ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΙΓΑΙΟΥ Τμήμα Μηχανικών Σχεδίασης Προϊόντων και Συστημάτων Διπλωματική Εργασία Σχεδίαση εφαρμογής φορητής επαυξημένης πραγματικότητας για την προεπισκόπησηη έργων τέχνης στον χώρο Φώτης Μαστιχιάδης Α.Μ 511/20010333 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ: ΜΕΛΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗΣ: Σπυρίδων Βοσινάκης Μόδεστος Σταυράκης Σέργιος Φωτιάδης ΣΥΡΟΣ 2009
Περιεχόμενα Εισαγωγή... iv Σκοπός της εργασίας... v Δομή εργασίας... vi Κεφάλαιο 1ο ΕΠΑYΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑTΙΚΟTΗTΑ... 1 1.1 Εξέλιξη... 1 1.2 Ορισμοί... 2 1.3 Σύντομη Ιστορική Αναδρομή.... 4 1.4 Δομή Των Συστήματων Επαυξημένης Πραγματικότητας... 4 1.5 Βασικές Τεχνολογίες Επαυξημένης Πραγματικότητας... 5 1.6 Ανίχνευση... 6 1.6.1 Μηχανικοί Ανιχνευτές... 7 1.6.2 Μαγνητικοί Ανιχνευτές... 8 1.6.3 Ακουστικοί Ανιχνευτές... 9 1.6.4 Οπτικοί ανιχνευτές... 9 1.7 Καταχώριση... 11 1.8 Τεχνολογία Απεικόνισης... 11 1.8.1 Optical See Through... 12 1.8.2 Video... 13 1.8.3 Φορητές Συσκευές... 13 1.8.4 Συστήματα Προβολής... 14 1.9 Τεχνικές Αλληλεπίδρασης... 15 1.10 Συσκευές Αλληλεπίδρασης Για Συστήματα Επαυξημένης Πραγματικότητας 16 1.10.1 Γάντια Δεδομένων... 16 1.10.2 3D Mouse... 17 1.10.3 Γραφίδα... 17 1.10.4 Πληκτρολόγιο... 18 1.10.5 Μικρόφωνο... 18 1.11 Περιβάλλοντα Ανάπτυξης Εφαρμογών Επαυξημένης Πραγματικότητας.... 18 1.12 Εφαρμογές Επαυξημένης Πραγματικότητας... 20 Κεφάλαιο 2 ο ΦΟΡΗΤΗ ΕΠΑYΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑTΙΚΟTΗTΑ... 21 2.1 Εισαγωγή... 21 2.2 Είδη φορητών συσκευών.... 22 2.3 Πλεονεκτήματα φορητής επαυξημένης πραγματικότητας... 24 2.4 Περιορισμοί... 25 2.4.1 Περιορισμοί Φορητών Συσκευών... 25 2.4.2 Περιορισμοί Συνθηκών Χρήσης.... 26 i
2.5 Τεχνολογία Οπτικής Ανίχνευσης Σε Φορητές Συσκευές... 27 2.5.1 Διαθέσιμες Εφαρμογές Οπτικής Ανίχνευσης... 28 Κεφάλαιο 3ο ΣΧΕΔΙΑΣΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ... 31 3.1 Ο όρος διεπαφή... 31 3.2 Προσέγγιση Σχεδιασμού... 31 3.3 Ο Όρος Ευχρηστία... 32 3.4 Τεχνολογία ευχρηστίας (Usability engineering)... 33 3.5 Usability Guidelines... 33 3.6 Τhe Usability Engineering Lifecycle... 34 3.7 Ανάλυση Απαιτήσεων... 35 3.7.1 Το Προφίλ Χρηστών... 35 3.7.2 Contextual Task Analysis... 36 3.7.3 Περιορισμοί/δυνατότητες πλατφόρμας.... 47 3.7.4 Γενικές Σχεδιαστικές οδηγίες... 48 3.8 Στόχοι Ευχρηστίας... 49 3.9 Φάση σχεδίασης... 49 3.10 Μοντέλο δραστηριοτήτων... 50 3.10.1 Ανάπτυξη Μοντέλου Δραστηριοτήτων... 52 3.11 Σχεδίαση νοητικού μοντέλου... 56 3.11.1 Τεχνικές αλληλεπίδρασης... 56 3.11.2 Συσκευές Αλληλεπίδρασης... 57 3.11.3 Πλοήγηση... 57 3.11.4 Επιλογή και Διαχείριση στοιχείων... 58 3.11.5 Έλεγχος συστήματος... 58 3.11.6 Δισδιάστατες διεπαφές σε τρισδιάστατα περιβάλλοντα... 58 3.11.7 Συμπεράσματα... 59 3.11.8 Μεταφορές... 61 3.11.9 Το νοητικό μοντέλο... 62 3.12 Ανάπτυξη Πρωτοτύπου... 65 3.12.1 Στόχοι Πρωτοτύπου... 65 3.12.2 Επιλογή λογισμικού... 66 3.12.3 Υλοποίηση... 67 Κεφάλαιο 4ο ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ... 70 4.1 Έλεγχος ευχρηστίας... 70 4.2 Μέθοδος αξιολόγησης... 70 4.3 Επιλογή Σεναρίων στόχων... 72 4.4 Σύνταξη ερωτηματολογίου... 72 4.5 Παρουσίαση Αποτελεσμάτων... 74 4.6 Αξιολόγηση Αποτελεσμάτων... 78 ii
Συμπεράσματα... 80 Συνεισφορά της παρούσας εργασίας... 82 Μελλοντικές Κατευθύνσεις... 82 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ... 84 iii
Εισαγωγή Η επαυξημένη πραγματικότητα είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει την προβολή εικονικών στοιχείων στον πραγματικό κόσμο, και αποτελεί εξέλιξη της εικονικής πραγματικότητας που έχει ως σκοπό την εμβύθιση του χρήστη σε ένα απόλυτα εικονικό περιβάλλον. Η προσέγγιση της πρώτης έχει εισαγάγει νέες τεχνικές πλοήγησης, αλληλεπίδρασης και οπτικοποίησης σε σχέση με τα παραδοσιακά τρισδιάστατα περιβάλλοντα διεπαφής. Τις τεχνικές αυτές προσπαθούν να τις καθορίσουν και να τις εκμεταλλευτούν οι ερευνητές σε πολλούς τομείς, ώστε να προκύψουν νέες εφαρμογές που να επιτρέπουν στους χρήστες την εκτέλεση εργασιών που δεν ήταν εφικτές με άλλα μέσα. Ενώ ακόμη υπάρχουν σημαντικά κενά σε θέματα τεχνολογίας, ολοένα και περισσότερες εξελίξεις σε εξοπλισμό και τεχνικές επιτρέπουν μια πιο εμπεριστατωμένη προσέγγιση. Η πιο βασική τεχνική που πρέπει να παρέχεται είναι η ανίχνευση, δηλαδή ο συντονισμός μεταξύ του περιβάλλοντος και των εικονικών στοιχείων. Καθοριστικό ρόλο παίζουν οι συσκευές αλληλεπίδρασης και παρουσίασης της εικονικής πληροφορίας, εφόσον διαμορφώνουν σημαντικά την εμπειρία και τον τρόπο της αλληλεπίδρασης. Σήμερα, έχουν εμφανιστεί νέες εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας που προσφέρουν πολλά είδη λειτουργιών, από καθημερινές χρήσεις ως και σύνθετες ιατρικές εφαρμογές. Η βασική ιδιότητα της επαυξημένης πραγματικότητας, δηλαδή ο συνδυασμός του πραγματικού περιβάλλοντος με εικονικά στοιχεία, βοηθάει ιδιαίτερα πολύ στην προεπισκόπηση εικονικών αντικειμένων. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να προβάλει μια τρισδιάστατη εικονική απεικόνιση ενός στοιχείου πάνω σε πραγματικά αντικείμενα ή χώρους για τους οποίους προορίζονται. Έτσι είναι εφικτή η δημιουργία συνθέσεων, όπως πχ η προβολή επίπλων σε ένα δωμάτιο, αλλά και επιπλέον η επιλογή και εύρεση διαφόρων εναλλακτικών διατάξεων των στοιχείων αυτών. Όλες αυτές οι δυνατότητες ξεπερνάνε κατά πολύ τις παλαιότερες μεθόδους προεπισκόπησης αντικειμένων, όπως την επιλογή μέσω καταλόγων και ακόμη και την τρισδιάστατη παρουσίαση από μια οθόνη. Η εργασία αυτή θα ασχοληθεί με το κατά πόσο η επαυξημένη πραγματικότητα ενδείκνυται για τον σχεδιασμό μιας εφαρμογής για την προεπισκόπηση έργων τέχνης, και στην συνέχεια την σχεδίασή της. Η απόφαση για το θέμα της εργασίας προέκυψε από την διαπίστωση των νέων μορφών διάδρασης που προσφέρει η τεχνολογία αυτή, καθώς και την έλλειψη πρακτικών λύσεων στο συγκεκριμένο χώρο. Ένας λόγος που θα φαινόταν χρήσιμη μια τέτοια εφαρμογή είναι το γεγονός ότι συχνά η επιλογή των έργων τέχνης εξαρτάται άμεσα από την τοποθέτηση και την διάταξη τους στον χώρο που πρόκειται να εκτεθούν. Με μια απλή δισδιάστατη iv
