣΨΝ ΚΙΝΗΗ ΚΑΣΑΦΨΡΗΗ ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΑΠΕΙΚΟΝΙΗ ΚΑΣΗΓΟΡΙΕ ΤΣΗΜΑΣΨΝ ΤΚΕΤΕ ΤΚΕΤΕ ΕΙΟΔΟΤ ΤΚΕΤΕ ΕΞΟΔΟΤ ΠΛΕΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ ΣΨΝ ΤΚΕΤΨΝ ΕΙΟΔΟΤ ΚΑΙ ΕΞΟΔΟΤ Η ΔΙΕΠΑΥΗ Ψ ΜΕΟ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΗ ΚΑΙ ΑΝΑΔΡΑΗ ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΑΙ ΦΕΙΡΙΜΟ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΨΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΔΙΕΠΑΥΨΝ Η ΕΝΝΟΙΑ ΣΗ ΕΤΦΡΗΣΙΑ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΔΙΕΠΑΥΨΝ ΣΕΦΝΙΚΕ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΜΕΣΡΙΚΕ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΙ ΜΗΦΑΝΟΛΟΓΙΚΕ ΕΓΚΑΣΑΣΑΕΙ Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΗ ΒΕΛΣΙΣΟΠΟΙΗΗ ΣΗ ΤΝΑΡΜΟΛΟΓΗΗ ΚΑΙ ΣΗ ΤΝΣΗΡΗΗ ΕΙΝΑΙ ΔΤΝΑΣΗ Η ΦΡΗΗ ΕΓΦΕΙΡΙΔΙΟΤ ΦΨΡΙ ΣΗ ΦΡΗΗ ΦΕΡΙΨΝ Η ΥΤΗ ΣΟΤ ΠΡΟΒΛΗΜΑΣΟ Η ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ ΣΗ ΕΡΓΑΙΑ ΜΕ ΕΓΦΕΙΡΙΔΙΟ, ΜΕ ΦΡΗΗ ΦΕΡΙΨΝ ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 3

4 3.2.3 ΦΕΔΙΑΣΙΚΟΙ ΠΕΡΙΟΡΙΜΟΙ ΓΙΑ ΣΗ ΦΕΔΙΑΗ ΕΝΟ ΤΣΗΜΑΣΟ ΦΨΡΙ ΦΕΡΙΑ ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΙΟΔΟΤ ΚΑΙ ΕΞΟΔΟΤ Η ΑΝΣΙΛΗΧΗ ΣΟΤ ΑΝΘΡΨΠΟΤ ΚΑΙ Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΕΦΝΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΣΑ ΣΗΝ ΤΛΟΠΟΙΗΗ ΕΥΑΡΜΟΓΨΝ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΕΡΕΤΝΗΣΙΚΕ ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΟΤ ΣΟΜΕΙ ΤΝΑΡΜΟΛΟΓΗΗ ΕΠΙΚΕΤΗ ΤΝΣΗΡΗΗ Ε ΒΙΟΜΗΦΑΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ΕΝΑ ΤΣΗΜΑ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΓΙΑ ΣΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΤΗ ΚΑΙ ΣΗΝ ΤΠΟΣΗΡΙΞΗ Ε ΒΙΟΜΗΦΑΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ARVIKA : Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΗΝ ΑΝΑΠΣΤΞΗ, ΣΗΝ ΠΑΡΑΓΨΓΉ ΚΑΙ ΣΗΝ ΕΠΙΚΕΤΗ Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΗ ΦΕΔΙΑΣΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ ΣΗ ΤΝΑΡΜΟΛΟΓΗΗ ΚΑΙ ΣΗΝ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΠΟΤ ΦΡΗΙΜΟΠΟΙΕΙΣΑΙ ΓΙΑ ΣΗ ΦΕΔΙΑΗ ΤΝΟΠΣΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΥΗ ΕΥΑΡΜΟΓΗ ΣΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΝΑΖΗΣΗΗ ΓΕΝΙΚΟΤ ΠΛΑΙΙΟΤ (CONTEXTUAL INQUIRY) ΠΕΡΙΓΡΑΥΗ ΕΡΓΑΙΨΝ ΣΗ ΟΜΑΔΑ ΕΡΓΑΙΑ ΜΟΝΣΕΛΑ ΔΟΤΛΕΙΑ (WORK MODELING) ΜΟΝΣΕΛΟ ΡΟΗ (FLOW MODEL) ΜΟΝΣΕΛΟ ΤΝΕΦΕΙΑ (SEQUENCE MODEL) ΜΟΝΣΕΛΑ ΥΤΙΚΨΝ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΨΝ (ARTIFACTS MODELS) ΥΤΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ (PHYSICAL MODEL) ΕΡΜΗΝΕΙΑ ΕΠΑΝΑΦΕΔΙΑΜΟ ΔΟΤΛΕΙΑ (WORK REDESIGN) ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 4

5 4.5.1 ΣΟΦΟ ΦΕΔΙΑΗ ΤΣΗΜΑΣΟ ΜΕΛΕΣΗ ΠΕΡΙΠΣΨΗ ΦΡΗΗ ΕΝΟ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Ε ΜΗΦΑΝΟΛΟΓΙΚΕ ΕΓΚΑΣΑΣΑΕΙ ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΟΦΟΙ ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΘΟΔΟΤ ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΚΕΤΨΝ ΤΛΟΠΟΙΗΗ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ ΠΛΕΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ - ΜΕΙΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΚΑΘΟΡΙΜΟ ΣΟΦΨΝ ΚΑΙ ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΑΣΑΛΛΗΛΗ ΜΕΘΟΔΟΤ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΖΗΣΗΜΑΣΑ ΠΡΟ ΔΙΕΡΕΤΝΗΗ ΕΝΑΡΙΑ ΦΡΗΗ ΜΕΣΡΗΕΙ ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΚΑΣΑΚΕΤΗ ΕΡΨΣΗΜΑΣΟΛΟΓΙΨΝ ΠΑΡΟΤΙΑΗ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΕΙΑΓΨΓΙΚΨΝ ΕΡΨΣΗΕΨΝ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΤΓΚΡΙΣΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΜΕΣΡΗΕΨΝ ΕΞΑΓΨΜΕΝΑ ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ ΑΠΟ ΑΠΑΝΣΗΕΙ ΑΝΟΙΦΣΟΤ ΣΤΠΟΤ ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 5

6 6. ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ ΠΑΡΑΡΣΗΜΑ Α Λίστα Εικόνων ΑΝΑΥΟΡΕ ΚΑΙ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΥΙΑ ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 6

7 Ευχαριστίες Ευχαριστώ θερμά τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. πυρίδων Βοσινάκη για την πίστη του σε μένα. Επίσης ευχαριστώ την οικογένειά μου για την υπομονή που έδειξε όλο αυτό το διάστημα. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 7

8 ΕΙΑΓΨΓΗ Ένας χώρος που γνωρίζει ταχεία ανάπτυξη είναι το εφαρμοσμένο πεδίο της Επαυξημένης Πραγματικότητας (Augmented Reality, AR). Η ιδέα της Επαυξημένης Πραγματικότητας δεν είναι νέα, αλλά είναι η αύξηση των δυνατοτήτων των υπολογιστικών συστημάτων που συμβάλουν ώστε το τελευταίο διάστημα να πραγματοποιεί άλματα προόδου. Οι ρίζες της ανήκουν στο χώρο της Εικονικής Πραγματικότητας (Virtual Reality, VR). Η χρήση της Επαυξημένης Πραγματικότητας έχει στόχο να ενδυναμώσει τις δυνατότητες των ανθρώπινων αισθήσεων και να αυξήσει την πληροφορία που αφορά στις ιδιότητες των φυσικών αντικειμένων κατά την αλληλεπίδραση των ανθρώπων με αυτά στο φυσικό περιβάλλον. Η πληροφορία μπορεί να αφορά στα αντικείμενα αλλά μπορεί να αφορά και σε ολόκληρα τα περιβάλλοντα. Η λήψη της επιπλέον πληροφορίας από τον χρήστη, αυξάνει την ικανότητά του να αντιληφθεί μια συγκεκριμένη κατάσταση. την παρούσα Διπλωματική Εργασία παρουσιάζονται προτάσεις για τον τρόπο με τον οποίο η Επαυξημένη Πραγματικότητα μπορεί να προσφέρει στο χώρο των Μηχανολογικών Εγκαταστάσεων και ιδιαίτερα στους τομείς της συναρμολόγησης επισκευής και συντήρησης αυτών. Μελετάται η δομή και η οργάνωση τριών ομάδων εργασίας συνεργείων, που εκτελούν συγκεκριμένη διαδικασία συντήρησης, με τη μέθοδο της χεδίασης Γενικού Πλαισίου (Contextual Design). Αναδεικνύονται τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι μηχανικοί και οι τεχνίτες κατά τη διαδικασία της συντήρησης και θέτονται οι στόχοι για τη σχεδίαση ενός συστήματος που ελαχιστοποιεί τα προβλήματα αυτά, χρησιμοποιώντας ένα πρωτότυπο Επαυξημένης Πραγματικότητας. Η διαδικασία της συναρμολόγησης, επισκευής και συντήρησης μιας μηχανολογικής εγκατάστασης μπορεί να οριστεί ως μια διαδικασία που αποτελείται από αυστηρά καθορισμένα βήματα και μεθοδολογία και παρόλα αυτά απαιτεί την εργασία εξειδικευμένων τεχνιτών χωρίς αυτό να εξαλείφει την ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 8

9 πιθανότητα του σφάλματος. Κατά την διαδικασία, ο τεχνίτης καλείται να βρει τις απαραίτητες πληροφορίες, ανάλογα με την εξοπλισμό της εγκατάστασης. Οι πληροφορίες που απαιτείται να γνωρίζει ο τεχνίτης - χρηστης βρίσκονται, συνήθως, είτε σε έντυπη μορφή, είτε σε ηλεκτρονική από τη μεταφορά της έντυπης μορφής σε ηλεκτρονικό αρχείο είτε, στην καλύτερη περίπτωση, σε ηλεκτρονική μορφή με τη μορφή σειριακού αρχείου. Ο βασικότερος περιορισμός που παρουσιάζεται είναι το ίδιο το περιβάλλον μέσα στο οποίο ο χρήστης θα χρειαστεί να έχει πρόσβαση στην πληροφορία. Είτε ο χρήστης θα πρέπει να έχει το έντυπο μαζί του και υπό συνθήκες εργοταξίου να βρει την πληροφορία που χρειάζεται μέσα από μερικές εκατοντάδες σελίδες, είτε στις ίδιες συνθήκες να ψάξει την πληροφορία μέσω ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή. Ένα συνηθισμένο περιβάλλον διεπαφής περιλαμβάνει έναν υπολογιστή, μια οθόνη, ένα πληκτρολόγιο και ένα ποντίκι. Παρότι αντιπροσωπεύει την συντριπτική πλειοψηφία των υπολογιστικών συστημάτων σήμερα δεν αποτελεί πλέον τον καλύτερο τρόπο επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπου - υπολογιστή. Ψς διεπαφή υπολείπεται κατά πολύ από το φυσικό τρόπο επικοινωνίας των ανθρώπων μεταξύ τους. Απαιτεί οι χρήστες να έχουν πλούσιο γνωσιακό επίπεδο και εξαιρετικά καλή αντίληψη των φυσικών αντικειμένων. Για παράδειγμα, όταν εξετάζονται φυσικά αντικείμενα, οι χρήστες δίνουν στο σύστημα δεδομένα που αφορούν τρείς διαστάσεις και παίρνουν από αυτό αποτελέσματα που εμφανίζονται δισδιάστατα και πρέπει μέσω της αντιληπτικής ικανότητας να μετατραπούν σε τρισδιάστατα και να συγκριθούν με τα πραγματικά τρισδιάστατα αντικείμενα. ήμερα, εξετάζονται νέοι τρόποι διεπαφής βασισμένοι στις ανθρώπινες αισθήσεις όπως η όραση, η ακοή και η αφή με σκοπό να γίνει πιο φυσική η επικοινωνία μεταξύ ανθρώπου - υπολογιστή. Για να αρθεί ο βασικός περιορισμός του περιβάλλοντος, καθορίστηκε η διαδικασία ανάπτυξης πρωτοτύπου Επαυξημένης Πραγματικότητας και η διαδικασία αξιολόγησής του για να εντοπιστούν τα ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 9

10 πλεονεκτήματα και μειονεκτήματαά του σε σχέση με παράγοντες όπως η οπτική απεικόνιση, η ευκολία στο χειρισμό, η ακρίβεια στο χειρισμό, η ταχύτητα στο χειρισμό, το μέγεθος της πληροφορίας, η ποιότητα της πληροφορίας και η ακρίβεια της πληροφορίας. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα, στο χώρο των μηχανολογικών εγκαταστάσεων, μπορεί να προσφέρει την καλύτερη απόδοση της πληροφορίας που χρειάζεται ένας χρήστης για ένα φυσικό αντικείμενο και ταυτόχρονα να μεταφέρει την πληροφορία αυτή στο φυσικό περιβάλλον του αντικειμένου. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 10

11 ΚΟΠΟ ΣΗ ΔΙΠΛΨΜΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑΙΑ Η παρούσα Διπλωματική Εργασία εστιάζει στην χρήση της Επαυξημένης Πραγματικότητας στο χώρο των Μηχανολογικών Εγκαταστάσεων και ιδιαίτερα στους τομείς της συναρμολόγησης, επισκευής και συντήρησης αυτών. Γι αυτό το λόγο έχουν ορισθεί οι ακόλουθοι στόχοι: η διερεύνηση, μέσα από τις βασικές αρχές της εικονικής και επαυξημένης πραγματικότητας, των στοιχείων εκείνων που απαιτούνται για την κατανόηση της αλληλεπιδραστικής διαδικασίας μεταξύ χρήστη και εικονικού κόσμου η εξέταση των χαρακτηριστικών των διεπαφών και των σημαντικότερων ιδιοτήτων τους, η μελέτη του τρόπου με τον οποίο επιτυγχάνεται η σύνδεση φυσικών αντικειμένων και ψηφιακής πληροφορίας η εξέταση, μέσω αξιολόγησης, ζητημάτων που αφορούν την διαδικασία συναρμολόγησης, επισκευής και συντήρησης Μηχανολογικών Εγκαταστάσεων και των παραμέτρων εκείνων που επηρεάζονται από την χρήση επαυξημένης πραγματικότητας η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων και η παρουσίαση των συμπερασμάτων που προκύπτουν από την εργασία, καθώς και πρόταση για μελλοντική κατεύθυνση της έρευνας ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 11

12 ΔΟΜΗ ΣΗ ΔΙΠΛΨΜΑΣΙΚΗ ΕΡΓΑΙΑ Η εργασία αποτελείται από έξι (6) κεφάλαια. τα δύο πρώτα κεφάλαια γίνεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση της επαυξημένης πραγματικότητας και των διεπαφών που χρησιμοποιούνται ως μέσο επικοινωνίας του ανθρώπου με τον υπολογιστή. το τρίτο κεφάλαιο αναπτύσσονται οι διεργασίες της συναρμολόγησης, επισκευής και συντήρησης των Μηχανολογικών Εγκαταστάσεων. το τέταρτο κεφάλαιο μελετάται η εκτέλεση μιας εργασίας συντήρησης με τη μέθοδο χεδίασης Γενικού Πλαισίου. το πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται προτάσεις και τρόποι μέσω των οποίων η Επαυξημένη Πραγματικότητα μπορεί να υποστηρίξει τις εργασίες αυτές. το έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από την παρούσα εργασία. Αναλυτικά: Κεφάλαιο 1: Αρχικά παρουσιάζεται η Εικονική Πραγματικότητα. Παραθέτεται μια σειρά ορισμών, γίνεται μια διεπιστημονική προσέγγιση και περιγράφονται τα βασικότερα χαρακτηριστικά της. Γίνεται μια αναφορά στην εξέλιξη και τη χρήση της σε εφαρμογές μέσα στο χρόνο. Ακολούθως παρουσιάζεται η έννοια της Επαυξημένης Πραγματικότητας. Δίνονται ορισμοί της έννοιας, και περιγράφονται τα βασικότερα χαρακτηριστικά της. Κεφάλαιο 2: Εξετάζεται η διεπαφή ως μέσο επικοινωνίας του ανθρώπου με τον υπολογιστή και περιγράφονταi οι τεχνολογίες και οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για να επιτευχθεί. Επίσης, εξετάζεται τόσο ως μέσο αλληλεπίδρασης όσο και ως μέσο ανάδρασης. Σέλος γίνεται μια αναφορά στη μεθοδολογία αξιολόγησης των διεπαφών. Κεφάλαιο 3: Παρουσιάζεται ο χώρος των μηχανολογικών εγκαταστάσεων και ειδικότερα οι τομείς της συναρμογής, επισκευής και συντήρησης. Δίνονται παραδείγματα εφαρμογών που υλοποιήθηκαν με επιτυχία στο χώρο. Αναφέρονται τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της χρήσης των ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 12

13 ηλεκτρονικών υπολογιστών στους ανωτέρω τομείς και παρουσιάζεται η συμβολή των ηλεκτρονικών υπολογιστών σε θέματα ταχύτητας, ασφάλειας και οικονομίας. Κεφάλαιο 4: Μελετάται η δομή και η οργάνωση καθώς και οι δραστηριότητες μιας ομάδας εργασίας συνεργείου που εκτελεί μια διαδικασία συντήρησης με τη μέθοδο της χεδίασης Γενικού Πλαισίου (Contextual Design). Αναδεικνύονται τα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι μηχανικοί και οι τεχνίτες κατά τη διαδικασία της συντήρησης και θέτονται στόχοι με σκοπό τη σχεδίαση ενός συστήματος, με χρήση τεχνολογιών Επαυξημένης Πραγματικότητας, που ελαχιστοποιεί τα προβλήματα αυτά προς διευκόλυνση της εργασίας τους. Κεφάλαιο 5: το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται η διαδικασία ανάπτυξης πρωτοτύπου Επαυξημένης Πραγματικότητας. Αρχικά, γίνεται η επιλογή του καταλληλότερου είδους Επαυξημένης Πραγματικότητας όπως επίσης και η επιλογή κατάλληλου λογισμικού για να την ανάπτυξη του πρωτοτύπου. Έπειτα καθορίζονται οι συσκευές που θα χρησιμοποιηθούν ενώ θέτονται οι στόχοι που καλείται να καλύψει το πρωτότυπο καθώς και οι προδιαγραφές που θα πρέπει ακολουθηθούν κατά την σχεδίαση. Περιγράφεται η διαδικασία υλοποίησης του πρωτοτύπου, γίνεται η παρουσίαση του καθώς και μια αναφορά στα σημαντικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του. Ακολούθως παρουσιάζεται η διαδικασία αξιολόγησης του πρωτοτύπου. Αρχικά, καθορίζονται οι στόχοι της αξιολόγησης, αναλύεται η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου και θέτονται τα προς διερεύνηση ζητήματα. τη συνέχεια περιγράφεται η διαδικασία της αξιολόγησης και η μεθοδολογία κατασκευής των ερωτηματολογίων. Σέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της αξιολόγησης και τα συμπεράσματα που προκύπτουν. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 13

14 Κεφάλαιο 6: το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την παρούσα εργασία και προβληματισμοί που γεννούνται για μελλοντική έρευνα. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 14

15 1. Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΕΙΑΓΨΓΗ το παρόν κεφάλαιο παρουσιάζεται μια συνοπτική περιγραφή της Επαυξημένης Πραγματικότητας και των τεχνολογιών που σχετίζονται με αυτήν. Αρχικά, παραθέτεται μια σειρά ορισμών και μια διεπιστημονική προσέγγιση της Εικονικής Πραγματικότητας. Περιγράφονται τα βασικότερα χαρακτηριστικά της και γίνεται μια αναφορά για την εξέλιξη των εφαρμογών της. Ακολούθως παρουσιάζεται η έννοια της Επαυξημένης Πραγματικότητας. 1.1 Η ΕΝΝΟΙΑ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Ο όρος «Εικονική Πραγματικότητα» εισήχθη για πρώτη φορά το 1985 από τον Jaron Lanier και καθιερώθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 90 με τη δημοσίευση του άρθρου «Virtual Reality is for Real» στο περιοδικό IEEE Spectrum. τα επόμενα χρόνια έγιναν απόπειρες να διατυπωθεί ένας ορισμός της έννοιας της εικονικής πραγματικότητας. Αρχικά ο Lanier όρισε την εικονική πραγματικότητα ως ένα αλληλεπιδραστικό, τρισδιάστατο περιβάλλον, φτιαγμένο από υπολογιστή, στο οποίο μπορεί κάποιος να εμβυθιστεί. ήμερα ο όρος Εικονική Πραγματικότητα μπορεί να σημαίνει διαφορετικά πράγματα για τον κάθε ένα ανάλογα με το επιστημονικό αντικείμενο ενασχόλησής του και τον τρόπο προσέγγισης του όρου. Είναι χρήσιμο πάντως η επιστημονική κοινότητα να ακολουθεί έναν ορισμό ώστε να γίνεται σαφής διαχωρισμός της έννοιας που εκφράζεται. Ακολουθούν κάποιοι ορισμοί που έχουν διατυπωθεί ΟΡΙΜΟΙ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Rheingold 1990: «Είναι το όνομα μιας νέας τεχνολογίας που δημιουργεί την ψευδαίσθηση της εμβύθισης σε ένα τεχνητό κόσμο ή της παρουσίας σε ένα απομακρυσμένο μέρος του φυσικό κόσμου. Έτσι στη θέση του φυσικού κόσμου βρίσκεται μια τριών διαστάσεων αναπαράσταση δημιουργημένη με ηλεκτρονικό ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 15

16 υπολογιστή. Πέρα από την εμβύθιση στον τεχνητό κόσμου ο άνθρωπος μπορεί να πλοηγηθεί μέσα σε αυτόν τον κόσμο και να τον μεταβάλλει». Bishop & Fuchs 1992: «Η εικονική πραγματικότητα αποτελείται από αλληλεπιδραστικά γραφικά πραγματικού χρόνου με τρισδιάστατα μοντέλα, συνδυασμένα με μια τεχνολογία απεικόνισης, η οποία δίνει τη δυνατότητα εμβύθισης του χρήστη στο μοντελοποιημένο κόσμο και τη δυνατότητα απευθείας χειρισμού». Gigante 1993: «Η εικονική πραγματικότητα είναι η ψευδαίσθηση της συμμετοχής σε ένα συνθετικό περιβάλλον και όχι απλώς η εξωτερική παρατήρησή του. Η τεχνολογία της βασίζεται σε τρισδιάστατες στερεοσκοπικές μονάδες απεικόνισης και σε ανιχνευτές της κίνησης του κεφαλιού, των χεριών και του σώματος καθώς επίσης και σε στερεοσκοπικό ήχο. Η εικονική πραγματικότητα είναι μια εμπειρία εμβύθισης που χρησιμοποιεί όλες τις αισθήσεις». Cruz 1993: «Η εικονική πραγματικότητα αναφέρεται σε αλληλεπιδραστικά, πολύ αισθητικά, βασισμένα στην όραση τρισδιάστατα περιβάλλοντα εμβύθισης, δημιουργημένα από υπολογιστή, καθώς και στο συνδυασμό των τεχνολογιών που απαιτούνται για την ανάπτυξη τέτοιων περιβαλλόντων». Jargon 1995: «Η εικονική πραγματικότητα είναι προσομοίωση μέσω υπολογιστή, με τη χρήση τρισδιάστατων γραφικών και συσκευών που επιτρέπουν στον χρήστη να αλληλεπιδρά με την προσομοίωση». Schweber 1995: «Η εικονική πραγματικότητα επιτραπεί την ελεύθερη πλοήγηση του χρήστη, σε πραγματικό χρόνο, σε έναν κόσμο τριών διαστάσεων. την ουσία, η εικονική πραγματικότητα αποτελεί κλώνο του πραγματικού κόσμου». Sherman & Craig 2003: «Η εικονική πραγματικότητα είναι ένα μέσο που αποτελείται από αλληλεπιδραστικές προσομοιώσεις με υπολογιστή, οι οποίες ανιχνεύουν τη θέση και τις ενέργειες του χρήστη και αντικαθιστούν ή ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 16

17 επαυξάνουν την ανάδραση σε μία ή περισσότερες αισθήσεις, δίνοντας το αίσθημα της πνευματικής εμφάνισης ή παρουσίας στην προσομοίωση». Οι παραπάνω ορισμοί προσεγγίζουν την έννοια της εικονικής πραγματικότητας δίνοντας έμφαση σε τρία βασικά χαρακτηριστικά της: την οπτική απεικόνισης σε τρεις διαστάσεις, την αλληλεπιδραστικότητα και τη δυνατότητα εμβύθισης στον εικονικό κόσμο ΔΙΕΠΙΣΗΜΟΝΙΚΗ ΠΡΟΕΓΓΙΗ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η εικονική πραγματικότητα είναι δυνατό να ειδωθεί πολύπλευρα από τον επιστημονικό κόσμο. Σεχνολογικά αποτελείται από ένα σύνολο υλικών και λογισμικού, με το οποίο οι χρήστες είναι σε θέση να οπτικοποιούν περίπλοκα μοντέλα και να αλληλεπιδρούν με αυτά σε τρεις διαστάσεις. Οι δυνατότητες των υπολογιστών επιτρέπουν στο χρήστη να έχει ταυτόχρονα εκτός των οπτικών ερεθισμάτων και ακουστικά και απτικά και οσφρητικά ερεθίσματα. Ο χρήστης μπορεί να αλληλεπιδρά με έναν εικονικό, μη-πραγματικό κόσμο και να χειρίζεται αντικείμενα μέσα σε αυτόν [Ihlenfeldt, 1997]. την εκπαίδευση, η εικονική πραγματικότητα μπορεί να οριστεί ως ένα υψηλής τεχνολογίας μέσο διασύνδεσης ανθρώπου υπολογιστή, το οποίο περιλαμβάνει προσομοίωση πραγματικού χρόνου και αλληλεπιδράσεις μέσα από πολλαπλά αισθητήρια κανάλια, με απαραίτητη την ανθρωποκεντρική προσέγγιση της σχεδίασης και υλοποίησης αυτού του μέσου [Mikropoulos, 1996]. Από την πλευρά της ψυχολογίας, η εικονική πραγματικότητα είναι ένα εργαλείο το οποίο επιτραπεί στους χρήστες να βιώσουν την τήλε - παρουσία. Ο όρος διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον Minsky το Η τήλε - παρουσία αναφέρεται στο βαθμό που κάποιος αισθάνεται «παρών» σε ένα περιβάλλον ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 17

18 φτιαγμένο από υπολογιστή όπως αισθάνεται «παρών» και στο φυσικό περιβάλλον [Chou, 1997]. Ο Jaron Lanier διάκρινε τις φιλοσοφικές διαστάσεις της εμπειρίας σε ένα περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας, λέγοντας ότι, η τεχνολογία αυτή είναι «σαν μια διαδρομή προς ένα είδος κοινωνικής ένωσης, δίνοντας τη δυνατότητα να απελευθερωθούν τα δεσμά από την πηγή της εμπειρίας» [Lanier, 1992]. Σέλος, από γνωστικής πλευράς, η εικονική πραγματικότητα θεωρείται ως ένα μείγμα υλικών, λογισμικού και ιδεών, που δημιουργούν το φαινόμενο της γνωστικής παρουσίας [Bricken, 1990]. Δημιουργείται δηλαδή η αίσθηση της ύπαρξης και συμμετοχής σε ένα κόσμο που δεν είναι πραγματικός ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Σα κυριότερα χαρακτηριστικά της Εικονικής Πραγματικότητας είναι τα στοιχεία της διεπαφής, ο βαθμός αλληλεπίδρασης και ο βαθμός εμβύθισης. Με βάση τα παραπάνω χαρακτηριστικά καθορίζονται και κατηγοριοποιούνται οι εφαρμογές της. Η διεπαφή είναι το μέσο με το οποίο ο χρήστης επικοινωνεί με τον υπολογιστή. Εξετάζεται ως μέσο εισόδου των δεδομένων στο σύστημα και ως μέσο εξόδου της επεξεργασμένης πληροφορίας από το σύστημα προς το χρήστη. την συνηθέστερη μορφή μέσα εισόδου αποτελούν το ποντίκι και το πληκτρολόγιο και μέσα εξόδου η οθόνη και ο εκτυπωτής. Λόγω της αρχής λειτουργίας των πρώτων υπολογιστικών συστημάτων η επικοινωνία ήταν εξαιρετικά δύσκολη και μόνο εξειδικευμένοι χρήστες μπορούσαν να την επιτύχουν. Η εξέλιξη των συστημάτων επέτρεψε η επικοινωνία να γίνεται συνεχώς με φυσικότερο τρόπο. Όταν η επικοινωνία γίνεται με τόσο φυσικό τρόπο όσο η επικοινωνία μεταξύ των ανθρώπων τότε η διεπαφή χάνεται μέσα στην εφαρμογή. Προφανώς και ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 18

19 υπάρχει, αλλά το γεγονός ότι δεν γίνεται αντιληπτή από το χρήστη αποτελεί βασικό χαρακτηριστικό της Εικονικής Πραγματικότητας. Ένα άλλο χαρακτηριστικό είναι ο βαθμός αλληλεπίδρασης. Ένα υπολογιστικό σύστημα αξιολογείται ανάλογα με το χρόνο με τον οποίο ανταποκρίνεται στις εντολές του χρήστη. Ανάλογα με το βαθμό αλληλεπίδρασης, το σύστημα χαρακτηρίζεται από παθητικό μέχρι πλήρως αλληλεπιδραστικό. Για παράδειγμα, σε μια εικονική περιήγηση σε ένα μουσείο οι χρήστες απλά παρακολουθούν μια οργανωμένη προσχεδιασμένη ξενάγηση χωρίς να τους δίνεται η δυνατότητα οποιασδήποτε ενέργειας. ε ένα σύστημα με μικρό βαθμό αλληλεπίδρασης, όπως ένα παιχνίδι, οι χρήστες έχουν την δυνατότητα κάποιων πεπερασμένων στο πλήθος ενεργειών. ε συστήματα υψηλής αλληλεπίδρασης, όπως οι προσομοιωτές πτήσης, δεν υπάρχουν προκαθορισμένα όρια. Ο χρήστης καλείται να εξερευνήσει μόνος του το εικονικό δυναμικό περιβάλλον και να αλληλεπιδράσει μαζί του. Ο υψηλός βαθμός αλληλεπίδρασης συνεπάγεται ότι το εικονικό περιβάλλον επιτρέπει την ελεύθερη πλοήγηση μέσα σε αυτό, την αλλαγή θέσης παρατήρησης και τον χειρισμό των αντικειμένων που περιλαμβάνει [Brey, 1999]. Όταν κάποιος εισέρχεται σε ένα εικονικό περιβάλλον, ξεπερνά το παραδοσιακό περιβάλλον του ηλεκτρονικό υπολογιστή. Με την Εικονική Πραγματικότητα ο χρήστης βρίσκεται εμβυθισμένος μέσα στο υπολογιστικό σύστημα, δηλαδή μέσα στο εικονικό περιβάλλον, αλληλεπιδρά με τα αντικείμενα του τρισδιάστατου κόσμου, κινείται μέσα σε αυτόν και τον αλλάζει [Pimentel et al., 1993]. Ανάλογα με το βαθμό της εμβύθισης, ο χρήστης μπορεί να αντιλαμβάνεται και το πραγματικό και το εικονικό περιβάλλον, ή σε μεγάλο βαθμό εμβύθισης, αντιλαμβάνεται μόνο το εικονικό περιβάλλον. Ο βαθμός εμβύθισης αποτελεί λοιπόν βασικό χαρακτηριστικό ενός εικονικού περιβάλλοντος. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 19

