ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗ

ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΟΙ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2.1 ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ. 2.2 ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΑ ΟΡΓΑΝΑ 2.3 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 2.4 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 3.1 ΤΡΟΠΟΙ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ 3.2 ΤΡΟΠΟΙ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΟΝ ΧΡΗΣΤΩΝ 3.3 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΙΚΟΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΩΝ 3.4 ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΟΙ ΛΟΓΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ-ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ VR 3.5 ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ. 3.6 ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΥΛΙΚΟ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 4.1 Η ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ. 4.2 Η ΕΙΣΧΩΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ. 3

4.3 ΟΙ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ. 4.4 ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΕΠ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ 4.5 ΠΕΡΙΟΡΙΣΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΗΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 5.1 ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΓΙΑ ΑΝΘΡΩΠΟΥΣ ΜΕ ΕΙΔΙΚΕΣ ΑΝΑΓΚΕΣ: 5.2 ΤΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΕΝΟΡΑΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 7.1 ΕΙΚΟΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ 7.2 Ο ΡΟΛΟΣ ΤΟΥ ΔΑΣΚΑΛΟΥ. 7.3 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ ΜΕ ΕΙΚΟΝΕΣ. 7.4 ΕΙΚΟΝΙΚΟΣ ΑΝΘΡΩΠΟΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 8 8.1 ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥ ΕΙΚΟΝΙΚΟΥ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ 8.2 ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ ΤΗΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ. 4

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Εικόνα 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Ο πατέρας του όρου Jaron Lanier, έδωσε τον εξής ορισμό το 1989: "Ένα αλληλεπιδραστικό, τρισδιάστατο περιβάλλον, φτιαγμένο από υπολογιστή, στο οποίο μπορεί κάποιος να εμβυθιστεί." Ο Lanier είναι ένας από τους πρωτοπόρους της Εικονικής Πραγματικότητας και ιδρυτής της εταιρείας VPL Research (από τη φράση Virtual Programming Languages) η οποία ανέπτυξε μερικά από τα πρώτα συστήματα τη δεκαετία του 1980. To 1985 ο ερευνητής Jaron Lanier παρουσίασε για πρώτη φορά στο Scientific American τον όρο Virtual Reality. Από τότε τα συστήματα εικονικής πραγματικότητας όπως αποδόθηκε ο όρος στα ελληνικά έχουν περάσει από πολλά στάδια. Η Εικονική Πραγματικότητα χρησιμοποιεί ηλεκτρονικούς υπολογιστές, για να δημιουργήσει και να προσομοιώσει υπαρκτά ή μη περιβάλλοντα, από τα οποία ο χρήστης έχει την ψευδαίσθηση ότι περιβάλλεται και στα οποία μπορεί να κινηθεί ελεύθερα, αλληλεπιδρώντας παράλληλα με τα αντικείμενα που περιλαμβάνουν, όπως θα έκανε και στον πραγματικό κόσμο. Για να είναι όσο πιο πετυχημένη γίνεται η εμβύθιση ενός χρήστη σε ένα περιβάλλον Εικονικής Πραγματικότητας, είναι σημαντικό να απομονωθεί ο χρήστης και οι αισθήσεις του από το πραγματικό κόσμο, επικαλύπτοντας τα ερεθίσματα του πραγματικού κόσμου με αντίστοιχα εικονικά, φτιαγμένα από το σύστημα της Εικονικής Πραγματικότητας. Από τις πέντε (ή μήπως εφτά) αισθήσεις, οι πιο σημαντικές κατά φθίνουσα σειρά είναι η όραση, η ακοή και η αφή. Έτσι είναι 5

πρωταρχικής σημασίας ένα σύστημα Εικονικής Πραγματικότητας να παρέχει στερεοσκοπική εικόνα, δηλαδή δύο εικόνες από διαφορετική οπτική γωνία, μία για κάθε μάτι του χρήστη, έτσι ώστε να δημιουργηθεί η αίσθηση του βάθους στο χώρο. Παράλληλα η ύπαρξη στερεοσκοπικού ήχου βοηθάει το χρήστη να κατανοεί τι γίνεται γύρω του στον εικονικό χώρο που τον περιβάλλει με πολύ φυσικό τρόπο, ενώ ταυτόχρονα αποκλείει τον χρήστη από τους ήχους του πραγματικού κόσμου, οι οποίοι θα μπορούσαν να καταστρέψουν την εικονική του εμπειρία. Τέλος η αφή, μπορεί να χρησιμοποιηθεί με κατάλληλες συσκευές είτε για να μπορεί ο χρήστης να νιώθει τον κόσμο, π.χ. να ακουμπά ένα αντικείμενο και να νιώθει αντίσταση, είτε για να καθοδηγήσουμε το χρήστη διευκολύνοντας τον στην εκτέλεση κάποιων συγκεκριμένων ενεργειών, π.χ. μοντελοποίηση τρισδιάστατων αντικειμένων. Αν όλα τα παραπάνω συνδυαστούν και με την ανίχνευση των κινήσεων του χρήστη με κατάλληλες συσκευές ανίχνευσης, έτσι ώστε το εικονικό περιβάλλον να συμπεριφέρεται όπως και το πραγματικό, τότε η όλη εμπειρία που θα αποκτήσει ο χρήστης μπορεί να είναι άκρως ρεαλιστική. Πρόκειται για ένα είδος τεχνολογίας που ξεκίνησε από στρατιωτικές εφαρμογές, πέρασε στα ερευνητικά εργαστήρια και σταδιακά σε άλλες εφαρμογές. Η Εικονική Πραγματικότητα (ΕΠ, Virtual Reality, VR) αποτελεί τη μεγάλη ιδέα της δεκαετίας του 1990. Έχει ήδη αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο σκεπτόμαστε και έχει εισχωρήσει στη λαϊκή κουλτούρα. Ασχολείται με την ανάπτυξη συστημάτων που ξεγελούν τις ανθρώπινες αισθήσεις και απαιτεί τη σύνθεση πολλών ερευνητικών προσεγγίσεων. Η Εικονική Πραγματικότητα είναι η εξέλιξη στο περιβάλλον διεπαφής του υπολογιστή, επιδιώκοντας να αξιοποιήσει την πλήρη ελευθερία στην πλοήγηση με φυσιολογικούς χειρισμούς, καθώς και με την εμπλοκή των αισθήσεων του χρήστη. Με άλλα λόγια ως Εικονική Πραγματικότητα ορίζεται ένα περιβάλλον βασισμένο σε υπολογιστή, ισχυρά αλληλεπιδραστικό, στο οποίο ο χρήστης γίνεται συμμέτοχος σε έναν "εικονικά πραγματικό" κόσμο. Πιο αφηρημένα, είναι μια διαδικασία η οποία δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να συμμετάσχει σε αφηρημένους χώρους όπου φυσική μηχανή και φυσικός παρατηρητής δεν υπάρχουν. Η κατανόηση του όρου απαιτεί το διαχωρισμό του ορισμού από τον τρόπο διασύνδεσης με τον οποίο ο χρήστης αλληλεπιδρά με την εικονική πραγματικότητα. Είναι μια μεθοδολογία και όχι μια εφαρμογή διασύνδεσης που χρησιμοποιείται για την αλληλεπίδραση με την εικονική πραγματικότητα ή εικονικό κόσμο (virtual world). ΑΝΑΦΟΡΕΣ el.wikipedia.org/wiki/εικονική_πραγματικότητα 6

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2.1 ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ. Εικόνα 2.1 7

Τη γνωρίζουμε μόνο μέσα από τις ταινίες. Χολιγουντιανές παραγωγές τη χρησιμοποιούν, προκειμένου να μας μεταφέρουν σε φανταστικά περιβάλλοντα. Μέσα από τα ειδικά εφέ και προγράμματα υπολογιστών, ο υπάρχων χώρος και χρόνος φαίνεται πως δεν έχει πια καμία σημασία. Kι όμως, πέρα από το θέαμα, η εικονική πραγματικότητα κρύβει μια επιστημονική και τεχνολογική ανάπτυξη που μπορεί να εφαρμοστεί σε μια τεράστια γκάμα τομέων. Η Εικονική Πραγματικότητα είναι μια νέα και πρωτοποριακή τεχνολογία που μας δίνει τη δυνατότητα, μέσα από τις εφαρμογές της, να βιώσουμε αφηρημένες έννοιες και ιδέες, να επισκεφτούμε χώρους που είναι απρόσιτοι ή δεν υπάρχουν πια και να εξετάσουμε αντικείμενα από διαφορετικές και πρωτόγνωρες οπτικές γωνίες. Η Εικονική Πραγματικότητα αποτελεί μέχρι σήμερα τόπο αναφοράς τόσο της επιστημονικής φαντασίας όσο και εξειδικευμένων εφαρμογών. Η τεχνολογία της εικονικής πραγματικότητας πρόκειται για μια τεχνολογία που χρησιμοποιεί τους υπολογιστές για να μας δημιουργεί πολύ πειστικές ψευδαισθήσεις. Συνήθως η εικονική πραγματικότητα περιγράφεται με τα τρία Ι, immersion, interaction, imagination (εμβύθιση, αλληλεπίδραση, φαντασία), περιοριζόμενη από την ανθρώπινη φαντασία όσον αφορά στις εφαρμογές της. Στις πρώτες εφαρμογές η εικονική πραγματικότητα περιορίστηκε σε συναρπαστικά παιχνίδια, γρήγορα όμως βρήκε το δρόμο της μέσα στα εκπαιδευτικά προγράμματα του στρατού, όπως στην εκπαίδευση πιλότων και αστροναυτών, στην αντιμετώπιση εξαιρετικά δύσκολων καταστάσεων χωρίς κίνδυνο. Σήμερα τα προγράμματα VR διευρύνουν τη χρήση τους, καθώς το κόστος του εξοπλισμού πέφτει ταχύτατα. Η εικονική ή αλλιώς δυνητική πραγματικότητα είναι ήδη εδώ. Μπορείτε να βρείτε και να εξερευνήσετε πολλούς εικονικούς κόσμους στο Internet ή με εξειδικευμένα μηχανήματα δημιουργίας τέτοιων παρουσιάσεων. Μπορείτε να περπατήσετε στο εσωτερικό ενός τεράστιου υπολογιστή, να εξερευνήσετε γκαλερί τέχνης, να επισκεφθείτε το διάστημα, να εξερευνήσετε τον ανθρώπινο εγκέφαλο και πολλά άλλα. Χρησιμοποιείται και για άλλα πράγματα πλην της δημιουργίας κόσμων τους οποίους μπορούν οι χρήστες να επισκεφθούν. Για παράδειγμα έχει χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία απόψεων του εγκεφάλου και των μορίων. Έχει χρησιμοποιηθεί από αστρονόμους για την παρουσίαση της περιστροφής του μορίων των αερίων ενός γαλαξία τα οποία δημιουργούν τα άστρα. Η δυνητική ή εικονική πραγματικότητα μπορεί θεωρητικά να χρησιμοποιηθεί για πράγματα που σήμερα κανένας δεν μπορεί να φανταστεί. 8