απεικόνιση, όπως πχ μέσα από έναν κατάλογο, δεν είναι εύκολη μια τέτοια απόφαση. Για το λόγο αυτό, άτομα του χώρου της τέχνης, καθώς και σχεδιαστές εσωτερικών χώρων, συχνά βρίσκονται αντιμέτωποι με χρονοβόρες και ανεπαρκείς διαδικασίες, προκειμένου να καταλήξουν σε κάποια συγκεκριμένη επιλογή. Επιπλέον, παρατηρείται μια παγκόσμια αύξηση της ψηφιακής παροχής έργων τέχνης, κυρίως μέσω διαδικτύου. Όλο και περισσότεροι καλλιτέχνες διαθέτουν portfolio ή καταλόγους με τα έργα τους σε προσωπικές ιστοσελίδες, καθώς πολλές γκαλερί λειτουργούν πλέον μέσω διαδικτύου και ακολουθούν την ίδια τεχνική προώθησης. Παράλληλα η ψηφιακή τέχνη (δηλαδή έργα που έχουν δημιουργηθεί εν μέρει η εξ ολοκλήρου με την χρήση Η/Υ) παρουσιάζει μεγάλη ζήτηση σε μορφή εκτυπώσεων. Μια εφαρμογή επαυξημένης πραγματικότητας που να επιτρέπει την προεπισκόπηση έργων, προσφέρει και σε αυτή την περίπτωση σημαντικά πλεονεκτήματα. Στην παρούσα εργασία, ερευνάται αρχικά η επαυξημένη πραγματικότητα, με βασική προσέγγιση τον καθορισμό των στοιχείων από τα οποία εξαρτάται η λειτουργία της, όπως και το ευρύ φάσμα των εφαρμογών της. Στην συνέχεια διεξάγεται η σχεδίαση, με την χρήση μεθοδολογιών που έχουν ως επίκεντρο την ευχρηστία. Αυτή η ανθρωποκεντρική προσέγγιση διασφαλίζει να διατηρούνται οι απαιτήσεις των χρηστών σαν κατευθυντήρια πορεία της σχεδιαστικής διαδικασίας, και μαζί με τα χαρακτηριστικά της πλατφόρμας και γενικές σχεδιαστικές οδηγίες, να θεμελιώνεται η εννοιολογική διαμόρφωση της αναπτυσσόμενης εφαρμογής. Μετά την βασική αυτή σχεδιαστική διαδικασία, δημιουργείται ένα πρωτότυπο μέσω του οποίου θα αξιολογηθούν οι στόχοι ευχρηστίας που προέκυψαν από την ανάλυση απαιτήσεων. Σκοπός της εργασίας Ο σκοπός της εργασίας είναι η διερεύνηση της συμβολής της φορητής επαυξημένης πραγματικότητας κατά την προεπισκόπηση έργων τέχνης σε εσωτερικούς χώρους και κατά συνέπεια η ανάπτυξη μιας εφαρμογής η οποία να αποτελεί ένα εύχρηστο μέσο για μια τέτοια προσέγγιση. Για την προσέγγιση του σκοπού αυτού έχουν ορισθεί οι εξής επιμέρους στόχοι: Ο καθορισμός των στοιχείων που αποτελούν μια εφαρμογή επαυξημένης πραγματικότητας, των τεχνολογιών που απαιτούνται, και των δυνατοτήτων που προσφέρουν στην ανάπτυξη αλληλεπιδραστικών διαδικασιών με τον χρήστη. v
Η εξέταση των φορητών συσκευών ως πλατφόρμα εφαρμογών επαυξημένης πραγματικότητας, και ο καθορισμός των πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων που παρουσιάζουν. Η εξέταση της ανθρωποκεντρικής σχεδίασης ως προσέγγιση σχεδιασμού, και στην συνέχεια η επιλογή μιας μεθοδολογίας που να έχει ως επίκεντρο την ευχρηστία του τελικού αποτελέσματος, με στόχο τον καθορισμό στόχων ευχρηστίας που να καθοδηγήσουν την σχεδίαση. Ο καθορισμός των καταλληλότερων τρόπων αλληλεπίδρασης μεταξύ του χρήστη και του εικονικού περιβάλλοντος ανάλογα με το περιεχόμενο και το είδος της ψηφιακής πληροφορίας. Η εξέταση, μέσω αξιολόγησης, του ποσοστού με το οποίο η προεπισκόπηση έργων τέχνης είναι εφικτή με την χρήση της φορητής επαυξημένης πραγματικότητας, παρά ορισμένων περιορισμών, και της ευχρηστίας της εφαρμογής, ως προς συγκεκριμένα ζητήματα των διεπαφών και αλληλεπίδρασης. Δομή εργασίας Στο 1 ο κεφάλαιο, εισάγεται ο αναγνώστης στην επαυξημένη πραγματικότητα μέσα από τον καθορισμό των βασικών εννοιών της, και στην συνέχεια παρουσιάζονται τα βασικά στοιχεία που απαιτούνται για την λειτουργία των συστημάτων που κάνουν χρήση της τεχνολογίας αυτής. Τα στοιχεία αυτά περιλαμβάνουν σε αρχικό επίπεδο κρίσιμες τεχνικές, όπως την ανίχνευση, την καταχώρηση και την παραγωγή γραφικών στοιχείων και περιγράφονται αναλυτικά. Έπειτα γίνεται έρευνα των τεχνολογιών παρουσίασης και αλληλεπίδρασης που απαιτούνται για συστήματα επαυξημένης πραγματικότητας, και κατηγοριοποιούνται οι συσκευές που είναι διαθέσιμες για τους σκοπούς αυτούς. Το 2 ο κεφάλαιο επικεντρώνεται στην φορητή επαυξημένη πραγματικότητα. Αρχικά παρουσιάζονται τα είδη φορητών συσκευών που μπορούν να υποστηρίξουν συστήματα επαυξημένης πραγματικότητας. Μετά αναλύονται τα πλεονεκτήματα και οι περιορισμοί της φορητής επαυξημένης πραγματικότητας, ως προς τις συσκευές αλλά και τις συνθήκες χρήσης και αλληλεπίδρασης. Έπειτα, γίνεται αναφορά στην τεχνολογία οπτικής ανίχνευσης στις φορητές συσκευές, και στο τέλος αναφέρονται ερευνητικές εφαρμογές οπτικής ανίχνευσης για φορητές συσκευές. Στο 3 ο κεφάλαιο γίνεται αρχικά η περιγραφή της διεπαφής ως μέσο αλληλεπίδρασης του ανθρώπου με το σύστημα. Έπειτα αναλύεται ο όρος του ανθρωποκεντρικού σχεδιασμού και της ευχρηστίας. Στην συνέχεια αναφέρεται η vi
βασική μεθοδολογία σχεδίασης που χρησιμοποιείται για τον σχεδιασμό της εφαρμογής. Το υπόλοιπο κεφάλαιο παρουσιάζει την σχεδιαστική διαδικασία, βασισμένη στην μεθοδολογία της Mayhew [Mayhew, 1999]. Η μεθοδολογία καθορίζεται από την συλλογή απαιτήσεων (contextual task analysis), οδηγίες σχεδίασης, την σχεδίαση διάδρασης, το εννοιολογικό μοντέλο, την διαμόρφωση της δομής, την δόμηση και, τέλος, την αξιολόγηση του πρωτοτύπου της εφαρμογής από τους χρήστες με τη βοήθεια των ερωτηματολογίων. Από τα πρώτα στάδια της αξιολόγησης προέκυψαν στόχοι ευχρηστίας οι οποίοι καθοδήγησαν την μετέπειτα πορεία της σχεδίασης. Το 4 ο κεφάλαιο επικεντρώνεται στην αξιολόγηση του πρωτοτύπου, με την προσέγγιση ενός ελέγχου ευχρηστίας. Σκοπός είναι να ερευνηθεί κατά πόσο επιτεύχθηκαν οι στόχοι ευχρηστίας που συμπεριλήφθηκαν στο πρωτότυπο, καθώς και κατά πόσο η φορητή επαυξημένη πραγματικότητα ενδείκνυται για την προεπισκόπηση έργων τέχνης, παρά τους περιορισμούς που προκύπτουν. Η αξιολόγηση του πρωτοτύπου ακολουθεί τη μέθοδο της διαμορφωτικής αξιολόγησης, ενώ τα ερωτηματολόγια χρησιμοποιούνται για να συλλεχτούν ποιοτικά και ποσοτικά αποτελέσματα. Τα αποτελέσματα της αξιολόγησης έδειξαν ότι οι χρήστες έμειναν ικανοποιημένοι από την αλληλεπίδρασή τους με το πρωτότυπο, ενώ οι περιορισμοί που προκύπτουν από την χρήση φορητών συσκευών δεν αποτελούν κάποιο ουσιαστικό πρόβλημα στην εκμετάλλευση της τεχνολογίας της επαυξημένης πραγματικότητας για την ανάπτυξη μιας εφαρμογής προεπισκόπησης έργων τέχνης. vii