20 1.1.4 ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΗ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η πρώτες μορφές Εικονικής Πραγματικότητας ήταν οι προσπάθειες κάποιων ζωγράφων να αποδώσουν τον τρισδιάστατο χώρο μέσα από δισδιάστατες εικόνες εκμεταλλευόμενοι την αίσθηση του βάθους. Όμως, σήμερα ως αρχή της έννοιας στην οποία αναφερόμαστε, θεωρείται η δημιουργία των πρώτων υπολογιστικών συστημάτων στα μέσα του 20ου αιώνα. Από τις σημαντικότερες στιγμές της εξέλιξης είναι τα ακόλουθα συστήματα: Sensorama το 1956, The Ultimate Display το 1965, Α Sword Of Damocles το 1968, Videoplace το1975, VCASS το 1982, και CAVE το Sensorama: Ο αμερικάνος κινηματογραφιστής Morton Heilig πρότεινε στη δεκαετία του 50 το θέατρο των εμπειριών, το οποίο περικυκλώνει το θεατή με αισθήσεις που προέρχονται από μηχανήματα, μεταφέροντάς τον με τον τρόπο αυτό σε άλλη διάσταση. Σο 1956 δημιούργησε το Sensorama (Εικόνα 1) μαζί με πέντε ταινίες, χρησιμοποιώντας τρισδιάστατα γραφικά, στερεοσκοπικό ήχο και δονήσεις. Εικόνα 1 : Σο Sensorama του M. Heilig [Heilig, 1992] ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 20

21 Ο θεατής μπορούσε να παρακολουθήσει μια βόλτα με μοτοσικλέτα νιώθοντας τον αέρα να τον χτυπάει στο πρόσωπο και μυρίζοντας αρώματα λουλουδιών. Ο Heilig πίστευε ότι ο κινηματογράφος με χαρακτηριστικά εμβύθισης θα πρέπει να λάβει υπόψη του το γεγονός ότι κάθε αίσθηση του ανθρώπου μονοπωλεί την προσοχή του στις ακόλουθες αναλογίες: όραση 70 %, ακοή 20 %, όσφρηση 6 %, αφή 4 % και γεύση 1% [Heilig, 1992]. The Ultimate Display: Σο 1965, ο Ivan Sutherland στην εργασία του Ultimate Display πρότεινε μια εφαρμογή, η οποία αποτελεί την πρώτη προσπάθεια συνδυασμού της τεχνολογίας των υπολογιστών με τη δημιουργία εικονικών κόσμων. την ουσία αποτελεί μια προσπάθεια δημιουργίας τεχνητών κόσμων, οι οποίοι περιέχουν τρισδιάστατα γραφικά, ήχους, δυνατότητα ανάδρασης και αίσθηση γεύσης και οσμής. την εργασία αυτήν περιγράφει ένα δωμάτιο όπου τα πάντα ελέγχονται από έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή και όλες οι ενέργειες του χρήστη μέσα σε αυτό έχουν το ίδιο αποτέλεσμα που θα είχαν και στο πραγματικό δωμάτιο. [Sutherland, 1965] Α Sword Of Damocles: Σο 1968, ο Sutherland κατασκευάζει μια συσκευή σαν κράνος, την οποία ο χρήστης φοράει στο κεφάλι του, συνδέεται με υπολογιστή και ονομάζεται Head Mounted Display (HMD). Μέσω της συσκευής αυτής μπορούσε κάποιος να παρατηρήσει έναν απλό τρισδιάστατο κύβο. Σο HMD ήταν γνωστό με την ονομασία «Δαμόκλειος σπάθη». Η ονομασία αυτήν οφείλονταν στο γεγονός ότι η συσκευή, λόγω του βάρους της, κρέμονταν με ράβδους από την οροφή ενός δωματίου. Φρησιμοποιούσε καθοδικές λυχνίες, είχε μηχανική ανίχνευση της κίνησης του κεφαλιού και πρόβαλλε εικόνες πάνω στον πραγματικό κόσμο. Σο εύρος πεδίου της ήταν 40 μοίρες και ο χρήστης μπορούσε να δει σε πραγματικό χρόνο, αντικείμενα σε wireframe απεικόνιση να προβάλλονται πάνω στον πραγματικό κόσμο [Sutherland, 1968]. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 21

22 Εικόνα 2 : Σο Head Mounted Display του Sutherland [Sutherland, 1968] Videoplace: Σο 1975 ο Myron Krueger δημιουργεί ένα σύστημα το οποίο περιλάμβανε μια video camera ελεγχόμενη από έναν υπολογιστή και μια μεγάλη οθόνη προβολής. Καθώς αντίκριζε κανείς την οθόνη, η video camera κάτω από την οθόνη μαγνητοσκοπούσε το είδωλο του ανθρώπου και παρεμβάλλοντας διάφορες εικόνες παραγόμενες από υπολογιστή, το πρόβαλε στην οθόνη. Με τον τρόπο αυτό οι κινήσεις του ανθρώπου μεταφέρονταν σε αντίστοιχες δραστηριότητες στη σκηνή των γραφικών, όπου το μαγνητοσκοπημένο είδωλο του ανθρώπου μπορούσε να έρθει σε σχέση αλληλεπίδρασης με τα τεχνητά αντικείμενα που ήταν σχεδιασμένα από τον υπολογιστή. [Kruger, 1996] VCASS: Σο 1982 ο Thomas Furness του US Air Force s Armstrong Medical Research Laboratories ανάπτυξε τον προσομοιωτή VCASS (Visual Coupled Airborne Systems Simulator). Ήταν ένα νέο στερεοσκοπικό κράνος με πολύ υψηλή ευκρίνεια και χρησιμοποιήθηκε ως προσομοιωτής πτήσης για πιλότους της πολεμικής αεροπορίας. Μέσα σε ένα αντίγραφο θαλάμου χειρισμού (cockpit) αεροσκάφους, χρησιμοποιούνταν υπολογιστής και κράνη HMD για να αναπαρασταθεί με γραφικά ο τρισδιάστατος χώρος σε ένα τεχνητό περιβάλλον, όπου ο εκπαιδευόμενος πιλότος μάθαινε το χειρισμό του αεροσκάφους χωρίς να κινδυνεύει από λανθασμένους χειρισμούς [Furness, 1991]. CAVE: Σο 1992 παρουσιάστηκε το CAVE: audio visual experience automatic virtual environment. Είναι ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας και οπτικοποίησης ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 22

23 το οποίο αντί να χρησιμοποιεί συσκευές που προσαρμόζονται στο κεφάλι όπως κράνη, προβάλει στερεοσκοπικές εικόνες στους τοίχους ενός δωματίου (Εικόνα 3). Εικόνα 3 : Η δομή ενός τυπικού συστήματος CAVE Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται καλύτερη ποιότητα και ανάλυση των εικόνων, καθώς επίσης και μεγαλύτερο εύρος οπτικού πεδίου. [Cruz-Neira et al, 1992]. Ένα εικονικό περιβάλλον μπορεί να αναπαραστήσει σε τρεις διαστάσεις είτε έναν πραγματικό είτε κάποιον αφηρημένο κόσμο. Άρα ο χρήστης μπορεί να εξετάσει και να αλληλεπιδράσει με πραγματικά συστήματα όπως Μηχανές ή μέρη αυτών, Σοπολογίες, Κτίρια, Γεωγραφικούς τόπους, Φειρισμό Οχημάτων και υσκευών, Αναπαράσταση Φρονικών τιγμών. Μέσα από αυτή την οπτική μπορεί να εξετάσει και το Ανθρώπινο ώμα και την Ανατομία του. Αντίστοιχα είναι το ίδιο εφικτή η δημιουργία ιδεατών κόσμων, ιδανικών για επιστημονική έρευνα όπως Μαγνητικά Πεδία, Μοριακά Μοντέλα, Μαθηματικά Μοντέλα, υμπεριφορά Αγορών Φρήματος και κάθε άλλου συστήματος με την έννοια του μη άμεσα αντιληπτού, παρατηρήσιμου ή αφηρημένου. Όλοι οι παραπάνω κόσμοι μπορεί ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 23

24 να περιλαμβάνουν κίνηση, να είναι διαδραστικοί, διαμοιραζόμενοι και να προβάλλουν κάποια λειτουργικότητα [Koster, 1997]. Οι πιο σημαντικές εφαρμογές έχουν αναπτυχθεί από την πολεμική βιομηχανία, την ψυχαγωγία και την ιατρική. 1.2 Η ΕΝΝΟΙΑ ΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η Επαυξημένη Πραγματικότητα (Augmented Reality, AR) εμπλουτίζει τις ανθρώπινες αισθήσεις με πρόσθετη πληροφορία, πέρα από αυτή που το φυσικό περιβάλλον προσδίδει. υνδυάζει το πραγματικό περιβάλλον με ένα αντίστοιχο εικονικό περιβάλλον δίνοντας ως αποτέλεσμα ένα νέο πλουσιότερο σε πληροφορία και ερεθίσματα περιβάλλον, που ενδυναμώνει την αντίληψη των ατόμων που βρίσκονται σε αυτό. Η επιπλέον πληροφορία είναι το παράγωγο της επεξεργασίας μιας σειράς δεδομένων από ένα υπολογιστικό σύστημα ΟΡΙΜΟΙ ΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η Επαυξημένη Πραγματικότητα είναι μια εξέλιξη της Εικονικής Πραγματικότητας, που δημιουργήθηκε κυρίως λόγω της ανάπτυξης και εξέλιξης των υπολογιστικών συστημάτων. Παρότι οι περισσότεροι υποστηρίζουν ότι η Επαυξημένη Πραγματικότητα αποτελεί κατηγορία της Εικονικής Πραγματικότητας, κατά καιρούς έχουν εκφραστεί απόψεις που θεωρούν ότι η Επαυξημένη Πραγματικότητα αποτελεί μια γενικότερη έννοια και η Εικονική Πραγματικότητα θα πρέπει να αντιμετωπίζεται πλέον ως κατηγορία και τμήμα αυτής [Bimber, 2005]. Όπως η Εικονική Πραγματικότητα, έτσι και η Επαυξημένη Πραγματικότητα ορίζεται διαφορετικά ανάλογα με το επιστημονικό πεδίου και τη χρονική στιγμή που αυτή εξετάζεται ως έννοια. [Das, 1994], [Nilsen, 2006]. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα κατά τον Azuma είναι μία παραλλαγή των Εικονικών Περιβαλλόντων (Virtual Environments, VE) ή κοινώς της Εικονικής Πραγματικότητας (VR). Οι τεχνολογίες Εικονικών Περιβαλλόντων εμβυθίζουν ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 24

25 πλήρως τον χρήστη μέσα σε ένα συνθετικό περιβάλλον. Ενώ είναι εμβυθισμένος, ο χρήστης δεν μπορεί να δει τον πραγματικό κόσμο γύρο του. Αντίθετα, η Επαυξημένη Πραγματικότητα επιτρέπει στον χρήστη να δει τον πραγματικό κόσμο σε συνδυασμό με εικονικά αντικείμενα που είναι υπερτιθέμενα ή συντιθέμενα με τον φυσικό κόσμο. Επομένως, η ΑR συμπληρώνει την πραγματικότητα χωρίς να την αντικαθιστά πλήρως. την ιδανική περίπτωση, θα φαίνονταν στον χρήστη, ότι τα εικονικά και τα πραγματικά αντικείμενα συνυπάρχουν στον ίδιο χώρο [Azuma, 1997] ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η Επαυξημένη Πραγματικότητα συνδυάζει το πραγματικό περιβάλλον με ένα ιδεατό. την αντίληψη του χρήστη κυριαρχεί το πραγματικό περιβάλλον εμπλουτισμένο με στοιχεία που προέρχονται από ένα υπολογιστικό σύστημα. Ο στόχος της Επαυξημένης Πραγματικότητας είναι να προσθέσει πληροφορία και νόημα σε πραγματικά αντικείμενα ή στο περιβάλλον που αυτά βρίσκονται. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα κατά τον Azuma είναι μία παραλλαγή της Εικονικής Πραγματικότητας. Επειδή μερικοί ερευνητές συνδέουν άμεσα την Επαυξημένη Πραγματικότητα με τις συσκευές απεικόνισης και ειδικά με τα HMDs), ο Azuma για να αποφύγει τον περιορισμό της έννοιας από ειδικές τεχνολογίες, ορίζει την Επαυξημένη Πραγματικότητα (AR) ως τα συστήματα εκείνα τα οποία έχουν τα ακόλουθα τρία χαρακτηριστικά, συνδυάζουν το πραγματικό με το εικονικό, είναι διαδραστικά σε πραγματικό χρόνο και καταγράφονται σε τρείς διαστάσεις. Αυτά τα χαρακτηριστικά επιτρέπουν την ευρύτερη χρήση τεχνολογιών για την ανάπτυξη της Επαυξημένης Πραγματικότητας αλλά ταυτόχρονα επιτρέπουν και την ευρύτερη χρήση του όρου σε εφαρμογές σε κάθε επιστημονικό πεδίο. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 25

26 1.2.3 ΜΙΚΣΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ και ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Σο 1994, ο Milgram ορίζει το reality - virtuality continuum που σημαίνει το συνεχές πραγματικότητας - εικονικότητας. Θεωρείται ως μια συνεχής γραμμή με δύο άκρα. το ένα άκρο βρίσκεται το πραγματικό περιβάλλον και στο άλλο άκρο το πλήρες εικονικό περιβάλλον. Ανάμεσα στα δυο αυτά άκρα βρίσκονται οι αποχρώσεις της Μεικτής Πραγματικότητας (Mixed Reality, MR). Κοντά στο άκρο του πραγματικού περιβάλλοντος βρίσκεται η Επαυξημένη Πραγματικότητα, καθώς η βασική αντίληψη που μεταφέρεται προς τον χρήστη είναι αυτή του πραγματικού κόσμου, επαυξημένη με δεδομένα από το υπολογιστικό σύστημα. Κοντά στο άκρο του εικονικού περιβάλλοντος βρίσκεται η λεγόμενη Επαυξημένη Εικονικότητα (Augmented Virtuality, AV). Ο όρος δημιουργήθηκε από τον Milgram, και περιγράφει συστήματα τα οποία παρουσιάζουν κυρίως συνθετικές εικόνες με προσθήκη κάποιων στοιχείων από το πραγματικό περιβάλλον που προσδίδουν περισσότερη πιστότητα και ρεαλισμό. χήμα 1: Η Πραγματικότητα του Milgram. [Milgram et al, 1994]. την ταξινόμηση αυτή του Milgram παρατηρούμε ότι δεν υπάρχουν διακριτά σημεία όπου περνάμε από την μια κατηγορία ή έννοια στην άλλη, αλλά ο χώρος αντιμετωπίζεται ως συνεχής και η διάκριση γίνεται με βάση την ανάγκη της εκάστοτε εφαρμογής για την εισαγωγή εικονικών στοιχείων στο πραγματικό κόσμο. Όπως παρουσιάζεται στο συνεχές του Milgram, όσο μεταφερόμαστε από το πραγματικό στο εικονικό περιβάλλον, τόσο αυξάνεται αντίστοιχα και η ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 26

27 πληροφορία που προέρχεται από το υπολογιστικό σύστημα [Milgram et al, 1994]. Αυτό οδηγεί στο συμπέρασμα ότι, δεν είναι αναγκαία η μετάφραση και ψηφιοποίηση ολόκληρου του πραγματικού περιβάλλοντος σε εικονικό, αλλά μόνο των απαραίτητων στοιχείων κάθε φορά για την ανάπτυξη της κάθε εφαρμογής ΕΞΕΛΙΞΗ ΚΑΙ ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Ψς πρώτη εμφάνιση συστήματος Επαυξημένης Πραγματικότητας θα μπορούσε να θεωρηθεί το HMD του Ivan Sutherland στη δεκαετία του 60. Η συσκευή, όπως αναφέρθηκε, έδινε τη δυνατότητα στο χρήστη να δει εικονικά αντικείμενα σε συνδυασμό με πραγματικά αντικείμενα. [Sutherland, 1968]. Ψστόσο ο όρος Επαυξημένη Πραγματικότητα χρησιμοποιήθηκε από μια ομάδα ερευνητών της Boeing οι οποίοι χρησιμοποίησαν ειδικά διαγράμματα για να καθοδηγήσουν τους εργάτες στη συναρμολόγηση των ηλεκτρικών καλωδιώσεων των αεροσκαφών. τη δεκαετία του 80 η πολεμική αεροπορία των ΗΠΑ, ανάπτυξε μια εφαρμογή ΗUD (Head-Up Displays) στα μαχητικά αεροσκάφη, όπου ο πιλότος μπορεί να δει πάνω στο τζάμι του κράνους του κάποιες βασικές παραμέτρους της πτήσης, όπως η ταχύτητα, το υψόμετρο, ο στόχος και άλλα. Όλα αυτά τα κάνει χωρίς να χρειάζεται να μετακινήσει το κεφάλι του για να κοιτάξει τα ανάλογα όργανα και χωρίς ταυτόχρονα να χάνει τη οπτική επαφή με το περιβάλλον. Αξιόλογες προσεγγίσεις στη βιομηχανία έγιναν με την επισκευή ενός φωτοτυπικού μηχανήματος το 1993 [Feiner et al, 1993], την προσπάθεια της εφαρμογής ενός εγχειριδίου συναρμολόγησης το 1997 [Sharma & Molineros, 1997] και την τοποθέτηση μιας κλειδαριάς σε πόρτα αυτοκινήτου το 1998 [Reiners & Stricjer et al, 1998]. Σο 1998, στη βιομηχανία αεροσκαφών, οι εργάτες καθοδηγούμενοι από τις πληροφορίες και τις εικόνες που πρόβαλε ένα υπολογιστικό σύστημα, συναρμολόγησαν με ακρίβεια, ταχύτητα και ποιότητα τις ηλεκτρικές καλωδιώσεις του Eurofighter [Curtis, Mizell, et al., 1998]. Λόγω της αποδοχής που έτυχε η συγκεκριμένη εφαρμογή οδήγησε και σε αντίστοιχες ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 27

28 εφαρμογές πάντα στο χώρο της αεροναυπηγικής. Σο 2000 παρουσιάζεται το ερευνητικό πρόγραμμα ARVIKA, Augmented Reality for Development, Production, and Service [Wohlgemuth & Triebfürst, 2000], για τη χρήση της Επαυξημένης Πραγματικότητας ως την τεχνολογία για τη μελέτη και εφαρμογή μιας ανθρωποκεντρικής εφαρμογής που θα υποστηρίζει την ανάπτυξη, παραγωγή και επισκευή σύνθετων τεχνικών προϊόντων και συστημάτων. Σο 2003 παρουσιάζεται ένα σύστημα για εκπαίδευση και υποστήριξη σε βιομηχανικό περιβάλλον An Augmented Reality System for Training and Assistance to Maintenance in the Industrial Context [Schwald & Laval, 2003]. Επίσης το 2003 παρουσιάζεται το ARsembly Augmented Reality (AR) for Assembly Processes Design and Experimental Evaluation [Wiedenmaier et al, 2003]. το ερευνητικό αυτό έργο αναπτύσσεται μια νέα εφαρμογή που χρησιμοποιεί την τεχνολογία της Επαυξημένης Πραγματικότητας για να βοηθήσει μη εξειδικευμένο προσωπικό να συναρμολογήσει μηχανολογικό εξοπλισμό. Για την ανάπτυξη αυτών των εφαρμογών έχουν αναπτυχθεί αντίστοιχα λογισμικά. Ενώ αρχικά τα λογισμικά ήταν εξειδικευμένα και το κάθε ένα απευθυνόταν σε συγκεκριμένη εφαρμογή, σήμερα αναπτύσσονται λογισμικά, ανοικτού κώδικα, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από πλήθος χρηστών και για πλήθος εφαρμογών. Ένα από τα πιο διαδεδομένα είναι το ARToolKit, ένα δωρεάν λογισμικό ανάπτυξης απλών AR εφαρμογών το οποίο αναπτύχθηκε από το HIT Lab της Νέας Ζηλανδίας. Σο συγκεκριμένο λογισμικό χρησιμοποιείται και στην παρούσα Διπλωματική Εργασία. Αναπτύχθηκε αρχικά από τον Δρ Hirokazu Kato και υποστηρίζεται από το Εργαστήριο Σεχνολογίας Διεπαφής Ανθρώπου (Human Interface Technology Laboratory) (HIT Lab) στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, (HIT Lab NZ) στο Πανεπιστήμιο Canterbury στην Νέα Ζηλανδία και στο ARToolworks Inc στο ιάτλ των ΗΠΑ. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 28

29 1.3 ΑΠΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η Απτή Επαυξημένη Πραγματικότητα (Tangible Augmented Reality-TAR) [Ulbricht, 2003], [Billinghurst, 2001], [Ishii, 1997], αποτελεί συνδυασμό ενός συστήματος Επαυξημένης Πραγματικότητας και μιας Απτής Διεπαφής Φρήστη (Tangible User Interface-TUI). Ο χρήστης διαδρά με εικονικά αντικείμενα μέσω χειρισμού πραγματικών αντικειμένων. Η αλληλεπίδραση με τα εικονικά αντικείμενα γίνεται κατά τον ίδιο ακριβώς τρόπο με τον οποίο γίνεται και η αλληλεπίδραση με τα πραγματικά ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ ΣΗ ΑΠΣΗ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Σα σημαντικότερα χαρακτηριστικά ενός συστήματος Απτής Επαυξημένης Πραγματικότητας είναι τα παρακάτω: Ο χρήστης χειρίζεται πραγματικά αντικείμενα για να αλληλεπιδράσει με τα εικονικά αντικείμενα. Και τα δύο χέρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αλληλεπίδραση (two-handed αλληλεπίδραση), από την στιγμή που ο χρήστης δεν κρατάει κάποια συσκευή στα χέρια του. Μπορούν οι χρήστες να χειριστούν πολλά αντικείμενα την ίδια στιγμή. Είναι δυνατή η συνεργασία ανάμεσα σε πολλούς χρήστες. 1.4 ΚΑΣΗΓΟΡΙΕ ΤΣΗΜΑΣΨΝ Όπως οι έννοιες της Εικονικής και της Επαυξημένης Πραγματικότητας προσεγγίζονται με διαφορετικούς ορισμούς, το ίδιο δύσκολα μπορεί να γίνει και μια ακριβής κατηγοριοποίηση των συστημάτων τους. Η κατηγοριοποίηση μπορεί να γίνει με διάφορα κριτήρια, αλλά η πλέον αποδεκτή είναι αυτή που χρησιμοποιεί το βασικότερο κριτήριο που είναι ο βαθμός εμβύθισης. Με βάση λοιπόν τον βαθμό εμβύθισης διακρίνονται οι ακόλουθες κατηγορίες : ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 29

30 1.4.1 ΕΠΙΣΡΑΠΕΖΙΑ ΤΣΗΜΑΣΑ - DESKTOP VR Σα επιτραπέζια συστήματα αποτελούν τις πιο διαδεδομένες εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας και θεωρούνται από πολλούς η φυσική συνέχεια των εφαρμογών πολυμέσων. Απαιτούν απλά την ύπαρξη ενός συμβατικού προσωπικού υπολογιστή. Η αρχή λειτουργίας των συστημάτων αυτών στηρίζεται στην μεταφορά του χρήστη στον εικονικό κόσμο μέσω μια συμβατικής οθόνης υπολογιστή. Η αλληλεπίδραση με τον εικονικό κόσμο επιτυγχάνεται συνήθως μέσω του ποντικιού (mouse), του πληκτρολογίου ή κάποιου συμβατικού Joystick. τη διεθνή βιβλιογραφία χαρακτηρίζονται και με τον όρο WoW (Window on a World) καθώς η οθόνης του υπολογιστή λειτουργεί σαν παράθυρο μέσω του οποίου ο χρήστης μεταφέρεται στον εικονικό κόσμο. Σα συστήματα desktop χαρακτηρίζονται από χαμηλό κόστος, εύκολη χρήση ακόμα και από μη εξοικειωμένους χρήστες και δυνατότητα χρησιμοποίησης τους από ένα ευρύ κοινό, καθώς δεν απαιτείται η ύπαρξη πολύπλοκου εξοπλισμού. Σο επίπεδο της εμβύθισης που παρέχουν στον χρήστη, είναι χαμηλό λόγω της χρησιμοποίησης απλών οθονών υπολογιστή. Ουσιαστικά δεν επιτυγχάνεται προβολή σε τρεις διαστάσεις αλλά δισδιάστατη προβολή τρισδιάστατων γραφικών υπολογιστή. Για το λόγο αυτό τα επιτραπέζια συστήματα χρησιμοποιούνται κυρίως από απλές εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας με χαμηλές απαιτήσεις εμβύθισης ΤΣΗΜΑΣΑ ΠΡΟΒΟΛΗ - PROJECTED VR Η τεχνολογία των συστημάτων προβολής βασίζεται στην προβολή εικόνων πάνω σε κινηματογραφικές οθόνες και προωθεί μια εμπειρία κατά την οποία ο χρήστης βρίσκεται έξω από τον φανταστικό κόσμο, αλλά επικοινωνεί με χαρακτήρα ή αντικείμενα του κόσμου. Φρησιμοποιώντας ένα ευρύ οπτικό πεδίο, τα projected συστήματα μπορούν να αυξήσουν την αίσθηση της εμβύθισης και την εμπειρία της παρουσίας του χρήστη στον εικονικό κόσμο. Είναι απαραίτητο όμως να γίνει βαθμονόμηση της εικόνας τόσο ως προς το σχήμα όσο και ως προς το μέγεθος της οθόνης, έτσι ώστε να αποτρέπονται φαινόμενα διαστρέβλωσης και συνεπώς ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 30

31 μείωσης της ποιότητας των προβαλλόμενων εικόνων. Γενικά, τα συστήματα προβολής παρέχουν μεγαλύτερη αίσθηση της παρουσίας από ότι τα επιτραπέζια συστήματα και καλύτερη αίσθηση του μεγέθους του εικονικού κόσμου. Σα projected συστήματα παρέχουν τη δυνατότητα ταυτόχρονης χρήσης από ένα μεγάλο αριθμό χρηστών, κάτι το οποίο τα καθιστά κατάλληλα για εφαρμογές εκπαίδευσης. Πολλοί συμμετέχοντες μπορούν να συγκεντρωθούν σε ένα δωμάτιο το οποίο μοιάζει με μια μικρή κινηματογραφική αίθουσα και να παρακολουθούν εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας σε μια μεγάλη, συνήθως καμπυλωτή, οθόνη σχηματίζοντας οπτική πολλών μοιρών ΤΣΗΜΑΣΑ ΕΜΒΤΘΙΗ - IMMERSIVE VR Σα συστήματα εμβύθισης αποτελούν την απόλυτη εμπειρία εικονικής πραγματικότητας, καθώς επιτρέπουν την πλήρη εμβύθιση του χρήστη στον εικονικό κόσμο. τις περιπτώσεις των συστημάτων αυτών, ο χρήστης δεν έχει απολύτως καμία οπτική επαφή με το φυσικό περιβάλλον, ενώ δεν είναι λίγες οι περιπτώσεις όπου επιτυγχάνεται η απόλυτη απομόνωση του χρήστη μέσω της διέγερσης και άλλων αισθήσεών του. Ο χρήστης αλληλεπιδρά με το σύστημα μέσω μιας σειράς από αισθητήρες και ευφυείς μονάδες εξόδου. ε ένα ιδανικό σύστημα εμβύθισης, όλες οι αισθήσεις του χρήστη θα πρέπει να τροφοδοτούνται από κατάλληλα ερεθίσματα, τα οποία αποτελούν προϊόν υπολογιστή. Οι απαιτήσεις σε πολύπλοκες περιφερειακές συσκευές αυξάνουν σημαντικά το κόστος της εφαρμογής και περιορίζουν τον αριθμό των πιθανών χρηστών. Από την πλευρά της σχεδίασης θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη και ο ανθρώπινος παράγοντας ΤΣΗΜΑΣΑ ΜΕΙΚΣΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ - MIXED REALITY (MR) Σα συστήματα μεικτής πραγματικότητας αποτελούν ένα συνεχές φάσμα που περιλαμβάνει τόσο εικονικά περιβάλλοντα όσο και Επαυξημένη ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 31

32 Πραγματικότητα. Η θέση ενός συστήματος στο φάσμα δηλώνει το επίπεδο της «εικονικότητας» του περιβάλλοντος. τα δύο άκρα βρίσκονται το «απολύτως εικονικό» και το «απολύτως φυσικό». Σο πλεονέκτημα των συστημάτων αυτών είναι ότι δεν απαιτείται η πλήρης ψηφιοποίηση του πραγματικού κόσμου αλλά μόνο των αντικειμένων που θα χρειαστεί. Βασικό μειονέκτημα είναι η δυσκολία ταύτισης των εικονικών με τα πραγματικά αντικείμενα. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 32

33 2. Η ΔΙΕΠΑΥΗ ΣΗΝ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΕΙΑΓΨΓΗ το κεφάλαιο αυτό εξετάζεται η διεπαφή ως μέσο επικοινωνίας του ανθρώπου με τον υπολογιστή. Γίνεται μια παρουσίαση της έννοιας και μια παρουσίαση των τεχνολογιών, των συσκευών και των λογισμικών που χρησιμοποιούνται για να επιτευχθεί. Η διεπαφή εξετάζεται και ως μέσο αλληλεπίδρασης αλλά και ως μέσο ανάδρασης. Ακολουθεί μια εκτενής αναφορά στην μεθοδολογία αξιολόγησης διεπαφών. 2.1 Η ΔΙΕΠΑΥΗ ΚΑΙ Ο ΡΟΛΟ ΣΗ Οι περισσότεροι άνθρωποι που έρχονται σε επαφή με ένα σύστημα ηλεκτρονικού υπολογιστή χρησιμοποιούν το πληκτρολόγιο, το ποντίκι, την οθόνη του υπολογιστή και ίσως έναν εκτυπωτή. Μπορεί να φαίνεται απλό και εύκολο για κάποιον που μεγαλώνει και εκπαιδεύεται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, αλλά στην ουσία διδάσκεται μια ολόκληρη διαδικασία για να μεταφράζει αυτό που θέλει να εκφράσει, σε κινήσεις και πράξεις που ουσιαστικά ο υπολογιστής θα καταλάβει. Σις περισσότερες φορές η επεξεργασμένη πληροφορία που παίρνουμε από τον υπολογιστή μοιάζει φυσική και λογική. Ο υπολογιστής δείχνει στην οθόνη ή εκτυπωμένο σε χαρτί το αποτέλεσμα μιας πράξης όπως θα μας το έδειχνε ένας φίλος μας. Τπάρχει όμως ο περιορισμός ότι το αποτέλεσμα δεν μπορεί να έρθει σε μας αλλά θα πρέπει εμείς να πάμε στον εκτυπωτή για να το δούμε. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε όμως για να εισάγουμε τα δεδομένα ώστε ο υπολογιστής να δώσει το αποτέλεσμα είναι αρκετές φορές εντελώς αφύσικη ως τρόπος επικοινωνίας και πολλές φορές εξαιρετικά δύσκολη ώστε να γίνεται μόνο από εκπαιδευμένους χρήστες. ήμερα που ο υπολογιστής είναι πανταχού παρών η διεπαφή εξελίσσεται σε τρόπο επικοινωνίας τόσο φυσικό που ως διαδικασία τείνει να γίνει αόρατη. Η εξέλιξη αυτή έρχεται κυρίως από την ανάπτυξη των συστημάτων Εικονικής και Επαυξημένης Πραγματικότητας όπου ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 33