Δυνατότητες που παρέχει η εικονική πραγματικότητα: αναπαραγωγή της πραγματικότητας τρισδιάστατα, με εκπληκτικό και άγνωστο μέχρι τώρα ρεαλισμό δυσδιάκριτα τα όρια του πραγματικό με το φανταστικό απίθανες φαντασμαγορίες σε μια κούρσα ταχύτητας ανάμεσα στην πραγματικότητα και το υπερφυσικό 2.2 ΑΙΣΘΗΤΗΡΙΑ ΟΡΓΑΝΑ 2.2.1 ΤΟ ΚΡΑΝΟΣ Στην πιο απλή του μορφή ένα σύστημα εικονικής πραγματικότητας δίνει στο χρήστη ένα κράνος που καλύπτει μάτια και αυτιά, βάζοντας δύο μικρές οθόνες μπροστά στα μάτια και δυο μικρά μεγάφωνα μπροστά από τα αυτιά. Με τον τρόπο αυτόν ο υπολογιστής μπορεί να μας τροφοδοτεί με εικόνες και ήχους, ακριβώς ίδιες με αυτές που θα μας τροφοδοτούσε η φύση αν βρισκόμασταν σε άλλο περιβάλλον. Ωστόσο όραση και ακοή είναι δυο μόνο αισθήσεις και με αυτές μπορούμε να πετύχουμε μια πολύ καλή προσέγγιση του κόσμου. Το κράνος αυτό παρέχει ήχο καθώς είναι εφοδιασμένο με ειδικά ακουστικά και εικόνες μέσω δύο ειδικών οθόνων σε μέγεθος μινιατούρας. Στο κράνος αυτό επίσης υπάρχουν ειδικοί αισθητήρες συνδεδεμένοι με τον υπολογιστή του παιχνιδιού οι οποίοι δίνουν πληροφορίες σχετικά με τις κινήσεις των ματιών και του σώματος. Οι εικόνες που βλέπει κανείς αλλάζουν ανάλογα με τις κινήσεις του σώματός του. Τα παιχνίδια αυτά γενικά έχουν σχέση με κίνηση (π.χ. πέταγμα αεροπλάνου, οδήγηση μέσα σε τούνελ ή κίνηση μέσα σε λαβύρινθο κ.λ.π.). Μερικές φορές οι χρήστες των παιχνιδιών Virtual Reality αντιμετωπίζουν προβλήματα λόγω του υπερβολικά μεγάλου αριθμού πληροφοριών οι οποίες φθάνουν στον εγκέφαλο. Επίσης μπορεί να εμφανιστούν προβλήματα στην όραση και στην αντίληψη λόγω της φύσης και του σχεδιασμού του ειδικού κράνους virtual reality καθώς επίσης και λόγω του οπτικού περιβάλλοντος το οποίο δημιουργείται ως εξής: Οι οθόνες είναι τοποθετημένες πάρα πολύ κοντά στα μάτια του χρήστη, για να μπορεί όμως να δει κανείς καθαρά, τα μάτια του πρέπει να εστιάσουν με τέτοιο τρόπο σαν οι οθόνες να βρίσκονταν σε απόσταση έξι μέτρων. Αυτό προκαλεί την κούραση των μηχανισμών εστίασης και ευθυγράμμισης των ματιών. 9

Οι μικροί φακοί εστίασης πρέπει να ρυθμιστούν σωστά έτσι ώστε να μπορεί ο χρήστης να δει τις οθόνες καθαρά αλλά και ξεκούραστα. Η απόσταση μεταξύ των δύο αυτών φακών πρέπει να μπορεί να μεταβάλλεται έτσι ώστε να μπορεί να γίνεται ίση με την απόσταση μεταξύ των δύο ματιών του χρήστη. Εάν δεν γίνουν σωστά αυτές οι ρυθμίσεις, τα μάτια θα δυσκολεύονται πολύ να διατηρήσουν την ευθυγράμμισή τους με αποτέλεσμα να αυξάνεται ακόμη περισσότερο η κούραση λόγω της υπερπροσπάθειας. Όμως δεν είναι όλα τα κράνη Virtual reality κατασκευασμένα έτσι ώστε να παρέχουν τις απαιτούμενες ρυθμίσεις ώστε να έχουμε καθαρή όραση και χωρίς παραμορφώσεις. Πολλοί άνθρωποι και κυρίως εκείνοι που φορούν γυαλιά, μπορεί να δυσκολευτούν πάρα πολύ ή και να μην μπορέσουν καθόλου να ρυθμίσουν το κράνος (VR) ώστε να έχουν ξεκούραστη όραση. Επίσης αρκετοί χρήστες μπορεί να αντιμετωπίσουν προβλήματα όπως, ναυτία και ζαλάδες, αυτά τα συμπτώματα μπορεί να είναι τόσο έντονα ώστε να μην τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούν τα παιχνίδια. Άλλοι χρήστες όμως μπορεί να ξεπεράσουν τα συμπτώματα αυτά με το χρόνο. Τα παιδιά που χρησιμοποιούν παιχνίδια Virtual Reality και οι γονείς τους πρέπει να γνωρίζουν ορισμένα πράγματα σχετικά με τις επιπτώσεις που μπορεί να έχουν, έτσι ώστε να απολαμβάνουν τα παιχνίδια αυτά χωρίς κινδύνους. Παρακάτω παραθέτουμε μερικές συμβουλές της Αμερικανικής Οπτομετρικής Ομοσπονδίας σχετικά με τα παιχνίδια Virtual reality. Σιγουρευτείτε πως η όρασή σας είναι σωστή έτσι ώστε να μπορείτε να χρησιμοποιείτε τέτοια παιχνίδια. Κάνετε τακτικές εξετάσεις των ματιών σας και αναφέρετε στον ειδικό που θα σας εξετάσει ότι σας αρέσει να παίζετε virtual reality games και ακολουθήστε τις συμβουλές του. Μάθετε πρώτα πώς πρέπει να ρυθμίσετε σωστά το κράνος virtual reality για τα δικά σας μάτια. Όταν αγοράζετε το σετ με το κράνος για virtual reality games, ψάξτε για ένα κράνος που να ρυθμίζεται έτσι ώστε να μπορείτε να δείτε τις οθόνες καθαρά και ξεκούραστα. Δοκιμάστε το πριν το αγοράσετε. Περιορίστε το χρόνο συνεχούς χρήσης σε περίπου 15 λεπτά με επαρκή διαλείμματα ή περιόδους ξεκούρασης έτσι ώστε να ανακτήσετε το αίσθημα της ισορροπίας και του προσανατολισμού. Εάν αισθάνεστε ναυτία, υπερβολική ένταση των ματιών, ζαλάδες ή άλλα συμπτώματα μειώστε ακόμη περισσότερο το χρόνο του παιχνιδιού ή σταματήστε το τελείως. 10

Εικόνα 2.2 2.2.2 ΤΑ ΓΑΝΤΙΑ Η προσθήκη της αφή, δίνει ένα αποτέλεσμα εξαιρετικά πιο πειστικό. Η οποία μπορεί να γίνει τοπικά, π.χ. φορώντας ένα γάντι στο ένα μας χέρι ή ολικά, φορώντας ένα ολόκληρο ειδικό κοστούμι, που εξωτερικά μοιάζει με τη στολή των βατραχανθρώπων. Με τέτοιες προσθήκες θα μπορούμε να βλέπουμε τον εαυτό μας και τις κινήσεις του μέσα στον κόσμο της εικονικής πραγματικότητας. Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε τα ειδικά γάντια αφής. Στην ουσία είναι ένα γάντι, που προσομοιώνει την κίνηση του χεριού στο εικονικό περιβάλλον. Στο γάντι υπάρχουν 18 αισθητήρες, όσες είναι και οι κλειδώσεις του χεριού. Με τη βοήθεια των ηλεκτρονικών αυτών συστατικών, το cyber glove επιτρέπει στο χρήστη να καθορίσει ορισμένες κινήσεις του χεριού να επιτελούν συγκεκριμένες ενέργειες, όπως είναι η επιλογή από ένα μενού, η περιπλάνηση στο εικονικό περιβάλλον ή η αλληλεπίδραση με κάποια αντικείμενα. Επιπρόσθετα, το cyber glove είναι εξοπλισμένο με μία συσκευή παρακολούθησης έξι βαθμών ελευθερίας, η οποία καταγράφει τρεις τιμές για τη θέση του χεριού, καθώς αυτό κινείται στο χώρο : την τιμή Χ (αριστερά δεξιά), την τιμή Υ (πάνω κάτω) και την τιμή Ζ (μπροστά πίσω), και τον προσανατολισμό γύρω από την καθεμιά από αυτές τις διαστάσεις. Στην οθόνη του υπολογιστή εμφανίζεται η εικόνα ενός χεριού που «καθρεφτίζει» τις κινήσεις του χεριού του χειριστή. Το cyber glove είναι μια πολύ ευαίσθητη συσκευή και για να λειτουργεί σωστά πρέπει να ανα-βαθμονομείται για τον κάθε χρήστη. 11