Λίστα Εικόνων: Eικόνα 1 : Το Συνεχές του Milgram Eικόνα 2 : H δομή μιας εφαρμογής επαυξημένης Πραγματικότητας Eικόνα 3 : Συστήματα μέσα προς έξω, και έξω προς μέσα Eικόνα 4 : Μηχανικός ανιχνευτής Eικόνα 5 : HMD Eικόνα 6 : Συσκευή VRD Eικόνα 7 : Επαυξημένη πραγματικότητα με την χρήση φορητής συσκευής Eικόνα 8 : επαυξημένη πραγματικότητα προβολής Eικόνα 9 : Γάντι δεδομένων Eικόνα 10 : Φάση ανάλυσης απαιτήσεων Eικόνα 11 : Μοντέλο δραστηριοτήτων της βασικής λειτουργίας της επαυξημένης πραγματικότητας με χρήση οπτικής ανίχνευσης Eικόνα 12 : Μοντέλο δραστηριοτήτων της επαυξημένης πραγματικότητας με την προσθήκη των δράσεων Επιλογή αρχείων και Μετακίνηση αρχείων Eικόνα 13 : Τελικό μοντέλο δραστηριοτήτων της εφαρμογής Eικόνα 14 : Οριζόντια και κάθετη πρωτοτυποποίηση Eικόνα 15 : Στιγμιότυπο του Πρωτότυπου, ενεργοποίηση της δισδιάστατης διεπαφής Eικόνα 16 : Στιγμιότυπο του Πρωτότυπου κατά την επιλογή έργου. Eικόνα 17 : Γράφημα στηλών για την αξιολόγηση των διεπαφών Eικόνα 18 : Γράφημα στηλών για την αξιολόγηση των στόχων: Eικόνα 19 : Γράφημα στηλών για την αξιολόγηση της ποιότητας της παρουσίασης των έργων τέχνης Eικόνα 20 : Γράφημα στηλών της αξιολόγησης της ποιότητας παρουσίασης του χώρου viii
ix
Κεφάλαιο 1ο ΕΠΑYΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑTΙΚΟTΗTΑ 1.1 Εξέλιξη Ο τομέας από τον οποίον εξελίχτηκε η τεχνολογία της επαυξημένης πραγματικότητας είναι η εικονική πραγματικότητα. Η εικονική πραγματικότητα είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει στους χρήστες της να εισχωρούν και να αλληλεπιδρούν με κόσμους που αποτελούνται από τρισδιάστατα γραφικά υπολογιστών. Όταν κάποιος χρησιμοποιεί έναν εικονικό κόσμο, η αισθητική πληροφορία του πραγματικού κόσμου αντικαθιστάται από πληροφορία που έχει παραχθεί από ένα υπολογιστικό σύστημα [Rheingold 1992]. Σύμφωνα με έναν άλλον ορισμό, 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 επαυξάνουν την ανάδραση σε μια ή περισσότερες αισθήσεις, δίνοντας το αίσθημα της πνευματικής εμβύθισης ή παρουσίας στην προσομοίωση [Sherman & Craig 2003]. Ο βασικός στόχος της εικονικής πραγματικότητας είναι η δημιουργία της ψευδαίσθησης ότι ο χρήστης βιώνει ένα εικονικό περιβάλλον, το οποίο μπορεί να το αντιληφθεί έναν πιστευτό τόπο. Επί πλέον, σε αυτό το εικονικό περιβάλλον πρέπει να παρέχεται αρκετή διάδραση, ώστε να μπορεί ο χρήστης να εκτελεί συγκεκριμένες λειτουργίες με έναν αποδοτικό και εύκολο τρόπο [Gutiérrez et al 2008]. Συνεπώς, διακρίνονται δύο τρόποι για να περιγραφεί η εμπειρία που προσφέρουν τα συστήματα εικονικής πραγματικότητας, που σχετίζονται με τη ψυχολογία του χρήστη και τον τρόπο αλληλεπίδρασης του με το σύστημα. Εμβύθιση: Χαρακτηρίζει το ποσοστό κατά το οποίο ο χρήστης έρχεται αντιμέτωπος με το εικονικό περιβάλλον μέσω της διεπαφής και της τεχνολογίας απεικόνισης και διάδρασης. Σε μέγιστο ποσοστό εμβύθισης, κάποιος θεωρητικά δεν μπορεί να αντικρίσει τον πραγματικό κόσμο. Τα συστήματα εικονικής πραγματικότητας μπορούν να προσφέρουν μεγάλο βαθμό εμβύθισης, σε περίπτωση που περιλαμβάνουν συσκευές όπως κράνη (HΜD) έως χαμηλό ποσοστό εμβύθισης, όπως συστήματα επιτραπέζιας εικονικής πραγματικότητας. 1
Παρουσία: Αποτελεί μια περισσότερο υποκειμενική περιγραφή ενός συστήματος εικονικής πραγματικότητας και σχετίζεται περισσότερο με την ψυχολογία του χρήστη. Πιο συγκεκριμένα είναι ο το φαινόμενο κατά το οποίο οι πολυμεσιακές εξομοιώσεις (εικόνα. ήχος, απτική ανατροφοδότηση) έχουν τέτοιον βαθμό συνοχής που ο ανθρώπινος εγκέφαλος αντιλαμβάνεται το εικονικό περιβάλλον ως ένα ρεαλιστικό χώρο στον οποίον έχει την δυνατότητα να εκτελεί λειτουργίες και να αλληλεπιδράει. 1.2 Ορισμοί Η επαυξημένη πραγματικότητα είναι μια τεχνολογία που ενώ εξελίχτηκε από την εικονική πραγματικότητα, αποτελεί πλέον έναν ξεχωριστό τομέα έρευνας. Σαν τεχνολογία επιτρέπει την αναπαράσταση εικονικής πληροφορίας με τέτοιον τρόπο ώστε αυτή να ενσωματώνεται στον περίγυρο του χρήστη. Αυτό επιτυγχάνεται με την βοήθεια υπολογιστικών συστημάτων, μέσω των οποίων τα εικονικά στοιχεία προστίθενται πάνω από μια ληφθείσα αναπαράσταση του περιβάλλοντος, δημιουργώντας μια σύνθεση εικονικών και πραγματικών στοιχείων. Έτσι, η επαυξημένη πραγματικότητα ανοίγει νέους ορίζοντες στην εξέλιξη διεπαφών ανθρώπου υπολογιστή καθώς τοποθετεί την πληροφορία κατευθείαν στον πραγματικό μας περίγυρο. Με βάση αυτών μπορούμε να πούμε ότι η πραγματικότητα του χρήστη ενισχύεται με εικονικό περιεχόμενο, και δεν αντικαθιστάται από μια εξ` ολοκλήρου εικονική, όπως στην περίπτωση της εικονικής πραγματικότητας. Μέχρι σήμερα δεν υπάρχει ένας ξεκάθαρος ορισμός της επαυξημένης πραγματικότητας στον οποίον να έχουν καταλήξει επίσημα οι ερευνητές. Παρόλο που τα πρώτα συστήματα που θα μπορούσαν να χαρακτηριστούν ως επαυξημένη πραγματικότητα άρχισαν να δημιουργούνται από το 1960, η τεχνολογία αυτή έγινε ένας ξεχωριστός τομέας έρευνας από το 1990 και μετά. Σήμερα, υπάρχουν δύο ορισμοί που είναι κοινώς αποδεκτοί. Σύμφωνα με τον Azuma μπορούμε να πούμε ότι μιλάμε για επαυξημένη πραγματικότητα αν πληρούνται οι εξής τρείς προϋποθέσεις [Azuma, 1997]: ο συνδυασμός πραγματικού και εικονικού. η αλληλεπίδραση σε πραγματικό χρόνο. η καταχώριση σε τρεις διαστάσεις (registration). 2
