Επιβλέπων καθηγητής : Σπύρος Συρμακέσης

ΑΝΩΤΑΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΟ ΙΔΡΥΜΑ (ΤΕΙ) ΜΕΣΟΛΟΓΙΟΥ «Σύγχρονες Μέθοδοι Αλληλεπίδρασης μεταξύ Ανθρώπου Υπολογιστή και Εικονική Πραγματικότητα» ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Πετρούλα Φ. Άτσαλου Επιβλέπων καθηγητής : Σπύρος Συρμακέσης

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. Εισαγωγή. 5 1.1 Οργάνωση της Πτυχιακής Εργασίας...... 5 2. Επικοινωνία Ανθρώπου-Υπολογιστή.... 7 2.1 Εισαγωγή...... 7 2.2 Η Έννοια και η Εξέλιξη της ΕΑΥ...... 8 2.3 Στόχοι της ΕΑΥ...... 9 2.4 Λειτουργικότητα: Θεμελιώδης επιδίωξη της ΕΑΥ.. 10 2.5 Στοιχεία ενός συστήματος ΕΑΥ... 11 2.6 Είσοδος Δεδομένων.. 12 2.7 ΕΑΥ και Όραση Υπολογιστών..... 13 2.8 ΕΑΥ και Αναγνώριση Χειρονομιών......... 14 3. Εικονική Πραγματικότητα...... 16 3.1 Εισαγωγή...... 16 3.2 Ανάπτυξη ενός Εικονικού Περιβάλλοντος........19 3.3 Μοντέλο περιβάλλοντος... 20 3.4 Χαρακτηριστικά της Εμβυθισμένης Ε.Π...... 23 3.5 Αλληλεπιδράσεις με τον χρήστη... 23 3.6 Ξεχωριστά Εικονικά Περιβάλλοντα..... 25 3.7 Τεχνολογίες.. 25 3.8 Υλικό.... 26 3.9 Λογισμικό...... 27 3.10 Συσκευές..... 29 3.10.1 Head Mounted Display (HMD).... 30 3.10.2 Boom....... 30 3.10.3 Το Σύστημα Cave (σχηματική αρχή)...... 31 3.10.4 Συσκευές σύνδεσης και λοιπές τεχνολογίες.... 31 4. Η συμμετοχή της Ε.Π. στη ζωή μας........ 32 4.1 Εισαγωγή...... 32 4.2 Ε.Π. και Κατασκευές Κτιρίων...... 33 4.3 Η Ε.Π. στον τομέα της Μηχανικής...... 34 4.4 Η Ε.Π. και Εμπόριο Προϊόντων...... 35 4.5 Η Ε.Π. στον τομέα της Ασφάλειας... 36 4.6 Η Ε.Π. στον τομέα της Ιατρικής... 37 4.7 Η συμβολή της Ε.Π. στην Αντιμετώπιση Φοβιών... 38 2

4.8 Ζωντανεύουν τα αρχαία... 40 4.8.1 Εισαγωγή... 40 4.8.2 Εικονικά Μουσεία..... 41 4.8.3 HPCLab Πανεπιστημίου Πατρών..... 43 4.8.3.1 HPCLab Πανεπιστημίου Πατρών.43 4.8.3.2 MUVII (MultiUser Virtual Interactive Interface) 44 4.8.3.3 Υλοποίηση τρισδιάστατου μοντέλου του Παρθενώνα των Αθηνών.45 4.9 Οι Στρατιωτικές Εφαρμογές... 45 4.10 Εφαρμογές της Ε.Π στην Ιατρική...... 46 4.10.1 Εισαγωγή..... 46 4.10.2 Θεραπεία μέσω έκθεσης.. 48 4.10.3 Χειρουργική.... 49 4.10.3.1 Τηλεϊατρική και Συνεργασία.. 50 4.10.3.2 Προσομοίωση αρθροσκοπικής εγχείρισης. 52 4.10.4 Αποκατάσταση.... 54 4.10.5 Εικονικά Περιβάλλοντα για αυτιστικά παιδιά.... 54 4.10.6 Σχεδίαση Τεχνητών βαλβίδων με χρήση Ε.Π..... 55 4.10.7 Εικονική εγκατάσταση γ-κάμερας...... 56 4.10.8 Βραχυπρόθεσμα Μειονεκτήματα.... 58 4.10.9 Συμπεράσματα.... 58 4.11 Η Ε.Π. στην Εκπαίδευση 59 4.11.1 Η Ε.Π. στην υποστήριξη της διδασκαλίας της Βιολογίας... 63 4.11.2 Ε.Π και Περιβαλλοντική Εκπαίδευση.... 64 4.12 3-D Τοπογραφικά Ανάγλυφα. 66 4.13 Προσομοιώσεις Παιχνίδια...... 67 4.14 V-Laser....... 68 4.14.1 Εισαγωγή..... 68 4.15 V-Laser II (Virtual Approach to Stimulated Emissions of Radiation)...... 69 4.15.1 Διαμορφωτική Αξιολόγηση..... 71 5. Wearable Computing....... 74 5.1 Εισαγωγή... 74 5.2 Ο μικρότερος Κεντρικός Υπολογιστής Δικτύου του Word. 75 5.3 Το PC σπιρτόκουτο.. 76 5.4 Τι είναι ένας Wearable Computer;..... 80 5.5 Λειτουργικοί τρόποι του Wearable Computing... 81 3

5.6 Οι έξι ιδιότητες (έξι πορείες σημάτων) του wearable computing 84 5.7 Θεμελιώδη ζητήματα του Wearable Computing.. 86 5.7.1 Ιστορικό πλαίσιο.... 87 5.7.2 Η αλλαγή από τα Πυροβόλα Όπλα στις Κάμερες και τους Υπολογιστές. 87 5.7.3 Η αλλαγή από τη Δρακόντεια τιμωρία στη Μικροδιαχείρηση..... 88 5.7.4 Θεμελιώδη ζητήματα του Wearable Computing... 92 5.8 Πτυχές του Wearable Computing. 93 5.9 Άρθρα αναφερόμενα σε Wearable Devices.... 95 6. Προγράμματα που έχουν υλοποιηθεί με χρήση Εικονικής Πραγματικότητας. 104 6.1 Ένα νέο ορόσημο... 104 6.1.1 Το Πρόγραμμα Ενόραση. 104 6.1.2 Ένα νέο ορόσημο.... 105 6.1.3 Το πρόγραμμα ΕΝΟΡΑΣΗ.. 106 6. 2 Το Πρόγραμμα LAKE....... 108 6. 3 Το Πρόγραμμα Oxygen. 109 6.3.1 Όραμα...... 109 6.3.2 Προκλήσεις.. 110 6.3.3 Προσέγγιση. 110 6.3.4 Τεχνολογίες συσκευών του Oxygen 111 6.3.5 Τεχνολογίες Δικτύων του Oxygen.. 112 6.3.6 Τεχνολογίες Λογισμικού του Oxygen..... 113 6.3.7 Τεχνολογίες Αντίληψης του Oxygen..... 113 6.3.8 Τεχνολογίες Χρηστών του Oxygen..... 113 6.3.9 Εφαρμογές... 114 6.3.9.1 Επιχειρησιακή Διάσκεψη... 115 6.3.9.2 Φύλακας..... 115 6.3.10 Το Oxygen σήμερα 116 6.3.10.1 Τεχνολογίες συσκευών του Oxygen..... 116 6.3.10.2 Τεχνολογίες Δικτύων του Oxygen... 117 6.3.10.3 Τεχνολογίες Λογισμικού του Oxygen...... 117 6.3.10.4 Τεχνολογίες Αντίληψης του Oxygen...... 117 6.3.10.5 Τεχνολογίες Χρηστών του Oxygen...... 118 7. Σύνοψη Επίλογος..... 119 Βιβλιογραφία Αναφορές.. 121 4