Εικόνα 2.3 2.2.3 ΧΕΙΡΙΣΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Τα joysticks επιτρέπουν την κίνηση προς δύο κατευθύνσεις διαστάσεις : την κατακόρυφη (μπροστά και πίσω), και την οριζόντια (δεξιά και αριστερά). Το VR Controller, από την άλλη, επιτρέπει μία επιπλέον διεύθυνση κίνησης : πάνω και κάτω. Επιπλέον, επιτρέπει την κύλιση δεξιά αριστερά, μπροστά πίσω και την περιστροφή γύρω από τον άξονα των z. Το VR Controller μπορεί να περάσει από βαθμονόμηση έτσι ώστε να είναι τόσο ευαίσθητο όσο ο χρήστης επιθυμεί, καθώς η κίνηση συλλαμβάνεται μέσω οπτικών και ψηφιακών αισθητήρων. Τέλος, η συσκευή αυτή είναι πλήρως εξατομίκευση (μπορεί να προγραμματίσει και τα οκτώ κουμπιά να κάνουν οτιδήποτε επιθυμεί ο χρήστης). Ακόμη και η μετακίνηση σε καθένα από τους έξι βαθμούς ελευθερίας μπορεί να επανα-προγραμματιστεί όπως θέλουμε (για παράδειγμα, μπορούμε να καθορίσουμε ότι η κίνηση πάνω κάτω θα αντιστοιχεί με τις ενέργειες jump και crouch αντίστοιχα, σε ένα συγκεκριμένο παιχνίδι). 12

Εικόνα 2.4 2.2.4 ΤΟ ΓΙΛΕΚΟ Ειδικά όργανα κοστουμιών μπορούν να μας δημιουργούν μικροπιέσεις σε διάφορα σημεία του σώματός μας, ελεγχόμενες από τον υπολογιστή, έτσι ώστε να έχουμε την ψευδαίσθηση της αφής. Σε πλήρεις εγκαταστάσεις, ο χρήστης μπορεί να μπαίνει ολόκληρος σε ένα σύστημα αδρανειακής ανάρτησης, που να του παρέχει όλους τους βαθμούς ελευθερίας κίνησης, έτσι ώστε να αισθάνεται ότι ζει και κινείται πλήρως μέσα στον εικονικό κόσμο που φτιάχνει ο υπολογιστής!. Επίσης έχουμε το γιλέκο αλληλεπίδρασης εικονικής πραγματικότητας (Interactor VR Vest). Πρόκειται για άλλη μία φορητή συσκευή, η οποία παρέχει φυσική αλληλεπίδραση στο πάνω μέρος του σώματος του χρήστη. Παρόμοια με το γάντι που εξετάσαμε πιο πάνω, η σύνδεση επιτυγχάνεται με ένα αριθμό αισθητήρων, οι οποίοι τοποθετούνται σε διάφορα σημεία του γιλέκου. Έτσι, ο χρήστης μπορεί να αισθανθεί ένα χτύπημα που δέχεται, σε ένα παιχνίδι μάχης. 13

Εικόνα 2.5 2.2.5 H ΟΘΟΝΗ BOOM Η πανκατευθυντική διοπτρική οθόνη (Binocular Omni-directional monitor - BOOM) όπου οι οθόνες και το οπτικό σύστημα τοποθετούνται σ' ένα κουτί το οποίο τοποθετείται σ' ένα βραχίονα πολλαπλών συνδέσμων. Ο χρήστης βλέπει τον εικονικό κόσμο κοιτώντας μέσα στο κουτί και μπορεί να καθοδηγήσει το κουτί σε οποιαδήποτε θέση μέσα στον όγκο λειτουργίας της συσκευής. Οι αισθητήρες κίνησης βρίσκονται στους συνδέσμους του βραχίονα που κρατάει το κουτί. Εικόνα 2.6 14

2.2.6 H ΜΕΘΟΔΟΣ CAVE Το Σύστημα Αυτόματου Εικονικού Περιβάλλοντος Σπηλαίου (Cave Automatic Virtual Environment - CAVE) παρέχει την ψευδαίσθηση της εμβύθισης με το να προβάλλει στερεοσκοπικές εικόνες στους τείχους και το δάπεδο ενός κυβικού δωματίου. Μια ομάδα ατόμων η οποία φοράει τρισδιάστατα γυαλιά μπορεί να μετακινηθεί ελεύθερα στο CAVE ενώ αισθητήρες κίνησης συνεχώς αναπροσαρμόζουν τη στερεοσκοπική προβολή του διευθύνοντος ατόμου. Εικόνα 2.7 2.2.7 Η ΚΑΡΕΚΛΑ Τέλος έχουμε την καρέκλα εικονικής πραγματικότητας (Intensor VR Chair). Η καρέκλα εικονικής πραγματικότητας έχει την ιδιότητα παροχής έντονης ηχητικής αλληλεπίδρασης στο χρήστη. Έχοντας εγκατεστημένα στα διάφορα σημεία της πολυάριθμα ηχεία και subwoofers και με την ικανότητα παραγωγής ρεαλιστικών ηχητικών δονήσεων, επιτρέπει στο χρήστη όχι μόνο να ακούει αλλά πραγματικά και να «νιώθει» τον ήχο. Την βλέπουμε παρακάτω. 15

Εικόνα 2.8 2.2 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα αποτελέσματα που προκύπτουν από έρευνες που έχουν γίνει δείχνουν ότι οι αισθήσεις διεγείρουν την προσοχή ως εξής: όραση 70% ακοή 20% οσμή 5% αφή 4% γεύση 1% Πίνακας 2.1 16

2.4 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Τα συστήματα Εικονικής Πραγματικότητας έχουν κύριο στόχο την πλήρη ενσωμάτωση του χρήστη στο περιβάλλον που αναπαρίσταται. Για την επίτευξη αυτού του σκοπού χρησιμοποιείται συνδυασμός ειδικών τεχνολογιών όπως στερεοσκοπικές οθόνες προβολής, ανιχνευτών θέσης, 3Δ γυαλιών, ακουστικής και υπολογιστικού συστήματος. Οι επιλογές και τεχνολογίες χρήσης είναι πολλές. Για αυτό, σε κάθε σύστημα είναι σημαντική η ουσιαστική μελέτη της χρήσης, των προδιαγραφών και του διαθέσιμου χώρου ώστε να προμηθευτεί ο σωστός εξοπλισμός. Πιο συγκεκριμένα παρέχεται τεχνογνωσία στους εξής τομείς συστημάτων: Στεροσκοπικές τεχνολογίες Active Stereo, Passive Stereo, Infitec. Τεχνολογίες διάδρασης και αισθητήρων θέσης για Εικονικά Συστήματα. Συστήματα με 1 ή περισσότερες επίπεδες οθόνες προβολής (CAVE, V-CAVE, Powerwall). Συστήματα με 1 ή περισσότερες κυρτές ή σφαιρικές οθόνες προβολής (Reality Center, IMAX, Dome). Ενσωματωμένα συστήματα με κάσκες HMD, BOOM ή και απλές οθόνες CRT σαν ατομικούς σταθμούς εργασίας. Στερεοσκοπικούς κινηματογράφους HDTV. Μεταφερόμενα συστήματα ελαφριάς κατασκευής και γρήγορης συναρμολόγησης, ιδανικά για επιδείξεις και εκδηλώσεις. Υπολογιστικά συστήματα Εικονικής Πραγματικότητας. Graphics Supercomputers ή PC Cluster. ΑΝΑΦΟΡΕΣ http://meteora.csd.auth.gr/~dpolitis/hci/virtual.htm(και ΕΙΚΟΝΑ 2.2.4 & 2.2.7) http://www.geocities.com/jkostaras/vr.html (ΚΑΙ ΕΙΚΟΝΑ 2.2.5 & 2.2.6) http://www.vrconsulting.gr/vr.html 17

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 3.1 ΤΡΟΠΟΙ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΣΤΗΝ ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ. 3.1.1Συστήματα Εμβύθισης (Immersive VEs) o χρήστης αποκόπτεται από τον πραγματικό κόσμο με τη χρήση κράνους (HMD -Head Mounted Display) στο οποίο προβάλλονται οι εικόνες του συνθετικού περιβάλλοντος Εικόνα 3.1 18

3.1.2 Επιτραπέζια Συστήματα (Desktop VEs): βασίζονται σε προσωπικούς υπολογιστές με δυνατότητα υποστήριξης εξειδικευμένων περιφερειακών πλοήγησης στον τρισδιάστατο εικονικό χώρο και χρήσης στερεοσκοπικών γυαλιών ή κράνους. Εικόνα 3.2 19

3.1.3 Συστήματα CAVE. Αποτελούνται από ένα δωμάτιο στους τοίχους, το δάπεδο και την οροφή του οποίου προβάλλονται εικόνες που αναπαριστούν απόψεις του εικονικού περιβάλλοντος. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να βαδίζει στο δωμάτιο, και να έχει την αίσθηση της παρουσίας του στον εικονικό κόσμο. Εικόνα 3.3 20