Η πρώτη προϋπόθεση αποτελεί την βασική περιγραφή της επαυξημένης πραγματικότητας, δηλαδή τον συνδυασμό πραγματικού κόσμου με εικονικό περιεχόμενο. Η δεύτερη προϋπόθεση σημαίνει ότι το σύστημα πρέπει να αλληλεπιδράει με τον χρήστη και να ανανεώνει την πληροφορία σε πραγματικό χρόνο, διαφοροποιώντας την επαυξημένη πραγματικότητα από τις άλλες παρόμοιες τεχνολογίες όπως την χρήση γραφικών υπολογιστή σε ταινίες. Τέλος η Τρίτη προϋπόθεση ξεχωρίζει την επαυξημένη πραγματικότητα από τις πιο γενικές έννοιες της μεικτής πραγματικότητας εφόσον το εικονικό περιεχόμενο πρέπει να συσχετίζεται με πληροφορία του πραγματικού κόσμου. Ένας άλλος ορισμός της επαυξημένης πραγματικότητας που έχει γίνει αποδεκτός είναι βασισμένος στο συνεχές του Milgram [Milgram et al, 1994]. Η κατάταξη αυτή εκφράζει το φάσμα που καλύπτει η μεικτή πραγματικότητα, καθώς κινείται ανάμεσα στα όρια του πραγματικού και του εικονικού περιβάλλοντος. Η επαυξημένη πραγματικότητα είναι ένα στάδιο της μεικτής πραγματικότητας, που ενώνει το εικονικό και το πραγματικό περιεχόμενο σε μια διεπαφή. Το συνεχές του Milgram διαχωρίζει την επαυξημένη πραγματικότητα από την επαυξημένη πραγματικότητα (Augmented Virtuality). Ενώ η πρώτη έχει περισσότερο ως βάση τον πραγματικό περίγυρο και τον συνδυάζει με έναν πεπερασμένο αριθμό εικονικών αντικειμένων, η δεύτερη έχει ως βάση τον εικονικό κόσμο και τον συνδυάζει με ορισμένα στοιχεία από τον πραγματικό. Ένα παράδειγμα της επαυξημένης εικονικότητας είναι αντικείμενα που έχουν την υφή πραγματικών λήψεων video και παρουσιάζονται μέσα σε εικονικά περιβάλλοντα. Σαφή όρια μεταξύ των διαφόρων σταδίων δεν υπάρχουν, και αποτελούν περισσότερο θέμα χειρισμού εικονικών και πραγματικών στοιχείων. Eικόνα 1 : Το Συνεχές του Milgram Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά που έχει παρουσιάσει η επαυξημένη πραγματικότητα είναι η φορητότητα που επιτρέπει, και πολλές φορές επιβάλλει, για τον τρόπο χρήσης της. Αυτό επιτρέπει την μετάβαση σε πανταχού παρόντα συστήματα, 3
δηλαδή την εξέλιξη της αλληλεπίδρασης πέρα από τα παραδοσιακά επιτραπέζια συστήματα και την μεταφορά της στον πραγματικό περίγυρο του χρήστη. Η εξέλιξη αυτή αποτελεί τον κύριο στόχο των ερευνών που γίνονται στον χώρο, και αποτελεί μια πρόκληση που η επίλυση της εξαρτάται από τεχνολογικές εξελίξεις, οργάνωση πληροφοριακών συστημάτων, και εύρεση τρόπων διάδρασης. 1.3 Σύντομη Ιστορική Αναδρομή. Το 1968 ο Ivan Sutherland, καθηγητής Ηλεκτρολόγος Μηχανικός στο πανεπιστήμιο Harvard, δημιούργησε ένα είδος HMD το οποίο θεωρείται από πολλούς το πρώτο σύστημα επαυξημένης πραγματικότητας, εφόσον επέτρεπε την προβολή εικονικών στοιχείων στον χρήστη παράλληλα με τον πραγματικό χώρο [Sutherland 1968]. Το 1990, ο Tom Caudell επινόησε πρώτος τον όρο επαυξημένη πραγματικότητα, το διάστημα που εργαζόταν για την Boeing ως μέλος μιας ομάδας ερευνητών. Το σύστημα που πρότεινε προσέφερε ένα βοήθημα για τις συνδέσεις καλωδίων, πράγμα που επιτυγχανόταν με την προβολή εικονικής πληροφορίας που καθοδηγούσε τους εργαζόμενους. Στα τέλη της δεκαετίας του 90, άρχισαν να εμφανίζονται δημοσιεύσεις που πλέον κατέγραφαν την επαυξημένη πραγματικότητα ως μια πλέον καθιερωμένη τεχνολογία, ενώ από το 2000 και μετά αυξήθηκε κατά πολύ η έρευνα για τις δυνατότητες που προσφέρει σε διάφορους τομείς όπως πχ στην ιατρική, την ψυχαγωγία και την παρουσίαση προϊόντων. 1.4 Δομή Των Συστήματων Επαυξημένης Πραγματικότητας Για να τεθεί η επαυξημένη πραγματικότητα σε λειτουργία, υπάρχουν ορισμένες βασικές προϋποθέσεις που πρέπει να καλυφθούν. Ένα σύστημα επαυξημένης πραγματικότητας είναι μια διεπαφή που αποτελεί το σημείο όπου συναντιούνται η εικονική πληροφορία με αυτήν του πραγματικού περιβάλλοντος. Και τα δύο περιβάλλοντα παίζουν σημαντικό ρόλο στην λειτουργία της εφαρμογής, καθώς ο συνδυασμός τους οδηγεί στην επίτευξη μιας νέας μορφής αλληλεπίδρασης του ανθρώπου με το σύστημα. Στο παρακάτω σχήμα[] παρουσιάζονται σε μια σειρά επιπέδων τα βασικά στοιχεία που συντελούν ένα σύστημα επαυξημένης πραγματικότητας, από μια σειρά θεμελιακών τεχνολογιών μέχρι την τελική διάδραση με τον χρήστη [Bimber et al, 2007]. 4
Eικόνα 2 : H δομή μιας εφαρμογής επαυξημένης Πραγματικότητας Στο πρώτο επίπεδο βρίσκονται οι βασικές τεχνολογίες που είναι η ανίχνευση, η καταχώριση η απεικόνιση και η παραγωγή των γραφικών στοιχείων. Στην συνέχεια πρέπει να παρέχονται τρόποι αλληλεπίδρασης και τεχνικές παρουσίασης της πληροφορίας, καθώς και η αξιοποίηση λογισμικών εργαλείων για την ανάπτυξη εφαρμογών επαυξημένης πραγματικότητας. Στο τρίτο επίπεδο, αυτό της εφαρμογής, παρέχεται η διεπαφή του συστήματος με τον χρήστη. Ενώ τα άλλα, βασικά επίπεδα παρέχουν την τεχνολογική υποστήριξη της εφαρμογής, μόνο μέσω της τελευταίας μπορούν να αξιοποιηθούν από τον χρήστη οι καινοτομίες στην αλληλεπίδραση που προσφέρει η επαυξημένη πραγματικότητα. Αντίστροφα, μέσω της σχεδίασης της διεπαφής αξιοποιείται και ο στόχος με τον οποίον γίνεται η χρήση της τεχνολογίας, ανάλογα με τον προβληματικό χώρο που προορίζεται να καλύψει. 1.5 Βασικές Τεχνολογίες Επαυξημένης Πραγματικότητας Η σύνδεση των δύο περιβαλλόντων ξεκινάει με την καταγραφή πληροφορίας από το υπολογιστικό σύστημα. Με την επεξεργασία της πληροφορίας αυτής γίνεται ο προσδιορισμός του υπολογιστικού συστήματος στον χώρο, μια διαδικασία που ονομάζεται ανίχνευση (tracking). Μόλις συμβεί αυτό, είναι αναγκαία η καταχώριση (Registration), δηλαδή η σωστή τοποθέτηση των δεδομένων ως προς την θέση και την κατεύθυνση στην οποία πρέπει να αναπαριστώνται, σε κάθε χρονική στιγμή. Τέλος, το υπολογιστικό σύστημα χρειάζεται να προσφέρει την απεικόνιση των εικονικών στοιχείων σε πραγματικό χρόνο. Ανίχνευση: Για να λειτουργήσει μια εφαρμογή επαυξημένης πραγματικότητας σε πραγματικό χρόνο, και να συσχετίζεται η πληροφορία του πραγματικού περιβάλλοντος με εικονικό περιεχόμενο, όλες οι διαδικασίες του συστήματος πρέπει να είναι διαρκώς συγχρωνισμένες με την συχνότητα πλάνων (frame rate) της καταγραμμένης εικόνας.κατά την διάρκεια της ανίχνευσης, γίνεται ουσιαστικά ο συσχετισμός ενός μέρους της γεωμετρίας του πραγματικού περιβάλλοντος με αυτήν του εικονικού, όπως και το σημείο αναφοράς του χρήστη σε αυτό. Μόνο με την καταγραφή αυτής της 5