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο Εισαγωγή Στα πλαίσια της παρούσας πτυχιακής εργασίας μελετάται η Επικοινωνίας μεταξύ Ανθρώπου και Υπολογιστή βασισμένη στην Εικονική Πραγματικότητα. Περιγράφεται η εξέλιξη της Επικοινωνία Ανθρώπου Υπολογιστή και της Εικονικής Πραγματικότητας μέχρι που γίνονται ένα βλέποντας αυτήν την Επικοινωνία να γίνεται μέσα σε ένα Εικονικό Περιβάλλον. Αναφέρονται συσκευές υποστήριξης αυτών των ενεργειών, τομείς της ζωής μας στους οποίους χρησιμοποιούνται και κάποια προγράμματα τα οποία έχουν υλοποιηθεί βάση αυτών. 1.1 Οργάνωση της Πτυχιακής Εργασίας Η παρούσα Πτυχιακή εργασία αποτελείται από επτά κεφάλαια μέσα από τα οποία μας γίνονται γνωστές και καλύτερα κατανοητές οι έννοιες της Επικοινωνίας Ανθρώπου- Υπολογιστή και της Εικονικής Πραγματικότητας και η σχέση που συνδέει αυτές τις δύο έννοιες. Στο Κεφάλαιο 2 ο, γίνεται η εισαγωγή του αναγνώστη στην έννοια της Επικοινωνίας Ανθρώπου Υπολογιστή. Περιγράφεται, συνοπτικά, η θεμελίωση και εξέλιξη της, καθορίζονται οι στόχοι της και αναφέρονται οι βασικές αρχές και τα στοιχεία που πρέπει να διέπουν τα συστήματα αλληλεπίδρασης ανθρώπου υπολογιστή. Στο Κεφάλαιο 3 ο, ο αναγνώστης εισάγεται στην έννοια της Εικονικής Πραγματικότητας. Όπου γίνεται μια σύντομη αναφορά στην ιστορική αναδρομή αυτής, στην ανάπτυξη εικονικού περιβάλλοντος και την αλληλεπίδρασή του με τον χρήστη, οι τεχνολογίες, το υλικό και το λογισμικό που απαιτείται, καθώς και κάποιες συσκευές και συστήματα που χρησιμοποιούνται. Στο Κεφάλαιο 4 ο, περιγράφεται πιο αναλυτικά η συμμετοχή της Εικονικής Πραγματικότητας στην ζωή μας. Στην μηχανική, στο εμπόριο προϊόντων, στην ασφάλεια και την αντιμετώπιση φοβιών. Επίσης εφαρμογές της στην δημιουργία εικονικών μουσείων, σε στρατιωτικές εφαρμογές, σε κλάδους της ιατρικής και της εκπαίδευσης, στην τοπογραφία και σε προσομοιώσεις και παιχνίδια που τη συναντάμε αρκετά συχνά. 5

Στο Κεφάλαιο 5 ο, αναφέρεται η ανάπτυξη του Φορητού Εξοπλισμού, συσκευές και εφαρμογές, λειτουργικοί τρόποι, θεμελιώδη ζητήματα και πτυχές αυτού, όπως επίσης και κάποια δημοσιευμένα άρθρα με σύγχρονες wearable devices. Στο Κεφάλαιο 6 ο, γίνεται αναφορά στα προγράμματα που έχουν υλοποιηθεί με χρήση Εικονικής Πραγματικότητας. Το πρόγραμμα Ενόραση, με στόχο να συνδυάσει απτικές και ηχητικές πληροφορίες. Το πρόγραμμα Lake, με στόχο τη διερεύνηση της εισαγωγής Νέων Τεχνολογιών Πληροφορικής στην Περιβαλλοντική Εκπαίδευση. Τέλος το Πρόγραμμα Oxygen, με σκοπό τη διευκόλυνση της ζωής μας. Στο Κεφάλαιο 7 ο, το οποίο είναι και το τελευταίο αναφέρονται συμπεράσματα και δίνονται υποσχέσεις για περαιτέρω μελλοντική ανάπτυξη της Επικοινωνίας Ανθρώπου- Υπολογιστή βάση τη Εικονικής Πραγματικότητας. Τέλος υπάρχει η Βιβλιογραφία και οι αναφορές, όπου αναφέρονται τα επιστημονικά άρθρα και τα βιβλία τα οποία συμβουλευτήκαμε κατά την ανάπτυξη αυτής της εργασίας. 6

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 ο Επικοινωνία Ανθρώπου-Υπολογιστή 2.1 Εισαγωγή Η ραγδαία ανάπτυξη της επιστήμης των υπολογιστών, το δεύτερο μισό του εικοστού αιώνα, είχε σαν αποτέλεσμα την σταδιακή διείσδυση τους σε ολοένα και περισσότερες πτυχές της ζωής μας. Από τα τεράστια σε όγκο, δύσχρηστα και φτωχά σε απόδοση υπολογιστικά συστήματα, που χρησιμοποιούνταν για συγκεκριμένες επιστημονικές ή στρατιωτικές κυρίως εφαρμογές, έχουμε πια περάσει σε μια εποχή που ο προσωπικός υπολογιστής, καθώς και οι υπόλοιπες ηλεκτρονικές συσκευές, αποτελούν πλέον σημαντικό εργαλείο και είναι αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητας μας. Σε αυτό συνετέλεσαν πολλοί παράγοντες μεταξύ των οποίων, η μείωση του μεγέθους των υπολογιστών, η αύξηση της υπολογιστικής ισχύος των νέων συστημάτων, η διεύρυνση του πεδίου εφαρμογών τους και η ραγδαία μείωση του κόστους τους. Η μεγάλη πρόοδος και οι νέες μέθοδοι σχεδίασης τόσο του υλικού, όσο και του λογισμικού των υπολογιστών, έχουν οδηγήσει σε αυτή την μεγάλη μείωση του κόστους. Ένα υπολογιστικό σύστημα, το οποίο πριν λίγες μόνο δεκαετίες, είχε μέγεθος ίσο με ένα ολόκληρο δωμάτιο κτιρίου και κόστιζε μερικά εκατομμύρια ευρώ, τώρα πλέον βρίσκεται τυπωμένο σε ένα chip πυριτίου διαστάσεων μερικών εκατοστών και κοστίζει μερικές δεκάδες ευρώ. Η χρήση του πυριτίου στην κατασκευή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων, έχει κάνει την απόκτηση ενός υπολογιστή τόσο οικονομική ώστε εκατοντάδες εκατομμύρια ανθρώπων παγκοσμίως χρησιμοποιούν πλέον τους υπολογιστές στην εργασία τους, στην βιομηχανία, στην διοίκηση, ακόμα και στην προσωπική τους ζωή (διασκέδαση κτλ.). Ολοένα και περισσότερο, στην καθημερινή μας ζωή, καλούμαστε να ασχοληθούμε με τον προγραμματισμό συσκευών οι οποίες μας έχουν γίνει πλέον απαραίτητες. Όμως κοινή διαπίστωση είναι, πως η χρήση των συσκευών αυτών δεν είναι καθόλου απλή. Παρόλη την προσπάθεια που καταβάλλεται για την ανάπτυξη συσκευών και εφαρμογών φιλικών προς τον χρήστη, οι περισσότεροι άνθρωποι δεν μπορούν να εξοικειωθούν εύκολα με τις νέες συσκευές που καλούνται να χρησιμοποιήσουν. Οι υπολογιστές και οι υπόλοιπες ηλεκτρονικές συσκευές πρέπει να σχεδιάζονται βασιζόμενες στο ότι οι άνθρωποι που θα τις χρησιμοποιήσουν, έχουν στο μυαλό τους 7