34 η επικοινωνία μέσα στον εικονικό κόσμο είναι αναγκαίο να είναι η φυσικότερη δυνατή. τη συνέχεια θα εξετάσουμε τις βασικές τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται και μερικές συσκευές που αναπτύχθηκαν για την επίτευξη φυσικότερης διεπαφής. 2.2 ΦΡΗΗ ΣΕΦΝΟΛΟΓΙΨΝ Αρκετές τεχνολογίες χρησιμοποιήθηκαν και αναπτύχθηκαν για να υποστηρίξουν τις νέες εφαρμογές. ημαντική ανάπτυξη και εξέλιξη έχουμε στις εξής: Ανίχνευση : Σο σύστημα πρέπει να γνωρίζει τη θέση του χρήστη και των πραγματικών και εικονικών αντικειμένων για να συνθέτει σωστά το εικονικό περιβάλλον. Καταχώριση : Η καταχώριση δίδει το ρυθμό της εισαγωγής των δεδομένων στο σύστημα, της επεξεργασίας τους και απόδοσής τους ως συνολική εικόνα στο χρήστη. Απεικόνιση : Είναι ο τρόπος που αναλύεται και συνθέτεται η εικόνα ώστε να παρουσιάζει το πραγματικό και το εικονικό περιβάλλον ως φυσικό περιβάλλον στο χρήστη ΑΝΙΦΝΕΤΗ Η βασική πληροφορία που απαιτείται στις εφαρμογές Εικονικής Πραγματικότητας είναι η θέση και ο προσανατολισμός του χρήστη και των αντικειμένων που συνθέτουν τον εικονικό κόσμο. Η πληροφορία αυτή λαμβάνεται με τη βοήθεια των συσκευών ανίχνευσης. Οι κυριότερες συσκευές ανίχνευσης είναι οι ανιχνευτές κίνησης, οι ανιχνευτές κατεύθυνσης του ματιού και τα γάντια δεδομένων. Η εύρεση της θέσης σε ένα περιβάλλον πραγματοποιείται με τη χρήση του καρτεσιανού συστήματος συντεταγμένων x-yz σε σχέση με ένα σύστημα αναφοράς συντεταγμένων. Εκτός της θέσης των αντικειμένων στο χώρο είναι απαραίτητη και η εύρεση του προσανατολισμού ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 34

35 τους, ο οποίος γίνεται με τον καθορισμό τριών γωνιών στο καρτεσιανό σύστημα. Άρα βρισκόμαστε σε έναν κόσμο με έξι βαθμούς ελευθερίας και απαιτείται ο καθορισμός τους για την πλήρη περιγραφή του αντικειμένου. Οι βαθμοί ελευθερίας που παρέχει μια συσκευή εισόδου είναι ο αριθμός των συγκεκριμένων, ανεξάρτητων τρόπων με τους οποίους κινείται ένα σώμα στο χώρο και τους οποίους συλλαμβάνει η συσκευή [Bowman et al, 2004]. Ένας ανιχνευτής, συλλαμβάνει 3 τιμές θέσης (x,y,z) και 3 τιμές προσανατολισμού: την κλίση του σώματος ως προς το οριζόντιο επίπεδο (pitch), τη στροφή του προς τα αριστερά-δεξιά (yaw) και την κλίση ως προς το διαμήκη άξονα του ίδιου του σώματος (roll) [Dix et al, 1993]. χήμα 2 : Αναπαράσταση βαθμών ελευθερίας σε ένα σύστημα ανίχνευσης [Dix et al, 1993]. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 35

36 ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ Ένα σύνολο χαρακτηριστικών πρέπει να ληφθεί υπόψη προκειμένου για να αξιολογηθεί η απόδοση των συστημάτων ανίχνευσης που είναι διαθέσιμα σήμερα [Holloway, 1993]. Αυτά τα χαρακτηριστικά παραθέτονται παρακάτω: ρυθμός ανανέωσης: ο ρυθμός με τον οποίο οι μετρήσεις θέσης και προσανατολισμού αναφέρονται από τον ανιχνευτή στον υπολογιστή. καθυστέρηση: ο χρόνος που παρέρχεται από τη στιγμή που ένας χρήστης κάνει μια μετακίνηση στον πραγματικό κόσμο μέχρι τα δεδομένα του ανιχνευτή να ληφθούν από τον υπολογιστή. ακρίβεια: το ποσοστό λάθους στις μετρήσεις. υνήθως ορίζεται ως όριο στο μέγεθος του λάθους ή ως μέσο ποσοστό λάθους. ανάλυση: η μικρότερη αλλαγή της θέσης και του προσανατολισμού που μπορεί να μετρηθεί από τον ανιχνευτή. απόλυτη - σχετική ανίχνευση: Οι ανιχνευτές μπορούν να αναφέρουν αλλαγές με βάση ένα απόλυτο σημείο συντεταγμένων ή να αναφέρουν αλλαγές με βάση την τελευταία θέση (σχετικές συντεταγμένες). ακτίνα: το βεληνεκές ή αλλιώς η ακτίνα δράσης μέσα στην οποία μπορεί ο ανιχνευτής να μετρήσει την θέση και τον προσανατολισμό με την αρχικές τιμές ακρίβειας και ανάλυσης. μέγεθος - βάρος: το μικρό μέγεθος και βάρος παρέχει σημαντικές δυνατότητες και άνεση κατά τις μετρήσεις. ευρωστία: η συμμόρφωση του συστήματος ανίχνευσης σε περιβαλλοντικούς παράγοντες. ενσύρματοι ασύρματοι ανιχνευτές: η χρήση ασύρματων αισθητήρων συμβάλει στην άνεση και την ελευθερία κίνησης. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 36

37 ΚΑΣΗΓΟΡΙΕ ΤΣΗΜΑΣΨΝ ΑΝΙΦΝΕΤΣΨΝ ΚΙΝΗΗ Σα κυριότερα συστήματα ανίχνευσης κίνησης που έχουν αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια είναι : Οι μαγνητικοί ανιχνευτές : Αποτελούνται από ένα στατικό τμήμα, το οποίο ονομάζεται πομπός ή πηγή και από κινητά τμήματα, που ονομάζονται δέκτες ή αισθητήρες. Κατά τη διαδικασία γίνεται μέτρηση της έντασης των μαγνητικών πεδίων που παράγονται στους δέκτες και καθορίζεται η θέση και ο προσανατολισμός του ανιχνευόμενου αντικειμένου. Οι μαγνητικοί ανιχνευτές έχουν χαμηλό κόστος και υψηλή ακρίβεια αλλά δέχονται παρεμβολές από μεταλλικά αντικείμενα και έχουν περιορισμένη ακτίνα δράσης [Rolland 2000, Bhatnagar 1993]. Οι μηχανικοί ανιχνευτές : Αποτελούνται από ένα σύνολο συνδεδεμένων άκαμπτων στελεχών που συνδέονται μεταξύ τους μέσω αρθρώσεων. Μετρούν τη θέση και τον προσανατολισμό ενός αντικειμένου που είναι συνδεμένο με το τέλος ενός κινητού μηχανικού βραχίονα. Σα πλεονεκτήματα των μηχανικών συστημάτων ανίχνευσης είναι η υψηλή ακρίβεια και ανάλυση και η μικρή καθυστέρηση ενώ τα μειονεκτήματα είναι το αυξημένο βάρος και η μικρή ακτίνα δράσης [Menache 2000],[Furniss 1999]. Οι ακουστικοί ανιχνευτές : χρησιμοποιούν κύματα υπερήχων και ένα σύνολο από πομπούς και δέκτες για να καθορίσουν τη θέση και τον προσανατολισμό αντικειμένων στο χώρο. Έχουν αναπτυχθεί δύο συστήματα ακουστικών ανιχνευτών. το πρώτο οι ανιχνευτές υπολογίζουν το χρόνο ανάκτησης του σήματος. Ένα σύστημα αποτελείται από τρεις συσκευές αποστολής σημάτων (πομπούς) και τρεις αισθητήρες (δέκτες). Οι πομποί εκπέμπουν ήχους σε γνωστούς από το σύστημα χρόνους. Μετρώντας τον χρόνο άφιξης των ήχων στους αισθητήρες, το ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 37

38 σύστημα μπορεί να καθορίσει το χρονικό διάστημα που πήρε για τους ήχους η διαδρομή, από το στόχο στους αισθητήρες, και να υπολογίσει την απόσταση από το στόχο σε κάθε ένα από αυτούς. το δεύτερο υπολογίζεται η διαφορά φάσης του ανακτώμενου σήματος από ένα σήμα αναφοράς. Λειτουργεί με τη μέτρηση της διαφοράς φάσης μεταξύ κυμάτων που εκπέμπονται από έναν πομπό στο στόχο και κυμάτων που εκπέμπονται από έναν πομπό σε κάποιο σημείο αναφοράς. Σα πλεονεκτήματα των ακουστικών ανιχνευτών είναι το χαμηλό κόστος, και το μικρό βάρος ενώ τα μειονεκτήματα ο χαμηλός ρυθμός ανανέωσης, η επιρροή από περιβαλλοντικούς παράγοντες και η μικρή ακτίνα δράσης. Οι οπτικοί ανιχνευτές : Φρησιμοποιούν είτε Laser, όπου η θέση και ο προσανατολισμός του αντικειμένου υπολογίζεται μέσα από ανάλυση της παραγόμενης εικόνας, είτε βασίζονται στην αναγνώριση προτύπων, είτε αποτελούνται από φωτεινές πηγές τύπου LED (Light-Emitting Diode) και κάμερες. Η οπτική ανίχνευση που βασίζεται στην αναγνώριση συμβόλων αποτελεί μια οικονομική και προσιτή λύση καθώς δεν απαιτείται περίπλοκος εξοπλισμός. Η ανίχνευση πραγματοποιείται μέσω μια κάμερας για την λήψη της εικόνας ενώ με τη βοήθεια κατάλληλου λογισμικού γίνεται η επεξεργασία της. Σα κυριότερα πλεονεκτήματα των οπτικών ανιχνευτών είναι μεγάλη ακτίνα δράσης και η μικρή καθυστέρηση ενώ τα μειονεκτήματα είναι η εξάρτηση από την πηγή φωτός και η δυσανάλογη αύξηση του κόστους σε σχέση με την αύξηση της απόστασης. Οι αδρανείς ανιχνευτές : Φρησιμοποιούν ακίνητες συσκευές μέτρησης θέσης και προσανατολισμού. Βασίζονται σε μετρητές γραμμικής ταχύτητας και δίνουν με καλή ακρίβεια τον προσανατολισμό των αντικειμένων αλλά όχι και τη θέση τους στο χώρο. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 38

39 Οι υβριδικοί ανιχνευτές : υνδυάζουν περισσότερες από μία τεχνολογίες ανίχνευσης. Έτσι, επιτυγχάνουν μείωση της καθυστέρησης και αύξηση της ακρίβειας, αντισταθμίζοντας τις αδυναμίες μιας τεχνολογίας με τα πλεονεκτήματα της άλλης. Βασικό πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα να ενσωματώσουν την τεχνολογία του παγκόσμιου συστήματος εντοπισμό θέσης (GPS - Global Positioning Systems) που χρησιμοποιείται από κοινού με ταχύμετρα ή γυροσκόπια για την ανίχνευση σε μεγάλα, υπαίθρια περιβάλλοντα επαυξημένης πραγματικότητας, όπου είναι αδύνατο να τοποθετηθούν πηγές ή δέκτες [Bowman et al., 2004]. Μειονέκτημα των υβριδικών συσκευών είναι το γεγονός ότι ο συνδυασμός διαφορετικών τεχνολογιών αυξάνει την περιπλοκότητά τους. Οι ανιχνευτές κατεύθυνσης του ματιού : Καθορίζουν την κατεύθυνση στην οποία κοιτά ο χρήστης και χαρακτηρίζονται ως πλήρως παθητικές συσκευές εισόδου. Η συσκευή στέλνει μια χαμηλής ισχύος ακτίνα λέιζερ στο μάτι η οποία ανακλάται από τον κερατοειδή χιτώνα και ανιχνεύεται από μια κάμερα. Καθώς αλλάζει η γωνία του ματιού, η ανάκλαση μεταβάλλεται και έτσι εξακριβώνεται η κατεύθυνση του ματιού. Βασικό μειονέκτημα είναι το υψηλό κόστος. Τα γάντια δεδομένων : Με αισθητήρες προσαρμοσμένους πάνω στο γάντι που φορά ο χρήστης έχουν τη δυνατότητα να αποδώσουν πλήρως τη θέση του χεριού και των κινήσεών του ΚΑΣΑΦΨΡΗΗ Η βασική αρχή είναι ότι τα αντικείμενα του πραγματικού κόσμου και του εικονικού κόσμου πρέπει να τοποθετηθούν με τέτοιο τρόπο ώστε να δημιουργούν την αίσθηση ότι συνυπάρχουν. Ενώ στην Εικονική Πραγματικότητα μπορούμε εύκολα να το πετύχουμε και τα σφάλματα είναι δύσκολα αντιληπτά, στη Επαυξημένη Πραγματικότητα η διαδικασία είναι σαφώς πιο δύσκολη. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 39

40 ΦΑΡΑΚΣΗΡΙΣΙΚΑ τη διαδικασία της καταχώρισης πρέπει να λάβουμε υπόψη τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: γωνιακή ακρίβεια : είναι η γωνία με την οποία το ανθρώπινο οπτικό σύστημα αντιλαμβάνεται τα αντικείμενα [Jaine, 1989]. χρόνος απόκρισης : είναι ο χρόνος που χρειάζεται το σύστημα να αναλύσει και να τοποθετήσει το αντικείμενο στη σωστή θέση. οπτική σύλληψη : είναι η τάση του εγκεφάλου να θέτει ως προτεραιότητα τα μηνύματα της όρασης σε σχέση με τα μηνύματα των άλλων αισθήσεων [Welch, 1978]. την εικονική πραγματικότητα, όταν γίνεται χρήση κράνους (HMD) και όλος ο πραγματικός κόσμος ψηφιοποιείται και παρουσιάζεται μέσα από το κράνος, υπάρχει περίπτωση η εικονική θέση των μελών του σώματος του χρήστη να διαφέρει κατά μερικά χιλιοστά από την πραγματική θέση τους, χωρίς αυτό να γίνεται άμεσα αντιληπτό. την επαυξημένη πραγματικότητα το ίδιο λάθος γίνεται άμεσα αντιληπτό. Η ύπαρξη λαθών που δημιουργούν ανακολουθίες μεταξύ των αισθήσεων, πέρα από το λανθασμένο χειρισμό των πραγματικών και εικονικών αντικειμένων μπορεί να οδηγήσει σε ναυτία [Pausch, 1992] ΑΠΕΙΚΟΝΙΗ Η ποιότητα της απεικόνισης του εικονικού κόσμου στον πραγματικό και η μέθοδος που ακολουθείται για να επιτευχθεί, παίζει μεγάλο ρόλο για το αποτέλεσμα που αντιλαμβάνεται ο χρήστης. Ο τρόπος απεικόνισης ποικίλει ανάλογα με την εφαρμογή. Διακρίνονται τρεις κατηγορίες συστημάτων απεικόνισης με βάση την τεχνική που χρησιμοποιούν. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 40

41 ΚΑΣΗΓΟΡΙΕ ΤΣΗΜΑΣΨΝ Για την απεικόνιση των γραφικών χρησιμοποιούνται συστήματα, τα οποία διακρίνονται με βάση την τεχνική που χρησιμοποιούνται. Οι τρεις βασικές κατηγορίες είναι οι εξής: οπτικά (optical see-through): τα συστήματα οπτικής διαφάνειας είναι εν μέρει διαφανή και αποτελούνται από έναν οπτικό συνδυασμό εικονικού και πραγματικού. Σο βασικό πλεονέκτημα τους είναι ότι ο χρήστης μπορεί να δει τον πραγματικό κόσμο απευθείας. βίντεο (video see-through): τα συστήματα βίντεο αποτελούνται από μια αδιαφανή οθόνη ευθυγραμμισμένη οπτικά με μια κάμερα καταγραφής βίντεο. Με την προβολή των δεδομένων από την κάμερα προβάλλεται ο πραγματικός κόσμος μέσω της οθόνης. Βασικό πλεονέκτημα είναι ότι με μέθοδο χρόνο-καθυστέρησης και την ενσωμάτωση των γραφικών σε κάθε frame του βίντεο επιτυγχάνεται η σωστή καταχώριση ακόμα και αν τα δεδομένα από την ανίχνευση εμπεριέχουν σφάλματα. προβολής (projection-based): τα συστήματα προβολής χρησιμοποιούν ως οθόνη τον πραγματικό κόσμο, προβάλλοντας σε αυτόν γραφικά. Βασικό πλεονέκτημα είναι ότι η τεχνική αυτή προσφέρει στο χρήστη ένα ευρύ οπτικό πεδίο. 2.3 ΤΚΕΤΕ Οι απαιτήσεις της εικονικής πραγματικότητας στους τομείς της εμβύθισης και της αλληλεπίδρασης οδηγούν στη ανάπτυξη περιφερειακών συσκευών με σημαντικές διαφορές από αυτές των παραδοσιακών δισδιάστατων συστημάτων. Ο εξοπλισμός αυτός διακρίνεται στις μονάδες εισόδου, δηλαδή στις συσκευές οι οποίες είναι υπεύθυνες για την αλληλεπίδραση με το χρήστη, και στις μονάδες εξόδου οι οποίες χρησιμοποιούνται για την επίτευξη της αίσθησης της εμβύθισης. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 41

42 2.3.1 ΤΚΕΤΕ ΕΙΟΔΟΤ Οι μονάδες εισόδου καθορίζουν την επικοινωνία του χρήστη με το σύστημα. Από το 1993 ο Bryson εστίασε στην ανάγκη της φυσικής αλληλεπίδρασης [Bryson, 1993]. Παρότι η τεχνολογία έκανε άλματα τα τελευταία χρόνια, μέχρι σήμερα δεν έχουν αναπτυχθεί συσκευές σε εμπορική κλίμακα. Ο πιο απλός τρόπος αλληλεπίδρασης του χρήστη με το εικονικό περιβάλλον εξακολουθεί να γίνεται με το πληκτρολόγιο και το ποντίκι. Οι συσκευές αυτές αν και χρησιμοποιούνται για δισδιάστατες εφαρμογές ωστόσο με τη βοήθεια κατάλληλου λογισμικού επιτρέπουν την πλοήγηση του χρήστη στις τρεις διαστάσεις καθώς επίσης και την αλληλεπίδραση με αντικείμενα του εικονικού κόσμου. Οι κυριότεροι λόγοι χρήσης αυτών των συσκευών είναι το χαμηλό κόστος κατασκευής και ο βαθμός εξοικείωσης της συντριπτικής πλειοψηφίας των χρηστών με αυτές. Οι δυνατότητες επικοινωνίας του χρήστη με το σύστημα είναι σαφώς περιορισμένες και απέχουν από ένα φυσικό τρόπο αλληλεπίδρασης. Αυτό οδήγησε στην ανάγκη σχεδίασης ειδικών συσκευών που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη πιο φυσικής διεπαφής. Σέτοιες συσκευές είναι: το γάντι δεδομένων, το τρισδιάστατο ποντίκι, το χειριστήριο, το ραβδί, η μπίλια, η ειδική γραφίδα Επίσης χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο τα μικρόφωνα για φωνητικές εντολές. Από τις συσκευές εισόδου που αναπτύχθηκαν για την Εικονική Πραγματικότητα, χαρακτηριστική είναι το γάντι δεδομένων. Φρησιμοποιούνται αισθητήρες για την ανίχνευση των πραγματικών κινήσεων του χεριού και των δακτύλων του ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 42

43 χρήστη. Σα δεδομένα που προκύπτουν από την ανίχνευση χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της εικονικής αναπαράστασης του χεριού και των κινήσεών του μέσα στο εικονικό περιβάλλον. Σο γάντι μοιάζει τόσο με το χέρι έτσι ώστε, ως μονάδα εισόδου θα μπορούσε να θεωρηθεί το ίδιο το χέρι [Crowley, 1995]. Όλες οι συσκευές που αναπτύχθηκαν υποστηρίζουν την κίνηση προς όλες τις κατευθύνσεις και χρησιμοποιούνται για πλοήγηση, χειρισμό εικονικών χειριστηρίων και αλληλεπίδραση με εικονικά αντικείμενα και μερικές φορές και με φυσικά αντικείμενα. ε ειδικές εφαρμογές χρησιμοποιούνται από κυλιόμενοι διάδρομοι μέχρι ολόκληρες καμπίνες που μπορούν να κινηθούν. Σέτοιου είδους απτικές συσκευής ενδυναμώνουν την εμπειρία εμβύθισης και δημιουργούν πιο αισθητές διεπαφές [McMurrey 2001]. Επίσης με την ανάπτυξη λογισμικών όπως το ARToolKit, ως συσκευές εισόδου θα μπορούσαν να θεωρηθούν και τα markers, τόσο στη δισδιάστατη όσο και στη τρισδιάστατη μορφή τους ΤΚΕΤΕ ΕΞΟΔΟΤ Οι μονάδες εξόδου μεταφέρουν τον εικονικό κόσμο στο χρήστη και καθορίζουν σε μεγάλο ποσοστό τον βαθμό εμβύθισης. Ο ανθρώπινος εγκέφαλος παίρνει τις περισσότερες πληροφορίες από την όραση. Έτσι και οι ερευνητές στράφηκαν στην βελτίωση της παρουσίασης της οπτικής πληροφορίας από τον υπολογιστή. ε συστήματα με μικρό βαθμό εμβύθισης η μονάδα εξόδου που κυριαρχεί είναι η συνηθισμένη οθόνη των υπολογιστών. Σα πλεονεκτήματά της είναι το πολύ χαμηλό κόστος σε σχέση με την πολύ καλή απόδοση των χρωμάτων. Όταν όμως θέλουμε να επιτύχουμε υψηλό επίπεδο εμβύθισης, χρησιμοποιούμε προβολικές συσκευές ή συσκευές κεφαλής (Head-Mounted Displays - HMDs). Οι προβολικές συσκευές προβάλουν την εικονική πληροφορία πάνω σε οθόνες ή και πάνω σε αντικείμενα. Όταν η πληροφορία προβάλλεται πάνω σε οθόνες έχουμε μεγάλο εύρος οπτικού πεδίου και επιτυγχάνεται μεγαλύτερη εμβύθιση. Οι φορετές συσκευές κεφαλής (HMDs) έχουν εξελιχθεί και μπορεί να είναι σαν τα ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 43

44 συνηθισμένα γυαλιά που φοράμε ή να έχουν τη μορφή κράνους. Σα γυαλιά (optical see-through displays) (Εικόνα 4) βασίζουν τη λειτουργία τους σε μια διαφανή οθόνη που επιτρέπει στον χρήστη να δει το πραγματικό περιβάλλον όπως είναι μέσα από αυτή και ταυτόχρονα προβάλλονται τα εικονικά αντικείμενα πάνω σε αυτήν την οθόνη. Εικόνα 4 : υσκευές Οπτικής Απεικόνισης Παράδειγμα Γυαλιών Σα κράνη (Εικόνα 5) βασίζουν τη λειτουργία τους σε δύο διαφορετικές οθόνες, μία για κάθε μάτι. Εικόνα 5 : υσκευές Οπτικής Απεικόνισης Παράδειγμα Υορετής υσκευής Κεφαλιού [Broll et al, 2004] ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 44

45 Η χρήση μιας οθόνης για κάθε μάτι αντίστοιχα επιτρέπει την στερεοσκοπική προβολή των αντικειμένων. Με τον τρόπο αυτό επιτυγχάνεται πολύ υψηλός βαθμός εμβύθισης. Επίσης, αναπτύσσεται μια τεχνική, γνωστή ως VRLD (Virtual Retinal Laser Display), με την οποία η εικόνα ουσιαστικά σχεδιάζεται απευθείας στον αμφιβληστροειδή του ανθρώπινου ματιού μέσω μιας ακτίνας λέιζερ (Εικόνα 6). Εικόνα 6 : υσκευές Οπτικής Απεικόνισης Παράδειγμα VRLD Εκτός από την όραση, σημαντική έρευνα έχει διεξαχθεί και για την δεύτερη πιο σημαντική αίσθηση, αυτή της ακοής καθώς θεωρείται ιδιαίτερα σημαντική για την επίτευξη της εμβύθισης. υνήθως χρησιμοποιούνται ακουστικά που παρέχουν στερεοφωνικό ήχο και είναι ενσωματωμένα στα κράνη. Με την ανάπτυξη των εφαρμογών Εικονικής Πραγματικότητας έγινε φανερή η ανάγκη της χρήσης της αφής για το φυσικότερο χειρισμό των εικονικών αντικειμένων. Σα απτικά συστήματα διακρίνονται κυρίως σε δύο κατηγορίες, στα συστήματα ανάδρασης δύναμης, με τα οποία ο χρήστης αντιλαμβάνεται δυνάμεις που ασκούνται ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του με το περιβάλλον και στα συστήματα απτικής ανάδρασης, στα οποία ο χρήστης νιώθει ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 45

46 στο δέρμα του ερεθίσματα, όπως η υφή ενός αντικειμένου ή η θερμοκρασία του. Η αίσθηση της όσφρησης αποτελεί σημαντικό ερευνητικό πεδίο καθώς αναπτύσσονται συσκευές που με την ανάμειξη αρχικών βασικών αρωμάτων προσπαθούν να προσεγγίσουν πραγματικά αρώματα. Σέλος η γεύση είναι η αίσθηση με την ελάχιστη ως μηδενική συμμετοχή στις προσπάθειες ανάπτυξης εικονικών κόσμων κυρίως λόγου της δυσκολίας σχεδίασης μιας ανάλογης μονάδας εξόδου, όταν η βασική αρχή για να γευτείς κάτι με φυσικό τρόπο είναι να το βάλεις στο στόμα ΠΛΕΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ ΚΑΙ ΜΕΙΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ ΣΨΝ ΤΚΕΤΨΝ ΕΙΟΔΟΤ ΚΑΙ ΕΞΟΔΟΤ Οι συσκευές εικονικής πραγματικότητας, όπως και οι περισσότερες συσκευές στην αρχή της ζωής τους ήταν μεγάλες, βαριές και είχαν τον χρήστη on plug συνδεδεμένο με το υπολογιστικό σύστημα λόγω της καλωδίωσής τους. Από τη στιγμή που θεωρήθηκε δεδομένη η χρησιμότητά τους και φανερώθηκε το πλήθος των εφαρμογών στις οποίες θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν, ξεκίνησε και η εργονομική σχεδίαση και κατασκευή τους. Έτσι φτάσαμε από το κράνος που κρεμόταν με δοκούς από την οροφή μιας αίθουσας, στη χρήση γυαλιών που δεν ζυγίζουν περισσότερο από τα συνηθισμένα. Η ανάπτυξη της ασύρματης επικοινωνίας σχεδόν εξαφάνισε την καλωδίωση και έδωσε μεγάλη ελευθερία κινήσεων στο χώρο. Οι κεντρικές μονάδες έχουν τεράστια ισχύ σε ελάχιστο μέγεθος και ικανοποιητική αυτονομία ώστε κάποια συστήματα να θεωρούνται πλήρως φορητά. Ανάλογα με την εφαρμογή που θέλουμε να υλοποιήσουμε, επιλέγουμε την κατάλληλη μέθοδο και συσκευή ώστε να εκμεταλλευτούμε τα πλεονεκτήματά της ή και να αποφύγουμε κάποια μειονεκτήματα που γενικά υπάρχουν. Ακολουθούν μερικά παραδείγματα των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων : ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 46

47 Η οπτική μίξη μέσω γυαλιών είναι απλούστερη και φθηνότερη ως κατασκευή, από τη μίξη δύο σημάτων βίντεο για τη χρήση μη διαφανούς κράνους. Η ψηφιοποίηση του πραγματικού κόσμου σε εικόνα είναι διαδικασία που απαιτεί τεράστια υπολογιστική ισχύ ή χρόνο. Άρα είναι δύσκολο να εφαρμοστεί σε φορητά συστήματα ή θα υπάρχει χρονική καθυστέρηση στην εικόνα που εμφανίζεται στο χρήστη από την στιγμή που την κατέγραψε το σύστημα. Με τα διάφανα συστήματα έχουμε μια φυσική εικόνα του πραγματικού κόσμου και μια αρκετά φυσική εικόνα των εικονικών αντικειμένων, κάτι που δεν μπορεί να αποδοθεί λόγω ανάλυσης όταν ψηφιοποιούμε τον πραγματικό κόσμο. τις μη διαφανείς συσκευές, επειδή ακριβώς ο πραγματικός κόσμος ψηφιοποιείται ακολούθως προστίθεται σε αυτόν η εικονική πληροφορία και στο τέλος παρουσιάζεται στο χρήστη, δεν υπάρχουν φαινόμενα καθυστέρησης ανάμεσα στον πραγματικό ψηφιοποιημένο κόσμο και την εικονική πληροφορία. τις διάφανες συσκευές, όπως τα γυαλιά, η αίσθηση του πραγματικού κόσμου είναι τόσο ισχυρή που είναι σχεδόν αδύνατο τα εικονικά αντικείμενα να ενσωματωθούν απόλυτα σε αυτόν. 2.4 Η ΔΙΕΠΑΥΗ Ψ ΜΕΟ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΗ ΚΑΙ ΑΝΑΔΡΑΗ Η παραδοσιακή αλληλεπίδραση ανθρώπου-υπολογιστή θέλει το χρήστη να κάθεται πίσω από το γραφείο του και να χρησιμοποιεί ένα πληκτρολόγιο ή ένα ποντίκι για να αλληλεπιδράσει με τον υπολογιστή. Η αλληλεπίδραση αυτής της μορφής δεν μπορεί να εφαρμοστεί σε όλα τα περιβάλλοντα εργασίας, αφενός γιατί ο χρήστης πρέπει να έχει συνεχώς μαζί του ένα πληκτρολόγιο και ένα ποντίκι (το γραφείο του), αφετέρου γιατί θα πρέπει να έχει τα χέρια του ελεύθερα για να μπορεί να τα χειριστεί. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 47

48 Ο υπολογιστής αντιμετωπίζεται ως ένα εργαλείο το οποίο παρέχει τις απαραίτητες πληροφορίες στο χρήστη. Αν ειδωθεί από μια διαφορετική οπτική θα μπορούσε να αντιμετωπισθεί ως ένας βοηθός ο οποίος μπορεί να παρέχει τις αντίστοιχες πληροφορίες. Ο πλέον φυσικός τρόπος για να λάβει ο χρήστης μια πληροφορία είναι να ρωτήσει και ο υπολογιστής να απαντήσει. Κρίνεται απαραίτητη η αλληλεπίδραση μεταξύ των χρηστών και των υπολογιστών μέσα σε πραγματικά ή εικονικά περιβάλλοντα με περισσότερο φυσικό και διαισθητικό τρόπο, και για το λόγο αυτό σήμερα στο επίκεντρο των ερευνών είναι η μεγιστοποίηση των φυσικών και διαισθητικών στοιχείων των διεπαφών. Κατά την αλληλεπίδραση του χρήστη με το υπολογιστικό σύστημα σημαντικό ρόλο παίζει η ανάδραση. Η ανάδραση δημιουργείται από το σύνολο των πληροφοριών που παρέχονται στο χρήστη από το σύστημα και τον πληροφορούν για την κατάσταση του συστήματος και την πρόοδο των εργασιών που εκτελούνται. την Εικονική και Επαυξημένη πραγματικότητα η ανάδραση εκτός από το σύνηθες οπτικό ή ακουστικό σήμα μπορεί να είναι απτικό ή οσφρητικό ερέθισμα. Η ανάδραση επιτρέπει στο χρήστη να αντιληφθεί ακριβώς τόσο την θέση του όσο και τις κινήσεις του μέσα στον εικονικό χώρο. Σα είδη της ανάδρασης που βασίζονται στο σύστημα είναι τα εξής: η αντιδραστική ανάδραση: περιλαμβάνει την οπτική, ηχητική, απτική και οσφρητική πληροφορία που παράγεται από την αλληλεπίδραση. η ενόργανη ανάδραση: παράγεται από τα εργαλεία και τα χειριστήρια της διεπαφής. η λειτουργική ανάδραση: το αποτέλεσμα των ενεργειών του χρήστη που λαμβάνει από το σύστημα. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 48