πληροφορίας μπορεί ο Η/Υ να τοποθετήσει εικονικά αντικείμενα, να προσδιορίσει τα τμήματα υπερκάλυψης (occlusion culling), την ανίχνευση σημείων σύγκρουσης (collision detection), και πολλά άλλα οπτικά εφέ ή προσομοιώσεις. την πάροδο του χρόνου έχουν δημιουργηθεί πολλά είδη αισθητήρων και συσκευών εισόδου, με αποτέλεσμα να είναι εφικτή η καταγραφή στοιχείων όπως η τοποθεσία, η κατεύθυνση, ο φωτισμός και η θερμοκρασία ενός περιβάλλοντος. Με βάση τα εισαγόμενα δεδομένα, ο υπολογιστής δημιουργεί ένα εσωτερικό μοντέλο κόσμου που υπηρετεί σαν μια αφηρημένη εικονική αναπαράσταση του πραγματικού περιβάλλοντος που έχει εντοπίσει. Καταχώριση: Το εσωτερικό αυτό μοντέλο του κόσμου που έχει παραχθεί από την τεχνική της Ανίχνευσης λειτουργεί σαν ένα πλαίσιο αναφοράς για την εμφάνιση εικονικών αντικειμένων σε σωστή τοποθεσία και κατεύθυνση. Η ευθυγράμμιση αυτή μεταξύ των δύο περιβαλλόντων ονομάζεται και registration. Εκτός από την χωρική αυτή συσχέτιση παίζει και μεγάλο ρόλο η χρονική συσχέτιση, δηλαδή η καταχώρηση σε πραγματικό χρόνο. Χωρίς το τελευταίο το σύστημα υπόκειται σε λάθη και η αλληλεπίδραση μπορεί να καταστεί και αδύνατη. Απεικόνιση : Το υπολογιστικό σύστημα πρέπει να είναι σε θέση να παρουσιάζει άμεσα στον χρήστη την οπτική πληροφορία της διεπαφής. Εφόσον η απαιτούμενη πληροφορία περιέχει στοιχεία του εικονικού και του πραγματικού κόσμου, παρουσιάζονται ζητήματα όπως η επικάλυψη πληροφορίας (occlusion), η άμεση επεξεργασία δεδομένων (rendering) και η τεχνική παρουσίασης. Παραγωγή των γραφικών στοιχείων : Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για την άμεση αναπαράσταση εικονικών στοιχείων, είναι η έγκαιρη παραγωγή της εικονικής πληροφορίας. Το ζήτημα αυτό είναι άμεσα εξαρτημένο από τα τεχνικά χαρακτηριστικά του συστήματος όπως η διαθέσιμη επεξεργαστική ισχύ, συνδέσεις επεξεργαστών και άλλα. 1.6 Ανίχνευση Βασική προϋπόθεση της λειτουργίας ενός συστήματος επαυξημένης πραγματικότητας είναι η τεχνολογία που επιτρέπει την ανίχνευσή του μέσα στον χώρο. Το σκεπτικό πίσω από τις τεχνικές ανίχνευσης είναι παρόμοιο με αυτό που λειτουργούν οι έμβιοι οργανισμοί, δηλαδή την αξιοποίηση διαφόρων αισθητήρων για την διαρκή ενημέρωση της μονάδας για την τοποθεσία της στο χώρο. 6
Ο σωστός και συνεχής συντονισμός μεταξύ του εικονικού περιεχομένου είναι το πιο απαιτητικό τμήμα της επαυξημένης πραγματικότητας γιατί βασίζεται και σε μια όσο το δυνατόν πιο αλάνθαστη ανίχνευση. Σε γενικές γραμμές μπορούμε να διαχωρίσουμε τις τεχνικές ανίχνευσης σε έξω προς μέσα και μέσα προς έξω, όταν πρέπει να επιτευχθεί απόλυτη ανίχνευση μέσα σε ένα σύστημα συντεταγμένων [Mulder 1994],[Bimber et al, 2007]. Το πρώτο είδος, δηλαδή το έξω προς μέσα αναφέρεται σε συστήματα που κάνουν χρήση σταθερών αισθητήρων που είναι τοποθετημένη εντός του περιβάλλοντος και ανιχνεύουν την τοποθεσία πομπών που βρίσκονται πάνω σε κινούμενους στόχους. Το δεύτερο είδος, δηλαδή το μέσα προς έξω, βασίζεται σε αισθητήρες που είναι τοποθετημένοι πάνω σε κινούμενους στόχους και ανιχνεύουν την τοποθεσία τους συναρτήσει σταθερών πομπών του περιβάλλοντος [Ribo 2001]. Σε μια τρίτη κατηγορία που ονομάζεται μέσα προς μέσα εντάσσονται από μερικούς ερευνητές τα συστήματα όπου και ο πομπός και οι αισθητήρες είναι τοποθετημένοι πάνω στο αντικείμενο που ανιχνεύεται. Eικόνα 3 : Συστήματα μέσα προς έξω, και έξω προς μέσα 1.6.1 Μηχανικοί Ανιχνευτές Οι μηχανικοί ανιχνευτές μετράνε την τοποθεσία ενός ανθρώπου μέσω μηχανικών βραχιόνων[baratoff et al, 1993]. Πολλές φορές τα συστήματα αυτά ονομάζονται και εξωσκελετοί (exoskeletons) ή γωνιόμετρα. Ο εξωσκελετός αυτός συνδέεται με τον άνθρωπο είτε ολόκληρος (body based), όπου ο τελευταίος μπορεί να περιπλανηθεί ελεύθερα στον χώρο, ή μπορεί να συνδεθεί με το έδαφος (ground based), όπου ο άνθρωπος μπορεί να περιπλανηθεί εντός της εμβέλειας που επιτρέπει η συσκευή. Οι μηχανικοί ανιχνευτές έχουν μικρή καθυστέρηση, και πολύ μεγάλη ακρίβεια, ωστόσο έχουν το μειονέκτημα της πολύ μειωμένης ελευθερίας κινήσεων που προσφέρουν, καθώς και το μέγεθος τους. Επίσης έχουν μεγάλο κόστος. 7
Μια διαφορετική προσέγγιση που έχει αναπτυχθεί στην κατηγορία των μηχανικών ανιχνευτών είναι οι ανιχνευτές αδράνειας. Η διαφορά τους είναι η χρήση μικρών γυροσκοπίων μέσω των οποίων καταγράφονται διαφορές κατεύθυνσης και κλίσης. Αυτού του είδους οι ανιχνευτές προσφέρουν υψηλή ευκρίνεια και χαμηλή καθυστέρηση, ωστόσο απορυθμίζονται μετά από μεγάλα διαστήματα συνεχόμενης χρήσης. Eικόνα 4 : Μηχανικός ανιχνευτής 1.6.2 Μαγνητικοί Ανιχνευτές Οι μαγνητικοί ανιχνευτές χρησιμεύουν στην καταγραφή των συντεταγμένων των μετακινήσεων, περιστροφών, και των μεταβολών κλίσης [W4]. Η πιο συχνή χρήση των ανιχνευτών αυτών είναι για διεπαφές, όπου με τις κινήσεις των χεριών, του κεφαλιού ή κάποιας συσκευής εισόδου, δημιουργείται η αλληλεπίδραση με τα εικονικά στοιχεία κάποιας εφαρμογής. Οι συσκευές αυτές μπορούν να ανιχνεύουν πολλαπλές κινήσεις ταυτόχρονα και για αυτόν τον λόγο χρησιμοποιούνται και στην καταγραφή κινήσεων ηθοποιών για την απευθείας ή μετέπειτα χρήση τους σε εικονικούς χαρακτήρες. Ενώ προσφέρουν, μεγάλη ελευθερία κινήσεων, τα μειονεκτήματα των συγκεκριμένων ανιχνευτών είναι η υψηλή καθυστέρηση και η χαμηλή ευκρίνεια τους, ιδίως κοντά σε μεταλλικά αντικείμενα [Bhatnagar 1993]. Ωστόσο είναι δυνατή η μείωση του θορύβου που δέχονται οι μαγνητικοί ανιχνευτές με την χρήση ειδικού λογισμικού [Zachmann 1997]. 8