3.1.4 Συστήματα προσομοιωτών ή εξομοιωτών Χαρακτηριστικά παραδείγματα οι εξομοιωτές πτήσης Εικόνα 3.4 21

3.2 ΤΡΟΠΟΙ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΟΝ ΑΡΙΘΜΟ ΤΟΝ ΧΡΗΣΤΩΝ 3.2.1 Συστήματα για έναν χρήστη (single-user VEs): ο χρήστης πλοηγείτε στο εικονικό περιβάλλον και αλληλεπιδρά με αυτό. Εικόνα 3.5 22

3.2.2 Συστήματα δικτυωμένα, συνεργασιακά συστήματα για πολλούς χρήστες (multi-user, collaborative, distributed VEs): επιτρέπουν σε μια ομάδα διασκορπισμένων χωρικά και χρονικά χρηστών να αλληλεπιδρούν σε πραγματικό χρόνο. Εικόνα 3.6 3.3 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΕΙΚΟΝΙΚΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΩΝ Κατανεμημένα Εικονικά Περιβάλλοντα Δικτυακά Εικονικά Περιβάλλοντα Συνεργατικά Εικονικά Περιβάλλοντα Μαθησιακά Εικονικά Περιβάλλοντα 23

3.4 ΠΡΟΩΘΗΤΙΚΟΙ ΛΟΓΟΙ ΕΡΕΥΝΑΣ-ΑΝΑΠΤΥΞΗΣ VR κάλυψη αναγκών και άλλων τομέων της επιστήμης (π.χ. Φυσικές Επιστήμες, Εκπαίδευση-Κατάρτιση κ.α.) Ανάγκες του πραγματικού κόσμου σχετικές με: 1. επίλυση προβλημάτων 2. κατανόηση περίπλοκων διαδικασιών και καταστάσεων 3.5 ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ. Πρόγραμμα τρισδιάστατης μοντελοποίησης ή τρισδιάστατης ψηφιοποίησης Εργαλεία βελτιστοποίησης γεωμετρίας Εργαλεία επεξεργασίας εικόνας Γλώσσα προγραμματισμού ή script γλώσσα για εικονικά περιβάλλοντα Συσκευές Εισόδου Εικόνα 3.7 24

3.6 ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΟ ΥΛΙΚΟ. Χειριστήριο (joystick) Σφαίρα πλοήγησης (space ball) Τρισδιάστατο ποντίκι (3D mouse) Συσκευές εντοπισμού θέσης ή καταγραφής video Συσκευές οπτικοποίησης Οθόνη προσαρμοσμένη στο κεφάλι (head mounted display) Συσκευές προβολής Συσκευές τρισδιάστατου ήχου Συσκευές ανάδρασης Ανάδραση αφής Ανάδραση δυνάμεων 25

πομπός θέσης δέκτης θέσης κεφαλιού οθόνη προσαρμοσμένη στο κεφάλι ακουστικά μικρόφωνο γάντι δέκτης θέσης γαντιού σύστημα αναγνώρισης θέσης αναγνώριση φωνής επεξεργαστής τρισδιάστατου ήχου επεξεργαστής γραφικών Εικονικό Περιβάλλον Υπολογιστής Λειτουργικό σύστημα ΕΙΚΟΝΑ 3.8 26

ΑΝΑΦΟΡΕΣ alexandra.di.uoa.gr/mmtech/virtualreality/pres1/sld001.htm (ΕΙΚΟΝΑ 3.6) eeep.gr/synedrio/3/parousiaseis/04.eikoniki_pragmatikotita_&_eikonika_perivallonta_stin_ekpai deysi.ppt http://users.sch.gr/cdplus/seminarvr.files/frame.html (ΚΑΛΗ) http://www.geocities.com/jkostaras/vr.html (ΕΙΚΟΝΑ 3.2.2) 27

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 4.1 Η ΕΙΚΟΝΙΚΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ. Ο περισσότερος κόσμος ίσως δεν γνωρίζει ότι στην Ελλάδα υπάρχουν συστήματα Εικονικής Πραγματικότητας αλλά και ερευνητικό έργο πάνω στον τομέα αυτό. Βέβαια υστερούμε σε πολύ μεγάλο βαθμό, σε σχέση με άλλες χώρες όπως είναι οι Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής ή οι αναπτυγμένες Ευρωπαϊκές χώρες σαν την Γερμανία, διότι η ενασχόληση με την Εικονική Πραγματικότητα έχει πολύ υψηλό κόστος. Κόστος όχι τόσο για το λογισμικό, αφού υπάρχουν πάρα πολύ καλά εργαλεία ανοιχτού λογισμικού, αλλά κυρίως όσον αφορά τον υλικό εξοπλισμό, ο οποίος είναι πανάκριβος και δεν διατίθεται σε μεγάλες ποσότητες. Οι ενδιαφερόμενοι έχουν την δυνατότητα να δουν από κοντά τέτοια συστήματα επισκεπτόμενοι το Ίδρυμα Μείζονος Ελληνισμού (Ι.Μ.Ε.). Εκεί η Εικονική Πραγματικότητα χρησιμοποιείται για εκπαιδευτικό και ψυχαγωγικό σκοπό. Το Ι.Μ.Ε. διαθέτει δύο συστήματα Εικονικής Πραγματικότητας. Το πρώτο το οποίο ονομάζεται «Κιβωτός» είναι ένα CAVE. Πρόκειται ουσιαστικά για ένα δωμάτιο διαστάσεων 3X3X3 μέτρα, όπου το πάτωμα και οι τοίχοι αποτελούν οθόνες προβολής. Για να έχουν τρισδιάστατη αίσθηση του χώρου οι επισκέπτες της «Κιβωτού», φορούν ειδικά στερεοσκοπικά γυαλιά. Εικόνα 4.1 28

Το δεύτερο σύστημα το οποίο ονομάζεται «Μαγική Οθόνη», είναι μια μεγάλη φωτεινή οθόνη σε σχήμα σχεδιαστικού τραπεζιού και αποτελεί το πρώτο έκθεμα Εικονικής Πραγματικότητας στην Ελλάδα. Η «Μαγική Οθόνη», ή αλλιώς σύστημα ImmersaDesk, έχει πλάτος 1,5 και ύψος 1,2 μέτρα. Το μέγεθος και η κεκλιμένη θέση της δίνουν τη δυνατότητα ευρυγώνιας οπτικής σε έξι περίπου άτομα, που με τη βοήθεια ειδικών γυαλιών και μιας συσκευής πλοήγησης μπορούν να αλληλεπιδράσουν με την ψηφιακή εικόνα που προβάλλεται στην οθόνη. Εικόνα 4.2 Και τα δύο συστήματα αξιοποιούνται από το Ι.Μ.Ε. για να μεταφέρουν μικρούς και μεγάλους σε μαγικούς κόσμους της πολιτιστικής μας κληρονομιάς, όπως η αρχαία Μίλητος και ο ναός του Δία στην Ολυμπία. Για περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να επισκεφτείτε τη ιστοσελίδα του Ι.Μ.Ε.. Εικόνα 4.3 29

Επίσης στο Ίδρυμα Ευγενίδου λειτουργεί ένα υπερσύγχρονο πλανητάριο, το οποίο θα καθηλώσει όσους το επισκεφθούν, αφού θα συμμετάσχουν σε ένα πανηγύρι των αισθήσεων. Ο παλιός Αστρικός Προβολέας Zeiss έχει αντικατασταθεί από τα υπερσύγχρονα Ψηφιακά Συστήματα Αστρικών Προβολών Digistar της αμερικανικής εταιρείας προσομοιωτών Evans and Sutherland και Digital Sky της εταιρείας Sky Skan Inc. Τα νέα αυτά συστήματα έχουν την δυνατότητα παρουσίασης δεκάδων χιλιάδων άστρων έτσι όπως φαίνονται από οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη μας, του ηλιακού συστήματος αλλά επί πλέον και από οποιοδήποτε άλλο άστρο σε απόσταση εκατοντάδων ετών φωτός από τη Γη. Η πλοήγηση σ' αυτό τον χώρο γίνεται σε δευτερόλεπτα δίνοντας έτσι στους θεατές την ψευδαίσθηση μεταφοράς τους, με μία μηχανή του χώρου και του χρόνου, σε τρισδιάστατα ταξίδια στο εσωτερικό του Γαλαξία μας, αλλά και πέρα απ' αυτόν σ' ολόκληρο το Σύμπαν των 100 δισεκατομμυρίων γαλαξιών. Από τα πιο θεαματικά προβολικά συστήματα που περιλαμβάνει το νέο Πλανητάριο είναι τρία "Συστήματα Τρισδιάστατης Εικονικής Πραγματικότητας" (SkyVisionTM Α-Β και Digistar 3) που καλύπτουν πλήρως την οθόνη με την βοήθεια 12 βιντεοπροβολέων υψηλής ανάλυσης. Μια από τις σημαντικότερες δυνατότητες των συστημάτων αυτών είναι και η ευχέρεια που έχει να δείχνει φαινόμενα που δεν ανήκουν στην άμεση καθημερινή εμπειρία αφού οι παραστάσεις αυτές κάνουν τον χρόνο άλλοτε να τρέχει πιο γρήγορα και άλλοτε πιο αργά, ή ακόμη και να σταματούν μια διαδικασία με τρόπο που να μας δώσει την ευκαιρία να γίνουμε μάρτυρες φαινόμενων που δεν είναι δυνατόν να συλλάβει το ανθρώπινο μάτι, δείχνοντας μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα φαινόμενα που χρειάζονται ολόκληρους μήνες, αιώνες ή και εκατομμύρια χρόνια για να εκτελεστούν. Και όλα αυτά με την ηχητική κάλυψη 7-κάναλου ψηφιακού συστήματος ήχου (SS 6.1 Digital Surround Sound System) συνολικής ισχύος 40.000 watt το οποίο μεταφέρει με την βοήθεια 44 ειδικών ηχείων τη μουσική και την αφήγηση των παραστάσεων στην αίθουσα προβολών. Από την αεροναυπηγική και την αυτοκινητοβιομηχανία μέχρι την ιατρική και την εκπαίδευση ανέργων, η εικονική πραγματικότητα δίνει λύσεις και προοπτικές που μέχρι πριν από λίγα χρόνια... βλέπαμε μόνο σε ταινίες. Στο Ευρωπαϊκό Δίκτυο Aριστείας INTUITION για την εικονική πραγματικότητα, που έχει καταρτιστεί τα τελευταία δύο χρόνια, συμμετέχουν 60 εταίροι από 15 χώρες, ενώ συνεργάζονται πέντε εθνικά δίκτυα, των χωρών Ιταλίας, Γαλλίας, Αγγλίας, Γερμανίας και Ισπανίας σχηματίζοντας 12 ομάδες εργασίας που καλύπτουν από βασικές τεχνολογίες μέχρι πεδία εφαρμογών όπως η ιατρική, η εκπαίδευση, η αεροδιαστημική βιομηχανία κλπ. Επικεφαλής, συντονιστής, αλλά και «ψυχή» του σημαντικού αυτού 30