49 Η ανάδραση δύναμής μέχρι σήμερα δεν επιτυγχάνεται ικανοποιητικά, καθώς είναι δύσκολο στα υφιστάμενα συστήματα να αποδώσουν ιδιότητες όπως φορτίο, βάρος, αντίσταση κλπ. Για να είναι επιτυχής η ανάδραση πρέπει να δημιουργείται μια συμφωνία στο χώρο και τον χρόνο. Η συμφωνία στο χώρο απαιτεί την κίνηση των εικονικών αντικειμένων σύμφωνα με την κίνηση των συσκευών χειρισμού τους. Η συμφωνία στο χρόνο απαιτεί την ανάδραση του συστήματος χωρίς καθυστέρηση και πάντως σε καμία περίπτωση με τόση καθυστέρηση που να δημιουργεί σύγχυση στο χρήστη για την ακρίβεια των εντολών που έδωσε. 2.5 ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΑΙ ΦΕΙΡΙΜΟ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΨΝ Η επιλογή και ο χειρισμός των αντικειμένων αποτελούν βασική λειτουργία του χρήστη τόσο στον πραγματικό όσο και στον εικονικό κόσμο. τον πραγματικό κόσμο, το ανθρώπινο χέρι είναι ένα εργαλείο με το οποίο οι άνθρωποι μπορούν να χειρίζονται τα φυσικά αντικείμενα γρήγορα και με ακρίβεια και κατ επέκταση εκτελώντας τις περισσότερες φορές μη συνειδητή εργασία. τον εικονικό κόσμο ο αντίστοιχος χειρισμός αποτελεί αποτέλεσμα του χειρισμού των χειριστηρίων και σαφώς όλες τις φορές ο χρήστης εκτελεί μια συνειδητή εργασία. Ο όρος χειρισμός αναφέρεται σε οποιαδήποτε διαδικασία μεταχείρισης φυσικών αντικειμένων με ένα ή δυο χέρια. Ψς βασικές εργασίες χειρισμού ορίζονται οι εξής [Bowman et al., 2004]: επιλογή: είναι η εργασία απόκτησης ή καθορισμού ενός συγκεκριμένου αντικειμένου από ένα σύνολο διαθέσιμων αντικειμένων. τοποθέτηση: είναι η εργασία αλλαγής της θέσης ενός αντικειμένου. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 49

50 περιστροφή: είναι η εργασίας αλλαγής του προσανατολισμού ενός αντικειμένου Ο χειρισμός των αντικειμένων γίνεται με διάφορες τεχνικές. Οι πιο διαδεδομένες είναι : η τεχνική του εικονικού χεριού : Ο χρήστης μπορεί να επιλέξει και να χειριστεί τα τρισδιάστατα εικονικά αντικείμενα με τα χέρια του. Η θέση και ο προσανατολισμός του εικονικού χεριού καθορίζονται από τη θέση και τον προσανατολισμό της συσκευής εισόδου. Η τεχνική εικονικού χεριού αντιστοιχίζει την κίνηση του εικονικού χεριού στο εικονικό περιβάλλον στην κίνηση του χεριού του χρήστη. Για να επιτευχτεί αυτό χρησιμοποιείται ένας ανιχνευτής που φοριέται στο χέρι του χρήστη [Poupyrev & Kruijff, 2000]. ο επιτραπέζιος χειρισμός : είναι ο πιο διαδεδομένος χειρισμός λόγω του χαμηλού κόστους και της εξοικείωσης των χρηστών. Βασική συσκευή χειρισμού είναι το ποντίκι αλλά λόγο των περιορισμένων βαθμών ελευθέριας του το εικονικό αντικείμενο εκτελεί το πολύ δύο κινήσεις τη φορά. 2.6 ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΔΙΕΠΑΥΨΝ Η αξιολόγηση μιας διεπαφής έχει μεγάλη σημασία για την αποδοχή της από τους χρήστες. Η αξιολόγηση συνεπάγεται την ανάλυση, εκτίμηση και δοκιμή της διεπαφής. Ο κύριος στόχος της αξιολόγησης είναι ο προσδιορισμός των προβλημάτων ευχρηστίας που οδηγεί σε αλλαγές στη σχεδίαση της διεπαφής. Η χρονική στιγμή της αξιολόγησης παίζει σημαντικό ρόλο στο κόστος και την ανάπτυξη της διεπαφής καθώς μπορεί να εξελιχθεί σε μια κυκλική επαναληπτική διαδικασία. Ανάλογα με το είδος της διεπαφής ακολουθείται και διαφορετική μέθοδος ή συνδυασμός μεθόδων αξιολόγησης. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 50

51 2.6.1 Η ΕΝΝΟΙΑ ΣΗ ΕΤΦΡΗΣΙΑ Η εξέλιξη της τεχνολογίας των ηλεκτρονικών υπολογιστών οδήγησε στην είσοδο τους στην ανθρώπινη καθημερινότητα. Η σημασία της ευχρηστίας μεγαλώνει όσο αυξάνονται οι χρήστες των ηλεκτρονικών υπολογιστών και σαν αποτέλεσμα αυξαίνει και η ανάγκη διασφάλισής της. Για το λόγο αυτό προσδιορίζεται από διεθνή πρότυπα όπως το ISO , στα οποία αναφέρεται ότι : «ευχρηστία είναι η ικανότητα του συστήματος να εκπληρώνει τις προσδοκίες του χρήστη» «ευχρηστία είναι η έκταση στην οποία ένα προϊόν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από συγκεκριμένους χρήστες προκειμένου να πετύχουν συγκεκριμένους σκοπούς με αποτελεσματικότητα, αποδοτικότητα και σε ικανοποιητικό βαθμό, μέσα σε ένα συγκεκριμένου περιβάλλον χρήσης» «ευχρηστία είναι η δυνατότητα ενός προϊόντος να είναι αποτελεσματικό, αποδοτικό και να παρέχει υποκειμενική ικανοποίηση στους χρήστες του [Avouris, 2000]. Η ευχρηστία, ανεξαρτήτως ορισμού, αποτελεί μια από τις πιο σημαντικές παραμέτρους ποιότητας εφαρμογών αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή. Οι βασικές αρχές ευχρηστίας, σύμφωνα με τον [Dix et al., 1992] είναι : ευκολία εκμάθησης: η ευκολία με την οποία οι νέοι χρήστες μπορούν να ξεκινήσουν αποτελεσματική διόραση και να επιτύχουν μέγιστη απόδοση. ευελιξία: η πολλαπλότητα των τρόπων με τους οποίους μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορία ο χρήστης και το σύστημα. ευρωστία: το επίπεδο της υποστήριξης που παρέχεται από το σύστημα στο χρήστη για την επιτυχημένη επίτευξη και αποτίμηση των στόχων. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 51

52 Πέρα από τον ορισμό της ευχρηστίας, εξίσου σημαντικοί είναι και οι στόχοι της ευχρηστίας. υνήθως αφορούν ποσοτικοποιημένους δείκτες ευχρηστίας, οι οποίοι μετασχηματίζονται κατά τη φάση σύνταξης προδιαγραφών, βάση των οποίων αναπτύσσεται ένα νέο σύστημα [Avouris, 2000]. Οι δείκτες ευχρηστίας ενός συστήματος λογισμικού είναι οι κάτωθι [Nielsen & Mack, 1994]: ευκολία εκμάθησης χρήσης του υψηλή απόδοση εκτέλεσης έργου χαμηλή συχνότητα σφαλμάτων χρήστη και εύκολη ανάνηψη από αυτά ευκολία συγκράτησης της γνώσης χρήσης του υποκειμενική ικανοποίηση του χρήστη ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΕ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΔΙΕΠΑΥΨΝ Τπάρχουν διάφορες τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της ευχρηστίας ενός συστήματος. Ακολουθεί μία γενική αναφορά των τεχνικών αυτών ανάλογα με την πρόοδο της διαδικασίας ανάπτυξης του συστήματος, είτε βρίσκεται στη φάση σχεδίασης είτε στη φάση υλοποίησης. ευρετική αξιολόγηση (heuristic evaluation): είναι μία μέθοδος όπου τίθεται ένας αρχικός κανόνας και μέσα από τη διαδικασία οδηγούμαστε σε λήψη αποφάσεων στο σχεδιασμό του συστήματος. Για να εξαχθεί καλύτερο δυνατό αποτέλεσμα οι αξιολογητές θα πρέπει να είναι τουλάχιστον δύο. Η μέθοδος χρησιμοποιείται για την ανακάλυψη σχεδιαστικών ατελειών κατά την αρχική φάση σχεδιασμού ενός συστήματος. γνωστική περιδιάβαση (congnitive walkthrough): είναι μια μέθοδος όπου εξετάζετε η ευχρηστία του συστήματος όσον αφορά την ικανότητα του να βοηθήσει πρωτόπειρους χρήστες κατά τη φάση της διερευνητικής εκμάθησης της λειτουργίας του. Ο χρήστης ορίζει αρχικά τους στόχους του, εξερευνά τον τρόπο ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 52

53 διεπαφής ώστε να ανακαλύψει χειρισμούς που τον διευκολύνουν στους στόχους του, επιλέγει κατά τη γνώμη του τις πιο κατάλληλες ενέργειες και τις εκτελεί και τέλος, εκτιμά με βάση την απόκριση του συστήματος κατά πόσον επιτεύχθηκαν οι στόχοι. Η αξιολόγηση γίνεται συνήθως, στο εργαστήριο από ειδικούς. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στις αρχικές φάσεις ανάπτυξης και κατά την ολοκλήρωση του συστήματος. αξιολόγηση βασισμένη σε αναθεωρήσεις: είναι μια μέθοδος όπου ο αξιολογητής ανάλογα με τις ανάγκες του επιλέγει δεδομένα από υπάρχουσες αξιολογήσεις είτε με εμπειρικό είτε με πειραματικό τρόπο. Φρησιμοποιώντας ήδη αποδεκτά στοιχεία και προσθέτοντας πάνω σε αυτά τα δικά του συμπεράσματα αποσκοπεί στην μείωση του χρόνου αξιολόγησης [Dix et al., 1992]. αξιολόγηση με χρήση μοντέλων: είναι μια μέθοδος όπου, χρησιμοποιούνται γνωστά μοντέλα σχεδιασμού και γνωστικού αντικειμένου και με το συνδυασμό τους, ο αξιολογητής διακρίνει τις προδιαγραφές της σχεδίασης του συστήματος. Η μέθοδος στηρίζεται στην παραδοχή ότι ο χρήστης είναι έμπειρος και δεν κάνει σφάλματα κατά τη χρήση του συστήματος. Είναι ιδιαίτερα χρήσιμη για συγκριτική μελέτη μεταξύ προτεινόμενων εναλλακτικών σχεδιασμών ή για λεπτομερή ανάλυση συχνά επαναλαμβανόμενων εργασιών με στόχο τη βελτίωση τους [Dix et al., 1992]. διαμορφωτική αξιολόγηση (formative): είναι μια εμπειρική μέθοδος αξιολόγησης που βασίζεται στην παρατήρηση. Είναι η πιο κοινή μέθοδος για την αξιολόγηση διεπαφών και σε αυτή χρησιμοποιούνται αντιπροσωπευτικοί χρήστες που εκτελούν σενάρια εργασιών. Η μέθοδος αυτή διακρίνεται στην άτυπη αξιολόγηση η οποία παρέχει κυρίως ποιοτικά αποτελέσματα και στην τυπική αξιολόγηση η οποία παρέχει τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά αποτελέσματα. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 53

54 πειραματική αξιολόγηση: είναι μια εμπειρική μέθοδος αξιολόγησης που βασίζεται στο πείραμα, δηλαδή σε εργασία που λαμβάνει χώρα σε ελεγχόμενες συνθήκες και με επιλεγμένους συμμετέχοντες με στόχο συγκεκριμένο αποτέλεσμα. Ο αξιολογητής συνήθως έχει την ευθύνη επιλογής του χώρου, των συμμετεχόντων, των μεταβλητών που θα παρατηρηθούν και γενικά κάθε στοιχείου της αξιολόγησης. συμπερασματική ή αθροιστική αξιολόγηση (summative): η μέθοδος αυτή αφορά το ολοκληρωμένο σύστημα και γίνεται συνήθως πριν τεθεί σε λειτουργία, ώστε να μετρηθεί η ευχρηστία του είτε σε σύγκριση με άλλα ανταγωνιστικά συστήματα, είτε σε σχέση με τις προδιαγραφές ευχρηστίας ΣΕΦΝΙΚΕ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ Οι τεχνικές αξιολόγησης ποικίλουν και η αποτελεσματικότητά τους καθορίζεται κυρίως από τη φύση του συστήματος που πρόκειται να αξιολογηθεί, καθώς και το στάδιο (σχεδιασμός, υλοποίησης) στο οποίο εφαρμόζονται. Φαρακτηριστικές τεχνικές είναι οι : αναλυτικές τεχνικές: στηρίζονται σε θεωρητικά μοντέλα τα οποία προσομοιώνουν τη συμπεριφορά του χρήστη ή πρότυπα και κανόνες και για το λόγο αυτό μπορούν να χρησιμοποιηθούν στο εργαστήριο κατά τη φάση σύνταξης προδιαγραφών, χωρίς να απαιτείται η συμμετοχή των συστημάτων ή των χρηστών. Οι αξιολογητές μπορεί να είναι ειδικοί ευχρηστίας ή σχεδιαστές και μηχανικοί λογισμικού με ειδική εμπειρία. Οι μέθοδοι που ανήκουν στις αναλυτικές τεχνικές είναι η ευρετική αξιολόγηση, η γνωστική περιδιάβαση, η μέθοδος τυπικής εξέτασης, η πλουραλιστική περιδιάβαση, η επιθεώρηση χαρακτηριστικών γνωρισμάτων, οι επιθεωρήσεις συνέπειας και οι επιθεωρήσεις προτύπων. διερευνητικές τεχνικές: στηρίζονται σε διαδικασίες καταγραφής των απόψεων του χρήστη μέσω δομημένων συνεντεύξεων, ερωτηματολογίων, σύστασης ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 54

55 ομάδων αξιολόγησης από τους χρήστες, αναφορές συμβάντων εκ μέρους των χρηστών ή μέσω παρατήρησης των χρηστών στο χώρο που επιτελούν το έργο τους με τρόπους άμεσους ή έμμεσους. πειραματικές τεχνικές: στηρίζονται στην κατασκευή και αξιολόγηση των χαρακτηριστικών ή της συμπεριφοράς ενός πρωτότυπου ολοκληρωμένου συστήματος. Η αξιολόγηση μπορεί να γίνει είτε στο εργαστήριο είτε στο χώρο λειτουργίας του συστήματος και μπορούν να συμμετέχουν αντιπροσωπευτικοί χρήστες και ειδικοί ευχρηστίας λογισμικού. Η πλέον διαδεδομένη εργαστηριακή μέθοδος είναι το πρωτόκολλο εξωτερίκευσης σκέψης (think aloud protocol) ΜΕΣΡΙΚΕ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ Η γενική μετρική που χρησιμοποιείται κατά την αξιολόγηση είναι η ευχρηστία. Όμως, για πιο συγκεκριμένο προσδιορισμό της ευχρηστίας ενός συστήματος και ιδιαίτερα μιας διεπαφής, χρησιμοποιούνται πιο ειδικές μετρικές, όπως : μετρικές απόδοσης συστήματος : αναφέρονται στο μέσο ρυθμό ανανέωσης, τη μέση καθυστέρηση και την οπτική παραμόρφωση. Οι μετρικές αυτές είναι σημαντικές μόνο στο βαθμό που επηρεάζουν την εμπειρία του χρήστη ή την εκτέλεση των εργασιών, όπως το πλήθος των σφαλμάτων που κάνει ο χρήστης στην επιλογή ενός αντικειμένου από ένα σύνολο. Οι πιο σημαντικές μετρικές απόδοσης είναι η ταχύτητα και η ακρίβεια, λόγω του ότι, όταν η μία αυξάνεται η άλλη μειώνεται. Γι αυτό, πρέπει να δίνονται σαφείς οδηγίες στο χρήστη πώς να εκτελέσει μια εργασία, είτε όσο το δυνατόν πιο γρήγορα είτε με μεγαλύτερη ακρίβεια. υνήθως ζητείται από το χρήστη την πρώτη φορά να εκτελέσει μια εργασία όσο το δυνατόν πιο γρήγορα, τη δεύτερη όσο το δυνατόν με μεγαλύτερη ακρίβεια και την τρίτη επιδιώκοντας και τα δύο. μετρικές προτιμήσεων του χρήστη : αναφέρονται στην υποκειμενική αντίληψη του χρήστη για το σύστημα, όπως η ευκολία χρήσης, η ευκολία εκμάθησης, η ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 55

56 ικανοποίηση κτλ. Οι προτιμήσεις αυτές μετρώνται συνήθως με ερωτηματολόγια ή συνεντεύξεις ποσοτικά και ποιοτικά και συμβάλλουν στη συνολική ευχρηστία. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 56

57 3. Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΙ ΜΗΦΑΝΟΛΟΓΙΚΕ ΕΓΚΑΣΑΣΑΕΙ ΕΙΑΓΨΓΗ ε αυτό το κεφάλαιο γίνεται μια επισκόπηση εφαρμογών που αναπτύσσονται με χρήση τεχνολογίας Επαυξημένη Πραγματικότητας και έχουν πεδίο χρήσης την βιομηχανία και γενικότερα στη Μηχανολογία. Αναφέρεται ο τρόπος που εφαρμόζονται σε διαδικασίες συναρμολόγησης, επισκευής και συντήρησης σύνθετων ή περίπλοκων εγκαταστάσεων, μηχανισμών ή εξαρτημάτων. Αναλύεται η βοήθεια που προσφέρουν στους χρήστες, ο εξοπλισμός που απαιτείται και οι δυσκολίες που παρουσιάζονται. Δίνεται η αξία των εφαρμογών αυτών τόσο στη διαδικασία της ανάπτυξης όσο και στην υποστήριξη των προϊόντων στη διάρκεια της ζωής τους. Επίσης γίνεται μια εκτίμηση για την ευρύτερη χρήση των εφαρμογών αυτών. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα έχει βρει εφαρμογή σε πεδία όπως η Ιατρική [Figl, M., Birkfellner, W., et al,2001], [Schwald et al, 2002], η Πολιτιστική Κληρονομιά [Gleue & Daehne, 2001], οι Αρχιτεκτονικές Κατασκευές και η Βιομηχανική χεδίαση [Fiorentino, de Amicis et al, 2002]. Παρ ότι η ιδέα να χρησιμοποιηθεί η Επαυξημένη πραγματικότητα στους τομείς της Κατασκευής, της Τποστήριξης, της Επισκευής και της Εκπαίδευσης στο Βιομηχανικό Περιβάλλον είναι από το 1990 [Caudell & Mizell, 1992], μέχρι το 2003 δεν υπήρξαν εφαρμογές σε πραγματικά προϊόντα. Η καλύτερη προσέγγιση που έγινε μέχρι το 2003, ήταν το 1998 για την συναρμολόγηση και σύνδεση των ηλεκτρικών καλωδίων των κυκλωμάτων στη βιομηχανία των αεροσκαφών Eurofighter [Curtis, Mizell, et al, 1998]. Λόγω της αποδοχής που έτυχε η συγκεκριμένη εφαρμογή οδήγησε και σε αντίστοιχες εφαρμογές πάντα στο χώρο της αεροναυπηγικής το [Mizell, 2001]. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 57

58 Προσεγγίσεις στην κλασική βιομηχανία είχαν γίνει με την τοποθέτηση μιας κλειδαριάς σε πόρτα αυτοκινήτου το 1998 [Reiners, Stricjer et al, 1998], την επισκευή ενός φωτοτυπικού μηχανήματος το 1993 [Feiner et al, 1993] και με την προσπάθεια της εφαρμογής ενός εγχειριδίου συναρμολόγησης το 1997 [Sharma & Molineros, 1997]. 3.1 Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΗ ΒΕΛΣΙΣΟΠΟΙΗΗ ΣΗ ΤΝΑΡΜΟΛΟΓΗΗ ΚΑΙ ΣΗ ΤΝΣΗΡΗΗ Από το 1991 περίπου οι ερευνητές προσπαθούν συστηματικά να συνδέσουν το εικονικό και το πραγματικό περιβάλλον [Azuma, 1993],[ Feiner et al, 1993]. Οι περισσότερες από τις εφαρμογές που αναπτύχθηκαν υλοποιήθηκαν σε περιβάλλον εργαστηρίου. Για το λόγο αυτό δεν εφαρμόστηκαν στη βιομηχανία όπου το περιβάλλον σπάνια μοιάζει με του εργαστηρίου. τον τομέα της επισκευής και της συντήρησης και κυρίως γιατί αυτές οι διαδικασίες συμβαίνουν στο χώρο του πελάτη, ακολουθούνται οι παραδοσιακές τεχνικές. Τπάρχει μια κλιμάκωση της δυσκολίας των εργασιών και αντίστοιχα της ανάγκης τόσο του πιο εξειδικευμένου τεχνικού όσο και του τεχνικού εγχειριδίου. Όσο πιο περίπλοκες είναι οι εγκαταστάσεις τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάγκη υποστήριξης από τεχνικά εγχειρίδια. Έχει παρατηρηθεί επίσης ότι σε περίπλοκα συστήματα απαιτούνται πάνω από ένα εγχειρίδια. Οι σημερινές εταιρείες μηχανολογικού εξοπλισμού δραστηριοποιούνται σε παγκόσμιο επίπεδο. Είναι οικονομικά δυνατό να έχουν αντιπροσωπείες πωλήσεων στις περισσότερες χώρες, αλλά είναι δύσκολο να διατηρούν ταυτόχρονα και τμήμα επισκευής και συντήρησης και κυρίως επανδρωμένο με εξειδικευμένο προσωπικό. Λαμβάνοντας αυτά υπόψη για μικρής κλίμακας εργασίες ο πελάτης συνήθως υποστηρίζεται από έναν αναλυτικό οδηγό χρήσης και ένα τεχνικό εγχειρίδιο που ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 58

59 θα βοηθήσει του τοπικούς τεχνικούς να προχωρήσουν επιτυχώς σε εργασίες επισκευής συντήρησης. Για πιο σύνθετα προβλήματα ο πελάτης μπορεί να επικοινωνήσει με τον κατασκευαστή και μέσω της τεχνικής υποστήριξης που ο κατασκευαστής διαθέτει, θα εξυπηρετηθεί. Ένα σύστημα βασισμένο σε τεχνολογία Επαυξημένης Πραγματικότητας θα μπορούσε στο σημείο αυτό να καλύψει περιπτώσεις, που ο ειδικός τεχνικός του κατασκευαστή, για να δώσει λύση, θα πρέπει εκτός της περιγραφής του πελάτη να έχει και πραγματική εικόνα της εγκατάστασης. Ψς αποτέλεσμα, μια τέτοια εφαρμογή μπορεί να μεταφέρει τη γνώση και την εμπειρία του ειδικού μέσα στην εγκατάσταση. Ο σκοπός της Επαυξημένης Πραγματικότητας στη βελτίωση της συναρμολόγησης είναι να ερευνήσει τις δυνατότητες βελτίωσης των συναρμολογημάτων και να επιθεωρήσει την τελική ποιότητα. Μελετώνται οι τρόποι με τους οποίους η Επαυξημένη Πραγματικότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε έργα μεγάλης κλίμακας. Η βελτιστοποίηση σε έργα μεγάλης κλίμακας αφορά όλη τη διαδικασία παραγωγής και για το λόγο αυτό εξετάζεται όλη η σειρά, ξεκινώντας από τη διαδικασία της ανάπτυξης και την κατασκευή πρωτοτύπου μέχρι να περάσει στη σειρά παραγωγής. ε αυτή τη φάση η Επαυξημένη Πραγματικότητα επιτρέπει στους μηχανικούς να έχουν πρόσβαση σε παλαιότερη πληροφορία για τα εξαρτήματα που συναρμολογούν και τους δίνει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουν την πληροφορία αυτή και να δικαιολογήσουν οποιαδήποτε απόκλιση από τις προδιαγραφές με στόχο την βελτίωση. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα έχει ήδη χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία αεροσκαφών, για τη συναρμολόγηση της ηλεκτρικής καλωδίωσης και των ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 59

60 υδραυλικών σωληνώσεων του συστήματος νερού στην κατασκευή του Eurofighter. [Curtis, Mizell, et al., 1998]. Οι τεχνικοί έκαναν τη συναρμολόγηση ακλουθώντας τις εικονικές οδηγίες και βλέποντας τα εικονικά εξαρτήματα τοποθετημένα στη σωστή τους θέση. ε ότι αφορά στη συντήρηση, ο σκοπός είναι να δημιουργηθεί μια νέα υπηρεσία που να προσφέρει τις γνώσεις και την εμπειρία των ειδικών σε γεωγραφικά σημεία που οι ειδικοί είναι εξαιρετικά δύσκολο ή πολυδάπανο να βρεθούν. Η Παροχή της εξ αποστάσεως υποστήριξης μπορεί να ενισχυθεί με τη χρήση της Επαυξημένης Πραγματικότητας. Με τη βοήθεια της Επαυξημένης Πραγματικότητας μπορεί να γίνει βήμα προς βήμα η επιθεώρηση μιας εγκατάστασης και αντίστοιχα η συντήρηση ή επισκευή των επιμέρους μηχανημάτων ή εξαρτημάτων. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα παρέχει άμεσα πληροφορίες για το ιστορικό της εγκατάστασης, τις αναγκαίες εργασίες, την διαδικασία της διακοπής της λειτουργίας και της επανεκκίνησης. Επίσης και για κάθε επί μέρους μηχανισμό ή εξάρτημα μπορεί να παρέχει όλες τις πληροφορίες για την αποσυναρμολόγησή του την συντήρηση επισκευή του και την επανασυναρμολόγησή του. Παρακάτω αναλύεται η ανάγκη του να χρησιμοποιηθεί ένας άλλος τρόπος πέραν του έντυπου εγχειριδίου, ώστε να μπορεί ο χρήστης να έχει την πληροφορία που χρειάζεται, στο χώρο εργασίας του, αλλά και τα χέρια του ελεύθερα για να μπορεί να εργάζεται. Δηλαδή να μπορεί ο τεχνικός να έχει πρόσβαση στο εγχειρίδιο χωρίς τη χρήση των χεριών (Hands Free Documentation). 3.2 ΕΙΝΑΙ ΔΤΝΑΣΗ Η ΦΡΗΗ ΕΓΦΕΙΡΙΔΙΟΤ ΦΨΡΙ ΣΗ ΦΡΗΗ ΦΕΡΙΨΝ Σα εγχειρίδια λειτουργίας, επισκευής και συντήρησης είναι ο καλύτερος τρόπος για να ολοκληρωθεί σωστά και γρήγορα μια εργασία. Δυστυχώς σε κάποιες ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 60

61 περιπτώσεις, είναι αδύνατο να σταματήσουμε την εργασία για να συμβουλευθούμε το εγχειρίδιο. Σις περισσότερες φορές κατά τη διάρκεια της εργασίας και τα δύο χέρια είναι απασχολημένα. Είναι λίγες οι εργασίες που επιτρέπουν να έχουμε ένα χέρι ελεύθερο για να ανατρέξουμε σε ένα εγχειρίδιο, αλλά ακόμα και τότε το περιβάλλον στο οποίο βρισκόμαστε μπορεί να κάνει την κίνηση αυτή αδύνατη είτε γιατί είμαστε πολύ λερωμένοι για να πιάσουμε το εγχειρίδιο είτε γιατί χρησιμοποιούμε ειδικά γάντια που δεν μας επιτρέπουν τη χρήση του εγχειριδίου είτε γιατί είναι επικίνδυνο να αποσπάσουμε την προσοχή μας από το αντικείμενο ή τη μηχανή που χειριζόμαστε. [Ward & Novick, 2003] Η ΥΤΗ ΣΟΤ ΠΡΟΒΛΗΜΑΣΟ Έχουν γίνει πολλές μελέτες και έρευνα σχετικά με την πληροφόρηση χωρίς την χρήση των χεριών. Οι περισσότερες εφαρμογές βασίζονται σε συστήματα ομιλίας που έχουν χρήση σε περιβάλλοντα ιατρικής βοήθειας [Teel et al, 1998] ή για να βοηθήσουν άτομα με ειδικές ανάγκες [James, 2003]. Η πρόσβαση όμως σε ένα εγχειρίδιο είναι πολύ διαφορετική από την γενική πρόσβαση στην πληροφορία. την πρόσβαση στη πληροφορία έχουμε μια διαδικασία συνήθως σειριακή, η οποία ξεκινά από την αρχή και με μια διαδοχική σειρά βημάτων φθάνει σε αποτέλεσμα και στην επιτυχή ή μη ολοκλήρωση της διαδικασίας. Σα εγχειρίδια χρήσης, συντήρησης ή επισκευής συνήθως δεν συντάσσονται με μια σειριακή ακολουθία, αλλά ανά θεματικές ενότητες. Κατά τη χρήση του εγχειριδίου θα πρέπει να ανατρέξουμε σε διαφορετικά κεφάλαια και από το κάθε κεφάλαιο να βρούμε την παράγραφο ή το σχήμα που μας ενδιαφέρει Η ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ ΣΗ ΕΡΓΑΙΑ ΜΕ ΕΓΦΕΙΡΙΔΙΟ, ΜΕ ΦΡΗΗ ΦΕΡΙΨΝ Αν ένα εγχειρίδιο έχει συνταχθεί με μία πολύ αυστηρή σειρά για τη διαδικασία που πρόκειται να ακολουθηθεί θέτει το ακόλουθο πρόβλημα. Σι γίνεται στη ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 61

62 περίπτωση που ο χρήστης, επειδή η πρώτη φάση της διαδικασίας είναι απλή, δεν χρειάζεται να συμβουλευτεί το εγχειρίδιο; Θα πρέπει ο χρήστης να μπορεί να ανατρέξει στο εγχειρίδιο οποιαδήποτε στιγμή κατά τη διάρκεια της εργασία και χωρίς να είναι απαραίτητο να ακολουθεί τη σειρά του εγχειριδίου. Όμως γεννούνται τα ερωτήματα : Πώς θα καταφέρει χωρίς να χρησιμοποιεί τα χέρια του να βρει την πληροφορία που θέλει; Μπορεί να χρησιμοποιήσει την όρασή του ή την ομιλία του; Μπορεί να αξιοποιήσει την ακοή του; Θα καταλάβει το σύστημα τη φάση της εργασίας στην οποία βρίσκεται ο χρήστης ώστε να σταματήσει σε αυτή; Ποιος είναι ο τρόπος, ώστε το σύστημα να αρχίσει να δίνει τη σωστή πληροφορία στο χρήστη για τη συγκεκριμένη φάση της εργασίας; Θα καταλάβει πότε ο χρήστης προχωρά στην επόμενη φάση ώστε το σύστημα να ακολουθήσει; Ποιος είναι ο τρόπος ώστε ο χρήστης και το σύστημα να επιβεβαιώνουν ο ένας τον άλλο; ΦΕΔΙΑΣΙΚΟΙ ΠΕΡΙΟΡΙΜΟΙ ΓΙΑ ΣΗ ΦΕΔΙΑΗ ΕΝΟ ΤΣΗΜΑΣΟ ΦΨΡΙ ΦΕΡΙΑ Τπάρχουν τρείς βασικοί περιορισμοί για τη σχεδίαση ενός συστήματος χωρίς χέρια. Ο πρώτος και ο δεύτερος έχουν να κάνουν με το ποιές από τις αισθήσεις θα χρησιμοποιηθούν για την εισαγωγή των οδηγιών στο σύστημα και την εξαγωγή της πληροφορίας από αυτό. Ο τρίτος έχει να κάνει με την ενσωμάτωση της πληροφορίας που δίνει το σύστημα στο περιβάλλον εργασίας. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 62

63 Για τη εισαγωγή της πληροφορίας θα μπορούσαμε να χρησιμοποιήσουμε την ανίχνευση της κίνησης των ματιών, αλλά θα είναι πολύ δύσκολο όταν βρισκόμαστε σε ένα περιβάλλον όπου ο χρήστης αλλάζει διαρκώς θέσεις και το βλέμμα του είναι διαρκώς σε άλλα σημεία. Εφαρμογές όπως το ποντίκι που χειριζόμαστε με το πόδι βρίσκουν χρήση μόνο σε εργασίες γραφείου και υπό ειδικές συνθήκες [Oviatt et al, 1998]. Άρα οι τρόποι που απομένουν είναι ή η χρήση ενός φωνητικού συστήματος, η χρήση ειδικών σημείων στο περιβάλλον εργασίας που το σύστημα αυτόματα αναγνωρίζει ως σχήματα ή ως ετικέτες ή ένας συνδυασμός των δύο αυτών και η κατάδειξη με το χέρι μέσω αισθητήρων που προσαρμόζονται σε αυτό. Για την εξαγωγή της πληροφορίας μπορούμε να έχουμε την προβολή της πληροφορίας αλλά και την απόδοσή της ηχητικά. Η προβολή της πληροφορίας θα πρέπει να γίνεται με τέτοιο τρόπο ώστε να μην εμποδίζει ή ενοχλεί την καλή οπτική των αντικειμένων της εργασίας. Άρα η προβολή μπορεί να γίνει σε ένα συγκεκριμένο χώρο στο περιβάλλον εργασίας. Αυτό όμως απαιτεί την άρση του βλέμματος από το αντικείμενο της εργασίας. Η καλύτερη λύση με βάση την σημερινή τεχνολογία είναι η προβολή της πληροφορίας σε μια διάφανη οθόνη που προσαρμόζεται στο κεφάλι (Head Mounted Display HMD). Πριν καταλήξουμε στο ποια μέθοδος εισόδου και εξόδου είναι η πιο κατάλληλη θα πρέπει να δούμε κάποια από τα χαρακτηριστικά τους σε βάθος ΜΕΘΟΔΟΙ ΕΙΟΔΟΤ ΚΑΙ ΕΞΟΔΟΤ Ας εξετάσουμε λίγο αναλυτικότερα τις μεθόδους εισόδου και εξόδου. Η ομιλία ως μέθοδος εισόδου για ένα εγχειρίδιο χρήσης Η ομιλία είναι σαφώς ένας πολύ δυσκολότερος τρόπος εισαγωγής δεδομένων απ ότι το πληκτρολόγιο ή το ποντίκι. Με το πληκτρολόγιο γράφουμε προτάσεις ή ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 63