1.6.3 Ακουστικοί Ανιχνευτές Οι ακουστικοί ανιχνευτές χρησιμοποιούν κύματα υπέρηχων για την ανίχνευση της τοποθεσίας και του προσανατολισμού ενός αντικείμενου [Baratoff et al, 1993]. Με την πάροδο του χρόνου, διακρίθηκαν δυο βασικές προσεγγίσεις στην χρήση των συστημάτων αυτών, δηλαδή η ανίχνευση TOF (time of flight) και η ανίχνευση συνοχής φάσεων (phase coherence) [Kalawsky 1994]. Στην πρώτη περίπτωση, ο τρόπος λειτουργίας βασίζεται στην μέτρηση του χρόνου που χρειάζεται ο ήχος για να ταξιδέψει από τους αρχικούς πομπούς σε ένα αντικείμενο, και στην συνέχεια να συλλεχτεί από αισθητήρες που είναι τοποθετημένοι σε σταθερά σημεία του περιβάλλοντος. Οι αρχικοί πομποί εκπέμπουν σήματα ήχου σε τακτά χρονικά διαστήματα. Η μέτρηση του συνολικού χρόνου, σε συνδυασμό με την χρήση πολλαπλών αισθητήρων, επιτρέπει τον υπολογισμό της θέσης του αντικειμένου πάνω στο οποίο έχει ανακλαστεί το ηχητικό κύμα. Αυτά τα συστήματα πάσχουν ως προς την συχνότητα με την οποία παρέχουν την πληροφορία, πράγμα που οφείλεται κυρίως στην χαμηλή ταχύτητα με την οποία ο ήχος ταξιδεύει μέσα από τον αέρα. Επιπλέον διάφοροι παράγοντες του περιβάλλοντος, όπως η θερμοκρασία, η βαρομετρική πίεση και η υγρασία, μπορούν να επηρεάσουν την διάδοση του ήχου και να οδηγήσουν σε σφαλμένες μετρήσεις. Οι ακουστικοί ανιχνευτές τύπου συνοχής φάσεων (phase coherence) λειτουργούν μετρώντας τη διαφορά σε συντονισμό φάσεων μεταξύ ηχητικών κυμάτων, τα οποία εκπέμπονται από έναν πομπό σε ένα σημείο αναφοράς. Με την ανάλυση του κύματος που ανακλάται από παρευρισκόμενα αντικείμενα σε φάσματα κυματομορφής, επιτυγχάνεται ο προσδιορισμός της θέσης τους. Με την χρήση πολλαπλών πομπών, και σε συνδυασμό με τα συστήματα TOF, είναι εφικτός και ο προσδιορισμός της κατεύθυνσης του αντικειμένου. Το μειονέκτημα των συστημάτων αυτών είναι ότι οδηγούνται σε λανθασμένες μετρήσεις αν χρησιμοποιούνται για μεγάλα χρονικά διαστήματα. 1.6.4 Οπτικοί ανιχνευτές Οι Οπτικοί ανιχνευτές βασίζονται στην αναγνώριση στοιχείων από μια εισρέουσα οπτική αναπαράσταση του χώρου με σκοπό τον προσδιορισμό της τοποθεσίας και την κατεύθυνση ενός αντικειμένου. Οι προσεγγίσεις μπορούν να χωριστούν σε δυο βασικές κατηγορίες: την ανίχνευση χωρίς στόχους ανίχνευσης (markerless tracking), και την ανίχνευση που βασίζεται σε στόχους (tracking based). 9
1.6.4.1 Ελεύθερη Οπτική Ανίχνευση Η τεχνική ανίχνευσης αυτή δεν βασίζεται στην αναγνώριση καθορισμένων στοιχείων κατά την ανάλυση της εισροής κινούμενης εικόνας που δέχεται. Για τον λόγο αυτόν, παραμένει η πιο απαιτητική αλλά και περισσότερο υποσχόμενη μέθοδος ανίχνευσης για εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας [Bimber et al, 2007]. Σαν τεχνική βασίζεται στην ανάλυση μιας εισροής κινούμενης εικόνας για τον εντοπισμό γωνιών και πλευρών, ή την ανάλυση τον εντοπισμό κινήσεων της κάμερας. Υπάρχουν συνεπώς δυο βασικοί τρόποι να επιτύχει κανείς την ελεύθερη οπτική ανίχνευση: Συσχετισμός με υπάρχοντα εικονικά στοιχεία. Με την τεχνική αυτήν, το σύστημα έχει προγραμματιστεί για την αναγνώριση ορισμένων βασικών γεωμετρικών στοιχείων μέσα στην εισερχόμενη εικόνα της κάμερας. Τα συστήματα αυτά έχουν χαμηλή αξιοπιστία, ωστόσο η ταχύτητα τους είναι το βασικό τους πλεονέκτημα. Επίσης η αποδοτικότητά τους εξαρτάται από το είδος της εικόνας που πρέπει να αναλυθεί. Συστήματα οπτικής ροής (optical flow). Στα συστήματα αυτά, ο βασικός στόχος είναι ο υπολογισμός της κατεύθυνσης και της ταχύτητας των στοιχείων μιας εικόνας. Αυτό επιτυγχάνεται με την σύγκριση δυο διαδοχικών εικόνων, και την εύρεση της μεταβολής των pixel μεταξύ τους. Με την τεχνική αυτήν, τα διανυσματικά μοντέλα που παρέχουν δεν είναι πάντα ομαλά, καθώς επίσης παρουσιάζονται προβλήματα ανίχνευσης σε περιπτώσεις που μεταβάλλεται η φωτεινότητα ενός video. 1.6.4.2 Οπτική Ανίχνευση Με Την Χρήση Συμβόλων Ανίχνευσης Στην συγκεκριμένη προσέγγιση, το σύστημα αναγνωρίζει ορισμένα στοιχεία που ονομάζονται σύμβολα ανίχνευσης (marker). Τα σύμβολα αυτά μπορούν να εκτυπωθούν και να τοποθετηθούν στο περιβάλλον. Η διαδικασία που ακολουθείται από το σύστημα είναι ο εντοπισμός γωνιών και πλευρών από τις εισερχόμενες εικόνες που μεταδίδονται μέσω μιας κάμερας, ώστε να αναγνωριστεί ο στόχος. Σε περίπτωση που ανιχνευθεί το εικονικό στοιχείο, υπολογίζεται η απόσταση, η κλίση, και ο προσανατολισμός του προς την κάμερα. Συνήθως είναι εφικτή και η ανίχνευση πολλαπλών στόχων ταυτόχρονα. Μέχρις στιγμής, αυτή η τεχνική είναι η πιο ευρέως διαδεδομένη λόγω του χαμηλού κόστους, και της ευκολίας υλοποίησης της. 10
1.7 Καταχώριση Κατά την διαδικασία της ανίχνευσης, γίνεται ο προσδιορισμός της θέσης και τον προσανατολισμό του συστήματος προς τον φυσικό κόσμο. Οι διάφορες τεχνικές ανίχνευσης δίνουν αποτελέσματα που διαφέρουν σε ευκρίνεια και ταχύτητα ανανέωσης, ωστόσο οι μετρήσεις τους παρέχουν έναν καλό οδηγό για την τοποθέτηση τον εικονικών στοιχείων. Ουσιαστικά γίνεται η προσπάθεια της ένωσης του συστήματος συντεταγμένων του χρήστη και συνεπώς του συστήματος επαυξημένης πραγματικότητας, με το περιβάλλον. Η διαδικασία κατά την οποία οι εικονική και η πραγματική πληροφορία συντονίζονται μεταξύ τους ονομάζεται καταχώριση. Πρόκειται για το σημείο που χρειάζεται προσοχή, καθώς μόνο με την σωστή και έγκαιρη τοποθέτηση των εικονικών στοιχείων η εφαρμογή θα καταφέρει να είναι πειστική και λειτουργική ως προς τον χρήστη. Οι απαιτήσεις για να λειτουργήσει σωστά η διαδικασία αυτή είναι από την μια η εγκυρότητα των πληροφοριών της ανίχνευσης, και από την άλλη η όσο το δυνατόν μικρότερη καθυστέρηση των στοιχείων που παράγονται για τους σκοπούς της σύνθεσης, όπως πχ τρισδιάστατα γραφικά και ήχοι. Τα λάθη στην καταχώρηση μπορούν να οφείλονται στον θόρυβο, δηλαδή τα λάθη της διαδικασίας ανίχνευσης και τις λανθασμένες μεταβλητές που προέρχονται από τις μετρήσεις, και από την άλλη μπορούν να οφείλονται στην καθυστέρηση χρόνου, που προέρχεται από χαμηλές επιδόσεις επεξεργαστών και χρονοβόρες διαδικασίες μεταφορών πληροφορίας εντός του υπολογιστικού συστήματος. 1.8 Τεχνολογία Απεικόνισης Για να επιτευχθεί η δημιουργία μιας εφαρμογής οπτικής επαυξημένης πραγματικότητας είναι αναγκαία η εύρεση λύσεων που μπορούν να προσφέρουν στον χρήστη την εμπειρία μιας άμεσης οπτικής αναπαράστασης του περιβάλλοντος, ενώ ταυτόχρονα του προβάλλεται η εικονική πληροφορία με τέτοιον τρόπο ώστε να δημιουργείται ένα πειστικό και λειτουργικό αποτέλεσμα. Έχει σημειωθεί εκτενής έρευνα για την ανάπτυξη διαφόρων τεχνολογιών απεικόνισης, με πολυάριθμα αποτελέσματα, τα οποία μπορούν να διακριθούν σε μερικές βασικές κατηγορίες: 11