συγκεκριμένες εργασίες που θέλουν να επιτελέσουν με αυτές και, παράλληλα, θέλουν να έχουν την δυνατότητα να συνεχίζουν τις καθημερινές τους εργασίες απρόσκοπτα. Για να επιτευχθεί αυτό όμως πρέπει οι σχεδιαστές των συστημάτων να σκέφτονται με τους όρους εργασίας των τελικών χρηστών και να μεταφράζουν αυτή την γνώση σε ένα λειτουργικό, εκτελέσιμο σύστημα. Η ανάπτυξη όμως εύρωστων διεπιφανειών, ικανών να αντιμετωπίζουν όλα τα λάθη και τις αβλεψίες των χρηστών, είναι εν τέλει ένα δύσκολο και πολύπλοκο πρόβλημα, το οποίο θα πρέπει να λαμβάνεται υπ όψιν καθ όλη τη διαδικασία σχεδίασης ενός συστήματος και να μην αποτελεί απλά το τελευταίο στάδιο της σχεδίασης. Αυτό ακριβώς είναι και το αντικείμενο της Επικοινωνίας Ανθρώπου Υπολογιστή (ΕΑΥ) [1], [2]. 2.2 Η Έννοια και η Εξέλιξη της ΕΑΥ Η συστηματική μελέτη της απόδοσης του ανθρώπου ξεκίνησε στις αρχές του εικοστού αιώνα, στα εργοστάσια, δίνοντας έμφαση σε χειρονακτικές εργασίες. Ο Β Παγκόσμιος Πόλεμος αποτέλεσε το έναυσμα για την μελέτη της επικοινωνίας ανθρώπου μηχανής, καθώς οι αντιμαχόμενες πλευρές προσπαθούσαν να παράγουν όσον το δυνατόν πιο αποτελεσματικά οπλικά συστήματα. Το 1949 ιδρύθηκε η Ερευνητική Κοινότητα για την Εργονομία. Ο όρος εργονομία αναφέρεται στην απόδοση του χρήστη στο περιβάλλον οποιουδήποτε συστήματος, υπολογιστικού, μηχανικού ή χειροκίνητου. Με την ευρεία διάδοση των υπολογιστών, ένας διαρκώς αυξανόμενος αριθμός ερευνητών επικεντρώθηκαν στην μελέτη της επικοινωνίας της διάδρασης (interaction) μεταξύ ανθρώπων και υπολογιστών, εξετάζοντας τις φυσικές, θεωρητικές και ψυχολογικές εκφάνσεις αυτής της διαδικασίας. Η έρευνα αυτή ξεκίνησε με τον όρο «επικοινωνία ανθρώπου - μηχανής» αλλά λόγω του ιδιαίτερου ενδιαφέροντος και της ανάπτυξης των υπολογιστών μετονομάσθηκε σε «επικοινωνία ανθρώπου υπολογιστή». Η ΕΑΥ άπτεται πολλών πεδίων αλλά ειδικά στην σχεδίαση υπολογιστικών συστημάτων αποτελεί ζήτημα κεφαλαιώδους σημασίας. Για όλα τα άλλα πεδία μπορεί να θεωρηθεί ως ένας εξειδικευμένος κλάδος της διαδικασίας σχεδίασης, παρά τις πληροφορίες ζωτικής σημασίας που μπορεί να παρέχει. Στην σχεδίαση όμως υπολογιστικών συστημάτων πρέπει να αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι της διαδικασίας αυτής. Από αυτή την άποψη λοιπόν, η ΕΑΥ περιλαμβάνει την σχεδίαση, την υλοποίηση και την αξιολόγηση διαδραστικών συστημάτων σε σχέση με τον χρήστη. 8

Όταν μιλάμε για «επικοινωνία ανθρώπου υπολογιστή», δεν αναφερόμαστε απαραίτητα σε ένα μεμονωμένο χρήστη με ένα προσωπικό υπολογιστή. Με τον όρο χρήστη (user) μπορεί να εννοούμε ένα μεμονωμένο χρήστη, μια ομάδα χρηστών που δουλεύουν μαζί ή μια αλληλουχία χρηστών, καθένας εκ των οποίων ασχολείται με κάποιο επιμέρους θέμα μιας εργασίας. Με τον όρο υπολογιστής (computer) αναφερόμαστε σε οποιαδήποτε τεχνολογία υπολογιστών από τους προσωπικούς υπολογιστές γενικής χρήσης, μέχρι τα μεγάλης κλίμακας υπολογιστικά συστήματα, τα συστήματα ελέγχου διεργασιών (process control systems), ή τα ενσωματωμένα συστήματα (embedded systems). Το σύστημα μπορεί να περιλαμβάνει και άλλα μέρη εκτός από τους υπολογιστές. Τέλος με τον όρο διάδραση (interaction) εννοούμε οποιαδήποτε επικοινωνία μεταξύ ενός χρήστη και ενός υπολογιστή, άμεση ή έμμεση. Η άμεση διάδραση συνεπάγεται ένα διάλογο με ανάδραση και έλεγχο καθ όλη τη διάρκεια της εκτέλεσης της εργασίας. Η έμμεση διάδραση μπορεί να περιλαμβάνει μαζική επεξεργασία ή επεξεργασία στο παρασκήνιο. Το σημαντικό γεγονός όμως της όλης διαδικασίας είναι ότι ο χρήστης αλληλεπιδρά / επικοινωνεί με τον υπολογιστή προκειμένου να πετύχει κάποιο στόχο [1], [2]. 2.3 Στόχοι της ΕΑΥ Οι στόχοι της ΕΑΥ είναι η ανάπτυξη χρήσιμων, λειτουργικών και ασφαλών συστημάτων. Προκειμένου να αναπτυχθούν τέτοια συστήματα ο σχεδιαστής πρέπει να προσπαθήσει : - Να καταλάβει τους παράγοντες που καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι χρησιμοποιούν την τεχνολογία. - Να αναπτύξει εργαλεία και τεχνικές που θα του επιτρέψουν να δημιουργήσει κατάλληλα συστήματα. - Να επιτύχει αποδοτική, λειτουργική και ασφαλή επικοινωνία. - Να βάλει στην υψηλότερη θέση τον παράγοντα άνθρωπο. Επιγραμματικά, το σημαντικότερο ζήτημα, όσον αφορά την σχεδίαση ενός συστήματος επικοινωνίας ανθρώπου μηχανής είναι η τοποθέτηση του χρήστη στη βάση της σχεδίασης του συστήματος. Οι ανάγκες, προτιμήσεις και ικανότητες των χρηστών κατά την λειτουργία ενός συστήματος, πρέπει να είναι οι παράγοντες που θα κατευθύνουν την σχεδίαση των συστημάτων αυτών. Δεν θα πρέπει οι χρήστες να αλλάζουν τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιούν ένα σύστημα, προκειμένου να μπορέσουν να 9