προγράμματος είναι το «δικό μας» Ερευνητικό Πανεπιστημιακό Ινστιτούτο Συστημάτων Επικοινωνιών και Υπολογιστών (EΠIΣEY) του Tμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου και ειδικά η ερευνητική ομάδα I-SENSE υπό τον ερευνητή β Άγγελο Αμδίτη, που υπάγεται στο Εργαστήριο Μικροκυμάτων και Οπτικών Ινών υπό τον καθηγητή Ν.Ουζούνογλου. Σημαντική διάκριση «Ήταν τιμή για εμάς, αλλά και για την Ελλάδα, η ειδική επιτροπή αξιολόγησης της Ευρωπαϊκής Ένωσης να εγκρίνει την πρόταση του EΠIΣEY για την εικονική πραγματικότητα και να παραχωρήσει σε εμάς όλη την οργάνωση του τεράστιου αυτού προγράμματος», δηλώνει στο «Έθνος της Κυριακής» ο Άγγελος Aμδίτης, επικεφαλής του πανευρωπαϊκού προγράμματος με το όνομα «Intuition». «Πρόκειται για ένα Δίκτυο Aριστείας, με την αφρόκρεμα των ερευνητικών και πανεπιστημιακών ινστιτούτων, αλλά και με κορυφαίες εταιρείες του κόσμου, όπως η Airbus, η Daimler Chrysler και πολλές άλλες», συμπληρώνει. Tι είναι όμως η εικονική πραγματικότητα; «H τεχνολογία της Εικονικής Πραγματικότητας ή χρησιμοποιώντας την πιο διαδεδομένη αγγλική ορολογία Virtual Reality περιγράφει ένα υπαρκτό ή μη τρισδιάστατο περιβάλλον, το οποίο δημιουργείται και προσομοιώνεται από έναν υπολογιστή», λέει ο A. Aμδίτης. Με το βλέμμα στο μέλλον Στην πραγματικότητα, αυτό που λένε «εικονική πραγματικότητα» θεωρείται η τεχνολογία του μέλλοντος. Σε λίγα χρόνια, αναμένεται να είναι το εργαλείο για πολλούς τομείς της επιστήμης: ο γιατρός θα μπορεί να συμμετέχει και να πραγματοποιεί σε εικονικό περιβάλλον δύσκολες και περίπλοκες εγχειρήσεις. Αυτοκινητοβιομηχανίες θα μπορούν να βλέπουν τρισδιάστατα τα νέα τους μοντέλα, να τα δοκιμάζουν σε κανονικές συνθήκες, να τα διορθώνουν και να τα βελτιώνουν πριν από την παραγωγή τους. «Δεν είναι τυχαίο το ενδιαφέρον των μεγάλων εταιρειών. Στο πρόσφατο συνέδριο που πραγματοποιήθηκε στη Γαλλία, κορυφαίες βιομηχανίες από την Ευρώπη βρέθηκαν εκεί δια αντιπροσώπων και παρακολούθησαν τις συνεδρίες. Ακόμη και η NASA παραβρέθηκε στο συνέδριό μας, προκειμένου να εξετάσει τις προοπτικές συνεργασίας μαζί μας για εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας», λέει ο Άγγελος Aμδίτης. 4.2 Η ΕΙΣΧΩΡΗΣΗ ΤΗΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΣΤΗΝ ΕΚΠΑΙΔΕΥΣΗ 31

Εικονική πραγματικότητα είναι η τεχνολογία της πιο προηγμένης εκμάθησης παγκοσμίως. Ένας νέος τρόπος να διδαχθούν οι σπουδαστές στο χώρο μέσα στον οποίο βρίσκονται προσθέτοντας έναν νέο χώρο που δεν αλληλεπιδρά με την πραγματικότητα. Αναφέρεται και ως: «Εικονικά Περιβάλλοντα», «Συστήματα Εικονικών Περιβαλλόντων», «Εικονικοί Κόσμοι». Επιτρέπει στους σπουδαστές το βήμα μέσω της οθόνης υπολογιστών στους τρισδιάστατους, διαλογικούς κόσμους. Χρησιμοποιώντας την εικονική πραγματικότητα στα σχολεία αλλάζει η φύση και η πορεία για το πώς τα παιδιά μαθαίνουν. Έτσι οι σπουδαστές δεν κάθονται πλέον αδρανείς, αλλά τους παρέχετε μια πρωτοφανή πιθανότητα να εξερευνήσουν το μάθημα τούς όπως ποτέ πριν.η σπουδαιότητα της εικονικής πραγματικότητας ιδιαίτερα στην εφαρμογή της στην εκπαιδευτική θεωρία και πράξη διαφαίνεται από το διαχωρισμό του τεχνολογικού από τον εννοιολογικό (conceptual) προσανατολισμό της. Υπάρχει μεγάλη διαφορά της εννοιολογικής θεώρησης της ΕΠ ως ένα νοητικό φαινόμενο το οποίο υλοποιείται με κάποια συγκεκριμένη τεχνολογία, από την τεχνολογική της θεώρηση που ρίχνει το βάρος στις χρησιμοποιούμενες τεχνολογίες. Κατά την εννοιολογική θεώρηση η σχεδίαση και ανάπτυξη ενός συστήματος εικονικής πραγματικότητας για εκπαιδευτικές εφαρμογές εστιάζει στις γνωστικές, πνευματικές, κοινωνικές και συναισθηματικές διεργασίες του μαθητή. Η εικονική πραγματικότητα επεκτείνει τις δυνατότητες της διδασκαλίας με τη βοήθεια υπολογιστή. Συχνά το εικονικό περιβάλλον αποτελείται από προσομοιώσεις που υπερβαίνουν τους συνήθεις τρόπους αλληλεπίδρασης του χρήστη με τη μηχανή και περιλαμβάνει την αίσθηση του χρήστη ότι συμμετέχει στο προσομοιωμένο περιβάλλον. Ο χρήστης χειρίζεται τα αντικείμενα και τα γεγονότα του εικονικού κόσμου με τρόπο που δεν προσφέρουν οι τυπικές προσομοιώσεις σε περιβάλλοντα CA1 (Computer Assisted Instruction, διδασκαλία υποστηριζόμενη από υπολογιστή). Η μεγάλη διαφορά ενός συστήματος ΕΠ από έναν υπολογιστή και παραδοσιακά συστήματα CAI είναι ότι ο υπολογιστής επεκτείνει το ανθρώπινο νευρικό σύστημα, το οποίο όμως δεν είναι ένας επεξεργαστής συμβόλων αλλά μια γεννήτρια πραγματικότητας. Στο τελευταίο προσανατολίζεται η ΕΠ τουλάχιστον στο επίπεδο διασύνδεσης και επικοινωνίας του ανθρώπου με τη μηχανή. Ο χρήστης εισέρχεται και συμμετέχει στον εικονικό κόσμο που έχει ιδιότητες και λειτουργεί ως πραγματικός. Κάθε εικονικό περιβάλλον που στοχεύει στην εκπαίδευση χαρακτηρίζεται ως Εκπαιδευτικό Εικονικό Περιβάλλον (Virtual Learning Environment). Τα εικονικά περιβάλλοντα 32