1.8.1 Optical See Through Πρόκειται για συστήματα που βασίζονται στην προβολή εικονικής πληροφορίας πάνω από την άμεση οπτική αναπαράσταση της πραγματικότητας. Αυτό επιτυγχάνεται με την χρήση ημιδιάφανων οθονών. Η εικονική πληροφορία προβάλλεται σε έναν φακό οπτικής σύνθεσης (optical combiner) που επιτρέπει και την διέλευση φωτός από το περιβάλλον. Στην κατηγορία αυτήν ανήκουν τα See through HMD και τα VRD. See Through HMD: πρόκειται για κράνη, παρόμοια με αυτά της εικονικής πραγματικότητας, τα οποία ωστόσο διαθέτουν μια ημιδιάφανη πλευρά και χρησιμοποιούν την παραπάνω προσέγγιση. Ο χρήστης έχει οπτική επαφή με τον περίγυρο του καθώς η εικονική πληροφορία παρουσιάζεται σε μια μικρή απόσταση από τα μάτια, προσφέροντας έναν τρόπο υπερκάλυψης. Οι παλαιότερες συσκευές αυτού του είδους ήταν σχετικά μεγάλες σε μέγεθος, ωστόσο γίνεται η προσπάθεια να αναπτυχθούν ολοένα και πιο μικρές, ελαφριές και διακριτικές λύσεις. Eικόνα 5 : HMD VRD (Virtual Retinal Display): Με την τεχνολογία αυτήν, η εικονική πληροφορία εκπέμπεται απευθείας πάνω στο μάτι, με την χρήση χαμηλής εντάσεως φωτός. 12
Eικόνα 6 : Συσκευή VRD 1.8.2 Video Μια άλλη κατηγορία αποτελείται από συστήματα που αποκλείουν την άμεση οπτική επαφή με τον περίγυρο, αλλά προβάλουν το περιβάλλον στον χρήστη σε μορφή video, σε συνδυασμό με την εικονική πληροφορία. Παραδείγματα συσκευών και συστημάτων: Video HMD: Πρόκειται για κράνη που προβάλλουν στον χρήστη την το περιβάλλον όπως λαμβάνεται από μια κάμερα, συνήθως τοποθετημένη στην μπροστινή πλευρά του κράνους. 1.8.3 Φορητές Συσκευές Η χρήση φορητών συσκευών για εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας έχει αρχίσει να αυξάνεται, κυρίως λόγο της ευρείας διάθεσης συσκευών όπως smart phone και PDA. Ο χρήστης κρατάει μια φορητή συσκευή μπροστά του και την χρησιμοποιεί σαν ένα παράθυρο μέσω του οποίου αντικρίζει την λήψη της ενσωματωμένης κάμερας μαζί με την εικονική πληροφορία. 13
Eικόνα 7 : Επαυξημένη πραγματικότητα με την χρήση φορητής συσκευής 1.8.4 Συστήματα Προβολής Στην προσέγγιση αυτήν η εικονική πληροφορία προβάλλεται στον ίδιο τον χώρο. Ο χρήστης είναι ελεύθερος να περιπλανηθεί στον χώρο και να αλληλεπιδράσει με το σύστημα. Το μεγάλο πλεονέκτημα που προσφέρουν τα συστήματα αυτά είναι ότι δίνουν την δυνατότητα σε πολλαπλούς χρήστες να έχουν την ίδια εμπειρία, και συνεπώς χρησιμοποιούνται συχνά σε δημόσιους χώρους. Επίσης ο τρόπος παρουσίασης είναι πιο φυσικός για τον χρήστη, εφόσον η εικονική πληροφορία προβάλλεται στην σωστή φυσική τοποθεσία, και δεν μπερδεύει τον χρήστη οπτικά. Eικόνα 8 : επαυξημένη πραγματικότητα προβολής 14
1.9 Τεχνικές Αλληλεπίδρασης Στις τρισδιάστατες διεπαφές, η αλληλεπίδραση χωρίζεται σε τρεις βασικές κατευθύνσεις: την πλοήγηση, την επιλογή και επεξεργασία στοιχείων, και τον έλεγχο του συστήματος [Bowman 2001]. Πλοήγηση: Η πλοήγηση είναι ο πιο συχνός στόχος αλληλεπίδρασης που συναντάται στα τρισδιάστατα εικονικά περιβάλλοντα. Ο στόχος της πλοήγησης είναι να αλλάζει την οπτική γωνία του χρήστη. Στην περίπτωση της επαυξημένης πραγματικότητας, η πλοήγηση μπορεί να μεταβάλλεται μόνο μέσω της μετακίνησης του ίδιου του χρήστη. Άλλες τεχνικές πλοήγησης, που είναι δυνατόν να εφαρμοστούν στην εικονική πραγματικότητα (όπως η πλοήγηση στον χώρο μέσω κινήσεων του χεριού), αποκλείονται από εφαρμογές της επαυξημένης πραγματικότητας. Επιλογή και η επεξεργασία στοιχείων: πρόκειται για μια διαδικασία αλληλεπίδρασης που έχει ως στόχο την επιλογή αντικειμένων, την αλλαγή τοποθεσίας τους και την περιστροφή τους. Στην επαυξημένη πραγματικότητα, τα αντικείμενα μπορούν να περιλαμβάνουν υπαρκτά αντικείμενα, όπως και εικονικά. Με τα υπαρκτά αντικείμενα μπορεί να αλληλεπιδράσει ο χρήστης με τον φυσικό τρόπο, ενώ για τα εικονικά αντικείμενα πρέπει να χρησιμοποιούνται τρόποι και τεχνικές αλληλεπίδρασης, που να επικοινωνούν μεταξύ πραγματικότητας και συστήματος. Μια κοινή πρακτική είναι η παροχή ενός τρισδιάστατου κέρσορα, που συχνά έχει την μορφή ενός εικονικού χεριού, του οποίου οι κινήσεις ανιχνεύονται από το πραγματικό περιβάλλον μέσω του εντοπισμού κινήσεων του χεριού. Ο έλεγχος του συστήματος: Μια βασική προϋπόθεση για την λειτουργία τρισδιάστατων διεπαφών είναι η αλλαγή της κατάστασης του συστήματος ή του τρόπου αλληλεπίδρασης με αυτό. Η χρήση μιας εντολής πάντα περιλαμβάνει την επιλογή ενός στοιχείου από ένα ευρύτερο σύνολο εντολών. Στα εικονικά περιβάλλοντα, υπάρχει το πρόσθετο θέμα ότι η αλληλεπίδραση διεξάγεται σε μια τρισδιάστατη διεπαφή. Αυτό επιτρέπει νέες τεχνικές και αποκλείει άλλες που είναι συμβατές με δισδιάστατες διεπαφές. Ωστόσο είναι δυνατή και η πρόσθετη χρήση δισδιάστατων στοιχείων και στατικών διεπαφών. Η κατηγορία αυτή της αλληλεπίδρασης πρέπει να σχεδιάζεται και να οργανώνεται με μεγάλη προσοχή, καθώς παίζει μεγάλο ρόλο στην γενική ευχρηστία του συστήματος. 15