χρησιμοποιήσουν ένα τέτοιο σύστημα. Αντίθετα το σύστημα θα πρέπει να είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο, ώστε να ικανοποιεί τις απαιτήσεις τους. Για την σχεδίαση ενός διαδραστικού συστήματος απαιτούνται γνώσεις από πολλά επιστημονικά πεδία : την ψυχολογία και την γνωστική επιστήμη (γνώση για την αντίληψη του χρήστη, την γνωστική του ικανότητα και την ικανότητα επίλυσης προβλημάτων), την εργονομία (γνώση για τις φυσικές ικανότητες του χρήστη), την κοινωνιολογία ( κατανόηση του ευρύτερου πλαισίου μέσα στο οποίο λαμβάνει χώρο η διάδραση), την επιστήμη των υπολογιστών (ανάπτυξη της απαιτούμενης τεχνολογίας), τη σχεδίαση γραφικών (για την δημιουργία μιας αποτελεσματικής παρουσίασης της διεπιφάνειας), την συγγραφή τεχνικών κειμένων (για την σύνταξη των συνοδευτικών εγχειριδίων του συστήματος) κ.α.. Για το λόγο αυτό, παρόλο που ο όρος ΕΑΥ περιλαμβάνει όλα τα ανωτέρω μέρη, στην πράξη υπάρχουν εξειδικευμένοι επιστήμονες που επικεντρώνουν το ενδιαφέρον τους σε καθένα από τους παραπάνω τομείς. Έτσι, το τελικό σύστημα, αποτελεί το προϊόν της συνεργασίας εξειδικευμένων επιστημόνων όλων των παραπάνω κλάδων [1], [2]. 2.4 Λειτουργικότητα: Θεμελιώδης επιδίωξη της ΕΑΥ Αν και δεν υπάρχει κάποια ενοποιημένη θεωρία πάνω στην ΕΑΥ, υπάρχει μια θεμελιώδης αρχή πάνω στην οποία πρέπει να βασίζεται η σχεδίαση οποιουδήποτε διαδραστικού συστήματος και αυτή είναι ότι οι άνθρωποι χρησιμοποιούν τους υπολογιστές για να εκτελέσουν κάποια εργασία. Η παραδοχή αυτής της αρχής μας οδηγεί σε τρεις βασικούς πόλους ενδιαφέροντος : τον άνθρωπο, τον υπολογιστή και την εργασία που εκτελείται. Το σύστημα πρέπει να υποστηρίζει την εργασία του χρήστη, πράγμα το οποίο μας οδηγεί σε ένα τέταρτο σημείο εστίασης, την ευχρηστία / λειτουργικότητα: εάν το σύστημα υποχρεώνει τον χρήστη να υιοθετήσει ένα πολύπλοκο και δύσκολο τρόπο εργασίας τότε δεν είναι εύχρηστο. Αν και η κάθε εργασία δεν μπορεί να αποσαφηνιστεί και να οριστεί αυστηρά, οι υπάρχουσες γνώσεις και τα συγκεκριμένα χαρακτηριστικά και οι ιδιαιτερότητες της κάθε εργασίας, αρκούν για να παράσχουν μια πρώτη κατεύθυνση στη σχεδίαση. Οι τρέχουσες εργασίες του χρήστη μελετώνται και κατόπιν υποστηρίζονται από υπολογιστές, οι οποίοι με την σειρά τους, μπορούν να επηρεάσουν την φύση της αρχικής εργασίας και να προκαλέσουν την εξέλιξή της. 10

Η λειτουργικότητα, λοιπόν, είναι μία από τις βασικές ιδέες στην επικοινωνία ανθρώπου μηχανής. Σκοπός είναι η ανάπτυξη εύκολων στην εκμάθηση και λειτουργία συστημάτων. Ένα λειτουργικό σύστημα πρέπει να είναι: - εύκολο στην εκμάθηση της λειτουργίας του - εύκολο στην απομνημόνευση του τρόπου λειτουργίας του - αποδοτικό - ασφαλές - ενδιαφέρον / διασκεδαστικό κατά την χρήση Στο παρελθόν οι υπολογιστές χρησιμοποιούνταν κυρίως από ειδικούς και η επικέντρωση του ενδιαφέροντος στην διεπιφάνεια ήταν μία πολυτέλεια η οποία δεν ετύγχανε ιδιαίτερης προσοχής. Σήμερα όμως οι σχεδιαστές δεν μπορούν να παραμελούν την διεπιφάνεια για χάρη της λειτουργικότητας του συστήματός τους καθώς πλέον αυτά τα δύο διαπλέκονται σε βαθμό τέτοιο, που ο διαχωρισμός του ενός από το άλλο δεν είναι δυνατός. Εάν η διεπιφάνεια είναι φτωχή, η λειτουργικότητα του συστήματος επισκιάζεται. Εάν πάλι υπάρχει μια καλοσχεδιασμένη διεπιφάνεια, ο χρήστης μπορεί να χρησιμοποιήσει πιο αποδοτικά το σύστημα. Με τον τρόπο αυτό αυξάνεται η λειτουργικότητά του. Πολλά από τα συστήματα και προϊόντα που χρησιμοποιούμε στην καθημερινή μας ζωή (όπως κινητά τηλέφωνα, ηλεκτρονικές ατζέντες, τηλεχειριστήρια, ΑΤΜ, εκτυπωτές, ηχητικά συστήματα, φωτοτυπικά μηχανήματα) είναι σχεδιασμένα χωρίς να έχει ληφθεί υπ όψιν τους η λειτουργικότητα του συστήματος. Αυτό οδηγεί σε λάθη και χαμένο χρόνο κατά την λειτουργία των συστημάτων. Οι βασικοί παράγοντες, οι οποίοι επηρεάζουν το κατά πόσο ένα σύστημα είναι λειτουργικό, είναι ο τρόπος με τον οποίο ο υπολογιστής δέχεται τα δεδομένα εισόδου, η ύπαρξη ανάδρασης, δηλαδή η δυνατότητα του υπολογιστή να «καθοδηγεί» το χρήστη στη σωστή χρησιμοποίηση του συστήματος και το κατά πόσο είναι προφανής και ευκολοκατανόητη η κάθε λειτουργία [1], [2]. 2.5 Στοιχεία ενός συστήματος ΕΑΥ Η διάδραση ανθρώπου υπολογιστή απαιτεί την ύπαρξη κάποιων μέσων επικοινωνίας, καθώς και την δυνατότητα και των δύο πλευρών να επεξεργάζονται και να ανταποκρίνονται στα ερεθίσματα πληροφορίες που δέχονται. Κάποια από τα βασικά στοιχεία κάθε συστήματος ΕΑΥ είναι τα εξής : 11