διακρίνονται σε συστήματα εμβύθισης (immersive) όπου ο χρήστης με τον κατάλληλο εξοπλισμό (στερεοσκοπικά κράνη, γάντια δεδομένων) αποκόπτεται από τον πραγματικό κόσμο και εμβυθίζεται στον εικονικό, και σε συστήματα - παράθυρα στον εικονικό κόσμο όπου τα εικονικά περιβάλλοντα αναπαριστάνονται στην οθόνη του υπολογιστή. Λειτουργικά, οι εφαρμογές της εικονικής πραγματικότητας διαχωρίζονται σε παθητικές όπου ο χρήστης περιηγείται στον εικονικό κόσμο που τον περιβάλλει χωρίς να τον ελέγχει, σε εξερευνητικές στις οποίες ο χρήστης έχει πλήρη ελευθερία κινήσεων χωρίς όμως τη δυνατότητα επέμβασης στα δρώμενα, και στις αλληλεπιδραστικές όπου υπάρχει η δυνατότητα για αλληλεπίδραση με τα εικονικά αντικείμενα και μεταβολή των εικονικών περιβαλλόντων. Τα κύρια πάντως χαρακτηριστικά της εικονικής πραγματικότητα που τη διακρίνουν και ως εκπαιδευτικό εργαλείο είναι κοινά σε όλες τις κατηγορίες συστημάτων. Πλήρης ελευθερία κίνησης και αλληλεπίδραση με το εικονικό περιβάλλον σε πραγματικό χρόνο (όπου η μηχανή και η εφαρμογή το επιτρέπουν) και πρώτου προσώπου οπτική γωνία του χρήστη. Η προσφορά της ΕΠ στην εκπαιδευτική διαδικασία συνοψίζεται στις παρακάτω δυνατότητες της: Εξερεύνηση υπαρκτών αντικειμένων και χώρων στους οποίους δεν υπάρχει προσπέλαση από τους μαθητές. Μελέτη πραγματικών αντικειμένων αδύνατο να κατανοηθούν διαφορετικά εξαιτίας του μεγέθους, της θέσης, ή των ιδιοτήτων τους. Δημιουργία περιβαλλόντων και αντικειμένων με διαφορετικές από τις γνωστές ιδιότητες. Δημιουργία και χειρισμός αφηρημένων αναπαραστάσεων. Αλληλεπίδραση με εικονικά αντικείμενα. Αλληλεπίδραση με πραγματικούς ανθρώπους σε μακρινές φυσικές θέσεις ή φανταστικούς τόπους με πραγματικούς ή μη τρόπους. Ένα σύστημα ΕΠ εκμεταλλεύεται και αναδεικνύει τα χαρακτηριστικά των παιδαγωγικών αρχών και της διδακτικής [Bricken, 1990]. Ο παθητικός ρόλος του μαθητή στις διαλέξεις και στη μελέτη εγχειριδίων μετατρέπεται σε ενεργό με τις εμπειρίες στα εικονικά περιβάλλοντα. Αυτό είναι σημαντικό στοιχείο αφού μια από τις σπουδαιότερες αρχές λειτουργίας της αίθουσας 33

διδασκαλίας είναι οι δραστηριότητες των μαθητών που καθορίζουν το αντικείμενο και τον τρόπο μάθησης. Σε ένα εικονικό περιβάλλον μπορεί να καθορίζεται και να μεταβάλλεται η θέση, η κλίμακα, η πυκνότητα της πληροφορίας, η αλληλεπίδραση και η απόκριση του συστήματος, ο χρόνος και ο βαθμός συμμετοχής του χρήστη. Η ΕΠ παρέχει ένα ελεγχόμενο σε πολλά επίπεδα, εμπειρικό πλαίσιο. Κάθε εικονικό αντικείμενο αποθηκεύει και θυμάται το ιστορικό του και τις ενέργειες του μαθητή. Έτσι προωθείται η εξατομίκευση και ο τύπος μάθησης κάθε μαθητή. Παράλληλα ενθαρρύνεται η κοινωνικοποίηση και η συνεργασία μεταξύ των μαθητών με τη συμμετοχή πολλών χρηστών στο ίδιο εικονικό περιβάλλον. Η ΕΠ συνδέεται με τη φυσική συμπεριφορά. Ο προγραμματισμός, το πληκτρολόγιο και το ποντίκι μπορούν να αντικατασταθούν από φυσικότερες λειτουργίες του μαθητή όπως οι χειρονομίες, η κίνηση και η ομιλία. Μ' αυτόν τον τρόπο ο μαθητής αλληλεπιδρά με το σύστημα μέσω φυσικών αντικειμένων που δεν απαιτούν επιπλέον εξήγηση. Ενώ οι επιστήμες έχουν φυσική σημασιολογία, ο τρόπος διδασκαλίας τους που μέχρι τώρα είναι συμβολικός δεν έχει. Η μελέτη ενός γνωστικού αντικειμένου προσανατολίζεται στην κατανόηση συμβολικών αναπαραστάσεων που συνήθως οδηγούν σε σύγχυση και παρανοήσεις. Η φυσική σημασιολογία είναι αυτή που μαθαίνει ένα παιδί πριν από τη συμβολική και αυτή πετυχαίνετε με την ΕΠ. Ο υπολογιστής είναι ένα ιδανικό εργαλείο για το χειρισμό συμβόλων και αφαίρεσης. Η ΕΠ παρέχει τον τρόπο δια-σύνδεσης μ' αυτά και διδάσκει τις έννοιες μέσα από εμπειρίες πρώτου προσώπου. Η μεταφορά στην αφαίρεση και τους συμβολισμούς ακολουθεί, όταν κρίνεται απαραίτητη. Η ΕΠ προσφέρει ένα δρόμο για τις αισθήσεις και τα αισθήματα Ο χρήστης έχει ισχυρή συναισθηματική επίδραση, γεγονός που αποτελεί και ένα σημείο προσοχής από τον εκπαιδευτικό και το σχεδιαστή του συστήματος. Εννοιολογικά και μεθοδολογικά η ΕΠ παίζει σημαντικό ρόλο σε έναν από τους κύριους στόχους της εκπαιδευτικής διαδικασίας, την επίλυση προβλημάτων. Στις επιστήμες όπου η κατανόηση αρχών και βασικών εννοιών γίνεται με τη μετάφραση τους σε φυσικές εικόνες δηλαδή με μεταφορές που παρουσιάζουν αντικείμενα που αναπαριστάνουν αρχές σε ένα χώρο, η ΕΠ παρέχει εννοιολογικούς πραγματικούς ή εικονικούς χώρους όπου ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να κινηθεί και να λύσει προβλήματα. Ο άνθρωπος μαθαίνει όχι ως παθητικός δέκτης ερεθισμάτων από το περιβάλλον, αλλά έχει ενεργό ρόλο. Η ανάγκη για εργαλεία υποστήριξης είναι φανερή τουλάχιστον στο αρχικό στάδιο της μαθησιακής διαδικασίας, την επιλογή και συλλογή ερεθισμάτων - φορέων πληροφορίας, καθώς και στην ενεργό συμμετοχή του μαθητή. Οι μαθητές μαθαίνουν με ή χωρίς την υποστήριξη εκπαιδευτικού υλικού. Ερωτήματα γεννώνται 34

ιδιαίτερα στη διδασκαλία των επιστημών και αφορούν την κατανόηση, τις παρανοήσεις, και το γνωστικό φόρτο. Σήμερα η πληροφορική τεχνολογία θεωρείται ως το εργαλείο που περιέχει όλων των ειδών τα μέσα και δίνει νέες προοπτικές στην εκπαιδευτική διαδικασία με τη δυνατότητα της να διαχειρίζεται πολλά συστήματα συμβόλων. Θεωρούμε ότι η εικονική πραγματικότητα συνεισφέρει στη μαθησιακή διαδικασία με βάση τα κύρια χαρακτηριστικά της, την ελεύθερη πλοήγηση στον τρισδιάστατο εικονικό κόσμο, την αλληλεπίδραση σ' αυτόν, και τις εμπειρίες πρώτου προσώπου που έχει ο μαθητής. Παρέχει στο μαθητή τη δυνατότητα να εμπλουτίσει, να ενισχύσει και να οργανώσει τις εμπειρίες του. Θεωρούμε ότι ένα σύστημα ΕΠ όπως εξάλλου και κάθε υπολογιστικό σύστημα, λειτουργεί ουσιαστικά ως ενισχυτής εμπειριών και όχι ως γνωστικό εργαλείο. Από ψυχολογική θεώρηση, η εποικοδομητική μάθηση είναι η πλησιέστερη θεωρία για την εισαγωγή της ΕΠ στην εκπαιδευτική διαδικασία. Συγκεκριμένα, θεωρούμε ότι προσεγγίζει περισσότερο με τη θεώρηση του Papert για την κατασκευή της γνώσης μέσα από τη φυσική αλληλεπίδραση με αντικείμενα στον πραγματικό κόσμο (constructionism) [Papert, 1991], καθώς και με τη σχεδίαση ανοικτών εκπαιδευτικών περιβαλλόντων (open-ended learning environments). Τα εκπαιδευτικά εικονικά περιβάλλοντα δομούνται από δεδομένα και πληροφορίες, και επιτρέπουν στο χρήστη τριών ειδών εμπειρίες για την κατασκευή της γνώσης που δεν είναι διαθέσιμες στο φυσικό κόσμο, και έχουν πολλές δυνατότητες για την εκπαιδευτική διαδικασία και ιδιαίτερα τη διδασκαλία των επιστημών. Αυτές είναι το μέγεθος, η μετατροπή, και η αναπαράσταση αφηρημένων εννοιών με συγκεκριμένη "υλική" υπόσταση 4.3 ΟΙ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΕΙΚΟΝΙΚΗΣ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑΣ Η εικονική πραγματικότητα έχει σημαντικές εκπαιδευτικές και παιδαγωγικές εφαρμογές και μπορούν να επεκταθούν σε μεγάλο εύρος διδακτικών και μαθησιακών χώρων. Είναι σε θέση να αναπαράγουν απρόσιτα μέρη του φυσικού σύμπαντος, όπως η καρδιά ενός ηφαιστείου ή ενός πυρηνικού αντιδραστήρα, η επιφάνεια ενός πλανήτη ή το εσωτερικό ενός έμβιου όντος, και ανοίγουν έτσι νέους δρόμους στην εκπαίδευση και την κατάρτιση. Επιτρέπουν επίσης να 35