64 φράσεις που είτε ως μεμονωμένες λέξεις είτε ως ολόκληρες προτάσεις το σύστημα είναι εύκολο να τις αναγνωρίσει. Επίσης με το ποντίκι επιλέγουμε από ένα σύνολο επιλογών που είναι αυστηρά ορισμένες και υπάρχει μονοσήμαντη απάντηση αντίδραση του συστήματος για κάθε επιλογή. Αυτό κάνει την διαδικασία μιας εργασίας σαφώς ορισμένη και με πεπερασμένο πλήθος επιλογών. Η χρήση του ποντικιού και του πληκτρολογίου επίσης δεν επηρεάζεται από το περιβάλλον. Αυτό που πληκτρολογούμε είναι σαφές ανεξάρτητα από το αν ο χώρος έχει φασαρία, επικρατεί δυνατός άνεμος ή υπάρχουν παρεμβολές στα συστήματα ασύρματης επικοινωνίας. Για τα συστήματα που αντιλαμβάνονται την ομιλία και πρέπει να την αποκωδικοποιήσουν σε εντολές τα πράγματα είναι σαφώς πιο περίπλοκα. Τπάρχει μεγάλη διαφορά από τον τρόπο που δύο άνθρωποι προφέρουν μια λέξη τόση όσο και όταν ένας άνθρωπος προφέρει δύο διαφορετικές λέξεις. Ο τρόπος με τον οποίο ένας άνθρωπος μιλά μπορεί να διαφέρει από στιγμή σε στιγμή. Μερικές φορές μιλάμε μεγαλόφωνα και μερικές φορές χαμηλόφωνα. Μερικές φορές μιλάμε γρήγορα και μερικές φορές αργά. Μερικές φορές μιλάμε μακρόσυρτα ή μερικές φορές μιλάμε με μεγάλες παύσεις ανάμεσα στις λέξεις. Ακόμα και σε συστήματα που γίνεται παραμετροποίηση για να αντιλαμβάνονται ένα συγκεκριμένο χρήστη, το σύστημα δυσκολεύεται όταν αυτός είναι βραχνιασμένος ή για κάποιο λόγο αλλοιώνεται η φωνή του. Δεν πρέπει να αγνοήσουμε την διαφορετική διάλεκτο που υπάρχει από περιοχή σε περιοχή ή το πώς ένας χρήστης εργάζεται σε άλλη χώρα και δεν προφέρει την μητρική του γλώσσα. Ένα παράδειγμα που χρησιμοποιείται συχνά είναι η προφορά του Jimi Hendrix [Jurafsky & Martin, 2000] όπου το Scuse me while I kiss the sky, αποδιδόταν από το κοινό Scuse me while I kiss this guy μέχρι να διαβαστούν οι στίχοι. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 64

65 Σα συστήματα φτιάχνονται για να αναγνωρίζουν αυτό που οι γλωσσολόγοι ονομάζουν σωστή ομιλία. Επίσης αποδίδουν σωστά σε ένα ορισμένο εύρος ταχύτητας ομιλίας και έντασης φωνής. Όποιος έχει χρησιμοποιήσει λογογράφο θα έχει διαπιστώσει ότι θα πρέπει να κάνει μια σειρά ρυθμίσεων πέρα από τις προκαθορισμένες της εταιρείας για την ένταση της φωνής καθώς και για την απόσταση στην οποία θα τοποθετήσει το μικρόφωνο. Επιπρόσθετα ο θόρυβος του περιβάλλοντος επηρεάζει τη σωστή αντίληψη του συστήματος καθώς σε ιατρικές εφαρμογές σε ένα ήσυχο περιβάλλον τα συστήματα παρουσιάζουν ένα 90% επιτυχία ενώ σε θορυβώδη περιβάλλοντα το ποσοστό πέφτει στο 70% ~ 75% [Holzman, 2001]. Διαπιστώνουμε ότι ο τρόπος με τον οποίο πιστοποιείται η συμφωνία ανάμεσα στο χρήστη και στο σύστημα είναι σημαντικός. Αν γίνει μια ερώτηση στο σύστημα και το σύστημα δώσει μια εσφαλμένη ακουστική απάντηση θα πρέπει ο χρήστης να είναι ικανός να κατανοήσει το ορθό ή το λάθος της απάντησης. Αυτό σημαίνει ότι ο χρήστης θα πρέπει εκτός από την εργασία που έχει να κάνει θα πρέπει να δίνει προσοχή και στη λειτουργία του βοηθού. Αν το σύστημα επαναλάμβανε την ερώτηση και ζητούσε επιβεβαίωση με ένα ΝΑΙ ή ΟΦΙ δεν θα ήταν πιο αξιόπιστο; Αυτό μπορεί να διασφαλίζει την ορθότητα των απαντήσεων αν προσπαθείς να κλείσεις ένα ραντεβού σε Νοσοκομείο μέσω του τηλεφωνικού αριθμού 1535 για μια διαδικασία που θα κρατήσει από 3 έως 7 λεπτά, αλλά μπορεί να έχει πρακτική εφαρμογή όταν ο μηχανικός ζητά συνεχώς οδηγίες για μια διαδικασία που διαρκεί δύο ώρες; Αυτό οδηγεί στη σκέψη της χρήσης ενός περιορισμένου λεξιλογίου, όπως ακριβώς το λεξιλόγιο των γλωσσών προγραμματισμού. Η ομιλία ως μέθοδος εξόδου για ένα εγχειρίδιο χρήσης Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα που έχει η φωνητική απόδοση των οδηγιών είναι ότι στις περισσότερες εργασίες δεν απαιτείται η ακουστική ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 65

66 προσήλωση στη διαδικασία. Ένα από τα μεγαλύτερα μειονεκτήματα είναι ότι, πολλές φορές δεν μπορεί να αποδώσει την οδηγία που αποδίδει ένα σχήμα. Είναι γεγονός πάντως πως μπορεί να αποδώσει πολύ καλά οδηγίες σε σειριακή μορφή και είναι εύκολη η επανάληψη των τελευταίων οδηγιών ή μέρους αυτών, μέχρι αυτές να γίνουν αντιληπτές και κατανοητές από το χρήστη. Σο σύστημα μπορεί να διαβάσει και να αποδώσει πολλά εγχειρίδια με μεγάλη επιτυχία αν το περιβάλλον δεν είναι θορυβώδες και ο χρήστης αντιλαμβάνεται εύκολα τις φωνητικές οδηγίες. Η οθόνη προβολής ως μέθοδος εξόδου για ένα εγχειρίδιο χρήσης Σο εγχειρίδιο χρήσης συντήρησης ή επισκευής τις περισσότερες φορές είναι καλύτερα να είναι οπτικοποιημένο και να προβάλλεται σε μια οθόνη προβολής. Ο κυριότερος λόγος είναι ότι τις περισσότερες φορές οι οδηγίες συνοδεύονται από αναλυτικά σχήματα, τα οποία δεν μπορούν να αποδοθούν με λόγια. Η οθόνη προβολής μπορεί να βρίσκεται οπουδήποτε στο περιβάλλον της εργασίας αλλά αυτό σημαίνει ότι ο χρήστης πρέπει να αποσπάσει το βλέμμα του από το αντικείμενο στο οποίο εργάζεται. Τπάρχουν συστήματα με διαφανή οθόνη που προσαρμόζονται στο κεφάλι του χρήστη (HMD) και προβάλουν την πληροφορία επάνω στο οπτικό πεδίο του χρήστη, την ώρα που βλέπει το αντικείμενο. Αυτή η μέθοδος δημιουργεί ένα περιβάλλον Επαυξημένης Πραγματικότητας που βρίσκει εφαρμογή στην βιομηχανία κατασκευών [Doil et al, 2003] και έχει εφαρμοστεί με επιτυχία στην συνδεσμολογία της καλωδίωσης για το Eurofighter. Επίσης βρίσκει πρόσφορο έδαφος εφαρμογής στο χώρο της βιομηχανίας για την συναρμολόγηση αντικειμένων, την επιθεώρηση αυτών και της διαδικασίας συναρμολόγησής τους [Wohlgemuth & Triebfürst, 2000]. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 66

67 3.3 Η ΑΝΣΙΛΗΧΗ ΣΟΤ ΑΝΘΡΨΠΟΤ ΚΑΙ Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Η Μεικτή Πραγματικότητα είναι ο συνδυασμός του αληθινού κόσμου και της εικονικής πραγματικότητας. Ο συνδυασμός της απευθείας θέασης με στερεοσκοπική προβολή και στερεοσκοπικά γραφικά δίνει μια νέα οπτική του πραγματικού κόσμου με επαυξημένα στοιχεία είτε αυτά είναι πληροφορία σε μορφή κειμένου, είτε σε μορφή εικόνας. [Drascic & Milgram, 1996] Ο στόχος της στερεοσκοπικής προβολής είναι δώσει την αίσθηση της τρίτης διάστασης, δηλαδή του βάθους πεδίου, το οποίο λείπει από τις απλές προβολές σε μια οθόνη. Σο ανθρώπινο σύστημα όρασης μπορεί και δημιουργεί την αίσθηση του βάθους ακόμα και όταν αυτό δεν καθορίζεται σαφώς. Αυτό γίνεται γιατί ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί προηγούμενες προσλαμβάνουσες και συνθέτει μέρη της εικόνας που πραγματικά βλέπει, με τα στοιχεία που έχει αποθηκεύσει για το πώς πραγματικά θα έπρεπε να είναι η εικόνα αυτή. Η δυσκολία παρουσιάζεται όταν εμείς πρέπει να δημιουργήσουμε εικόνες και σε αυτές να επακριβώς την αίσθηση του βάθους. καθορίσουμε Από την αίσθηση του βάθους προκύπτει η αντίληψη του μεγέθους και του όγκου. τον πραγματικό κόσμο τα αντικείμενα που βρίσκονται μέσα στο οπτικό πεδίο βρίσκονται πάντα σε αναλογία βάθους, αποστάσεων και μεγέθους μεταξύ τους. τη στερεοσκοπική προβολή συνήθως έχουμε την προβολή ενός μόνο αντικειμένου. Ξεκινώντας από την απλή αυτή οπτική θα πρέπει να λάβουμε υπόψη μας τους τεχνολογικούς περιορισμούς που παρουσιάζονται. Απαιτείται εξαιρετικά μεγάλη υπολογιστική ισχύς για να αποδοθεί σωστά ένα αντικείμενο. Επίσης απαιτείται και χρόνος μέχρι να ολοκληρωθεί η ανάλυση αυτή. Αυτό οδηγεί στην προβολή του αντικειμένου σε απλή μορφή αλλά πολύ γρήγορα ή σε πολύ λεπτομερή προβολή αλλά με κάποια χρονική καθυστέρηση. Η προβολή ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 67

68 όμως ενός αντικειμένου μεμονωμένα δεν μας δίνει πληροφορίες για τον όγκο του ή το μέγεθος του ή τη θέασή του στον πραγματικό κόσμο. Όταν ο ανθρώπινος εγκέφαλος βλέπει μεμονωμένα ένα αντικείμενο αυτόματα το συγκρίνει με άλλα αντικείμενα που έχει δει παλαιότερα και έχει πληροφορίες για το μέγεθός τους. Σι γίνεται όμως όταν δεν υπάρχουν προηγούμενες οπτικές πληροφορίες ή όταν το αντικείμενο προβάλλεται ακριβώς για να μας δώσει την πληροφορία του μεγέθους του ; Για να μπορέσουμε να πάρουμε την πληροφορία αυτή θα πρέπει να συγκρίνουμε το αντικείμενό μας με ένα άλλο γνωστό αντικείμενο ή να το τοποθετήσουμε στην ακριβή του θέση μέσα στο περιβάλλον. Αν για οποιοδήποτε λόγο υπάρχει κάποια ασυμφωνία στο εικονικό αντικείμενο και στο πραγματικό περιβάλλον, είναι δύσκολο να καταλάβουμε ποιο είναι το λάθος. Επίσης είναι θέμα της εμπειρίας του χρήστη να καταλάβει αν το εικονικό αντικείμενο δεν προβάλλεται σωστά είτε σε όγκο είτε σε θέση. Η ψευδαίσθηση ότι το αληθινό και το εικονικό είναι ένα επιτυγχάνεται όταν το εικονικό ταιριάζει σε μέγεθος και θέση μέσα στο πραγματικό περιβάλλον. Ας δούμε μια σειρά παραγόντων που επηρεάζουν την οπτική στην Επαυξημένη Πραγματικότητα. Η Ανάλυση Η ανάλυση επηρεάζει την αίσθηση που έχουμε για τα αντικείμενα. Για να αποδώσουμε στον πραγματικό κόσμο μια εικόνα μπορούμε να το κάνουμε αναπαράγοντας μια οπτική στιγμή είτε λαμβάνοντας μια φωτογραφία είτε βίντεο. Για να αποδώσει ένας υπολογιστής ένα αντικείμενο ή μια σύνθεση αντικειμένων θα πρέπει να υπάρχει εκ των προτέρων ένα μοντέλο πάνω στο οποίο θα βασιστεί η αναπαράσταση. Σο μοντέλο θα πρέπει να έχει αναλυθεί επαρκώς ώστε όταν προβάλλεται στον πραγματικό κόσμο να ταιριάζει με τα ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 68

69 υπόλοιπα αντικείμενα του περιβάλλοντος, να ξεχωρίζει στον επιθυμητό βαθμό και να αποδίδει πλήρως την πληροφορία που πρέπει [Sowizral, 1994]. την Επαυξημένη Πραγματικότητα τα μοντέλα μπορούν να αναλυθούν καλύτερα από ότι στην Εικονική Πραγματικότητα, γιατί δεν απαιτείται να μοντελοποιηθεί και το περιβάλλον μέσα στο οποίο θα τοποθετηθεί το αντικείμενο, αλλά μόνο το αντικείμενο. Η Ευθυγράμμιση των πραγματικών και εικονικών αντικειμένων Όταν απαιτείται χειρισμός αντικειμένων στο χώρο το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι να αντιληφθούμε τη θέση του αντικειμένου στο χώρο. Όταν το αντικείμενο είναι μόνο του και ζητάμε την περιστροφή του με μια φωνητική εντολή το αποτέλεσμα είναι ικανοποιητικό. Όταν όμως πρέπει να περιστρέψουμε το αντικείμενο χρησιμοποιώντας το χέρι μας παρουσιάζεται το πρόβλημα της αίσθησης της απόστασης και της θέσης του αντικειμένου σε σχέση με το χέρι μας. Σα αποτελέσματα μιας τέτοιας δοκιμής έχουν πολύ μεγαλύτερη επιτυχία όταν το χέρι μας έχει ενταχθεί εκ των προτέρων στο οπτικό μας πεδίο. Αυτή είναι μια κίνηση που κάνουμε και στο πραγματικό περιβάλλον. Έχει αποδειχθεί ότι πολλοί χρήστες πριν χειριστούν κάτι κάνουν μια ανεπαίσθητη κίνηση ώστε να αντιληφθούν ακριβώς την θέση των άκρων τους και μετά πραγματοποιούν το χειρισμό. Η Αίσθηση του Βάθους στην Εικόνα Τπάρχουν μερικές πρακτικές που ακολουθούμε ώστε να αποδώσουμε το βάθος σε μια δισδιάστατη εικόνα. Μια βασική αρχή είναι ότι τα αντικείμενα που βρίσκονται πιο κοντά μας κρύβουν τα αντικείμενα που βρίσκονται μακριά μας. Σο ίδιο σημαντικό είναι και το ότι παράλληλες γραμμές συγκλίνουν και ενώνονται στον ορίζοντα. Η λεπτομέρεια της οπτικής υφής των αντικειμένων εξασθενεί όσο αυτά απομακρύνονται. Η φωτεινότητα, η αντανάκλαση και η ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 69

70 σκιά μας δίνουν μια σαφή αίσθηση της θέσης του βάθους και του μεγέθους του αντικειμένου και μας βοηθούν να το συγκρίνουμε με άλλα αντίστοιχα. Η Αίσθηση του Βάθους από τη Κίνηση Όταν ένα αντικείμενο κινείται στο πραγματικό περιβάλλον, παρατηρούμε ότι μικραίνει όταν απομακρύνεται ή μεγαλώνει όταν πλησιάζει αντίστοιχα. Επίσης αλλάζει η θέση του και η σχέση του με σταθερά αντικείμενα. Αυτή η αλλαγή δημιουργεί την αίσθηση του βάθους από την κίνηση. Η ίδια αίσθηση μπορεί να δημιουργηθεί και από τη διαφορά της ταχύτητας. Οι σταγόνες της βροχής που βρίσκονται κοντά μας κινούνται με μεγαλύτερη ταχύτητα από τις σταγόνες που βρίσκονται μακριά. Η Υυσική Λειτουργία του Ματιού και η Αίσθηση του Βάθους ε φυσιολογικές συνθήκες η αίσθηση του βάθους γίνεται αντιληπτή από τον εγκέφαλο όταν αυτός αναλύει τη σύγκλιση των ματιών και τη γωνία που δημιουργούν μεταξύ τους για να εστιάσουν. Η ίδια αίσθηση πρέπει να αποδοθεί τη στιγμή που το μάτι εστιάζει σταθερά σε μια οθόνη προβολής που παρουσιάζει ένα αντικείμενο που απομακρύνεται προς τον ορίζοντα. Μηχανισμοί όπως το θάμπωμα της εικόνας που προβάλλεται στον αμφιβληστροειδή και την κίνηση των μυών για να διορθώσουν την εστίαση πρέπει να μελετηθούν για να αποδίδεται σωστά η αίσθηση του βάθους. Οι Διαφορές που Προκύπτουν από τη Φρήση των Δύο Ματιών Όταν βλέπουμε γενικά, το κάθε μάτι δημιουργεί μια εικόνα. Επειδή τα μάτια μας έχουν μια απόσταση μεταξύ τους και ως αισθητήρια όργανα δεν λειτουργούν ίδια παράγουν δύο διαφορετικές εικόνες. Η αποκωδικοποίηση αυτών των διαφορών από τον εγκέφαλο είναι αυτή που μας δίνει την αίσθηση του βάθους της εικόνας και την αίσθηση για τη θέση και τα χαρακτηριστικά των αντικειμένων που βλέπουμε. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 70

71 3.4 ΣΕΦΝΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΣΑ ΣΗΝ ΤΛΟΠΟΙΗΗ ΕΥΑΡΜΟΓΨΝ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Από τις έρευνες που έχουν γίνει και από τις προσπάθειες υλοποίησης εφαρμογών Επαυξημένης Πραγματικότητας ή Εικονικής Πραγματικότητας, τα σημαντικότερα προβλήματα που έχουν καταγράψει οι ερευνητές είναι τα ακόλουθα. Σα Λάθη Βαθμονόμησης στο ύστημα Για την καλύτερη απόδοση του εικονικού κόσμου μέσα στο πραγματικό περιβάλλον, θα πρέπει να ελαχιστοποιηθούν τα λάθη βαθμονόμησης. Σα λάθη αυτά δημιουργούνται ανάλογα με τον τρόπο που καταγράφεται το περιβάλλον και η ανίχνευση μεταξύ των αντικειμένων και των χρηστών. την πιο απλή μορφή εξαρτάται από την απόσταση των καμερών και πως αυτή μετράται και βεβαιώνεται [Rastogi et al, 1996]. Οι Εσφαλμένες Εστιακές Αποστάσεις Η μέτρηση της εστιακής απόστασης και η αναλογική της απόδοση από τον πραγματικό κόσμο στον εικονικό απαιτεί μεγάλη ακρίβεια [Utsumi et al, 1994]. Για παράδειγμα σε ένα σύστημα με διάφανη οθόνη, λάθη εστίασης της τάξης των 3~4 mm από το πραγματικό αντικείμενο, μπορεί να αποδώσει την εικονική προβολή του 30 m από την πραγματική θέση. Η τατική και Δυναμική Ανακολουθία Παρουσίασης ε εφαρμογές Επαυξημένης Πραγματικότητας, θα πρέπει η προβολή των αντικειμένων να γίνεται στο σωστό χρόνο για να μπορεί ο εγκέφαλος να τα αντιλαμβάνεται ως ενιαία εικόνα. Πολύ περισσότερο δε όταν το περιβάλλον μεταβάλλεται και ο χρόνος απόκρισης του συστήματος είναι μεγαλύτερος από μερικά κλάσματα του δευτερολέπτου που είναι ο χρόνος αντίληψης του ματιού. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 71

72 Σο Περιορισμένο οπτικό πεδίο Η χρήση οθονών προβολής που προσαρμόζονται στο κεφάλι έχουν τις περισσότερες φορές περιορισμένο οπτικό πεδίο, κυρίως του πραγματικού κόσμου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την δυσκολία ένταξης του χρήστη μέσα στο περιβάλλον καθώς δυσκολεύεται να οριοθετήσει το σώμα του και τα χέρια του όταν δεν τα βλέπει, όπως επίσης και όταν δεν μπορεί να αντιληφθεί εύκολα αντικείμενα στο χώρο που μπορεί να αποτελούν και φυσικά εμπόδια. Οι Περιορισμοί στην Ανάλυση και την Καθαρότητα μιας Εικόνας Σα αντικείμενα που προβάλλονται μέσω διάφανων οθονών έχουν σαφώς μικρότερη ανάλυση από αυτά που το μάτι πραγματικά βλέπει μέσα από τις ίδιες οθόνες. Η μικρότερη ανάλυση μπορεί να δώσει λανθασμένη αίσθηση επιφανειακής υφής, η οποία με τη σειρά της μπορεί να δώσει λανθασμένη αίσθηση βάθους πεδίου και να οδηγήσει σε λανθασμένη αντίληψη για τη θέση του αντικειμένου στο χώρο. Οι Περιορισμοί στην Υωτεινότητα μιας Εικόνας Η εντονότερη ή ασθενέστερη φωτεινότητα μπορεί να αναδείξει ή να υποβαθμίσει ένα αντικείμενο, με αποτέλεσμα να φαίνεται μεγαλύτερο ή μικρότερο στο χώρο. Οι Περιορισμοί στην Αντίθεση Η αντίθεση επίσης επιτρέπει να συγκρίνουμε πράγματα στο περιβάλλον και η εσφαλμένη απόδοσή της μπορεί να δημιουργήσει εσφαλμένη εντύπωση για τη θέση του αντικειμένου. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 72

73 Η Εσφαλμένη κάθετη ευθυγράμμιση μιας Εικόνας (Vertical Alignment Mismatches) Εκτός από θέματα που έχουν να κάνουν με τη τεχνολογία σε σχέση με τις πραγματικές συνθήκες όρασης στο εικονικό και πραγματικό περιβάλλον υπάρχουν και τεχνικά προβλήματα ανάμεσα στα συστήματα που αποδίδουν την εικόνα. τα συστήματα προβολής NTSC υπάρχει ένα pixel διαφορά στην κάθετη σάρωση. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε αλλοίωση της εικόνας καθώς και σε σύγχυση του χρήστη όταν στο οπτικό του πεδίο εμφανίζεται θόρυβος. 3.5 ΕΡΕΤΝΗΣΙΚΕ ΕΥΑΡΜΟΓΕ ΣΟΤ ΣΟΜΕΙ ΤΝΑΡΜΟΛΟΓΗΗ ΕΠΙΚΕΤΗ ΤΝΣΗΡΗΗ Ε ΒΙΟΜΗΦΑΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ Παρουσιάζονται τρείς εφαρμογές που αναπτύχθηκαν σε βιομηχανικό περιβάλλον. Μέσα από την παρουσίαση βλέπουμε το σκεπτικό των ερευνητών και τον τρόπο που προσπάθησαν να προσεγγίσουν το θέμα ΕΝΑ ΤΣΗΜΑ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΓΙΑ ΣΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΤΗ ΚΑΙ ΣΗΝ ΤΠΟΣΗΡΙΞΗ Ε ΒΙΟΜΗΦΑΝΙΚΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ ε αυτή την εργασία παρουσιάζεται ένα σύστημα για εκπαίδευση και υποστήριξη σε βιομηχανικό περιβάλλον. Παρουσιάζεται ένα HMD, το οποίο επιτρέπει την ταυτόχρονη θέα στο χρήστη του πραγματικού αντικειμένου και της επιπλέον πληροφορίας, ένα σύστημα ανίχνευσης της θέσης του χρήστη, της θέσης του προς εξέταση αντικειμένου και της οπτικής γωνίας του χρήστη. Επίσης ένα σενάριο που παρουσιάζει τη διαδικασία της εκπαίδευσης [Schwald & Laval, 2003]. Φρήση εγχειριδίου χωρίς χέρια το βιομηχανικό περιβάλλον είναι πολύ σημαντικό να εγγυηθούμε την ποιότητα. τις περιπτώσεις περίπλοκων μηχανισμών απαιτείται πρόσβαση σε τεχνικά εγχειρίδια είτε σε έντυπη μορφή είτε σε ηλεκτρονική. Όσο η ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 73

74 περιπλοκότητα των εργασιών αυξάνεται, τόσο αυξάνεται και η αναγκαιότητα της εκπαίδευσης, και αυτό μεταφράζεται σε κόστος χρόνου και χρήματος. Η διαφορά με τα εργαλεία προσομοίωσης είναι ότι εδώ μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε κατευθείαν το αληθινό σύστημα με τον πραγματικό εξοπλισμό και με ελάχιστο βαθμό ρίσκου. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα είναι η τεχνολογία που επιτρέπει την παροχή πληροφοριών στο χρήστη στο περιβάλλον εργασίας του, και κατά τη διάρκεια της εκτέλεσης των εργασιών του, χωρίς να απαιτείται να διακόψει την εργασία του για να λάβει την πληροφόρηση που του δίνεται. Αυτή η πληροφορία δίνεται χρησιμοποιώντας ένα σύστημα HMD που επιτρέπει την ταυτόχρονη θέαση του πραγματικού κόσμου και της επιπλέον πληροφορίας. Σο σύστημα υποστηρίζεται από μικρόφωνο και ακουστικά. Ψς βασική επαύξηση προσφέρονται στο χρήστη κείμενο που προβάλλεται μπροστά στα μάτια του και ηχητικές οδηγίες που παρέχονται από τα ακουστικά. Όταν απαιτείται και η ανίχνευση του αντικειμένου, ένα σύστημα ανίχνευσης δίνει τη θέση του χρήστη και τη θέση του αντικειμένου, ώστε να μπορούν να επισημαίνονται κάποιες περιοχές του αντικειμένου και να απεικονίζονται σωστά στα μάτια του χρήστη. Σο σύστημα που παρουσιάζεται εδώ δεν παρέχει ευχέρεια κινήσεων με την έννοια ότι το σύστημα είναι συνδεδεμένο με μια σταθερή βάση. Βέβαια είναι δεδομένη η ευχέρεια κινήσεων που υπάρχει ως προς το αντικείμενο της εργασίας. Η χρήση της συγκεκριμένης βάσης ήταν πολύ σημαντική για την επιλογή του συστήματος ανίχνευσης. Φρησιμοποιήθηκαν ηλεκτρομαγνητικοί ανιχνευτές και ένα υπέρυθρο σύστημα ανίχνευσης με δύο κάμερες και μικροί οπίσθιοι ανακλαστήρες. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 74

75 Σο σύστημα αποτελείται από : Σον εξοπλισμό του χρήστη ο οποίος περιλαμβάνει ένα σύστημα που προσαρμόζεται στο κεφάλι και μια ζώνη που τον συνδέει με την μονάδα επεξεργασίας. Μια μονάδα επεξεργασίας των δεδομένων του περιβάλλοντος. Μια Βάση που περιλαμβάνει το σύστημα ανίχνευσης Ο Εξοπλισμός του Φρήστη αποτελείται βασικά από: Ένα σύστημα που προσαρμόζεται στο κεφάλι, περιέχει οθόνη προβολής και επιτρέπει στο χρήστη να δει τον πραγματικό κόσμο επαυξημένο από τις εικόνες που παράγει ο υπολογιστής. Ακουστικά τα οποία επιτρέπουν στο χρήστη να προσλαμβάνει ακουστική πληροφορία είτε σύμφωνα με την οπτική που λαμβάνει είτε επιπλέον αυτής. Ένα σύστημα ανίχνευσης που επιτρέπει στο σύστημα να λαμβάνει την ακριβή θέση του χρήστη ώστε να την συσχετίζει με τη θέση του αντικειμένου που κατεργάζεται ο χρήστης και να συνδέει την προβαλλόμενη πληροφορία με αυτό. Μικρόφωνο, το οποίο επιτρέπει στο χρήστη να δίνει φωνητικές οδηγίες στο σύστημα. Με αυτό τον τρόπο οι χρήστες έχουν τα χέρια τους ελεύθερα και αυτό είναι το κλειδί για την επιτυχία τέτοιων εφαρμογών στη βιομηχανία. Δεν υπάρχει η ανάγκη για τη χρήση έντυπου εγχειριδίου και ο χρήστης μπορεί να χειρίζεται τη συσκευή στην ή με την οποία εργάζεται. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 75

76 Σεχνολογικές Επιλογές Τπάρχει πλήθος τεχνολογικών εφαρμογών που μπορούν μα χρησιμοποιηθούν για να υλοποιηθεί ένα τέτοιο σύστημα. τη συγκεκριμένη εφαρμογή χρησιμοποιήθηκαν τα ακόλουθα: Για το Rendering, έχει χρησιμοποιηθεί το WorldToolKit. Σοποθετεί σωστά στο χώρο και προβάλει την επαυξημένη πληροφορία, έτσι ώστε αυτή να προβάλλεται στη σωστή στιγμή και στη σωστή θέση στο χρήστη. Για την αναγνώριση της φωνής έχει χρησιμοποιηθεί το λογισμικό Microsoft Speech SDK. Σο μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι ότι διατίθεται μόνο για την Αγγλική και Ιαπωνική γλώσσα. Για τη μεταφορά της πληροφορία έχει επιλεγεί μια καλωδιακή σύνδεση, ώστε να υπάρχει ασφάλεια και ταχύτητα στη μεταφορά των δεδομένων. Για το σύστημα ανίχνευσης χρησιμοποιήθηκε ο συνδυασμός ενός οπτικού και ενός μαγνητικού συστήματος. Επαυξήσεις και ενάρια. Σο σύστημα βασίζεται στο σενάριο ότι θα οδηγεί το χρήστη βήμα βήμα σε μια δύσκολη διαδικασία συναρμολόγησης αυξάνοντας την ευκολία και την ασφάλεια της διαδικασίας. Ο στόχος είναι να δίνεται αυτόματα στο χρήστη η βοήθεια όπου και όταν αυτός τη χρειάζεται. Οι Επαυξήσεις θα γίνουν με φωνητικές οδηγίες, εικόνες, σχέδια, καθώς και προειδοποιητικούς ήχους και σύμβολα. Η προβολή της πληροφορίας θα γίνει σε HMD, με τρόπο που να δίνει την αίσθηση μπροστά στα μάτια του ή με τρόπο που να παρουσιάζεται πάνω στο αντικείμενο ως μέρος αυτού. Επίσης θα προβάλλεται ολόκληρο το αντικείμενο σε τρισδιάστατη μορφή ώστε να μπορεί ο χρήστης να το συγκρίνει με το πραγματικό. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 76