- Το υλικό: πρέπει να έχει την δυνατότητα να μετατρέπει τα σήματα που αποστέλλονται αμφίδρομα ανάμεσα στον «εύστροφο» αλλά «ανακριβή» και επιρρεπή σε λάθη άνθρωπο και τον «χαζό» αλλά «αξιόπιστο» υπολογιστή. - Το πρόγραμμα : ο υπολογιστής πρέπει να είναι σωστά προγραμματισμένος ώστε να μπορεί να ανταποκρίνεται σε όλα τα δεδομένα που δέχεται ακόμα και αν αυτά δεν έχουν κάποιο ιδιαίτερο νόημα στην συγκεκριμένη εφαρμογή και σε καμία περίπτωση να μην διακόπτει την επικοινωνία. - Την επικοινωνία μέσω φυσικής γλώσσας και χειρονομιών: τα τελευταία χρόνια γίνεται συνεχώς και μεγαλύτερη προσπάθεια από τους σχεδιαστές συστημάτων ΕΑΥ για την υιοθέτηση της φυσικής γλώσσας, ως μέσον επικοινωνίας μεταξύ ανθρώπου και υπολογιστή. Στόχος είναι η συνεχής μείωση της πολυπλοκότητας της επικοινωνίας και η όσο το δυνατόν μικρότερη ανάγκη ύπαρξης αυστηρών κανόνων λειτουργίας και εκπαίδευσης του συστήματος από τον χρήστη [1], [2]. 2.6 Είσοδος Δεδομένων Η είσοδος των δεδομένων σε ένα διαδραστικό σύστημα, όπως προανεφέρθη, είναι πολύ σημαντικό κεφάλαιο και έχει να κάνει τόσο με την ευχρηστία όσο και με την λειτουργικότητα και απόδοση του συστήματος. Είναι πολύ σημαντικό ο υπολογιστής να δέχεται εύκολα, γρήγορα και σωστά τα δεδομένα. Η είσοδος των δεδομένων μπορεί να γίνει με δύο τρόπους: με μαζική (batch) καταχώρηση δεδομένων και με διαδραστική (interactive) χρήση του υπολογιστή. Η μαζική καταχώρηση δεδομένων χρησιμοποιείται όταν πρέπει να καταχωρηθούν μεγάλες ποσότητες δεδομένων στο σύστημα, σε σαφώς καθορισμένη μορφή, και ο χρήστης ενδιαφέρεται κυρίως για την, όσο το δυνατόν, πιο γρήγορη είσοδο τους. Η διαδραστική δράση συνεπάγεται την είσοδο των δεδομένων από ένα χρήστη ο οποίος κάθεται μπροστά από τον υπολογιστή και εισάγει τα δεδομένα όταν του το ζητάει ο υπολογιστής. Γενικά μπορούμε να πούμε πως ο υπολογιστής χρησιμοποιείται ως ένα εργαλείο για την διαχείριση και την ανάκτηση πληροφοριών. Δεν προστίθενται νέες πληροφορίες στην μνήμη της μηχανής αλλά εισάγονται πληροφορίες με την μορφή εντολών, οι οποίες λένε στον υπολογιστή να εκτελέσει μια συγκεκριμένη ενέργεια ή σύνολο ενεργειών. Όσον αφορά την μαζική εισαγωγή δεδομένων, η διάδραση του ανθρώπου με τον υπολογιστή είναι ελάχιστη (πχ. η εισαγωγή δεδομένων με διάτρητες κάρτες, που διαβάζονται από μια μονάδα ανάγνωσης). Οι διαδραστικές συσκευές εισόδου, μπορούν να διαχωριστούν σε δύο 12

ευρείες κατηγορίες :αυτές που επιτρέπουν την εισαγωγή κειμένου και αυτές που επιτρέπουν την ένδειξη, μετακίνηση και επιλογή συγκεκριμένων στοιχείων πάνω στην οθόνη του υπολογιστή. Η πρώτη κατηγορία απαρτίζεται από συσκευές όπως τα πληκτρολόγια και τα συστήματα αναγνώρισης φωνής, ενώ η δεύτερη από τα ποντίκια, τα joysticks και τις οθόνες επαφής. Τέλος, σημειώνουμε πως τα συστήματα αναγνώρισης χειρονομιών μπορούν να χρησιμοποιηθούν και για την εισαγωγή κειμένου (αναγνώριση και τύπωση στην οθόνη μεμονωμένων χαρακτήρων) αλλά και για την αντικατάσταση άλλων εντολών από κάποια χειρονομία (πχ. το zoom in / out κατά την επεξεργασία μιας εικόνας ή η μετακίνηση κάποιου στοιχείου, που απεικονίζεται στην οθόνη, αφού προηγουμένως έχει αναγνωριστεί η αντίστοιχη χειρονομία ). Η σύνδεση μιας βιντεοκάμερας στον υπολογιστή μας δίνει την δυνατότητα να έχουμε ένα ακόμα κανάλι εισόδου δεδομένων (όραση υπολογιστών). Δεδομένης της ύπαρξης πολλών αλγορίθμων επεξεργασίας των παραγόμενων εικόνων, γίνεται κατανοητό πως οι δυνατότητες διάδρασης του υπολογιστή αυξάνονται σημαντικά [1],[2]. 2.7 ΕΑΥ και Όραση Υπολογιστών Ένα σύστημα όρασης θα πρέπει να δίνει στον υπολογιστή την δυνατότητα να αναγνωρίζει τους χρήστες του και να προσαρμόζει το σύστημα σύμφωνα με τις απαιτήσεις τους. Ωστόσο, η όραση υπολογιστή μπορεί να έχει βαθύτερη επίδραση στην διάδραση, καθώς μπορεί να δίνει στον υπολογιστή την δυνατότητα να εκτελεί τις εργασίες του ανεξάρτητα από τον χρήστη, εξαλείφοντας την ανάγκη συνεχούς διάδρασης χρήστη υπολογιστή. Τα συστήματα όρασης υπολογιστή βασίζονται συνήθως σε μια προσέγγιση η οποία ξεκινάει από την επεξεργασία της εικόνας σε χαμηλό επίπεδο και σταδιακά την επεξεργάζεται σε ολοένα και πιο υψηλό επίπεδο. Η εικόνα αντιμετωπίζεται σαν ένα σύνολο από ρixels, τα οποία αναλύονται σταδιακά για να εξαχθεί η σημασία τους. Τυπικά παραδείγματα λειτουργιών επεξεργασίας χαμηλού επιπέδου είναι η αφαίρεση του θορύβου από την εικόνα και η προσαρμογή των επιπέδων φωτεινότητας. Παράδειγμα επεξεργασίας του αμέσως υψηλότερου επιπέδου είναι η ανίχνευση και λέπτυνση των περιγραμμάτων των αντικειμένων που τυχόν περιέχει η εικόνα. Κατόπιν, σε ακόμα υψηλότερο επίπεδο επεξεργασίας, οι παραγόμενες γραμμές θα μπορούσαν να ενώνονται για την δημιουργία ολόκληρων σχημάτων και σ ένα επόμενο στάδιο θα μπορούσαν να χρησιμοποιούνται υψηλότερου επιπέδου πληροφορίες, τριών διαστάσεων, 13