προσομοιώσουμε νέα, δικής μας επινόησης, περιβάλλοντα. Τα περιβάλλοντα αυτά δεν λειτουργούν πλέον κάτω από τους νόμους της γνωστής φυσικής και της κοινής πραγματικότητας. Συνεπώς μπορούν να μετασχηματισθούν αρκετά εύκολα, τις περισσότερες φορές από τη δραστηριότητα των εξερευνητών τους. Άλλες προεκτάσεις στην εκπαίδευση είναι: Επίσκεψη μουσείων ή ιστορικών μνημείων. Δυνατότητα διεξαγωγής μαθημάτων από απόσταση. Ενεργή και συνεχής καθοδήγηση μαθητών. Ύπαρξη εικονικών εργαστηρίων με άρτιο εξοπλισμό, χωρίς την ανάγκη άμεσης συντήρησης. Ύπαρξη δημιουργικών και πρωτοποριακών μαθημάτων.τις πλέον θετικές εφαρμογές εικονικής πραγματικότητας μπορεί να τις εντοπίσει κανείς στα προγράμματα εκπαίδευσης ενηλίκων αλλά και παιδιών, παρά το γεγονός ότι πρόκειται για πολύ καινούργιο τομέα. Μεταφέροντας την εμπειρία της, η κυρία Μαρία Ρούσσου, ερευνήτρια συστημάτων εικονικής πραγματικότητας, από ερευνητικό πρόγραμμα του Πανεπιστημίου Ιλινόι στο Σικάγο, στο οποίο ήταν υπεύθυνη, αναφέρει χαρακτηριστικά: «Οπτικοποιημένη μια μαθηματική εξίσωση, ακόμη και για έναν επιστήμονα, αποτελεί έκπληξη. Την ίδια έκπληξη, ωστόσο, μπορεί να νιώσει και ένα παιδί της Α' δημοτικού όταν πεισθεί μέσω των συστημάτων εικονικής πραγματικότητας ότι η Γη είναι σφαιρική... Επειδή είναι πολλά τα πράγματα που δεν είναι εύκολο να καταλάβει ένα παιδί, όπως η διδασκαλία αφηρημένων εννοιών ή ανέφικτων, η εικονική πραγματικότητα δίνει μια λύση». Στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόι έγινε αξιολόγηση εβδομήντα περίπου παιδιών επτά ετών, τα οποία παρακολουθούσαν ένα εκπαιδευτικό πρόγραμμα για τη δημιουργία μέσω της εικονικής πραγματικότητας ενός μικρού οικοσυστήματος, ενός κήπου. Επειδή τα παιδιά ήταν μικρά, δεν τηρήθηκαν κατά γράμμα οι νόμοι της φυσικής. Εξάλλου στόχος του προγράμματος ήταν ένας εναλλακτικός τρόπος εκπαίδευσης που τα παιδιά θα απολάμβαναν περισσότερο. Υπήρχε μια βροχή, ένας ήλιος και σπόροι. Αφού λοιπόν τα παιδιά φύτευαν τους σπόρους, καλούσαν τον ήλιο ή τη βροχή για να αρχίσουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και έβλεπαν τα αποτελέσματα, αν άφηναν το νερό πολύ καιρό μακριά ή τον ήλιο. Υπήρχε επίσης η δυνατότητα τα παιδιά να επιταχύνουν ή να επιβραδύνουν, να βιώσουν, δηλαδή, τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, είτε σε μια ώρα είτε στον πραγματικό της χρόνο και με εμπειρική εκπαίδευση». Ως προς το μέγεθος, τα εικονικά περιβάλλοντα επιτρέπουν την προσέγγιση και εξέταση εξαιρετικά μικρών ή μεγάλων αντικειμένων. Έτσι σε ένα παράδειγμα φυσικής των lasers, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να μελετήσει τη δημιουργία της ακτινοβολίας από την αρχή, να εμβυθιστεί στο υλικό του laser και να δει τα φωτόνια laser να γεννώνται από την αλληλεπίδραση της ακτινοβολίας με την ύλη, 36

φαινόμενο που στο φυσικό κόσμο γίνεται μόνο έμμεσα αντιληπτό. Η μετατροπή (transduction) αφορά πρώτο σε συσκευές που επιτρέπουν να γίνουν οι πληροφορίες αντιληπτές μέσα από τις αισθήσεις του χρήστη και δεύτερο τη δημιουργία δράσεων στο λογισμικό του συστήματος από αυτές. Έτσι ο χρήστης μπορεί να ακινητοποίηση και να μελετήσει τα μόρια ή τα άτομα του υλικού laser, να συναρμολογήσει με φυσικές κινήσεις μια συσκευή laser και να τη θέσει σε λειτουργία. Το μέγεθος και η μετατροπή προσφέρουν τη δυνατότητα για εμπειρίες πρώτου προσώπου που είναι αδύνατο να προσληφθούν από το χρήστη με άλλο μέσο. Η "υλοποίηση" των αναπαραστάσεων (reification), ξεπερνά τα όρια της προσομοίωσης. Ένα μικροσκόπιο στον εικονικό κόσμο φανερώνει μια λεπτομερή εικόνα του υλικού laser, πράγμα παρατηρήσιμο με ένα πραγματικό όργανο και τους περιορισμούς που θέτει. Στο εικονικό περιβάλλον, ο χρήστης ξεπερνά τα όρια των οργάνων, περνά από την αντίθετη πλευρά, αλλάζει το μέγεθος και τις ιδιότητες του και εξερευνά από κοντά τη σωματιδιακή φύση του φωτός, "υλοποιώντας" αφηρημένες αναπαραστάσεις. Η θεώρηση αυτή βοηθά το χρήστη να δημιουργήσει νοητικά μοντέλα. Η εικονική πραγματικότητα είναι το πλέον σύγχρονο εργαλείο στην εκπαιδευτική διαδικασία. Επιστημονική έρευνα στον τομέα της εκπαιδευτικής τεχνολογίας στρέφεται διεθνώς προς αυτήν την κατεύθυνση και ιδιαίτερα προς προδιαγραφές συστημάτων εικονικής πραγματικότητας για εισαγωγή τους στην εκπαιδευτική διαδικασία, σε νέα θεωρητικά μοντέλα και πρακτικές, και μελέτες περίπτωσης σε διάφορα γνωστικά αντικείμενα και βαθμίδες της εκπαίδευσης. Το εργαστήριο VREL (Virtual Reality and Education Laboratory) του Παιδαγωγικού Τμήματος του Πανεπιστημίου East Carolina στην Αμερική κάτω από τη διεύθυνση της καθηγήτριας Veronica Pantelidis ασχολείται με την εισαγωγή της εικονικής πραγματικότητας στην πρωτοβάθμια εκπαίδευση και την επιμόρφωση εκπαιδευτικών. Αναπτύσσει εκπαιδευτικά εικονικά περιβάλλοντα κυρίως με το απλό και για ανάπτυξη ακόμα και από μαθητές λογισμικό Virtus σε αντικείμενα όπως η ανθρωπογεωγραφία φυσική και η χημεία. Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι το εικονικό μόριο του νερού όπου ο χρήστης μπορεί να περιηγηθεί γύρω και μέσα του, να ανακαλύψει τη δομή και τον τρόπο σχηματισμού του, και να το τροποποιήσει. Η ομάδα του William Winn στο εργαστήριο HITL (Human Interface Technology Laboratory) του Πανεπιστημίου Washington ασχολείται με τη σχεδίαση, ανάπτυξη, διάχυση, και αξιολόγηση εκπαιδευτικών εικονικών περιβαλλόντων σε όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης. Χρησιμοποιεί σύγχρονη τεχνολογία με εξειδικευμένα περιφερειακά όπως κράνη τρισδιάστατης όρασης και γάντια δεδομένων, προτείνοντας την εποικοδομητική μάθηση ως 37

θεωρητικό μοντέλο για την υποστήριξη εκπαιδευτικών εικονικών περιβαλλόντων εμβύθισης. Στο πρόγραμμα VRRV (Virtual Reality Roving Vehicles) μαθητές, εκπαιδευτικοί και ερευνητές συνεργάζονται για την ολοκλήρωση εικονικών κόσμων. Οι μαθητές μετά από σύντομη εξοικείωση, αποφασίζουν το υπό μελέτη αντικείμενο, θέτουν τους εκπαιδευτικούς στόχους σε συνεργασία με τους εκπαιδευτικούς, σχεδιάζουν το εικονικό περιβάλλον, και κατασκευάζουν τρισδιάστατα αντικείμενα σε σχεδιαστικά πακέτα λογισμικού. Οι ερευνητές του εργαστηρίου τοποθετούν τα αντικείμενα στους εικονικούς κόσμους, προσθέτουν ιδιότητες και ολοκληρώνουν τα περιβάλλοντα. Τέλος, οι μαθητές εμβυθίζονται σ' αυτά και μελετούν το αντικείμενο που έχουν επιλέξει. Ένα παράδειγμα αποτελεί ο κύκλος του αζώτου στη φύση. Οι μαθητές επεμβαίνουν και σχηματίζουν μόνοι τους τις διαδικασίες της νιτροποίησης και απονιτροποίησης σε έναν υδροβιότοπο χειριζόμενοι τα εικονικά αντικείμενα που αναπαριστάνουν μόρια αζώτου, βακτήρια, κλπ. Τα αποτελέσματα εμπειρικών μελετών που αφορούν τη γνωσιακή, μαθησιακή κατάσταση μαθητών είναι θετικά και βασίζονται κυρίως στις εμπειρίες "πρώτου προσώπου" που αποκτούν οι μαθητές εργαζόμενοι στα εκπαιδευτικά εικονικά περιβάλλοντα. Η ομάδα του Chris Dede στο Πανεπιστήμιο George Mason στην Αμερική αναπτύσσει το πρόγραμμα ScienceSpace που αφορά εικονικούς κόσμους για την κατανόηση θεμελιωδών εννοιών της φυσικής. Χρησιμοποιεί συστήματα εμβύθισης με τρισδιάστατες αναπαραστάσεις και διάφορους τρόπους αλληλεπίδρασης των χρηστών που δεν είναι διαθέσιμες στον πραγματικό κόσμο [Dede et al, 1996]. Μια εφαρμογή αφορά στους νόμους του Newton και στη διατήρηση κινητικής ενέργειας και ορμής. Οι μαθητές φορώντας κράνη τρισδιάστατης όρασης και γάντια δεδομένων εμβυθίζονται στον εικονικό κόσμο του Newton και επιλέγουν φυσικά χαρακτηριστικά του όπως η βαρύτητα και η τριβή. Με το χέρι τους επιλέγουν μπάλες διαφόρων χαρακτηριστικών, τις πετούνε προς έναν τοίχο και μελετούν τους ανάλογους νόμους και φυσικά μεγέθη. Μια εφαρμογή που ακολουθεί είναι ο εικονικός κόσμος του Maxwell για τη μελέτη ηλεκτροστατικών δυνάμεων και πεδίων, της ηλεκτρικής ροής και την ανακάλυψη από τους μαθητές του νόμου του Gauss. Οι μαθητές τοποθετούν ηλεκτρικά φορτία της επιλογής τους και τους παρουσιάζονται δυναμικές γραμμές, ισοδυναμικές επιφάνειες, διανυσματικά μεγέθη, τα οποία μεταβαλλόντα με φυσιολογικές χειρονομίες των μαθητών. Εμπειρικές μελέτες με άξονες την ευχρηστία των εικονικών περιβαλλόντων και τα γνωστικά τους αποτελέσματα έχουν θετικά αποτελέσματα και βασίζονται στην τρισδιάστατη αναπαράσταση χώρου και αντικειμένων που δεν υλοποιούνται σε πραγματικό εργαστήριο, καθώς επίσης και στον ξεχωριστό τρόπο μάθησης του κάθε μαθητή. 38