77 Ο μηχανισμός του σεναρίου βασίζεται στην τεχνολογία XML (Extensible Markup Language). Σα σενάρια έχουν γραφεί ώστε να συνδέουν την βάση δεδομένων που περιέχει τους μηχανισμούς και τα εξαρτήματα με τη διαδικασία συναρμολόγησης που ακολουθείται ανά περίπτωση. Ο μηχανισμός είναι δυναμικός και επιτρέπει στο χρήστη αν το αντικείμενο είναι παλιό να αξιοποιήσει όλη τη πληροφορία που είναι αποθηκευμένη στη βάση. Αν είναι νέο να συνθέσει τη πληροφορία που παράγεται από διαφορετικά τμήματα και αποθηκεύεται στη βάση δεδομένων. Ανίχνευση Όταν η πληροφορία που παρέχει το σύστημα είναι φωνητική ή οπτική αλλά δεν συνδέεται άμεσα με το αντικείμενο θα μπορούσαμε να πούμε ότι η ανίχνευση δεν είναι τόσο σημαντική. Σι γίνεται όμως όταν η πληροφορία συνδέεται άμεσα με το αντικείμενο στον πραγματικό χώρο; το συγκεκριμένο σύστημα αναπτύχθηκαν και εφαρμόστηκαν δύο διαφορετικά συστήματα ανίχνευσης. Σο πρώτο είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό σύστημα που βασίζεται σε έναν αισθητήρα που προσαρμόζεται στο HMD και διαθέτει έξι βαθμούς ελευθερίας για να ανιχνεύσει την ακριβή θέση (προσανατολισμό, συντεταγμένες και κλίση). Είναι σημαντικό για την καλή λειτουργία της συσκευής να μην παρεμβάλλονται στο περιβάλλον μεταλλικά αντικείμενα η συσκευές (όπως κινητήρες που δημιουργούν ηλεκτρομαγνητικά πεδία) που θα μπορούσαν να αλλοιώσουν τα σήματα του αισθητήρα. Σο δεύτερο είναι ένα υπέρυθρο σύστημα ανίχνευσης. Βασίζεται στη χρήση δύο CCD (Charge Coupled Device) ψηφιακών αισθητήρων με υπέρυθρα φίλτρα, δύο πηγές υπέρυθρων ακτινών, ανακλαστήρες και έναν υπολογιστή. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 77

78 Οι βασικές αρχές λειτουργίας του συστήματος ανίχνευσης έχουν συζητηθεί και αναλυθεί στην [Aserbayejani & Pentland, 1995] και για το σύστημα υπερύθρων στα [Madritsch & Gervautz, 1996], [Dorfmüller, 1999] και [Ribo et al, 2001]. Οι ανακλαστήρες έχουν διάμετρο περίπου 15mm και ανακλούν τις υπέρυθρες ακτίνες από τις πηγές τους στους CCD ψηφιακούς αισθητήρες. Οι τρείς από αυτούς βρίσκονται σε σταθερά σημεία και ορίζουν τρισδιάστατα το σώμα του αντικειμένου που ο χρήστης επεξεργάζεται. Οι άλλοι τρείς είναι τοποθετημένοι στο σύστημα που προσαρμόζεται στο κεφάλι του χρήστη, ώστε να παρακολουθούν τη θέση του στο χώρο και να τη συσχετίζουν με τη θέση του αντικειμένου που ο χρήστης επεξεργάζεται. Οι αλγόριθμοι για τον υπολογισμό των παραμέτρων όπως το κέντρο της προβολής το βάθος εστίασης και η ταύτιση με το κύριο αντικείμενο δίνονται στις εργασίες [Azuma & Bishop, 1994] και/ή [Tuceryan & Navab, 2000] ARVIKA : Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΗΝ ΑΝΑΠΣΤΞΗ, ΣΗΝ ΠΑΡΑΓΨΓΗ ΚΑΙ ΣΗΝ ΕΠΙΚΕΤΗ Σο ερευνητικό πρόγραμμα ARVIKA, έχει υποστηριχθεί από το Γερμανικό Ομοσπονδιακό Τπουργείο πουδών και Έρευνας - German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) - για τη χρήση της Επαυξημένης Πραγματικότητας ως την τεχνολογία για τη μελέτη και εφαρμογή μιας ανθρωποκεντρικής εφαρμογής που θα υποστηρίζει την ανάπτυξη, παραγωγή και επισκευή σύνθετων τεχνικών προϊόντων και συστημάτων [Wohlgemuth & Triebfürst, 2000]. Κίνητρο, τόχος, και Διαδικασία. Η τεχνολογία της Επαυξημένης Πραγματικότητας επιτρέπει την επικάλυψη των αντικειμένων του πραγματικού κόσμου, από εικονικά αντικείμενα που έχουν κατασκευαστεί από υπολογιστές. Η ιδέα του ερευνητικού έργου είναι η ανάπτυξη ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 78

79 μιας εφαρμογής κατάλληλης για τη Γερμανική βιομηχανία όπως, η βιομηχανία αυτοκινήτων, η βιομηχανία αεροσκαφών, και γενικότερα η βιομηχανία κατασκευών και ανάπτυξης συστημάτων. Για την επίτευξη του σκοπού σχεδιάζεται ένα ανθρωποκεντρικό σύστημα που βασίζεται στις μεθόδους της επιστήμης της εργονομίας. Όλες οι εφαρμογές που βασίζονται στην Επαυξημένη Πραγματικότητα κάνουν χρήση της αιχμής της τεχνολογίας. τόχος η Διαμόρφωση ενός Ανθρωποκεντρικού υστήματος Η διαμόρφωση ενός ανθρωποκεντρικού συστήματος γίνεται σε τέσσερα βασικά βήματα. Προσδιορίζονται οι απαιτήσεις των χρηστών και των πελατών από ένα σύστημα Επαυξημένης Πραγματικότητας. υμφωνούνται οι απαιτήσεις με τους διαχειριστές των έργων και τους ειδικούς του εμπορίου ώστε να εκτιμηθεί το τεχνολογικό και οικονομικό μερίδιο. υντάσσονται οι προδιαγραφές του συστήματος Επαυξημένης Πραγματικότητας σε συνεργασία των αναλυτών του συστήματος και των μηχανικών λογισμικού. Τπολογίζεται η βελτίωση της εφαρμογής από την εργονομική και οικονομική οπτική γωνία. Για την εκτίμηση του συστήματος Επαυξημένης Πραγματικότητας έγιναν δοκιμές ευχρηστίας και αναλύθηκε η εργονομία του λογισμικού και των επί μέρους τμημάτων του υπολογιστή. Επίσης αναλύθηκαν το κόστος του χρόνου σε σχέση με την ποιότητα όταν χρησιμοποιείται η Επαυξημένη Πραγματικότητα στην διαδικασία μιας εργασίας και τα οφέλη που προκύπτουν από την γενική χρήση της. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 79

80 Σέλος, διάφορες συσκευές διαθέσιμες στο εμπόριο, όπως HMD ή συσκευές διάδρασης όπως μικρόφωνα, ή πληκτρολόγια που εφαρμόζονται στον καρπό, αξιολογήθηκαν για τη χρήση τους στην Επαυξημένη Πραγματικότητα σε βιομηχανικό περιβάλλον, ώστε να αποφασιστεί αν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ή αν θα πρέπει να κατασκευαστούν αντίστοιχα προϊόντα για τη συγκεκριμένη χρήση. Εξετάστηκαν τρία σενάρια: Η Εργονομική σχεδίαση και η οπτική των θέσεων των πιλότων και των επιβατών Η επαλήθευση της πίεσης των εξαρτημάτων από τα δεδομένα CAD (Computer - Aided Design) Η σύγκριση ανάμεσα στα αποτελέσματα των τεστ και των θεωρητικών υπολογισμών σε τεστ πρόσκρουσης. τη πρώτη περίπτωση οι μηχανικοί που ασχολούνται με την ανάπτυξη υποστηρίχθηκαν στον εργονομικό σχεδιασμό των καμπινών ελέγχου των αεροσκαφών, θέτοντας εικονικά εξαρτήματα επάνω σε πραγματικά πρωτότυπα. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα χρησιμοποιήθηκε για να γίνουν ορατά αόρατα στοιχεία όπως η ροή του αέρα στα καθίσματα των αεροσκαφών σ ένα πραγματικό περιβάλλον χρήστη / καθίσματος. τη δεύτερη περίπτωση εξετάστηκε ένα εξάρτημα υπό πίεση όπως ένας προφυλακτήρας, και έγινε σύγκριση ανάμεσα στα γεωμετρικά τοπολογικά στοιχεία του και στα σχεδιαστικά στοιχεία του. Αυτό επέτρεψε τον έλεγχο του αντικειμένου πριν τη δημιουργία φυσικού πρωτοτύπου. την τρίτη περίπτωση έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων ενός τεστ σύγκρουσης και των υπολογισμών που είχαν γίνει πριν, επιτρέποντας την σύγκριση με ένα πλήθος εικονικών εξαρτημάτων και σχεδιαστικών αλλαγών που επικάλυπταν τα ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 80

81 πραγματικά εξαρτήματα χωρίς να είναι ανάγκη να χρησιμοποιηθεί νέο διαφορετικό όχημα για κάθε έλεγχο. Πώς οργανώθηκε το ερευνητικό έργο και πώς επιτεύχθηκαν οι στόχοι Σο ερευνητικό έργο ARVIKA παρακολουθήθηκε από μια ομάδα ειδικών στο χώρο της βιομηχανίας και της Επιστήμης. Διήρκεσε τέσσερα χρόνια (7/1999 6/2003) και υλοποιήθηκε σε δύο περιόδους. Δύο σημεία αποδείχτηκαν πολύ σημαντικά κατά τη διάρκεια του έργου.: Η έγκαιρη ανατροφοδότηση από τους χρήστες. Η δυνατότητα της διάσπασης του κυρίου έργου σε υποέργα ώστε να επιτραπεί η εφαρμογή του σε πραγματικά προϊόντα παράλληλα με το έργο Η ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΣΗ ΦΕΔΙΑΣΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ ΣΗ ΤΝΑΡΜΟΛΟΓΗΗ ΚΑΙ ΣΗΝ ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ το ερευνητικό αυτό έργο αναπτύχθηκε μια νέα εφαρμογή που χρησιμοποιεί την τεχνολογία της Επαυξημένης Πραγματικότητας και ονομάστηκε ARsembly (Augmented Reality Assembly). Για τη λειτουργία της εφαρμογής ακολουθήθηκαν διαφορετικά σενάρια με εργασίες με διαφορετικό βαθμό δυσκολίας. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν για τις εργασίες ένα έντυπο εγχειρίδιο και ένας οδηγός για τη διαδικασία ειδικά γραμμένος από έναν ειδικό για να μπορέσει να γίνει σύγκριση ανάμεσα στην κλασική διαδικασία και στη διαδικασία με την υποστήριξη της εφαρμογής ARsembly [Wiedenmaier et al, 2003]. Κίνητρο, τόχος, και Διαδικασία. Οι σημερινές εταιρείες μηχανολογικού εξοπλισμού δραστηριοποιούνται σε παγκόσμιο επίπεδο. Είναι οικονομικά δυνατό να έχουν αντιπροσωπείες ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 81

82 πωλήσεων στις περισσότερες χώρες, αλλά είναι δύσκολο να διατηρούν ταυτόχρονα και τμήμα επισκευής και συντήρησης και κυρίως επανδρωμένο με εξειδικευμένο προσωπικό. Λαμβάνοντας αυτά υπόψη για μικρής κλίμακας εργασίες ο πελάτης συνήθως υποστηρίζεται από έναν αναλυτικό οδηγό χρήσης και ένα τεχνικό εγχειρίδιο που θα βοηθήσει του τοπικούς τεχνικούς να προχωρήσουν επιτυχώς σε εργασίες επισκευής συντήρησης. Ένα σύστημα βασισμένο σε τεχνολογία Επαυξημένης Πραγματικότητας, θα μπορούσε στο σημείο αυτό να βοηθήσει του τοπικούς τεχνικούς μεταφέροντάς τους τη γνώση και την εμπειρία ειδικών. Σα Μέρη του υστήματος Η εφαρμογή ARsembly είναι ένα βοήθημα μέσω Η/Τ για όσους εργάζονται χειρονακτικά και βασίζεται σε τεχνολογία ΕΠ. Παρέχει πληροφορία κατευθείαν μέσα στο οπτικό πεδίο του χρήση και εκτός από στατική πληροφορία προσφέρει δυναμική πληροφορία ενσωματωμένη στο πραγματικό περιβάλλον. Σο σύστημα της ΕΠ περιλαμβάνει : έναν η/υ για την επεξεργασία της ανίχνευσης και την επεξεργασία των εικόνων, ένα σύστημα εξόδου με HMD και ακουστικά, ένα σύστημα εισόδου με μικρόφωνο και εργαλεία κατάδειξης και ένα σύστημα ανίχνευσης. Σο σύστημα αποτελείται από ελαφριές κατασκευές που μπορούν να φορεθούν από τους χρήστες και να τους εξασφαλίσουν ελευθερία κινήσεων. Φρησιμοποιεί ένα εξελιγμένο σύστημα ανίχνευσης που ουσιαστικά χρησιμοποιεί παράλληλα δύο συστήματα [Auer & Prinz, 1999] εντοπίζει και τοποθετεί με μεγάλη ταχύτητα ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 82

83 τα αντικείμενα στο χώρο και στο οπτικό πεδίο του χρήστη. Μειονέκτημα αποτελεί το οπτικό πεδίο του χρήστη που λόγω του HMD είναι σχετικά περιορισμένο. ενάρια Μετά την εφαρμογή ARVIKA όλο και περισσότεροι κατασκευαστές αυτοκινήτων χρησιμοποιούν τεχνολογίες ΕΠ στην ανάπτυξη των προϊόντων τους. Για να εξεταστεί η αξιοπιστία του συστήματος αλλά και για να υπάρχει αποτέλεσμα που να μπορεί, εν μέρει, να συγκριθεί με παλαιότερες εργασίες, έχει επιλεγεί μια παρόμοια εργασία με αυτή που υλοποιήθηκε στο ARVIKA. Σο σενάριο περιλαμβάνει η συνδεσμολογία εξαρτημάτων σε μια πόρτα αυτοκινήτου. Αποτελείται από τρεις φάσεις εργασιών με κλιμακούμενη δυσκολία. την πιο απλή φάση εξετάζεται η συναρμολόγησης απλών εξαρτημάτων που απαιτούν τη χρήση και των δύο χεριών. τη συνέχεια εξετάζονται περιπτώσεις που η χρήση του εγχειριδίου ή του ειδικού οδηγού είναι απαραίτητη ΤΜΠΕΡΑΜΑΣΑ Από την επισκόπηση των παραπάνω υλοποιημένων εφαρμογών εξήχθησαν μια σειρά συμπερασμάτων και ερωτημάτων. Από τις παρατηρήσεις η σημαντικότερη αφορούσε στους χρόνους υλοποίησης των εργασιών. Παρατηρήθηκε ότι στις απλές εργασίες ο καλύτερος χρόνος συνολικά είναι αυτός που έγινε όταν ακολουθήθηκε οδηγός χρήσης ή επισκευής γραμμένος από ειδικό τεχνικό, υποστηριζόμενος από το σύστημα ΕΠ. Ο επόμενος συνολικός χρόνος έγινε από τον εργάτη που ακολούθησε τις οδηγίες του ειδικού και τέλος ακολούθησε ο χρόνος με το εγχειρίδιο της εταιρείας. Ενδιαφέρον παρουσιάζουν και οι ενδιάμεσοι χρόνοι που επιτεύχθηκαν για τις επί μέρους συναρμολογήσεις. ε επαναλαμβανόμενες εργασίες μετά τη πρώτη ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 83

84 φορά οι χρόνοι των εργατών που δεν είχαν την υποστήριξη της ΕΠ ήταν καλύτεροι. Η ανάλυση έδειξε ότι αυτό συνέβη γιατί η εφαρμογή της ΕΠ καθυστερούσε, κυρίως γιατί επανακαθόριζε κάθε εργασία ως καινούργια. την περίπτωση της πιο σύνθετης εργασίας διαπιστώθηκε ότι είναι αδύνατη η ολοκλήρωσή της χωρίς υποστήριξη (οποιασδήποτε μορφής). την αρχή μετρήθηκε ο χρόνος που χρειάζεται ένας εργάτης ακλουθώντας το έντυπο εγχειρίδιο. Η χρήση του εγχειριδίου με την υποστήριξη της εφαρμογής ARsembly βελτίωσε το χρόνο της διαδικασίας κατά 30%. Η χρήση του οδηγού του ειδικού με την υποστήριξη του ARsembly βελτίωσε το χρόνο κατά 40%. Μερικά από τα ερωτήματα που γεννήθηκαν είναι τα ακόλουθα : Μπορεί να θεωρηθεί ο εξοπλισμός ως προστατευτική στολή εργασίας ή απαιτείται πάνω από το HMD να φοράει ο χρήστης κράνος εργασίας ή γυαλιά ή γάντια; Σι βάρος φέρει συνολικά ο χρήστης από τον εξοπλισμό της Επαυξημένης Πραγματικότητας και την τυπική στολή εργασίας; Μπορεί ο εξοπλισμός της Επαυξημένης Πραγματικότητας να αποτελέσει αιτία ατυχήματος για το χρήστη; Μπορούμε όταν χειριζόμαστε ένα εικονικό αντικείμενο στον πραγματικό κόσμο να καταλάβουμε (να αισθανθούμε) την πραγματική προσπάθεια που απαιτείτε; Σο βάρος του, την αντίστασή του, τη θέση του σώματός μας για την κατάλληλη ισορροπία και εφαρμογής δύναμης προς το αντικείμενο; Σο σύστημα καταλαβαίνει ότι παρά τις οδηγίες που δίνει στο χρήστη αυτός πράττει εσφαλμένες κινήσεις; Μπορεί να αντιληφθεί το σημείο του λάθους ή στο τέλος της διαδικασίας απλά δεν θα την επιβεβαιώσει βγάζοντας ένα γενικόλογο και απλό μήνυμα ΛΑΘΟ ; ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 84

85 Παρόλα τα ερωτήματα που γεννούνται φαίνεται καθαρά ότι με τη βοήθεια του εικονικού περιβάλλοντος μπορούμε να αντικαταστήσουμε την εμπειρία και τις γνώσεις των ειδικών με σαφείς οδηγίες για την εκτέλεση σύνθετων διαδικασιών. Μπορούμε να αντικαταστήσουμε το έντυπο εγχειρίδιο με ψηφιοποιημένες οδηγίες που προβάλλονται μέσα στο εικονικό περιβάλλον. Πέρα από την πρακτική είναι φανερή και η οικονομική αξία των εφαρμογών αυτών. Αποδεικνύεται ότι το κυριότερο κόστος είναι το κόστος συναρμολόγησης και αποτελεί σε πολλές περιπτώσεις το 70% του κόστους κύκλου ζωής ενός προϊόντος. Σο κόστος συναρμολόγησης επηρεάζεται σε μέγιστο βαθμό από τις αποφάσεις που παίρνονται στα πρώτα βήματα της σχεδιαστικής διαδικασίας [Pratt, 1995] και εργαλεία όπως οι εφαρμογές Επαυξημένης Πραγματικότητας μπορούν να απλοποιήσουν, ελέγξουν βελτιστοποιήσουν και επιταχύνουν τη διαδικασία αυτή. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 85

86 4. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΠΟΤ ΦΡΗΙΜΟΠΟΙΕΙΣΑΙ ΓΙΑ ΣΗ ΦΕΔΙΑΗ ΕΙΑΓΨΓΗ το παρόν κεφάλαιο μελετάμε ένα σύστημα ανθρώπινης δραστηριότητας μέσα σε βιομηχανικό περιβάλλον, με σκοπό να αναδείξουμε τα προβλήματα που προκύπτουν κατά τη δραστηριότητα σύμφωνα και με όσα αναφέρθηκαν στο προηγούμενο κεφάλαιο και με στόχο να σχεδιάσουμε ένα σύστημα που να ελαχιστοποιεί τα προβλήματα αυτά και να αντιμετωπίσει τις ανάγκες του υπάρχοντος, χρησιμοποιώντας τη μεθοδολογία της χεδίασης Γενικού Πλαισίου ΤΝΟΠΣΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΥΗ Ο στόχος όλης της εργασίας του παρόντος κεφαλαίου είναι να σχεδιαστεί ένα διαδραστικό σύστημα που να αντιμετωπίζει τις ανάγκες και τα προβλήματα του υπάρχοντος. Για να εντοπιστούν οι ανάγκες και τα προβλήματα του υπάρχοντος συστήματος, ακολουθήθηκε η μεθοδολογία χεδίασης Γενικού Πλαισίου (Contextual Design). Σο σύστημα που επιλέχθηκε είναι η λειτουργία ομάδας εργασίας συνεργείο, μιας Σεχνικής Εταιρείας που δραστηριοποιείται στο χώρο των βιομηχανικών εγκαταστάσεων και συγκεκριμένα στην τοποθέτηση και συντήρηση σωληνώσεων και των εξαρτημάτων τους. Η επιλογή του παρόντος έγινε γιατί θεωρήθηκε αξιόλογο σύστημα ανθρώπινης δραστηριότητας καθώς οι εργαζόμενοι καλούνται να υλοποιήσουν μεγάλο αριθμό εργασιών και με πλήθος διαφορετικών εξαρτημάτων και εξοπλισμού. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 86

87 Ένας επιπλέον λόγος υπήρξε η καλή γνώση του αντικειμένου από το συγγράφοντα, λόγω εργασιακής εμπειρίας στο αντικείμενο καθώς και η καλή σχέση με την ηγεσία της Εταιρείας, καθώς χρειάστηκαν οι απαραίτητες άδειες και η καλή σχέση με τους εργαζόμενους της συγκεκριμένης ομάδας εργασίας, γεγονός που αποτελεί απαραίτητη προϋπόθεση με βάση τις αρχές της μεθοδολογίας σχεδίασης γενικού πλαισίου ΕΥΑΡΜΟΓΗ ΣΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΑΝΑΖΗΣΗΗ ΓΕΝΙΚΟΤ ΠΛΑΙΙΟΤ (CONTEXTUAL INQUIRY) Η Αναζήτηση Γενικού Πλαισίου (Contextual Inquiry) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να κατανοηθεί το πλαίσιο δουλειάς και να παρατηρηθεί το περιβάλλον εργασίας, αφού αυτό επηρεάζει κρίσιμα τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι κινούνται και λειτουργούν μέσα σε αυτό. Πραγματοποιήθηκαν τέσσερις επισκέψεις. Η πρώτη έγινε στα γραφεία της εταιρείας, η δεύτερη έγινε σε βιομηχανικό χώρο μονάδας επεξεργασίας καυσίμων και οι δύο τελευταίες έγιναν σε βιομηχανικό χώρο μονάδας επεξεργασίας τροφίμων, ώστε να δημιουργηθεί μια καλή εικόνα για τις εργασίες της ομάδας εργασίας και να καταγραφούν το δυνατό περισσότερες διαδικασίες και εργασίες καθώς και να εντοπιστούν τα «εργαλεία» που χρησιμοποιούν οι εργαζόμενοι κατά τις εργασίες αυτές. Οι συνεντεύξεις έγιναν κατά την πρώτη συνάντηση. Αφορούν σε όλα τα άτομα που δραστηριοποιούνται στην ομάδα, δηλαδή σε δύο τεχνίτες, σε δύο βοηθούς, τον υπεύθυνο του συνεργείου και τον υπεύθυνο της εταιρείας που επιβλέπει το συνεργείο. Επίσης πραγματοποιήθηκαν δύο συνεντεύξεις με τους υπεύθυνους των βιομηχανικών εγκαταστάσεων που επισκεφθήκαμε. Αρχικά έγινε μια πρώτη επαφή και μια αρχική τοποθέτηση για τις αρμοδιότητες και ευθύνες του κάθε εργαζομένου και ακολούθησε συνέντευξη με μεγαλύτερο βάθος, ώστε να παρουσιαστεί και να καταγραφεί αναλυτικά ο ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 87

88 τρόπος εργασίας του κάθε ενός. Κατά τη συνέντευξη, ζητήθηκε εκτός του τρόπου εργασίας τους γενικά, να περιγράψουν λεπτομερώς την ροή δύο ή τριών περιπτώσεων εργασιών και κυρίως εργασιών που οι ίδιοι πιστεύουν ότι είναι κουραστικές ή επίπονες ή χρονοβόρες ή ακόμη και βαρετές για τους ίδιους. Επίσης ζητήθηκε να περιγράψουν τους λόγους για τους οποίους οι παραπάνω εργασίες αποτελούν πρόβλημα, όπως συνεχείς επαναλήψεις, μεγάλες αποστάσεις, ασυνεννοησία ή άλλοι λόγοι. Μετά τις συνεντεύξεις, ακολούθησε παρατήρηση της ροής του συνόλου των εργασιών που εκτελούσαν οι εργαζόμενοι της ομάδας. Για την καλύτερη ανάλυση των δεδομένων, έγινε και λήψη μιας σειράς φωτογραφιών, που δίνουν σαφή άποψη του χώρου εργασίας καθώς και των εργαλείων που χρησιμοποιούν οι εργαζόμενοι για να εκτελέσουν τις εργασίες τους. Με την επισήμανση των εργαζομένων ότι κάποια εργασία με μεγάλη ροή ξεκινά, έγιναν και σχετικά διαγράμματα ροής σε χαρτί κυρίως για να απομονωθούν εργασίες που εκτελέστηκαν ταυτόχρονα. το τέλος των καταγραφών της ημέρας, έγινε και μια μικρή συζήτηση με τους εργαζόμενους για την επιβεβαίωση όσων καταγράφηκαν, με σκοπό την αποφυγή εσφαλμένων αντιλήψεων και καταγραφή πιθανών «κρυφών σημείων που δεν έγιναν αντιληπτά κατά τη διαδικασία. Κατά τη διεξαγωγή των συνεντεύξεων έγινε προσπάθεια να τηρηθούν οι τέσσερις θεμελιώδεις αρχές της αναζήτησης γενικού πλαισίου. Να κατανοηθεί καλά η εργασία που γινόταν. Ο εργαζόμενος χρήστης να αισθάνεται ότι είναι συνεργάτης στη διαδικασία σχεδίασης Να αποδίδεται νόημα στα γεγονότα, κατά τη διάρκεια της παρατήρησης Η διαδικασία σχεδίασης ευχρηστίας να έχει στόχο την απλοποίηση των διαδικασιών και την διευκόλυνση των εργασιών του χρήστη ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 88

89 4.2.2 ΠΕΡΙΓΡΑΥΗ ΕΡΓΑΙΨΝ ΣΗ ΟΜΑΔΑ ΕΡΓΑΙΑ Οι εργαζόμενοι της ομάδας βασικά κάνουν την ίδια δουλειά αλλά στην πραγματικότητα έχουν διαφορετικές αρμοδιότητες και καθήκοντα. Για να κατανοήσουμε καλύτερα την εργασία τους, εξετάσαμε τις αρμοδιότητες - καθήκοντα του κάθε εργαζόμενου στην ομάδα. Προϊστάμενος γραφείου κίνησης Έχει τη γενική διοίκηση των συνεργείων Υροντίζει για την εκτέλεση των προγραμματισμένων εργασιών συντήρησης των εγκαταστάσεων για τις οποίες έχει συμβόλαιο συντήρησης η εταιρεία Υροντίζει για την εκτέλεση των έκτακτων εργασιών επισκευής των εγκαταστάσεων για τις οποίες έχει συμβόλαιο συντήρησης η εταιρεία Υροντίζει για την εκτέλεση εργασιών επισκευής εγκαταστάσεων για τις οποίες δεν έχει συμβόλαιο συντήρησης η εταιρεία Έχει την ευθύνη της επικοινωνίας με όλους τους αρμόδιους για το σωστό προγραμματισμό και εκτέλεση των εργασιών Σηρεί αρχείο των εργασιών που γίνονται Σηρεί βάση δεδομένων για τον εξοπλισμό που υπάρχει σε κάθε εγκατάσταση Σηρεί αρχείο για τον εξοπλισμό όλων των ομάδων εργασίας Επιμελείται των αδειών και της μισθοδοσίας των εργαζομένων στα συνεργεία Προϊστάμενος ομάδας εργασίας - συνεργείου Έχει τη διοίκηση του συνεργείου Υροντίζει για την εκτέλεση των εργασιών συντήρησης και επισκευής που έχουν ανατεθεί στην ομάδα του. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 89

90 Έχει την ευθύνη της επικοινωνίας με όλους τους αρμόδιους για το σωστό προγραμματισμό και εκτέλεση των εργασιών Σηρεί αρχείο των εργασιών που γίνονται Λαμβάνει τα απαραίτητα στοιχεία για την εγκατάσταση που θα επισκεφθεί, από τη βάση δεδομένων για τον εξοπλισμό κάθε εγκατάστασης που τηρεί η εταιρεία Λαμβάνει τα απαραίτητα μέτρα για την ασφάλεια των εργαζομένων καθώς και την ασφάλεια της εγκατάστασης κατά τη διάρκεια των εργασιών Σηρεί αρχείο για τον εξοπλισμό της ομάδας εργασίας Επιμελείται των αδειών και της μισθοδοσίας των εργαζομένων στο συνεργείο που προΐσταται Σεχνίτες Επιμελούνται του εξοπλισμού της ομάδας εργασίας Λαμβάνουν από τον προϊστάμενό τους τα απαραίτητα στοιχεία για την εγκατάσταση που θα επισκεφθούν και τις εργασίες που θα εκτελέσουν Τπεύθυνοι εγκαταστάσεων Έχουν τη γενική εποπτεία για τις εργασίες που πραγματοποιούνται Έχουν την ευθύνη της επικοινωνίας με όλους τους αρμόδιους για το σωστό προγραμματισμό και εκτέλεση των εργασιών Σηρούν αρχείο των εργασιών που γίνονται Λαμβάνουν τα απαραίτητα μέτρα για την ασφάλεια των εργαζομένων καθώς και την ασφάλεια της εγκατάστασης κατά τη διάρκεια των εργασιών Δίνουν στα συνεργεία όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την εγκατάσταση που θα συντηρηθεί επισκευασθεί ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 90

91 4.3. ΜΟΝΣΕΛΑ ΔΟΤΛΕΙΑ (WORK MODELING) Από τα μοντέλα δουλειάς που ορίζει η σχεδίαση γενικού πλαισίου επιλέξαμε τέσσερα: Μοντέλο Ροής Μοντέλο υνέχειας Μοντέλα Υυσικών Αντικειμένων (Artifacts Model) Υυσικό Μοντέλο γιατί τα θεωρήσαμε ως τα πλέον κατάλληλα για τη μελέτη του συστήματος που εξετάζουμε και με βάση το υλικό που είχαμε στη διάθεσή μας ΜΟΝΣΕΛΟ ΡΟΗ (FLOW MODEL) Σα στοιχεία που αποκαλύπτονται από αυτό το μοντέλο είναι ο ρόλος της ομάδας εργασίας, όπως αυτή εντάσσεται στο σύστημα και απεικονίζεται με ένα διάγραμμα ροής στο χήμα 3. Η ομάδα εργασίας επικοινωνεί με τους ακόλουθους: Σο Γραφείο Κίνησης Σο Αρχείο Σην Αποθήκη Σο Γραφείο Μισθοδοσίας Τπεύθυνο Εγκατάστασης Πελάτη Τπεύθυνο Ασφαλείας Εγκατάστασης Πελάτη Σο Αρχείο του πελάτη ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 91

92 Γραθείο Κίνηζης Αρτείο Αποθήκη Γραθείο Μιζθοδοζίας Ομάδα Εργαζίας / Σσνεργείο Υπεύθσνος Αζθαλείας Πελάηη Υπεύθσνος Εγκαηάζηαζης Πελάηη Αρτείο Πελάηη χήμα 3 : Αναπαράσταση επικοινωνίας της ομάδας εργασίας Λόγω του πλήθους και της πολυμορφίας που παρουσιάζονται στο ρόλο της Ομάδας Εργασίας όπως αυτή εντάσσεται στο σύστημα, αναλύθηκαν σε μεγαλύτερο βάθος οι αρμοδιότητες και τα καθήκοντα της Ομάδας και οι σχέσεις που αναπτύσσονται με τους εμπλεκόμενους φορείς. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 92