για την εξαγωγή περιγραφών των σχημάτων από τα περιγράμματα που υπάρχουν στην εικόνα. Η υφή και το χρώμα, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σαν βοηθητικά στοιχεία (όπως πχ. σε μια εικόνα στην οποία θέλουμε να απομονώσουμε το δέρμα των χεριών και του προσώπου ενός ανθρώπου) μέχρι να φτάσουμε στο υψηλότερο δυνατό επίπεδο περιγραφής της εικόνας, βάσει των αντικειμένων που περιλαμβάνει και των σχετικών θέσεών τους. Ωστόσο, τα προβλήματα που πρέπει να επιλυθούν κατά την σχεδίαση ενός συστήματος όρασης είναι πολύπλοκα και για το λόγο αυτό η πρόοδος σε αυτό τον τομέα γίνεται με σχετικά μικρούς ρυθμούς αν αποτελεί αντικείμενο με έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον [1], [2]. 2.8 ΕΑΥ και Αναγνώριση Χειρονομιών Οι χειρονομίες είναι ένα στοιχείο της διάδρασης ανθρώπου υπολογιστή το οποίο έχει ιδιαίτερη σημασία στα πολυτροπικά συστήματα. Η δυνατότητα ελέγχου του υπολογιστή με συγκεκριμένες κινήσεις των χεριών οι οποίες αντιστοιχούν σε συγκεκριμένες εντολές, θα μας παρείχε σημαντικά πλεονεκτήματα σε πολλές περιπτώσεις που δεν είναι δυνατή η χρήση πληκτρολογίου ή σε περιπτώσεις που ο χρήστης χρησιμοποιεί τις υπόλοιπες αισθήσεις του για την εκτέλεση κάποιας άλλης εργασίας. Για ορισμένες κατηγορίες χρηστών με ειδικές ανάγκες, όπως πχ. προβλήματα ακοής, οι χειρονομίες παρέχουν ένα μέσο επικοινωνίας με το οποίο είναι ιδιαίτερα εξοικειωμένοι. Οι χειρονομίες όμως εκτός του ότι παρουσιάζουν μεγάλες διαφοροποιήσεις από χρήστη σε χρήστη, είναι και από τη φύση τους στοχαστικές διαδικασίες. Για το λόγο αυτό είναι δύσκολος ο σχεδιασμός συστημάτων τα οποία θα αναγνωρίζουν, με μεγάλη ακρίβεια, μεγάλο πλήθος χειρονομιών, οι οποίες θα πραγματοποιούνται από πολλούς διαφορετικούς χρήστες. Εκτός από αυτό, η τεχνολογία αναγνώρισης χειρονομιών έχει μεγάλο κόστος. Απαιτείται είτε ένα σύστημα όρασης μέσω υπολογιστή (οπότε ο χρήστης θα κάνει τις χειρονομίες σε κάποια κάμερα που είναι συνδεδεμένη με τον υπολογιστή και στη συνέχεια θα ακολουθεί η επεξεργασία των εικόνων αυτών και η αναγνώριση της εκάστοτε χειρονομίας) είτε ειδικός εξοπλισμός όπως το dataglove. Το dataglove, παρέχει ευκολότερη πρόσβαση σε εξαιρετικά ακριβείς πληροφορίες, αλλά είναι μια τεχνολογία άβολη για τους χρήστες καθώς αυτοί υποχρεώνονται να φορούν ειδικό γάντι από συνθετικό υλικό. Η ερμηνεία των δειγματοληπτούμενων δεδομένων είναι μια πολύ δύσκολη διαδικασία καθώς τα προβλήματα που ανακύπτουν κατά το διαχωρισμό μιας χειρονομίας σε επιμέρους τμήματα είναι πολλά. Μια ομάδα επιστημόνων από το Toronto 14

ανέπτυξε ένα σύστημα αναγνώρισης χειρονομιών το οποίο μεταφράζει τις κινήσεις του χεριού σε συνθετική ομιλία, χρησιμοποιώντας πέντε νευρωνικά δίκτυα τα οποία δουλεύουν παράλληλα για την εκμάθηση και κατόπιν την ερμηνεία διαφορετικών τμημάτων της εισόδου. Το Media Room στο MIT χρησιμοποιεί μια διαφορετική προσέγγιση για την ενσωμάτωση χειρονομιών στη διάδραση. Το Media Room έχει ένα τοίχο ο οποίος λειτουργεί σα μια μεγάλη οθόνη, με μικρότερες οθόνες επαφής εκατέρωθεν του χρήστη, ο οποίος κάθεται σε μια καρέκλα που είναι τοποθετημένη στο κέντρο του δωματίου. Ο χρήστης μπορεί να μετακινείται στις διάφορες πληροφορίες που εμφανίζονται, χρησιμοποιώντας τις οθόνες επαφής, ένα joystick ή μέσω φωνής. Η ενσωμάτωση των χειρονομιών στην διάδραση επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός κύβου αναγνώρισης θέσης ο οποίος προσαρτάται σε ένα ειδικό μπρασελέ που φοράει ο χρήστης. Το σύστημα «Put that there» χρησιμοποιεί τις προερχόμενες από τις χειρονομίες πληροφορίες σε συνδυασμό με αναγνώριση ομιλίας για να δώσει στον χρήστη τη δυνατότητα να υποδείξει τι θα πρέπει να μετακινηθεί και που, με μια απλή ένδειξη. Αυτή είναι μια πολύ πιο φυσιολογική μορφή διάδρασης σε σύγκριση με το να καθορίζουμε προφορικά τι είναι αυτό που πρέπει να μετακινηθεί και να περιγράφουμε που πρέπει να πάει, ενώ έχει επίσης το πλεονέκτημα της συνοπτικότητας. Μια επέκταση του παραπάνω συστήματος θα ήταν η προσάρτηση μιας συσκευής παρακολούθησης της κίνησης των ματιών αντί της αναγνώρισης των χειρονομιών για τον έλεγχο της οθόνης [1], [2]. 15

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο Εικονική Πραγματικότητα 3.1 Εισαγωγή Πολύ προτού ανακαλυφθεί ο όρος της εικονικής πραγματικότητας, το 1962 ο αμερικανός εφευρέτης Martin Hallen είχε εφεύρει μια μηχανή που είχε κάποια από τα στοιχεία ενός τέτοιου συστήματος. Μια καρέκλα μπροστά σε οθόνη προβολής βίντεο, κάποια άλλα συστήματα ελέγχου και ο θεατής μπορούσε να οδηγήσει με βίντεο μια μηχανή από το Μπρούκλιν στη Ν. Υόρκη. Τα δύο ανεμιστηράκια που ήταν τοποθετημένα στα πλαϊνά της οθόνης έδιναν την αίσθηση του αέρα πάνω στη μηχανή, ενώ όταν περνούσε ο «ταξιδιώτης» μπροστά από κάποιο εστιατόριο ένα σωληνάκι έβγαζε μυρωδιά τηγανιού! Παρ' όλο λοιπόν που το '62 δεν είχε ανακαλυφθεί η εικονική πραγματικότητα, η μηχανή Sansorama είχε πομπός θέσης δέκτης θέσης αρκετά στοιχεία ενός κεφαλιού οθόνη προσαρμοσμένη στο κεφάλι τέτοιου συστήματος: δημιουργούσε δηλαδή μια ακουστικά εμπειρία η οποία μικρόφωνο επικέντρωνε σε όλες τις αισθήσεις ή σε αρκετές από αυτές. Ωστόσο το Sansorama δεν γάντι χρησιμοποιήθηκε ευρέως δέκτης θέσης γαντιού ποτέ και ο εφευρέτης του σύστημα αναγνώριση επεξεργαστής επεξεργαστής δεν επιχείρησε κάποια αναγνώρισης φωνής τρισδιάστατου γραφικών θέσης ήχου καλύτερη ανακάλυψη... Έτσι το 1966, Υπολογιστής έχουμε τον Ivan Εικονικό Λειτουργικό Περιβάλλον σύστημα Sutherland που δηµιούργησε το πρώτο (µονοσκοπικό) κράνος Εικονικής Πραγματικότητας (η «Δαμόκλειος Σπάθη»). 16