Στην Ελλάδα επιστημονική έρευνα στον τομέα της εικονικής πραγματικότητας στην εκπαίδευση γίνεται ουσιαστικά σε δύο εργαστήρια Το Εργαστήριο Ανάπτυξης Εκπαιδευτικού Λογισμικού του Τμήματος Μαθηματικών του Πανεπιστημίου Πατρών με τη διεύθυνση του καθηγητή Παναγιώτη Πιντέλα, ασχολείται με τη σχεδίαση και ανάπτυξη εκπαιδευτικών περιβαλλόντων σε συνδυασμό με έμπειρα συστήματα, μοντέλα εκπαιδευτικού και μαθητή. Μια από τις πρόσφατες εφαρμογές του εργαστηρίου αφορά σε εικονικά περιβάλλοντα μηχανικής για την κατανόηση βασικών αρχών και εννοιών μέσα από εικονικά πειράματα. Το εργαστήριο πολυμέσων και εικονικής πραγματικότητας του Παιδαγωγικού Τμήματος Δ. Ε. του Πανεπιστημίου Ιωαννίνων ασχολείται με τη σχεδίαση, ανάπτυξη και αξιολόγηση εκπαιδευτικών εικονικών περιβαλλόντων στα γνωστικά αντικείμενα της βιολογίας, περιβαλλοντικής αγωγής, γεωγραφίας και φυσικής. Σχετικά με την περιβαλλοντική αγωγή έχει αναπτυχθεί μια σειρά από εικονικούς κόσμους για τη μελέτη του φαινόμενου του ευτροφισμού των λιμνών. Οι μαθητές περιηγούνται σε μια λίμνη, εμβυθίζονται σ' αυτήν και μελετούν τους παράγοντες που συμβάλλουν στον ευτροφισμό, όπως το φυτοπλαγκτόν, το λίπασμα, το οξυγόνο, τα ψάρια, καθώς και της επιπτώσεις του φαινόμενου. Τα πρώτα αποτελέσματα συγκριτικά και με άλλα μέσα όπως το κείμενο, και τα περιβάλλοντα πολυμέσων είναι ενθαρρυντικά ως προς τις δυνατότητες της ΕΠ στην εκπαιδευτική διαδικασία [Chalkidis et al, 1997]. Σχετικά με τη βιολογία αναπτύσσονται εικονικά περιβάλλοντα για τη μελέτη των φυτικών κυττάρων και της φωτοσύνθεσης την οποία υλοποιούν μαθητές αλληλεπιδρώντας με τα κατάλληλα εικονικά αντικείμενα (μόρια οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα χλωροφύλλης). Όσο αφορά στη διδασκαλία της φυσικής, έχουν αναπτυχθεί δύο διαφορετικά εκπαιδευτικά περιβάλλοντα για τη μελέτη της φυσικής των lasers. To πρώτο έχει γίνει σε συνεργασία με το εργαστήριο VIRART του Πανεπιστημίου του Nottingham και αφορά στη φυσική και τις βασικές αρχές παραγωγής του φωτός laser [Brown et al, 19%]. Αναπαριστάνονται οι διεργασίες της αυθόρμητης και επαγόμενης εκπομπής φωτός, καθώς και η δημιουργία των δεσμών laser και η διάδοση τους στο χώρο. Ο χρήστης περιηγείται στη δομή των ατόμων του υλικού laser, προκαλεί και παρατηρεί ατομικές μεταπτώσεις και την παραγωγή διαφορετικών χρωμάτων φωτός, καθώς και τις σχετικές μαθηματικές εκφράσεις και γραφικές παραστάσεις. Επίσης προσομοιώνεται η διαδικασία εγγραφής και ανάγνωσης ενός ολογράμματος. Η δεύτερη εφαρμογή παρέχει στο χρήστη ένα περιβάλλον ελεύθερης πλοήγησης και δράσης. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να περιεργαστεί τα τρισδιάστατα εικονικά εξαρτήματα που αποτελούν μια συσκευή laser, να τα χρησιμοποιήσει κατάλληλα, να 39

συναρμολογήσει τη συσκευή, να τη θέση σε λειτουργία και να μελετήσει τις συν-θήκες λειτουργίας της. Οι δραστηριότητες γίνονται σε ένα επιτραπέζιο σύστημα εικονικής πραγματικότητας και με φυσιολογικούς χειρισμούς του χρήστη χωρίς την ανάγκη για εκπαίδευση στη χρησιμοποιούμενη τεχνολογία Με ένα γάντι δεδομένων στο δεξί του χέρι, ο χρήστης περιηγείται στο εικονικό εργαστήριο και με κινήσεις του χεριού του πιάνει και μεταφέρει τα αντικείμενα για το στήσιμο της συσκευής. Ηλεκτρικά σήματα σε κάθε δάκτυλο του γαντιού καθορίζουν τη θέση του και το λογισμικό αντιλαμβάνεται τις ενέργειες του χρήστη. Με την ολοκλήρωση του laser ο χρήστης το τροφοδοτεί με ενέργεια και μεταβάλλει τις παραμέτρους μέχρι να περάσει το κατώφλι ενέργειας που θέτει το laser εκπομπή. Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να δει τη δημιουργία του φωτός laser από τα λίγα αρχικά αυθόρμητα εκπεμπόμενα φωτόνια Έχει τη δυνατότητα ελέγχου της ισχύος εξόδου και του χρώματος που εκπέμπει το laser. Επιπλέον μπορεί να εισέλθει στο υλικό του laser και να μελετήσει τη σωματιδιακή φύση του φωτός, κάτι αδύνατο ακόμη και στην πραγματικότητα Ο χρήστης έχει τη δυνατότητα εμβύθισης, τρισδιάστατης όρασης και αλλαγής του οπτικού του πεδίου με κινήσεις του κεφαλιού του, με τη χρήση στερεοσκοπικών γυαλιών. Το διδακτικό εργαλείο βασίζεται στην ενίσχυση και τον εμπλουτισμό των εμπειριών "πρώτου προσώπου" του χρήστη που στη διδασκαλία των επιστημών και ιδιαίτερα των αφηρημένων εννοιών θεωρείται δύσκολο, έχοντας διαρκώς ενεργή συμμετοχή στην εκπαιδευτική διαδικασία. Χωρίς να ακολουθείται ουσιαστικά αυστηρά μια ορισμένη παιδαγωγική θεωρία για τη σχεδίαση του περιβάλλοντος εργασίας, η εποικοδομητική μάθηση με τις προεκτάσεις του Papert, ταιριάζει σ' αυτό. Η πρώτη πιλοτική εμπειρική έρευνα έχει ως άξονες τη μελέτη της αλληλεπίδρασης χρηστών με τον εικονικό κόσμο σε συγκεκριμένο γνωστικό αντικείμενο, και τη γνώση που αποκτούν σχετικά με τη φυσική και οργανολογία των lasers. To δείγμα είναι 8 φοιτητές Τμήματος Φυσικής. Οι χρήστες προσαρμόσθηκαν γρήγορα στην πλοήγηση και αλληλεπίδραση στο τρισδιάστατο εικονικό περιβάλλον και οι χειρισμοί τους ήταν παρόμοιοι με αυτούς στο πραγματικό εργαστήριο. Αν και είναι νωρίς για συμπεράσματα ως προς γνωστικά θέματα, όλοι οι φοιτητές δήλωσαν ότι κατανόησαν τη λειτουργία του laser αφού έφεραν με επιτυχία σε πέρας τις εργασίες που τους ανατέθηκαν στο εικονικό περιβάλλον και επιθυμούν να εξασκούνται σε εικονικά εργαστήρια για όλα τα θέματα της φυσικής. Η έρευνα στο εργαστήριο συνεχίζεται με σχεδίαση περισσότερο εξελιγμένων εκπαιδευτικών συστημάτων εικονικής πραγματικότητας και αξιολόγηση τους σε μεγάλο δείγμα μαθητών. Φαίνεται ότι η εικονική πραγματικότητα αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο στην εκπαιδευτική διαδικασία 40