93 Αρχείο - Εργασιών - Εξοπλισμού - Τλικών Γραφείο Κίνησης Διοίκηση συνεργείων Εκτέλεση προγραμματισμένων εργασιών συντήρησης Προγραμματισμός και εκτέλεση έκτακτων εργασιών Αρχείο Βάση δεδομένων για τον εξοπλισμό που υπάρχει σε κάθε εγκατάσταση Επιμέλεια αδειών και μισθοδοσίας Αποθήκη -Εργαλεία -Ανταλλακτικά -Ατομικός Εξοπλισμός Αιηήμαηα Ενημέρωζη Ενημέρωση και Οδηγίες Ομάδα Εργαζίας / Σσνεργείο Ενημέρωζη Γραφείο Μισθοδοσίας - Μισθοδοτικές Καταστάσεις - Άδειες Ενημέρωση και Οδηγίες Ενημέρωση και Οδηγίες Ενημέρωζη Αρχείο - Εργασιών - Εξοπλισμού - Τλικών Τπεύθυνος Εγκατάστασης Πελάτη Προγραμματισμός Εργασιών Παροχή πληροφοριών Αρχείο Έλεγχος Εγκατάστασης Μέτρα Ασφαλείας Τπεύθυνος Ασφαλείας Πελάτη Έλεγχος Εγκατάστασης Μέτρα Ασφαλείας χήμα 4 : Αναπαράσταση αρμοδιοτήτων Μέσα από το παραπάνω διάγραμμα ροής που απεικονίζεται στο χήμα 4, φάνηκε με μεγαλύτερη σαφήνεια και ακρίβεια ο τρόπος που λειτουργεί η Ομάδα Εργασίας και έγινε ευκολότερη η περιγραφή και τοποθέτηση των εντοπισμένων προβλημάτων. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 93

94 Από τη διαδικασία προέκυψε ότι εντοπίζονται προβλήματα κατά τη διεπαφή όπως εμφανίζονται στο ακόλουθο διάγραμμα ροής του χήματος 5 και αναλύονται παρακάτω. : καλή επικοινωνία προς την Ομάδα Εργασίας : καλή επικοινωνία από την Ομάδα Εργασίας : μέτρια επικοινωνία προς την Ομάδα Εργασίας : μέτρια επικοινωνία από την Ομάδα Εργασίας : κακή επικοινωνία προς την Ομάδα Εργασίας : κακή επικοινωνία από την Ομάδα Εργασίας Οι κεραυνοί εντοπίζουν τα σημεία σύγκρουσης. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 94

95 Αρχείο - Εργασιών - Εξοπλισμού - Τλικών Γραφείο Κίνησης Διοίκηση συνεργείων Εκτέλεση προγραμματισμένων εργασιών συντήρησης Προγραμματισμός και εκτέλεση έκτακτων εργασιών Αρχείο Βάση δεδομένων για τον εξοπλισμό που υπάρχει σε κάθε εγκατάσταση Επιμέλεια αδειών και μισθοδοσίας Αποθήκη -Εργαλεία -Ανταλλακτικά -Ατομικός Εξοπλισμός Αιηήμαηα Ενημέρωζη Ενημέρωση και Οδηγίες Ομάδα Εργαζίας / Σσνεργείο Ενημέρωζη Γραφείο Μισθοδοσίας - Μισθοδοτικές Καταστάσεις - Άδειες Ενημέρωση και Οδηγίες Ενημέρωση και Οδηγίες Ενημέρωζη Αρχείο - Εργασιών - Εξοπλισμού - Τλικών Τπεύθυνος Εγκατάστασης Πελάτη Προγραμματισμός Εργασιών Παροχή πληροφοριών Αρχείο Έλεγχος Εγκατάστασης Μέτρα Ασφαλείας Τπεύθυνος Ασφαλείας Πελάτη Έλεγχος Εγκατάστασης Μέτρα Ασφαλείας χήμα 5 : Αναπαράσταση συγκρούσεων στην επικοινωνία Η Ομάδα Εργασίας επικοινωνεί με τους εμπλεκόμενους φορείς ως εξής: Με το Γραφείο Κίνησης o o Λαμβάνει οδηγίες προς εκτέλεση τέλνει ενημέρωση ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 95

96 Με το Αρχείο o o Λαμβάνει ενημέρωση τέλνει ενημέρωση Με την Αποθήκη o o Λαμβάνει ενημέρωση τέλνει αιτήματα Με το Γραφείο Μισθοδοσίας o τέλνει ενημέρωση Με τον Τπεύθυνο Εγκατάστασης Πελάτη o o Λαμβάνει ενημέρωση και οδηγίες τέλνει αιτήματα και ενημέρωση Με τον Τπεύθυνο Ασφαλείας Πελάτη o o Λαμβάνει ενημέρωση και οδηγίες τέλνει αιτήματα και ενημέρωση Με το Αρχείο Πελάτη o o Λαμβάνει ενημέρωση και οδηγίες τέλνει ενημέρωση ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 96

97 4.3.2 ΜΟΝΣΕΛΟ ΤΝΕΦΕΙΑ (SEQUENCE MODEL) Επιλέχθηκε το ακόλουθο μοντέλο συνέχειας, του χήματος 6, για να περιγράψει διαδικασίες οι οποίες επαναλαμβάνονται. Περιγράφεται η ακολουθία των εργασιών κατά τη διαδικασία μιας τυπικής συντήρησης. Πρωταρχικός σκοπός η σωστή κατά την ουσία ολοκλήρωση της συντήρησης και δευτερεύων η τυπική ολοκλήρωση της διαδικασίας. Ερέθισμα Εντολή και οδηγίες από το Γραφείο Κίνησης κοπός: Η οργάνωση της εργασίας Λήψη πληροφοριών από το Αρχείο σε ηλεκτρονική και έντυπη μορφή κοπός: Η οργάνωση της εργασίας Αίτημα και λήψη εξοπλισμού από την αποθήκη κοπός: Η οργάνωση της εργασίας και η ασφάλεια Μετάβαση στην εγκατάσταση και εντοπισμός του προς συντήρηση εξοπλισμού κοπός: Η ποιότητα της εργασίας Λήψη πληροφοριών από το Αρχείο Πελάτη ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 97

98 σε ηλεκτρονική και έντυπη μορφή κοπός: Η οργάνωση της εργασίας Λήψη οδηγιών και πληροφοριών από τον Τπεύθυνο Εγκατάστασης κοπός: Η ασφάλεια Ασφάλιση της Εγκατάστασης Ολοκλήρωση της εργασίας Παράδοση της Εγκατάστασης κοπός: Συπική ολοκλήρωση της εργασίας Επιστροφή, κλείσιμο Αποθήκης, Ενημέρωση Αρχείου, Ενημέρωση Γραφείου Μισθοδοσίας και κλείσιμο εργασίας χήμα 6 : Μοντέλο συνέχειας μιας διεργασίας ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 98

99 Σα προβλήματα προσδιορίζονται σε: Ελλιπή στοιχεία για την κατάσταση του προς συντήρηση εξοπλισμού από τα γραφεία της εταιρείας Έλεγχος για την ορθότητα του προς συντήρηση σημείου Δεδομένα σε ηλεκτρονική ή έντυπη μορφή για τον εξοπλισμό της εγκατάστασης που είναι προσβάσιμα μόνο τοπικά, στο αρχείο της εγκατάστασης Μεταφορά πληροφοριών και οδηγιών από τον υπεύθυνο της εγκατάστασης. Μεταφορά πληροφοριών και οδηγιών από τον υπεύθυνο της ασφάλειας. Διαδικασία συντήρησης υνθήκες στο σημείο συντήρησης ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 99

100 4.3.3 ΜΟΝΣΕΛΑ ΥΤΙΚΨΝ ΑΝΣΙΚΕΙΜΕΝΨΝ (ARTIFACTS MODELS) Εικόνα 7 : Μοντέλα φυσικών αντικειμένων ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 100

101 Εικόνα 8 : Μοντέλα φυσικών αντικειμένων Επιλέχθηκαν μοντέλα φυσικών αντικειμένων, τα οποία αναπαριστούν σχεδόν στο σύνολό τους, τα φυσικά «εργαλεία» και μέσα που χρησιμοποιούν οι χρήστες για να ολοκληρώσουν μια διεργασία. Σα μοντέλα φυσικών αντικειμένων μας έδωσαν πληροφορίες για τον τρόπο υλοποίησης μιας διεργασίες, για τα προβλήματα που υπάρχουν, για τυχόν ασυνέχεια στη ροή και τον τρόπο που αυτή αντιμετωπίζεται. Επίσης μας έδωσαν ιδέες για τη μεταφορά τους σε ένα διαδραστικό σύστημα ΥΤΙΚΟ ΜΟΝΣΕΛΟ (PHYSICAL MODEL) Σο φυσικό μοντέλο αναπαριστά τα βασικά στοιχεία του χώρου στον οποίο διεξάγεται η δουλειά. Επιλέχθηκε διότι η χωροταξική διάταξη και κυρίως στο ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 101

102 σημείο των βιομηχανικών εγκαταστάσεων όπου γίνονται οι εργασίες, παρουσιάζει ενδιαφέρον και κατά την ανάλυση των δεδομένων αποτελεί μέρος του προβλήματος. Εικόνα 9 : Σο φυσικό μοντέλο εργασίας ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 102

103 Τπάρχει Γραφείο Αρχείο με το σύνολο σχεδόν των απαιτούμενων πληροφοριών. Βρίσκεται όμως κατά μέσο όρο 600 m μακριά και χρειάζεται ειδική άδεια και συνοδεία για να φτάσει ο τεχνίτης μέχρι εκεί. Εικόνα 10 : Σο φυσικό μοντέλο εργασίας Είναι φανερό ότι η ο χώρος και οι συνθήκες δεν είναι κατάλληλοι για τη χρήση ενός συμβατικού υπολογιστή και σαφώς κάνουν δύσκολη τη χρήση τυπικών έντυπων εγχειριδίων. Η ανάγκη των ατομικών μέτρων προστασίας κατά περίπτωση (στολές, κάσκες, γάντια) καθώς και η ύπαρξη βιομηχανικών ρύπων (λάδια, χημικά, χώμα) δεν επιτρέπουν τη χρήση πληκτρολογίων και υποχρεώνει τους τεχνίτες, όταν χρειάζονται την πληροφορία να απομακρυνθούν από την εργασία τους, να αφαιρέσουν μέρος της στολής (όπως τα γάντια), να βρουν την πληροφορία στο έντυπο (πιθανώς να λερώνοντας το ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 103

104 έντυπο), να την αποστηθίσουν, να ξαναφορέσουν τη στολή και να επιστρέψουν στο σημείο που εργάζονται. Τπάρχει δυσκολία στην αντίληψη των τεχνιτών και δυσκολία συνεννόησης μεταξύ τους. Ενώ όλοι ξέρουν ότι η πληροφορία υπάρχει, είναι δύσκολος ο τρόπος να φτάσει μέχρι το σημείο που πραγματοποιούνται οι εργασίες. 4.4 ΕΡΜΗΝΕΙΑ το στάδιο της ερμηνείας έγινε η συγκέντρωση όλων των διαθέσιμων στοιχείων. Μελετήθηκαν εκ νέου οι συνεντεύξεις και επανεξετάστηκαν οι καταγραφές του τρόπου εργασίας και των αρχικών μοντέλων δουλειάς. Επίσης μελετήθηκε λεπτομερέστερα το φυσικό μοντέλο καθώς και τα μοντέλα φυσικών αντικειμένων. Δόθηκε ιδιαίτερη βαρύτητα στη κατανόηση των κύριων και των δευτερευόντων εργασιών και ποια είναι τα προβλήματα που παρουσιάζονται, αντίστοιχα. Δόθηκε η προσωπική μου εκτίμηση για τη διαδικασία που ακολουθείται σε κάθε εργασία και τονίστηκαν τα σημεία που έκαναν εντύπωση. Έγινε η επιλογή για το σημείο που επικεντρώθηκε η παρούσα εργασία, δηλαδή στη μεταφορά της πληροφορίας στο σημείο των εργασιών 4.5 ΕΠΑΝΑΦΕΔΙΑΜΟ ΔΟΤΛΕΙΑ (WORK REDESIGN) Κατά τον επανασχεδιασμό, βασική αρχή ήταν η χρήση των ηλεκτρονικών υπηρεσιών, που ήδη χρησιμοποιούν οι περισσότερες όλες οι μεγάλες σε μέγεθος εγκαταστάσεις για να ελέγχουν τους αυτοματισμούς και τα ασφαλιστικά τους ΣΟΦΟ Ο στόχος είναι να μεταφερθεί η πληροφορία μέσα στο πεδίο εργασίας και να μη μένει αποκομμένη από αυτό ή να μη μεταφέρεται με ενδιάμεσους τρόπους, σημειώσεις, μπλοκάκια, σελίδες Α4, από μνήμης, προφορικά ή με άλλους τρόπους. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 104

105 Επίσης είναι πολύ σημαντικό για την ασφάλεια των εργαζομένων και της εγκατάστασης, εκτός των τεχνικών πληροφοριών, να μεταφέρεται και η πληροφόρηση για τυχόν άλλες εργασίες που γίνονται μέσα στην εγκατάσταση και μπορεί να επηρεάζουν η μία την άλλη. Θα μπορούσαμε να πούμε ότι οι βασικοί άξονες που θα κινηθούμε είναι: Η μεταφορά της πληροφορίας με ακρίβεια και αξιοπιστία στο σημείο εκτέλεσης των εργασιών Η παρουσίαση της πληροφορίας με τρόπο που να μην εξαρτάται από τις συνθήκες που επικρατούν στο χώρο εργασίας Η ανανέωση της πληροφορίας και η ενημέρωση σε πραγματικό χρόνο ΦΕΔΙΑΗ ΤΣΗΜΑΣΟ Κατά την σχεδίαση του συστήματος θα ληφθούν υπόψη όλοι οι σχεδιαστικοί περιορισμοί που αναφέρθηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, τόσο από την βιβλιογραφική έρευνα, όσο και από την ερμηνεία της μεθόδου Contextual Design. Κατά τη διάρκεια της εργασίας του ο χρήστης πρέπει να χρησιμοποιεί τα χέρια του. Άρα θα θέλαμε να αναπτύξουμε ένα σύστημα υποστήριξης χωρίς χέρια. Όπως έχει ήδη αναφερθεί, υπάρχουν τρείς βασικοί περιορισμοί για τη σχεδίαση ενός συστήματος χωρίς χέρια. Ο πρώτος και ο δεύτερος έχουν να κάνουν με το ποιές από τις αισθήσεις θα χρησιμοποιηθούν για την εισαγωγή των οδηγιών στο σύστημα και την εξαγωγή της πληροφορίας από αυτό. Ο τρίτος έχει να κάνει με την ενσωμάτωση της πληροφορίας που δίνει το σύστημα στο περιβάλλον εργασίας. Η χρήση των υπολογιστών κατά τη φάση της σχεδίασης, μας επιτρέπει να έχουμε μοντελοποιημένα σε τρισδιάστατη μορφή τα περισσότερα από τα εξαρτήματα ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 105

106 που συνθέτουν μια βιομηχανική εγκατάσταση. Για το λόγο αυτό μπορούμε, εύκολα και σχετικά οικονομικά, να εντάξουμε τα μοντέλα αυτά ως πληροφορία στο εικονικό κομμάτι του συστήματος. Επίσης μπορεί να προσαρτηθεί και το σύνολο της πληροφορίας που υπάρχει σε μορφή κειμένου ή σχεδίου. Ο υπολογιστής λοιπόν έχει σχεδόν το σύνολο της πληροφορίας που απαιτεί ο χρήστης. Η εντολή που πρέπει να δοθεί στο σύστημα και δεν μπορεί να δοθεί από ένα πληκτρολόγιο ή ένα ποντίκι, μπορεί να δοθεί οπτικά ή φωνητικά. Για την οπτική μέθοδο, μια προσαρμοσμένη κάμερα στα ρούχα εργασίας, θα μπορούσε να αναγνωρίσει κάποια σύμβολα markers τοποθετημένα στην εγκατάσταση και να λειτουργήσει σαν εντολή προς τον υπολογιστή για να ετοιμάσει την κατάλληλη πληροφορία. Αν οι οπτικές συνθήκες δεν είναι καλές, λόγω σκόνης, χαμηλού φωτισμού ή αντίστοιχα πολύ έντονου φωτισμού, οι αντίστοιχες εντολές μπορούν να δοθούν φωνητικά, από ένα μικρόφωνο, προσαρμοσμένο επίσης στα ρούχα εργασίας. Σο μικρόφωνο επίσης έχει κάποια μειονεκτήματα, κυρίως όταν στο χώρο εργασίας υπάρχει πολύς θόρυβος ή μηχανές που προκαλούν παρεμβολές όπως κινητήρες ισχύος, αλλά, με την ανάπτυξη που γνωρίζουν τα τελευταία χρόνια τα συστήματα κινητής τηλεφωνίας, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι που αφαιρούν το θόρυβο, όπως η διαμόρφωση συχνοτήτων ή ο αποκλεισμός φασμάτων του ήχου. Ο τρόπος με τον οποίο το σύστημα θα παρουσιάσει την πληροφορία μπορεί αντίστοιχα να χωριστεί σε δύο τρόπους, ανάλογα με το μέσο που χρησιμοποιείται, την ακουστική και την οπτική πληροφορία. Η ακουστική πληροφορία δίδεται από σύστημα ακουστικών που μπορεί ταυτόχρονα να αποτελούν και μέσο προστασίας. Σο μεγαλύτερο μειονέκτημα είναι ότι η ακουστική πληροφορία δεν μπορεί να αποδώσει την πληροφορία που παρέχει ένα σχήμα. Η οπτική απόδοση της πληροφορίας είναι σαφώς καλύτερη σε ότι αφορά τις λεπτομέρειες και το σύνολο των δεδομένων που κάνουν την ίδια την πληροφορία κατανοητή. Η οπτική απόδοση πρέπει να προσαρμοστεί κατάλληλα στο χώρο εργασίας με τρόπο που να καθιστά την πληροφορία ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 106

107 ευδιάκριτη και σαφή και ταυτόχρονα να μην εμποδίζει την οπτική του χρήστη στην εξεταζόμενη εγκατάσταση. ε ότι αφορά στην ανανέωση της πληροφορίας, η ασύρματη δικτύωση που χρησιμοποιεί σχεδόν το σύνολο της βιομηχανίας για τον έλεγχο της λειτουργίας των αυτοματισμών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επικοινωνία ανάμεσα σε ένα φορητό υπολογιστικό σύστημα και σε μια βάση δεδομένων και ένα κέντρο ελέγχου που βρίσκεται στα γραφεία της εγκατάστασης. Σο κέντρο ελέγχου μπορεί να δώσει την ανανεωμένη πληροφορία που χρειάζεται ο χρήστης ή να δείξει την κατάσταση της εγκατάστασης σε πραγματικό χρόνο μεταφέροντος τις ενδείξεις των οργάνων οποιουδήποτε κέντρου ελέγχου στο χρήστη. Η μέθοδος βελτιώνει την ποιότητα της πληροφορίας που παρέχεται στο χρήστη, μειώνει αισθητά το χρόνο που απαιτείται για την εύρεση της πληροφορίας και αυξάνει σημαντικά την ασφάλεια του συστήματος, αφού ελαχιστοποιούνται τα λάθη. το κεφάλαιο που ακολουθεί παρουσιάζεται ο τρόπος με τον οποίο η Επαυξημένη Πραγματικότητα μπορεί να υποστηρίξει ένα σύστημα οδηγιών χωρίς χέρια. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 107

108 5. ΜΕΛΕΣΗ ΠΕΡΙΠΣΨΗ ΦΡΗΗ ΕΝΟ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ Ε ΜΗΦΑΝΟΛΟΓΙΚΕ ΕΓΚΑΣΑΣΑΕΙ 5.1 ΑΝΑΠΣΤΞΗ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΕΙΑΓΨΓΗ το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζεται η διαδικασία ανάπτυξης πρωτοτύπου Επαυξημένης Πραγματικότητας. Αρχικά, καθορίζεται η επιλογή του καταλληλότερου είδους επαυξημένης πραγματικότητας όπως επίσης και η επιλογή κατάλληλου λογισμικού για να την ανάπτυξη του πρωτοτύπου. Έπειτα καθορίζονται οι συσκευές που θα χρησιμοποιηθούν ενώ θέτονται οι στόχοι που καλείται να καλύψει το πρωτότυπο καθώς και οι προδιαγραφές που θα πρέπει ακολουθηθούν κατά την σχεδίαση. Περιγράφεται η διαδικασία υλοποίησης του πρωτοτύπου, γίνεται η παρουσίαση του καθώς και μια αναφορά στα σημαντικότερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα του. Ακολούθως παρουσιάζεται η διαδικασία αξιολόγησης του πρωτοτύπου. Αρχικά, καθορίζονται οι στόχοι της αξιολόγησης, αναλύεται η επιλογή της κατάλληλης μεθόδου και θέτονται τα προς διερεύνηση ζητήματα. τη συνέχεια περιγράφεται η διαδικασία της αξιολόγησης και η μεθοδολογία κατασκευής των ερωτηματολογίων. Σέλος παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της αξιολόγησης και τα συμπεράσματα που προκύπτουν. Ο στόχος μας δεν είναι να δείξουμε πώς μπορούμε να αναπτύξουμε ένα πρωτότυπο επαυξημένης πραγματικότητας, αλλά μέσω ενός πρωτοτύπου να αξιολογήσουμε τις δυνατότητες της επαυξημένης πραγματικότητας να υποστηρίζει έναν αριθμό διαδικασιών στις μηχανολογικές εγκαταστάσεις. Η αξιολόγηση του πρωτοτύπου Επαυξημένης Πραγματικότητας μας δείχνει την αποτελεσματικότητα της εφαρμογής και αξιολογεί την ιδέα για την ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 108

109 χρησιμότητα μιας τέτοιας εφαρμογής σε βιομηχανικό περιβάλλον. Η διαδικασία της αξιολόγησης αποσκοπεί στην εξαγωγή συμπερασμάτων, μέσω της συγκέντρωσης ποσοτικών και ποιοτικών δεδομένων, σχετικά με την ευχρηστία και την αποτελεσματικότητα του πρωτοτύπου. Για να μπορέσουμε να αξιολογήσουμε τις δυνατότητες της Επαυξημένης Πραγματικότητας σε ένα βιομηχανικό περιβάλλον, υλοποιήσαμε ένα πρωτότυπο, το οποίο εντάσσεται σε ένα σύστημα Επαυξημένης Πραγματικότητας και μετά αξιολογήσαμε συγκεκριμένες παραμέτρους, όπως η οπτική απεικόνιση, η ευκολία στο χειρισμό, η ακρίβεια στο χειρισμό, η ταχύτητα στο χειρισμό, το μέγεθος, την ποιότητα και την ακρίβεια της πληροφορίας που παρέχει σε σχέση με το πώς αντιλαμβάνονται τις παραμέτρους αυτές οι χρήστες όταν χρησιμοποιούν το έντυπο εγχειρίδιο. 5.1 ΣΟΦΟΙ Κάθε εφαρμογή που αναπτύσσεται καλείται να ικανοποιήσει διαφορετικούς στόχους. Για το λόγο αυτό, κρίνεται απαραίτητος ο ορισμός των στόχων που θα πρέπει να καλύψει το πρωτότυπο. Οι πιο σημαντικοί από αυτούς είναι οι εξής: αρχικά οι στόχοι που τέθηκαν από την Επανασχεδίαση της Εργασίας ως αποτέλεσμα της μεθόδου της χεδίασης Γενικού Πλαισίου φυσική αλληλεπίδραση μεταξύ του υπολογιστή, του εικονικού και του πραγματικού κόσμου ελευθερία των χρηστών για κάθε κίνηση και κάθε ενέργεια μέγεθος) ευκολία χειρισμού των φυσικών αντικειμένων (μικρό βάρος, κατάλληλο 5.2 ΕΠΙΛΟΓΗ ΜΕΘΟΔΟΤ Όπως έχει αναφερθεί, ο βαθμός εμβύθισης είναι συνδεδεμένος κυρίως με το μέσο απεικόνισης. υσκευές όπως τα γυαλιά ή το κράνος αυξάνουν σημαντικά την εμβύθιση σε σχέση με μια απλή οθόνη υπολογιστή. Οι υπόλοιπες συσκευές ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 109

110 επηρεάζουν το βαθμό εμβύθισης αλλά σε μικρότερο βαθμό. Σο πρόβλημα που τίθεται στο σημείο αυτό αφορά την επιλογή των συσκευών και του λογισμικού που θα χρησιμοποιηθούν για την ερευνητική εφαρμογή. Η επιτραπέζια επαυξημένη πραγματικότητα χρησιμοποιεί την οθόνη του υπολογιστή. Λειτουργεί σε βάρος της εμβύθισης, αλλά έχει βασικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τις τεχνικές ανάπτυξης και με το κόστος υλοποίησης του πρωτοτύπου. Με βάση ότι πρόκειται για αξιολόγηση πρωτοτύπου θα πρέπει να λάβουμε υπόψη την αντιληπτική διαδικασία και όχι την τεχνολογική προσέγγιση. Επίσης, σύμφωνα με όσα έχουν αναφερθεί για τη διαδικασία της διεπαφής ο χρήστης είναι προτιμότερο να βρίσκεται σε φιλικό προς αυτόν περιβάλλον, ώστε να αξιολογήσει το πρωτότυπο ανεξάρτητα από εξωτερικούς παράγοντες. Λαμβάνοντας υπόψη τις παραπάνω παρατηρήσεις και συνυπολογίζοντας ότι η επιτραπέζια επαυξημένη πραγματικότητα είναι πιο άμεσα εφαρμόσιμη από την πλήρως εμβυθισμένη, γίνεται σαφές ότι η επιλογή της επιτραπέζιας επαυξημένης πραγματικότητας είναι η καλύτερη επιλογή για την ανάπτυξη και αξιολόγηση της παρούσας ερευνητικής εφαρμογής. Εκτός από την επιλογή των συσκευών πρέπει αντίστοιχα να γίνει και επιλογή λογισμικού. Η επιλογή του λογισμικού ανάπτυξης αφορά κυρίως την διαδικασία της ανίχνευσης, δηλαδή την απόκτηση των πληροφοριών από τον πραγματικό κόσμο. Για τη συγκεκριμένη εφαρμογή αποφασίστηκε η χρήση του ARToolkit. Σο ARToolkit είναι μια βιβλιοθήκη της γλώσσας προγραμματισμού C και C++ η οποία επιτρέπει στους προγραμματιστές να αναπτύξουν εύκολα εφαρμογές Επαυξημένης Πραγματικότητας. Ο ρόλος του είναι η εκτέλεση της διαδικασίας ανάλυσης κάθε εισερχόμενου frame από μια κάμερα και η παραγωγή ενός στρώματος για την βιβλιοθήκη τρισδιάστατων γραφικών OpenGL, πάνω στο οποίο αναπαράγονται τα εικονικά μοντέλα. Αυτό το στρώμα περιέχει ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 110

111 πληροφορίες σχετικά με την θέση και τον προσανατολισμό κάθε αντικειμένου, σε σχέση με την κάμερα. Η τεχνική που χρησιμοποιεί, επιτρέπει την επεξεργασία, ανίχνευσης και ευθυγράμμιση σε κάθε frame. Η τεχνική της επαύξησης βασίζεται στην χρήση marker. Κάθε marker περιέχει ένα μοναδικό και προκαθορισμένο σύμβολο-χαρακτήρα μέσα σε ένα μαύρο πλαίσιο, το οποίο είναι ορατό από την κάμερα κατά την διαδικασία ανίχνευσης. Εικόνα 11 : Συπικά σύμβολα σε Markers Ο συνδυασμός των τεχνικών αυτών καθιστά το ARToolkit ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την εύκολη και γρήγορη ανάπτυξη εφαρμογών Επαυξημένης Πραγματικότητας. Μερικά από τα χαρακτηριστικά του ARToolkit περιλαμβάνουν: Σην μοναδική θέση κάμερας (Single camera position) Σον κώδικα εντοπισμού (tracking code) που χρησιμοποιεί απλά μαύρα τετράγωνα σε ποικίλες διατάξεις (patterns) Ση δυνατότητα δημιουργίας επιλεγμένων μορφών σε κάθε τετράγωνο marker Σον εύκολο κώδικα βαθμονόμησης της κάμερας Σην ταχύτητα AR εφαρμογών πραγματικού χρόνου ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 111

112 Σην ελεύθερη διανομή σε SGI IRIX, Linux, MacOS και Windows OS Ση διανομή με πλήρη πηγαίο κώδικα Η απόδοση του συστήματος εξαρτάται από την ποιότητα της κάμερας και την υπολογιστική ισχύ. τις περισσότερες εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας, η γρήγορη κίνηση των markers μπορεί να οδηγήσει σε απώλεια της ανιχνεύσιμης πληροφορίας, ενώ το ίδιο συμβαίνει και στην περίπτωση όπου η κάμερα δεν έχει επαφή με ολόκληρο το marker. Ψστόσο δεν δημιουργούνται σημαντικά προβλήματα λόγω της επεξεργασίας κάθε frame. Οι βασικές προϋποθέσεις για την σωστή ανίχνευση από το ARToolkit είναι οι εξής: συνεχής ορατότητα των markers από την κάμερα κατάλληλο μέγεθος των markers σε σχέση με την απόσταση της κάμερας κατάλληλες συνθήκες φωτισμού του περιβάλλοντα χώρου. λευκό χρώμα της επιφάνειας εργασίας Εικόνα 12 : Συπικά φυσικά αντικείμενα και επιφάνεια εργασίας 5.3 ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΚΕΤΨΝ Η επιλογή των κατάλληλων συσκευών επηρεάζεται άμεσα, κυρίως από τις προεπιλεγμένες μεθόδους ανίχνευσης και απεικόνισης αλλά και από παράγοντες ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 112

113 όπως το κόστος. Η μέθοδος που επιλέχτηκε για το πρωτότυπο είναι αυτή του βίντεο (video see-through). Σα συστήματα βίντεο αποτελούνται από μια αδιαφανή οθόνη (δηλαδή μια οθόνη υπολογιστή) ευθυγραμμισμένη οπτικά με μια κάμερα καταγραφής βίντεο. Με την προβολή των δεδομένων από την κάμερα, η οθόνη μετατρέπεται σε διαφανή. Δηλαδή προβάλλεται ο πραγματικός κόσμος μέσω της οθόνης. ε αυτήν την περίπτωση, ο υπολογιστής επεξεργάζεται την ίδια εικόνα με αυτήν που βλέπει ο χρήστης με αποτέλεσμα να μην υπάρχει αλλοίωση της φωτεινότητας. Παράλληλα, η ροή του βίντεο υπόκειται σε χρόνο-καθυστέρηση έτσι ώστε συγχρονίζεται με την καθυστέρηση της συσκευής ανίχνευσης. Με την ενσωμάτωση των γραφικών σε κάθε frame του βίντεο επιτυγχάνεται η σωστή καταχώριση ακόμα και αν τα δεδομένα από την ανίχνευση εμπεριέχουν σφάλματα. Οι συσκευές που χρησιμοποιούνται διαχωρίζονται σε μονάδες εισόδου και μονάδες εξόδου. μονάδες εισόδου: οι συσκευές εισόδου αφορούν την μεταφορά της εικόνας από το περιβάλλον εργασίας στην οθόνη του υπολογιστή, η οποία πραγματοποιείται από μια κάμερα χαμηλής ανάλυσης (640x480/30fps) και την μεταφορά της θέσης και του προσανατολισμού των τρισδιάστατων εικονικών αντικειμένων. Για την βελτιστοποίηση της διαδικασίας, απαιτήθηκε η ευθυγράμμιση της κάμερας μέσω του ARToolkit, η δημιουργία των κατάλληλων markers και ο έλεγχος τους για σωστή ανίχνευση, η κατασκευή των φυσικών αντικειμένων καθώς και η επιφάνειας εργασίας. μονάδες εξόδου: οι συσκευές εξόδου αφορούν την προβολή της εικόνας του επαυξημένου περιβάλλοντος και στην παρούσα εφαρμογή χρησιμοποιήθηκε μία συμβατική οθόνη υπολογιστή. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 113