Το 1970, ο Myron Kreuger κατασκεύασε το πρώτο σύστηµα προβολικής ΕΠ, το VIDEOPLACE, όπου ο χρήστης µπορούσε να δει µια σκιά του εαυτού του μέσα σ αυτό. Από κει και πέρα, οι εφαρµογές άρχισαν να πληθαίνουν, µε την Boeing να είναι η πρώτη που δηµιούργησε την Ενισχυµένη (Augmented) Πραγµατικότητα (όπου ο χρήστης βλέπει τον πραγµατικό κόσµο ενισχυµένο µε εικονική πραγµατικότητα) εξελιγµένα στερεοσκοπικά κράνη ΕΠ για στρατιωτικές εφαρµογές κλπ. Το 1983, ο Zimmerman κατασκευάζει το πρώτο γάντι ΕΠ στα εργαστήρια της VPL [3]. To 1985 ο ερευνητής Jaron Lanier, που αποτελούσε και τον ιδρυτή της VPL Research το έτος 1989, παρουσίασε για πρώτη φορά στο Scientific American τον όρο Εικονική Πραγματικότητα. Βέβαια, υπάρχουν και άλλες ορολογίες που αναφέρονται στο θέμα της Εικονικής Πραγματικότητας. Μερικές από αυτές είναι η Τεχνίτη Πραγματικότητα ( Artificial Reality ), που πρωτοεμφανίστηκε από τον Myron Krueger κατά την δεκαετία του 70, το Cyberspace που οφείλεται στον William Gibson το 1984, και η σχετικά πιο σύγχρονη είναι αυτή που ασχολείται με Virtual Words και Virtual Environments (1990 ) [3] [4]. Στις μέρες μας η Εικονική Πραγματικότητα χρησιμοποιείται σε πολλές δραστηριότητες και συνήθως με μπερδεμένους και παραπλανητικούς τρόπους. Πρωταρχικά ο ορός χρησιμοποιούταν για να περιγράψει την λεγόμενη Immersive Virtual Reality (Εμβυθισμένη Εικονική Πραγματικότητα), κατά την οποία ο χρήστης βυθίζεται πλήρως σε ένα τρισδιάστατο κόσμο που έχει αποκλειστικά δημιουργηθεί από έναν υπολογιστή. Με λίγα λόγια Εικονική Πραγματικότητα είναι ένα interface ανθρώπου και υπολογιστή που βιώνεται από τον άνθρωπο με τρόπο φυσικό και ενστικτώδη [5]. Τα εικονικά περιβάλλοντα συνήθως συνδέονται με εξειδικευμένο υλικό που παρέχει πολύπλοκα συστήματα διεπαφής και προσφέρει νέες δυνατότητες αλληλεπίδρασης του χρήστη. Ανάλογα με τη σχέση τους με τον πραγματικό κόσμο και τις συσκευές που χρησιμοποιούνται τα εικονικά περιβάλλοντα χωρίζονται στις εξής κατηγορίες: Περιβάλλοντα εμβύθισης (immersive environments): οι χρήστες είναι εφοδιασμένοι με οθόνη προσαρμοσμένη στο κεφάλi (head-mounted display) και δε δέχονται δεδομένα από το φυσικό κόσμο. Περιβάλλοντα οθόνης (desktop environments): Η αναπαράσταση γίνεται σε οθόνη υπολογιστή και έτσι ο χρήστης εξακολουθεί να έχει αντίληψη του φυσικού κόσμου. Περιβάλλοντα προβολής (projected environments): Το εικονικό περιβάλλον προβάλλεται σε ένα φυσικό χώρο, όπως ένα δωμάτιο ή μια επιφάνεια εργασίας. 17

Ενισχυμένα περιβάλλοντα (augmented environments): Τα εικονικά αντικείμενα προβάλλονται πάνω στον πραγματικό κόσμο, πιθανώς με τη χρήση οθονών προσαρμοσμένων στο κεφάλι που επιτρέπουν στο χρήστη να βλέπει και μέσα από αυτές (see through). Οι παραπάνω τρόποι διεπαφής με εικονικά περιβάλλοντα έχουν μια σειρά πλεονεκτημάτων αλλά και μειονεκτημάτων. Τα περιβάλλοντα εμβύθισης έχουν το μεγάλο προσόν ότι προσφέρουν στο χρήστη την απόλυτη εμπειρία του περιβάλλοντος. Παρόλα αυτά, απομονώνουν το χρήστη, χρησιμοποιούν πολύ εξειδικευμένη και ακριβή τεχνολογία και έχουν συνδεθεί με διάφορα προβλήματα υγείας. Τα περιβάλλοντα οθόνης αποφεύγουν αυτά τα προβλήματα, αλλά δεν παρέχουν εμπειρία πλήρους εμβύθισης. Αντίθετα, βασίζονται στην «ψυχολογική εμβύθιση», δηλαδή σε αρκετές περιπτώσεις καταφέρνουν να επιστήσουν όλη την προσοχή του χρήστη στο περιβάλλον. Τα περιβάλλοντα προβολής περιλαμβάνουν ένα πιο φυσικό σκηνικό και τη δυνατότητα να μοιραστεί η εμπειρία και με άλλους χρήστες, απαιτούν όμως κι αυτά τη χρήση εξειδικευμένης τεχνολογίας. Τέλος, τα μεικτά περιβάλλοντα προσθέτουν στον πραγματικό κόσμο επιπλέον εικονικό περιεχόμενο και πληροφορίες, αλλά απαιτούν μεγάλη ακρίβεια στο συσχετισμό μεταξύ της πραγματικής εικόνας και της προβαλλόμενης εικονικής πληροφορίας [3]. Υφίσταται ακόμη και ένας λειτουργικός διαχωρισμός ανάλογα με το βαθμό συμμετοχής - αλληλεπίδρασης του χρήστη με το εικονικό περιβάλλον. Σύμφωνα με το κριτήριο αυτό οι εφαρμογές πλέον ΕΠ διακρίνονται σε : Παθητικές. Ο χρήστης δεν έχει έλεγχο, απλά κινείται σε ένα κόσμο που τον περιβάλλει. Εξερευνητικές. Υπάρχει πλήρης ελευθερία πλοήγησης αλλά όχι επέμβαση στα δρώμενα. Αλληλεπιδραστικές. Υπάρχει η δυνατότητα για μεταβολή του εικονικού περιβάλλοντος [6], [7], [8]. Με τη νέα αυτή τεχνολογία ένα ή περισσότερα άτομα με το σύστημα της προσομοίωσης μπορούν να βιώσουν έναν συνθετικό τρισδιάστατο χώρο έχοντας την αίσθηση ότι βυθίζονται σε αυτόν. Έτσι, σε μια απλή οθόνη υπολογιστή με ειδικά γυαλιά ή με κάποιο οπτικό κράνος είτε σε μία ή περισσότερες μεγάλες οθόνες διατεταγμένες με συγκεκριμένο τρόπο μπορεί να παρουσιαστεί το ιδεατό περιβάλλον της εικονικής πραγματικότητας. Όπως όμως κάθε τεχνολογικό επίτευγμα, έτσι και τα συστήματα εικονικής πραγματικότητας έχουν θετικές αλλά και αρνητικές εφαρμογές. Εξαρτάται από το πώς επιλέγουν οι ειδικοί να κάνουν χρήση [3]. 18