114 5.4 ΤΛΟΠΟΙΗΗ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ Η υλοποίηση του πρωτοτύπου διακρίνεται σε τέσσερα στάδια. Σην κατασκευή της επιφάνειας εργασίας και των φυσικών αντικειμένων, την δημιουργία και ενσωμάτωση των τρισδιάστατων μοντέλων, την σύνδεση τους μέσω του ARToolkit και την εγκατάσταση του. Ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή τους: Επιφάνεια εργασίας και markers: η κατασκευή της επιφάνειας εργασίας έγινε με τη χρήση σύνθετης επιφάνειας (χαρτί για μακέτες), η οποία αποτελείται από ένα πυρήνα πολυστυρενίου, σε μορφή αφρού, που αντιστέκεται στην κάμψη και στο τσάκισμα. Είναι σκληρή και ανθεκτική, αλλά κόβεται εύκολα και έχει εντυπωσιακά μικρό βάρος. Καλύπτεται και από τις δύο όψεις της με λεπτές επενδύσεις λευκού χαρτονιού ισχυρά επικολλημένου που της δίνει μια λεία και σταθερή επιφάνεια. Από το ίδιο υλικό κατασκευάστηκαν και τα φυσικά αντικείμενα πάνω στα οποία επικολλήθηκαν σύμβολα κατάλληλα για την ανίχνευσης τους από το ARToolkit Εικόνα 13 : Markers που χρησιμοποιήθηκαν στο πρωτότυπο 3D & 2D Μοντέλα : τα τρισδιάστατα δισδιάστατα μοντέλα δημιουργήθηκαν σε σύστημα CAD και ακλούθησε η μετατροπή τους σε εικονικά μοντέλα VRML. Ιδιαίτερη βαρύτητα δόθηκε στο μικρό μέγεθος των αρχείων για γρηγορότερη επεξεργασία από την μηχανή αναπαραγωγής γραφικών και στην σωστή ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 114

115 αναπαράσταση των επιφανειών (textures) για καλύτερη απεικόνιση. Πρέπει να επισημανθεί ότι παρότι τα μοντέλα στο σύστημα CAD παρουσιάζονται με πολύ καλή ανάλυση και ποιότητα εικόνας λόγου του υψηλού render, μετά τη μετατροπή τους σε VRML μοντέλα δεν μπορούν να αναπαρασταθούν με την ίδια ποιότητα γραφικών. Για την χρήση γραφικών υψηλής ποιότητας θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν και άλλες βιβλιοθήκες όπως η OSG ART Εικόνα 14 : Σο φυσικό αντικείμενο, το μοντέλο και το εικονικό αντικείμενο ARToolkit configuration : κατά την διαδικασία διαμόρφωσης του ARToolkit, δημιουργήθηκαν τα απαραίτητα αρχεία για την αναγνώρισης των συμβόλων, δηλαδή την ανίχνευσης των markers, έγινε ο ορισμός των εικονικών μοντέλων προς αναπαραγωγή ενώ ακλούθησε ο ορισμός της θέσης, του προσανατολισμού και της κλίμακάς τους σε σχέση με τα φυσικά αντικείμενα. την συνέχεια έγινε η σύνταξη του κώδικα και η δημιουργία του αρχείου εκτέλεσης. Για την εισαγωγή των παραπάνω δεδομένων και την δημιουργία του εκτελέσιμου αρχείου χρησιμοποιήθηκε η βιβλιοθήκη ενσωμάτωσης εικονικών μοντέλων του ARToolkit. Setup: τα βήματα που ακολουθήθηκαν κατά την εγκατάσταση του πρωτοτύπου ήταν η τοποθέτηση της κάμερας στην καταλληλότερη απόσταση και γωνία σε σχέση με την επιφάνεια εργασίας καθώς και η ευθυγράμμιση της κάμερας (calibration) ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 115

116 5.5 ΠΛΕΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ - ΜΕΙΟΝΕΚΣΗΜΑΣΑ Σο πρωτότυπο υιοθετεί τα περισσότερα χαρακτηριστικά γνωρίσματα των διεπαφών τα οποία έχουν προαναφερθεί στο δεύτερο κεφάλαιο. Ψστόσο, λόγω του πρωτότυπου σχεδιασμού και τον συνδυασμό συσκευών και τεχνικών, φέρει ιδιαίτερα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα τα οποία προκύπτουν από την χρήση των φυσικών αντικειμένων, την τεχνικής της οπτικής ανίχνευσης και την διαμόρφωση της αλληλεπιδραστικής διαδικασίας: Πλεονεκτήματα : ευκολία χρήσης: τα φυσικά αντικείμενα είναι ελαφριά και εύκολα στην χρήση και με την κατάλληλη επεξεργασία είναι εξαιρετικά ανθεκτικά για τη χρήση τους σε βιομηχανικό περιβάλλον. εύκολη αντικατάσταση: τα φυσικά αντικείμενα μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν όταν φθαρούν. Μειονεκτήματα : αναξιοπιστία ανίχνευσης: λόγω της οπτικής ανίχνευσης που βασίζεται στην αναγνώρισης συμβόλων, εμφανίζονται μερικοί περιορισμοί κατά την αλληλεπιδραστικής διαδικασία. Για παράδειγμα, οι φυσικές σκιές και ο κακός φωτισμός οδηγούν σε εσφαλμένη ανίχνευση. περιορισμένη ανάδραση: το πρωτότυπο δεν παρέχει κανενός είδους δυναμική ανάδραση ενώ προσφέρει μόνο οπτική ανάδραση. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 116

117 5.6 ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ ΕΠΑΤΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑΣΙΚΟΣΗΣΑ ΚΑΘΟΡΙΜΟ ΣΟΦΨΝ ΚΑΙ ΕΠΙΛΟΓΗ ΚΑΣΑΛΛΗΛΗ ΜΕΘΟΔΟΤ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ Ανάλογες διαδικασίες έχουν διενεργηθεί ως τώρα, κατά την σχεδίαση και εφαρμογή αρκετών συστημάτων Εικονικής Πραγματικότητας. Ψστόσο, όσον αφορά τις εφαρμογές Επαυξημένης Πραγματικότητας δεν έχουν οριστεί ακόμα πρότυπα σχεδίασης και αξιολόγησης. Για την αξιολόγηση του πρωτοτύπου, η μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι η συγκριτική-συμπερασματική (comparative - summative) αξιολόγηση. Η μέθοδος αυτή κρίνεται η καταλληλότερη καθώς εστιάζει σε συγκεκριμένες ενέργειες σε ελεγχόμενο περιβάλλον. Αρχικά απαιτείται ο ορισμός των ζητημάτων προς διερεύνηση πάνω στα οποία θα κατευθυνθεί η αξιολόγηση και έπειτα ο ορισμός των βημάτων που θα ακολουθηθούν. Η διαδικασία υποστηρίζεται από διερευνητικές τεχνικές με τη χρήση ερωτηματολογίων (Παράρτημα Α) και την υποβολή συγκεκριμένων εργασιών στο χρήστη ενώ οι μετρικές που θέτονται εστιάζουν στην μέτρηση της απόδοσης του συστήματος, της ικανοποίησης των χρηστών και εν γένει της συνολικής ευχρηστίας. Οι χρήστες που θα κληθούν να αξιολογήσουν το πρωτότυπο, δραστηριοποιούνται στο χώρο της βιομηχανίας. Δεν εξετάζεται η εμπειρία τους στους υπολογιστές, αλλά η εμπειρία τους στη συντήρηση και επισκευή μηχανολογικών εγκαταστάσεων σε βιομηχανικό περιβάλλον. Σα αποτελέσματα αναμένεται να οδηγήσουν σε χρήσιμα συμπεράσματα σχετικά με την ευχρηστία και χρησιμότητα του συστήματος. Σα ερωτηματολόγια αποτελούν έναν οικονομικό αλλά χρονοβόρο τρόπο αξιολόγησης καθώς απαιτούν χρόνο για την ερμηνεία των αποτελεσμάτων. Ψστόσο, είναι ιδανικό εργαλείο σε περιπτώσεις συγκέντρωσης μεγάλου όγκου ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 117

118 αποτελεσμάτων και στατιστικής ανάλυσής τούς. Η τεχνική των ερωτηματολογίων χρησιμοποιείται για την εξωτερίκευση της προσωπικής εμπειρίας των χρηστών ενώ παράλληλα δίνει αξιόπιστα αποτελέσματα με τη καταγραφή υποκειμενικών απόψεων, όπως η ικανοποίηση των χρηστών ενός συστήματος. Η εγκυρότητα των αποτελεσμάτων, επηρεάζεται άμεσα από την εμπειρία και την κριτική ικανότητα των ερωτηθέντων ΖΗΣΗΜΑΣΑ ΠΡΟ ΔΙΕΡΕΤΝΗΗ το σημείο αυτό είναι σκόπιμο να ορισθούν τα προς διερεύνηση ζητήματα με βάση τούς αρχικούς στόχους της εργασίας αυτής και την μελέτη της βιβλιογραφίας: υγκριτικά με τα εγχειρίδια, το πρωτότυπο προσφέρει αντίστοιχη ή καλύτερη Οπτική απεικόνιση; υγκριτικά με τα εγχειρίδια, το πρωτότυπο προσφέρει αντίστοιχη ή μεγαλύτερη ευκολία στο χειρισμό; υγκριτικά με τα εγχειρίδια, το πρωτότυπο προσφέρει αντίστοιχη ή μεγαλύτερη ακρίβεια στο χειρισμό; υγκριτικά με τα εγχειρίδια, το πρωτότυπο προσφέρει αντίστοιχη ή μεγαλύτερη ταχύτητα στο χειρισμό; υγκριτικά με τα εγχειρίδια, το πρωτότυπο προσφέρει αντίστοιχο ή μεγαλύτερο μέγεθος πληροφορίας; υγκριτικά με τα εγχειρίδια, το πρωτότυπο προσφέρει αντίστοιχη ή καλύτερη ποιότητα πληροφορίας; υγκριτικά με τα εγχειρίδια, το πρωτότυπο προσφέρει αντίστοιχη ή καλύτερη ακρίβεια πληροφορίας; ΕΝΑΡΙΑ ΦΡΗΗ Σα σενάρια χρήσης διαμορφώνονται σύμφωνα με τον στόχο της αξιολόγησης. Επομένως, θα πρέπει να μεταφέρουν την πραγματική εικόνα των δυνατοτήτων ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 118

119 του πρωτοτύπου, σε σχέση με τα ερωτήματα που έχουν τεθεί. Επιπλέον, με την ύπαρξη των σεναρίων χρήσης, ο χρήστης ακολουθεί από την αρχή έναν στόχο, γεγονός που βοηθάει και στην μείωση του χρόνου της διαδικασίας αλλά και στη διατήρηση του ενδιαφέροντος του χρήστη. Για την αξιολόγηση του πρωτοτύπου διαμορφωθήκαν τρία σενάρια χρήσης τα οποία οι συμμετέχοντες καλούνται να εκτελέσουν. Σα σενάρια προσομοιώνουν συμβάντα που καλείται να αντιμετωπίσει ένας μηχανικός σε βιομηχανικό περιβάλλον. σενάριο Α : μέσα από την ανίχνευση των markers ο χρήστης αναγνωρίζει την σωστή θέση στο χώρο, μέσα από ένα διάγραμμα σωληνώσεων και οργάνων (piping and instrument diagram). σενάριο Β : ο χρήστης λαμβάνει πληροφορίες τόσο για την κατάσταση του συστήματος όσο και την κατάσταση του υπό συντήρηση εξοπλισμού. σενάριο Γ : ο χρήστης λαμβάνει πληροφορίες για την διαδικασία της συντήρησης ΜΕΣΡΗΕΙ Για την αξιολόγηση θα λάβουμε τις ακόλουθες μετρήσεις τον αριθμό των σφαλμάτων που κάνουν οι χρήστες (λανθασμένη επιλογή, λανθασμένη ενέργεια) τον αριθμό των ενεργειών που κάνουν οι χρήστες για την υλοποίηση κάθε σεναρίου (επιλογή, τοποθέτηση, εναλλαγή) το χρόνο που απαιτείται για την ολοκλήρωση του σεναρίου χρήσης ΔΙΑΔΙΚΑΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ Για τη διαδικασία της αξιολόγησης, αρχικά γίνεται ο ορισμός των μετρικών ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 119

120 αξιολόγησης, ο ορισμός των σεναρίων χρήσης και η κατασκευή των ερωτηματολογίων. τη συνέχεια γίνεται η συγκριτική - συμπερασματική αξιολόγηση (από αντιπροσωπευτικούς χρήστες) με τη συμπλήρωση του ερωτηματολογίου αναγνώρισης προφίλ χρηστών, την εξοικείωση των συμμετεχόντων με το πρωτότυπο, την εκτέλεση των σεναρίων από τούς συμμετέχοντες χωρίς τη χρήση του πρωτοτύπου και ακολούθως με την εκτέλεση των σεναρίων με τη χρήση του πρωτοτύπου. ε κάθε φάση οι χρήστες συμπληρώνουν το ερωτηματολόγιο της συγκριτικής αξιολόγησης και στο τέλος συμπληρώνουν το ερωτηματολόγιο αξιολόγησης πρωτοτύπου. Αφού συμπληρωθούν τα ερωτηματολόγια, γίνεται η συγκέντρωση των ποιοτικών και ποσοτικών δεδομένων και η εξαγωγή των συμπερασμάτων ΚΑΣΑΚΕΤΗ ΕΡΨΣΗΜΑΣΟΛΟΓΙΨΝ Η αξιολόγηση του πρωτοτύπου Επαυξημένης Πραγματικότητας βασίστηκε στην τεχνική του ερωτηματολογίου, που χρησιμοποιείται για να συλλέξει προσωπικές απόψεις και σχόλια των χρηστών από την εμπειρία τούς κατά την εκτέλεση των σεναρίων χρήσης. Σο ερωτηματολόγιο μπορεί να βοηθήσει σημαντικά τη σχεδιαστική διαδικασία και όπως προαναφέρθηκε αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο αξιολόγησης. Η επιτυχημένη διεξαγωγή συμπερασμάτων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη σχεδίαση του ερωτηματολογίου. Όλες οι ερωτήσεις πρέπει να επεξεργαστούν προσεκτικά, ώστε να τηρούνται οι βασικές αρχές σύνταξης ενός ερωτηματολογίου. Οι πιο σημαντικές αρχές σύνταξης είναι η σαφήνεια των ερωτήσεων και η σωστή διατύπωση τούς. Οι ερωτήσεις πρέπει να είναι σαφείς και σύντομες, ώστε να μην υπάρχει περιθώριο παρερμηνείας τούς από τούς χρήστες. κοπός του ερωτηματολογίου είναι η συγκέντρωση ποσοτικών και ποιοτικών στοιχειών. Οι ποιοτικές ερωτήσεις αποδίδουν μεγαλύτερη ακρίβεια από τις ποιοτικές, ενώ οι ποιοτικές απαιτούν περισσότερη συγκέντρωση και σκέψη από την πλευρά του χρήστη. Σο ερωτηματολόγιο χωρίζεται σε τρία μέρη. Σο πρώτο αποτελείται από ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 120

121 αναγνωριστικές ερωτήσεις για το προφίλ των χρηστών οι οποίες αναφέρονται μόνο σε δεδομένα που είναι απαραίτητα για την αξιολόγηση, το δεύτερο αποτελείται από ερωτήσεις απόδοσης των μεθόδων για την συγκριτική τούς αξιολόγηση, ενώ το τρίτο αποσκοπεί στην αξιολόγηση ευχρηστίας του υπό εξέταση πρωτοτύπου. Οι ερωτήσεις σχετίζονται με την αλληλεπίδραση των χρηστών με το πρωτότυπο και ακολουθεί τη διαδικασία εκτέλεσης των σεναρίων χρήσης. Για την κατασκευή των ερωτηματολογίων χρησιμοποιήθηκαν διάφορες μορφές ερωτήσεων. Οι τύποι ερωτήσεων οι οποίοι απαρτίζουν τα ερωτηματολόγια αναλύονται στους εξής: ερωτήσεις κλειστού τύπου: οι ερωτήσεις αυτού του τύπου επιδέχονται μία εκ των δύο μοναδικών απαντήσεων, καταφατική απάντηση (Ναι) ή αρνητική απάντηση (Όχι). ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής: οι ερωτήσεις αυτού του τύπου καθοδηγούν τον χρήστη και χρησιμοποιούνται κατά την αναγνώριση του προφίλ των χρηστών για λόγους συντόμευσης της διαδικασίας. ερωτήσεις ανοιχτού τύπου: στην περίπτωση αυτή ζητείται από το χρήστη να εκφράσει γενικά σχόλια και παρατηρήσεις που δεν καλύπτονται από τα υπόλοιπα ερωτήματα. Ο τύπος αυτός συνήθως δίνει και τα περισσότερα στοιχεία για την εξαγωγή των τελικών συμπερασμάτων ενώ απαιτούν περισσότερη σκέψη και χρόνο εκ μέρους του χρήστη γιατί δεν υπάρχει κανένα προκαθορισμένο σύνολο απαντήσεων. ένα πλεονέκτημα αυτού του τύπου είναι η ποικιλία των απαντήσεων που πιθανώς προκύπτει από τις ερωτήσεις. ερωτήσεις κλίμακας Likert (με προκαθορισμένη κλίμακα πολλαπλών σημείων): οι ερωτήσεις αυτού του τύπου μπορούν να απαντηθούν με μια τιμή από ένα σύνολο διακριτών τιμών. την προκειμένη περίπτωση το σύνολο των διακριτών τιμών είναι το 1,2,3,4,5 όσον αφορά την αριθμητική τούς τιμή ενώ στον συμμετέχοντα δίνεται και μια αντίστοιχη περιγραφική απεικόνιση (π.χ. Καθόλου, Ελάχιστα, Μέτρια, Αρκετά, Πολύ). Η ανώτατη τιμή (5) δηλώνει την ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 121

122 μέγιστη ικανοποίηση, ενώ η ελάχιστη τιμή (1) δηλώνει την μη ικανοποίηση των απαιτήσεων του χρήστη. Οι ενδιάμεσες τιμές (2,3,4) δηλώνουν μια μερική ικανοποίηση των απαιτήσεων. Η κλίμακα Likert είναι ένας τύπος απαντήσεων ψυχομετρικής κλίμακας ο οποίος χρησιμοποιείται συχνά σε ερωτηματολόγια και είναι ευρέως διαδεδομένος σε στατιστικές έρευνες. Οι συμμετέχοντες διατυπώνουν το βαθμό συμφωνίας τούς με μία δήλωση. Η κλίμακα ονομάστηκε έτσι από τον Rensis Likert. Σο ερωτηματολόγιο συντάχθηκε με βάση μια σειρά από κατευθυντήριες οδηγίες που δίνονται από τον Nielsen: αριθμός ερωτήσεων: ερωτήσεις βάθος ερωτήσεων: η απάντηση σε κάθε ερώτηση πρέπει να δίνει αρκετές πληροφορίες για κάθε σημείο που αξιολογείται πληρότητα: το σύνολο όλων των απαντήσεων πρέπει να δίνει αρκετές πληροφορίες για όλους τούς στόχους της αξιολόγησης ανεξαρτησία: κάθε απάντηση πρέπει να δίνει διαφορετικό είδος πληροφοριών ισορροπία: το σύνολο των ερωτήσεων πρέπει να καλύπτει όλα τα θέματα προς αξιολόγηση τα ερωτηματολόγια πρέπει να είναι απλά και κατανοητά ενώ παράλληλα, η συμπλήρωσή τούς να μην είναι χρονοβόρα. Σο ερωτηματολόγιο αποτελείται από 7 εισαγωγικές ερωτήσεις που αφορούν την αναγνώριση του προφίλ των χρηστών, από 7 ερωτήσεις συγκριτικής αξιολόγησης, οι οποίες αφορούν και τη παραδοσιακή μέθοδο και το πρωτότυπο και 7 ερωτήσεις αξιολόγησης που αφορούν το πρωτότυπο. υνολικά ο χρήστης καλείται να απαντήσει σε 28 ερωτήσεις (Παράρτημα Α). 5.7 ΠΑΡΟΤΙΑΗ ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΨΝ Με την ολοκλήρωση της εκτέλεσης των σεναρίων και συμπλήρωσης των ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 122

123 ερωτηματολογίων από τούς χρήστες, συγκεντρώθηκαν όλα τα απαραίτητα στοιχεία για την αξιολόγηση. το σημείο αυτό έγινε καταγραφή και ερμηνεία των ποιοτικών και ποσοτικών δεδομένων που συγκεντρώθηκαν. Από την συγκέντρωση των δεδομένων του ερωτηματολογίου αναγνώρισης του προφίλ χρηστών, προκύπτει ότι όλοι οι χρήστες, δώδεκα στον αριθμό, είχαν εμπειρία στη συντήρηση μηχανολογικών εγκαταστάσεων σε βιομηχανικό περιβάλλον. Σο γεγονός αυτό ενίσχυσε την διαδικασία, καθώς οι χρήστες ήταν απόλυτα εξοικειωμένοι τόσο με τούς στόχους των σεναρίων χρήσης όσο και με τις έννοιες που συμπεριλήφθηκαν στο ερωτηματολόγιο. Επομένως, διευκολύνθηκε η κατανόηση των ερωτημάτων ενώ οι χρήστες είχαν την δυνατότητα να απαντήσουν εμπειρικά σε αρκετά από αυτά, επιταχύνοντας την διαδικασία. Παρακάτω, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των ερωτήσεων και των μετρήσεων: ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΕΙΑΓΨΓΙΚΨΝ ΕΡΨΣΗΕΨΝ Από τη συμπλήρωση των ερωτηματολογίων προέκυψε ότι το σύνολο των εργαζομένων στα συγκεκριμένα τμήματα τριών εταιριών που δραστηριοποιούνται στο χώρο και κατά συνέπεια το σύνολο των ερωτηθέντων είναι άνδρες. Κάθε ομάδα εργαζομένων αποτελείται από έναν προϊστάμενο και τεχνίτες. Ο προϊστάμενος εκτελεί και ο ίδιος εργασίες τεχνίτη και απουσιάζουν εντελώς οι βοηθοί λόγω της ειδίκευσης και εμπειρίας που απαιτείται. Οι προϊστάμενοι έχουν μόρφωση Ανωτάτης Πανεπιστημιακής και Σεχνολογικής Εκπαίδευσης και με μεταπτυχιακούς τίτλους, ενώ οι τεχνίτες είναι απόφοιτοι Ανωτάτης Σεχνολογικής Εκπαίδευσης ή Σεχνικών χολών και σχεδόν το σύνολο των εργαζομένων έχει εκπαιδευτεί από τις εταιρείες με μορφή σεμιναρίων. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 123

124 Από τους δώδεκα ερωτηθέντες οι έντεκα είναι από μέτρια έως πολύ εξοικειωμένοι με τους υπολογιστές και τους χρησιμοποιούν για προσωπική χρήση, αλλά μόνο τέσσερεις τους χρησιμοποιούν και στην εργασία τους. Οι περισσότεροι δεν μπορούν να τους δουν καν ως εν δυνάμει εργαλεία για τη δουλειά τους. Εξοικείωση με Ηλεκτρονικούς Τπολογιστές Γράφημα 1 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων Εξοικείωσης με Ηλεκτρονικούς Τπολογιστές Κανείς δεν έχει ακούσει ποτέ τον όρο Επαυξημένη Πραγματικότητα και από τη συζήτηση που ακολούθησε πέντε αναφέρθηκαν στην έννοια και σε εφαρμογές της Εικονικής Πραγματικότητας. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 124

125 5.7.2 ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΤΓΚΡΙΣΙΚΗ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ Οπτική απεικόνιση π ρωηόησπ ο εγτειρίδιο Γράφημα 2 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων αξιολόγησης της οπτικής απεικόνισης Ερώτηση: Πόσο καλή είναι η απεικόνιση της πληροφορίας στο έντυπο εγχειρίδιο / στην εφαρμογή; Από τις απαντήσεις βλέπουμε ότι, στην αξιολόγηση της οπτικής απεικόνισης, οι χρήστες αξιολόγησαν το πρωτότυπο με μ.ο. 3,50 μονάδες, ενώ το εγχειρίδιο με μ.ο. 4,7 μονάδες. Με δεδομένο την χρήση κάμερας χαμηλής ανάλυσης και την ποιότητα σχεδίασης των μοντέλων η απόδοση του πρωτοτύπου κρίνεται μέτρια. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 125

126 Ευκολία στο χειρισμό π ρωηόησπ ο εγτειρίδιο Γράφημα 3 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων αξιολόγησης της ευκολίας χειρισμού Ερώτηση: Πόσο εύκολος είναι ο χειρισμός του έντυπου εγχειριδίου / της εφαρμογής; την αξιολόγηση της ευκολίας χειρισμού, οι χρήστες αξιολόγησαν το πρωτότυπο με μ.ο. 4,90 μονάδες. H δυνατότητα της ελευθερίας κινήσεων στο χώρο έδωσαν στο πρωτότυπο ένα σαφές πλεονέκτημα σε αντίθεση με τα έντυπα ή ηλεκτρονικά εγχειρίδια που απαιτήθηκαν. Επίσης εκτιμήθηκε σαφώς η χρήση του πρωτοτύπου σε δύσκολες συνθήκες στο περιβάλλον εργασίας. Έτσι το πρωτότυπο υπερτερεί του εγχειριδίου το οποίο αξιολογήθηκε με μ.ο. 3,7 μονάδες. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 126

127 Ακρίβεια στο χειρισμό π ρωηόησπ ο εγτειρίδιο Γράφημα 4 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων αξιολόγησης της ακρίβειας χειρισμού Ερώτηση: Πόσο ακριβείς είναι οι χειρισμοί στο έντυπο εγχειρίδιο / στην εφαρμογή; την αξιολόγηση της ακρίβειας χειρισμού, οι χρήστες αξιολόγησαν το πρωτότυπο με μ.ο. 4,90 μονάδες ενώ το εγχειρίδιο με μ.ο. 4,3 μονάδες. Οι χρήστες επισήμαναν την συγκεκριμενοποίηση της πληροφορίας σε σχέση με τις παραδοσιακές πηγές. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 127

128 Σαχύτητα στο χειρισμό π ρωηόησπ ο εγτειρίδιο Γράφημα 5 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων αξιολόγησης της ταχύτητας χειρισμού Ερώτηση: Πόσο γρήγορα χειριστήκατε το έντυπο εγχειρίδιο / την εφαρμογή; την αξιολόγηση της ταχύτητας χειρισμού, οι χρήστες αξιολόγησαν το πρωτότυπο με μ.ο. 4,8 μονάδες. Η αμεσότητα στην εκτέλεση των ενεργειών καθιστά το πρωτότυπο πολύ ταχύτερο στο χειρισμό από τα έντυπα μέσα και αρκετά ταχύτερο από τα ηλεκτρονικά μέσα. Σο εγχειρίδιο βαθμολογήθηκε με μ.ο. 3,3 μονάδες. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 128

129 Μέγεθος πληροφορίας Γράφημα 6 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων αξιολόγησης του μεγέθους της πληροφορίας Ερώτηση: Είναι ικανοποιητικό το μέγεθος της πληροφορίας που παρέχει το έντυπο εγχειρίδιο / η εφαρμογή; την αξιολόγηση του μεγέθους της πληροφορίας, οι χρήστες αξιολόγησαν το πρωτότυπο με μ.ο. 3,5 μονάδες και το εγχειρίδιο με μ.ο. 4,8 μονάδες. Λόγω της απεικόνισης η πληροφορία που δίδεται από το πρωτότυπο σε κάθε χρονική στιγμή είναι σαφώς μικρότερη σε όγκο από ότι στα παραδοσιακά μέσα. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 129

130 Ποιότητα πληροφορίας Γράφημα 7 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων αξιολόγησης της ποιότητας της πληροφορίας Ερώτηση: Είναι ικανοποιητική η ποιότητα της πληροφορίας που παρέχει το έντυπο εγχειρίδιο / η εφαρμογή; την αξιολόγηση της ποιότητας της πληροφορίας, οι χρήστες αξιολόγησαν το πρωτότυπο με μ.ο. 3,9 μονάδες, ενώ το εγχειρίδιο με 4,3 μονάδες. Η πληροφορία που δίνεται είναι σαφώς πολύ συγκεκριμένη και βαθμολογείται υψηλά αλλά η φτωχή ποιότητα της απεικόνισης δημιουργεί την εντύπωση στους χρήστες, της φτωχής ποιότητας της πληροφορίας. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 130

131 Ακρίβεια πληροφορίας Γράφημα 8 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων αξιολόγησης της ακρίβειας της πληροφορίας Ερώτηση: Είναι ακριβής η πληροφορία που παρέχει το έντυπο εγχειρίδιο / η εφαρμογή; την αξιολόγηση της ακρίβειας της πληροφορίας, οι χρήστες αξιολόγησαν το πρωτότυπο με μ.ο. 4,9 μονάδες. Η πληροφορία που δίνεται είναι σαφώς πολύ συγκεκριμένη και ακριβής για το κάθε εξεταζόμενο εξάρτημα. Σο εγχειρίδιο βαθμολογήθηκε με μ.ο. 4,2 μονάδες. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 131

132 υγκριτικά Αποτελέσματα Γράφημα 9 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων συγκριτικής αξιολόγησης το παραπάνω γράφημα απεικονίζονται συγκριτικά οι απαντήσεις που δόθηκαν τόσο για το πρωτότυπο, όσο και για το εγχειρίδιο, για όλες τις παραμέτρους, δηλαδή την οπτική απεικόνιση, την ευκολία στο χειρισμό, την ακρίβεια στο χειρισμό, την ταχύτητα στο χειρισμό, το μέγεθος την ποιότητα και την ακρίβεια της πληροφορίας. Από τη συγκριτική αξιολόγηση προκύπτει ότι το πρωτότυπο έχει βαθμολογηθεί με μ.ο. 4,3 μονάδες έναντι του εγχειριδίου, το οποίο έχει βαθμολογηθεί με μ.ο. 4,2 μονάδες. Όμως, εξετάζοντας επί μέρους την αξιολόγηση παρατηρούμε ότι, η εφαρμογή έχει βαθμολογηθεί πολύ υψηλά στην ευκολία χειρισμού, στην ακρίβεια της πληροφορίας, την ταχύτητα χειρισμού και την ακρίβεια της πληροφορίας πάντα σε σχέση με το έντυπο εγχειρίδιο. Σο έντυπο εγχειρίδιο υπερτερεί στην οπτική απεικόνιση και στο μέγεθος της πληροφορίας που παρέχει, σημεία αλληλένδετα καθώς πιθανή βελτίωση της απεικόνισης θα οδηγήσει και σε αύξηση της πληροφορίας που παρέχεται. ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 132

133 5.7.3 ΑΠΟΣΕΛΕΜΑΣΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΗ ΠΡΨΣΟΣΤΠΟΤ Ευκολία χρήσης Γράφημα 10 : Γράφημα ράβδων αποτελεσμάτων αξιολόγησης της ευκολίας χρήσης Ερώτηση: Σε τι βαθμό πιστεύετε ότι το πρωτότυπο είναι εύκολο στη χρήση; την αξιολόγηση της ευκολίας χρήσης, οι χρήστες αξιολόγησαν το πρωτότυπο με μ.ο. 4,90 μονάδες. Οι χρήστες θεώρησαν την χρήση του πρωτοτύπου ως μια φυσική διεργασία και με τη λογική ότι τα αντικείμενα, εικονικά και πραγματικά, θα εμφανίζονται μέσα από ένα ζευγάρι γυαλιά, εξέφρασαν την ερώτηση Δηλαδή, αυτό θα γίνεται χωρίς υπολογιστή; ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΤ - ΣΜΗΜΑ ΜΗΦΑΝΙΚΨΝ ΦΕΔΙΑΗ ΠΡΟΩΟΝΣΨΝ ΚΑΙ ΤΣΗΜΑΣΨΝ 133