Υπάρχουν λοιπόν τα επικίνδυνα συστήματα που χρησιμοποιούνται για στρατιωτικές εφαρμογές, βομβαρδιστικές επιχειρήσεις, κατασκευή όπλων κτλ. αλλά και οι εφαρμογές σε ερευνητικά εργαστήρια που συντελούν στην εξέλιξη της επιστήμης. Η ως τώρα πρακτική εφαρμογή γινόταν στα εργαστήρια, στις βιομηχανίες, στις στρατιωτικές εγκαταστάσεις και δεν ήταν ανοιχτή στο κοινό, εκτός από μουσεία σύγχρονης τέχνης στην Αυστρία και στην Ιαπωνία. Το Ίδρυμα Μείζονος Ελληνισμού (ΙΜΕ) έγινε ο τρίτος πολιτιστικός χώρος στον κόσμο ο οποίος εγκατέστησε σύστημα εικονικής πραγματικότητας (ImmersaDesk), ανοιχτό στο ευρύ κοινό, για την αναπαράσταση ελληνικών αρχαιολογικών μνημείων. 3.2 Ανάπτυξη ενός Εικονικού Περιβάλλοντος Η χρήση των εικονικών περιβαλλόντων ως μέσου αλληλεπίδρασης με το χρήστη δε θα πρέπει να περιορίζεται απλώς στην πλοήγηση σε ένα όμορφο τρισδιάστατο σκηνικό. Όσο ελκυστικός κι αν είναι ένας συνθετικός κόσμος, εάν δεν παρουσιάζει μεταβολές, μειώνεται το ενδιαφέρον του χρήστη κατά την εμβύθισή του στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, οι πόλεις χωρίς ανθρώπους δεν μπορούν να κάνουν τους χρήστες να έχουν αληθινή αίσθηση παρουσίας σε αυτές. Η συνθετική κίνηση μπορεί να βοηθήσει στη δυναμικότητα του περιβάλλοντος, αλλά το γεγονός, ότι όλες οι μεταβολές είναι προαποφασισμένες, είναι αντίθετο με την ελευθερία αλληλεπίδρασης που θα έπρεπε να έχει ένα εικονικό περιβάλλον, και μπορεί να κρατήσει το ενδιαφέρον του χρήστη για περιορισμένο χρόνο. Οι εικονικοί κόσμοι μπορούν να γίνουν πιο ελκυστικοί, εφόσον υπάρχει το στοιχείο της αυτονομίας και λαμβάνουν χώρα σε αυτούς ενέργειες που δεν προκαλούνται από το χρήστη. Οι αυτόνομες οντότητες σε ένα εικονικό περιβάλλον ονομάζονται εικονικοί πράκτορες (virtual agents), (φυσικοί πράκτορες (physical agents), γνωστικοί πράκτορες (cognitive agents),). Ένας εικονικός πράκτορας που δεν ακολουθεί προκαθορισμένα βήματα, αλλά μπορεί να παίρνει αποφάσεις από μόνος του και χρησιμοποιεί τεχνικές από το χώρο της Τεχνητής Νοημοσύνης, για να επιτυγχάνει τους στόχους του, ονομάζεται ευφυής εικονικός πράκτορας (intelligent virtual agent), ενώ ευφυή εικονικά περιβάλλοντα (intelligent virtual environments) ονομάζονται τα εικονικά περιβάλλοντα που περιέχουν ευφυείς εικονικούς πράκτορες. Οι εικονικοί πράκτορες έχουν συνήθως τη μορφή συνθετικών χαρακτήρων και αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον μέσω αισθητήρων (sensors) και επιδραστών (effectors) λαμβάνοντας αποφάσεις με βάση κάποιο μοντέλο συμπεριφοράς. Οι χαρακτήρες δε 19

χρειάζεται να είναι κατ ανάγκη ανθρώπινοι σε μορφή: μπορούν να είναι αφηρημένοι, μηχανικοί, μπορούν να είναι ζώα, όπως πουλιά ή ψάρια ή μπορούν να είναι ακόμα και φανταστικοί. Οι ανθρώπινες μορφές είναι, φυσικά, οι πιο συνηθισμένες. Εκτός από τους εικονικούς πράκτορες υπάρχουν και άλλα, παραπλήσια είδη συνθετικών χαρακτήρων σε εικονικά περιβάλλοντα, στα οποία γίνεται αρκετές φορές αναφορά στο παρόν κεφάλαιο, καθώς η έρευνα είναι σε πολλά σημεία κοινή. Τα είδη αυτά είναι: εικονικός ηθοποιός (virtual actor): Διαφέρει από έναν εικονικό πράκτορα στο ότι δεν έχει αυτονομία. Όλες οι ενέργειές του είναι προκαθορισμένες από κάποιο σενάριο ή βασίζονται σε σχετικές εντολές του χρήστη. ενσάρκωση (avatar): εξυπηρετεί ως εικονικός εκπρόσωπος ενός πραγματικού ανθρώπου και οι ενέργειές του ελέγχονται (σε πραγματικό χρόνο) από το άτομο αυτό. Συνεπώς, εκτός από έλλειψη αυτονομίας, χαρακτηρίζεται και από έλλειψη αισθητήρων, καθώς η αντίληψη του χώρου γίνεται από τον ίδιο το χρήστη. εικονικός άνθρωπος (virtual human): είναι μια ειδική περίπτωση εικονικού πράκτορα στην οποία έχει δοθεί έμφαση στη λεπτομερή μοντελοποίηση και προσομοίωση της ανθρώπινης κίνησης και αλληλεπίδρασης. Συνήθως οι χαρακτήρες αυτοί έχουν ιδιαίτερα περίπλοκους αισθητήρες και επιδραστές αλλά χαμηλό επίπεδο αυτονομίας [9]. 3.3 Μοντέλο περιβάλλοντος Ο χώρος σκηνικού του περιβάλλοντος μπορεί να κατασκευαστεί με βάση κάποια περιοχή του πραγματικού κόσμου, όπως ένα συγκεκριμένο κτήριο, ή ακόμα και να βασιστεί σε κάποια φανταστική ή αφηρημένη δομή ανάλογα με το είδος του περιβάλλοντος. Σε ό,τι αφορά τη γραφική αναπαράσταση, εκτός από την προβολή του χώρου ως συνόλου από συμπαγή αντικείμενα, που είναι πιο ρεαλιστική, σε πολλές περιπτώσεις αποφέρει πλεονεκτήματα και η χρήση εναλλακτικών τεχνικών, όπως η τεχνική προβολής ακμών (wireframe) που ελαχιστοποιεί τα κρυμμένα αντικείμενα, ή η προβολή ημιδιαφανών αντικειμένων. Για παράδειγμα, σε χειρουργικές εφαρμογές είναι πιθανό να υπάρχουν ημιδιαφανείς απόψεις, καθώς και απόψεις με ή χωρίς την απεικόνιση της κυκλοφορίας του αίματος. Τέλος, ένα εξίσου σημαντικό ζήτημα που μπορεί να βοηθήσει στην καλύτερη αντίληψη του περιβάλλοντος από το χρήστη είναι ο κατάλληλος φωτισμός του σκηνικού. Μια από τις πιο σημαντικές δομές στο οπτικό πεδίο του χρήστη είναι η αναπαράσταση του ίδιου του σώματός του, δηλαδή των τμημάτων αυτού που είναι 20