1.10 Συσκευές Αλληλεπίδρασης Για Συστήματα Επαυξημένης Πραγματικότητας Οι συσκευές αλληλεπίδρασης που χρησιμοποιούνται στην επαυξημένη πραγματικότητα έχουν υιοθετηθεί εν μέρει από τα συστήματα εικονικής πραγματικότητας και από την άλλη από τα αποτελέσματα και τις οδηγίες σχεδίασης που έχουν προκύψει από την έρευνα που έχει διεξαχθεί αποκλειστικά σε συστήματα επαυξημένης πραγματικότητας. Όπως και με τις τεχνικές αλληλεπίδρασης, πολλές συσκευές δεν ενδείκνυνται για την συγκεκριμένη τεχνολογία, ενώ σε άλλες αλλάζει ο τρόπος αξιοποίησής τους. Αυτά όλα εξαρτώνται από την σχεδίαση της εφαρμογής, όπως και το είδος του συστήματος που προβλέπεται να εφαρμοστεί. Παρακάτω παρουσιάζονται ορισμένες συσκευές που συναντώνται συχνά σε συστήματα επαυξημένης πραγματικότητας. 1.10.1 Γάντια Δεδομένων Τα γάντια δεδομένων ανήκουν στις συσκευές που χρησιμοποιούνται και στην εικονική πραγματικότητα, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν με πολλούς τρόπους για τον έλεγχο του συστήματος. Οι συσκευές αυτές εφαρμόζουν στο χέρι και παρέχουν μετρήσεις για την στάση και την τοποθεσία των δακτύλων, πράγμα που επιτρέπει την καταγραφή χειρονομιών και κινήσεων. Μια παραλλαγή λειτουργεί με την χρήση φωτός, το οποίο περνάει μέσα από οπτικές ίνες μέσα από το γάντι, και ανάλογα με την θέση των δακτύλων αλλάζει ένταση. Η μέτρηση της έντασης του φωτός επιτρέπει την μοντελοποίηση του χεριού. Επίσης χρησιμοποιούνται μηχανικού τύπου συστήματα, όπου τα γάντια παρέχουν μηχανικούς βραχίονες που εφαρμόζουν στο χέρι του χρήστη. Το γάντι [Bowman 2001] παρέχει ηλεκτρόδια στις άκρες των δακτύλων, και με την ένωση του αντίχειρα με διάφορα δάκτυλα δημιουργούνται σήματα επιλογής που μπορούν να χρησιμευτούν από μια εφαρμογή. Συχνά τα συστήματα με γάντια δεδομένων χρησιμοποιούνται συμπληρωματικά με μαγνητικούς ανιχνευτές, ώστε να ανιχνεύεται η κίνηση του χεριού στον χώρο. Αυτό επιτρέπει την άμεση επιλογή και την αλληλεπίδραση με την εικονική πληροφορία που βρίσκεται στον τρισδιάστατο χώρο. 16
Eικόνα 9 : Γάντι δεδομένων 1.10.2 3D Mouse Η λογική πίσω από την συσκευή 3D mouse είναι παρόμοια με αυτήν του γνωστού ποντικιού των επιτραπέζιων συστημάτων, ωστόσο λειτουργεί σε έξι βαθμούς ελευθερίας. Συνήθως οι συσκευές αυτές είναι εξοπλισμένες με μαγνητικούς ανιχνευτές που εντοπίζουν την θέση τους στον χώρο, καθώς και πλήκτρα για την εκτέλεση λειτουργιών. Με την συσκευή αυτήν διεξάγεται σε πολλές περιπτώσεις η επιλογή και η μεταβολή στοιχείων, όπως και η πλοήγηση σε διεπαφές. 1.10.3 Γραφίδα Η συσκευή αυτή αποτελείται από δύο ανεξάρτητα τμήματα μιας συσκευής αλληλεπίδρασης, δηλαδή μια γραφίδα και μια ταμπλέτα. Αυτές οι συσκευές λειτουργούν με οπτικούς ή μαγνητικούς ανιχνευτές, και προσφέρονται για στόχους αλληλεπίδρασης όπως τον έλεγχο συστήματος. Το πλεονέκτημα που προσφέρει έναντι των προηγούμενων συσκευών αλληλεπίδρασης είναι ότι προσφέρουν απτική ανατροφοδότηση και ο χρήστης δεν έχει την αίσθηση ότι αλληλεπιδράει με κενό χώρο. 17
1.10.4 Πληκτρολόγιο Το πληκτρολόγιο που χρησιμοποιείται σε επιτραπέζια συστήματα συχνά προκαλεί προβλήματα ως προς τον παράγοντα της πλοήγησης που είναι συχνά το επίκεντρο του ενδιαφέροντος σε εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας. Ωστόσο υπάρχουν στατικά συστήματα επαυξημένης πραγματικότητας, όπως και συστήματα που κάνουν χρήση συσκευών, όπως διάφορες φορητές συσκευές. Η αλληλεπίδραση μέσω πληκτρολόγιου μπορεί να προσφέρει έναν εύκολο τρόπο εκτέλεσης βασικών λειτουργιών. 1.10.5 Μικρόφωνο Η φωνητική αναγνώριση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση βασικών εντολών. Η τεχνική αυτή δεν είναι πολύ διαδεδομένη στα εικονικά περιβάλλοντα, ωστόσο προσφέρει μια απλή λύση εφόσον απαιτεί μόνο ένα μικρόφωνο, που είναι φτηνές και ευρέως διαδεδομένες συσκευές. Το μειονέκτημα τέτοιων συστημάτων είναι ότι οι απαιτούν την απομνημόνευση εντολών, και επηρεάζονται από το επίπεδο θορύβου του περιβάλλοντος. 1.11 Περιβάλλοντα Ανάπτυξης Εφαρμογών Επαυξημένης Πραγματικότητας. Πέρα από τον εξοπλισμό και τα εξαρτήματα που υπάρχουν για διάφορες εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας, Παρακάτω θα παρουσιαστούν διάφορα περιβάλλοντα που έχουν αναπτυχθεί για την ανάπτυξη εφαρμογών Επαυξημένης Πραγματικότητας. DWARF Το DWARF είναι ένα περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών επαυξημένης πραγματικότητας που δημιουργήθηκε το 2003 στο τεχνικό πανεπιστήμιο του Μονάχου (Technische Universität München). Ο στόχος του εγχειρήματος είναι η ανάπτυξη μιας πλατφόρμας που να παρέχει ένα συνεργατικά σύστημα που βασίζεται στην προγραμματιστική γλώσσα Cobra, και που υποστηρίζει πολλές ακόμη γλώσσες προγραμματισμού. Το σύστημα που σχεδιάστηκε αποτελείται από ένα υποσύστημα επαυξημένης πραγματικότητας μέσα στο οποίο οι 18
διάφορες διαδικασίες μπορούν να ανακληθούν μέσω ενός ετερογενούς, δυναμικού δικτύου. Studierstube Το Studierstube είναι ένα περιβάλλον ανάπτυξης φορητής και κινητής επαυξημένης πραγματικότητας, που επιτρέπει συνεργατικές εφαρμογές. Η ανάπτυξη του ξεκίνησε στο πανεπιστήμιο της Βιέννης το 1996, και από το 2004 ο κύριος όγκος της έρευνας και των εφαρμογών διεξάγεται στο Graz University of Technology. [http://studierstube.icg.tu graz.ac.at/]. Η κεντρική εφαρμογή του συστήματος Studierstube API επιτρέπει την ανάπτυξη εφαρμογών επαυξημένης πραγματικότητας με διάφορα συστήματα εξοπλισμού (Hardware- Setups). Μέχρι σήμερα έχουν αναπτυχθεί πολυάριθμες εφαρμογές. ARToolkit Πρόκειται για το πιο ευρέως διαδομένο λογισμικό περιβάλλον ανάπτυξης επαυξημένης πραγματικότητας. Αναπτύχθηκε αρχικά από τον Dr. Hirokazu Kato και στην περαιτέρω ανάπτυξη του συμβάλουν τα πανεπιστήμια της Washington (ΗΠΑ), το πανεπιστήμιο του Canterbury (Νέα Ζηλανδία) και την εταιρία ARToolworks Inc, που έχει ως στόχο την εμπορική προώθηση εξειδικευμένων εκδοχών του ARToolkit. Το ARToolkit, στην πιο απλή του μορφή, είναι μια βιβλιοθήκη που βασίζεται στην ανίχνευση συμβόλων, και την παρουσίαση βασικών γραφικών OpenGL πάνω από το εισερχόμενο βίντεο που χρησιμοποιεί για την ανίχνευση. Ενώ η γλώσσα στην οποία είχε δημιουργηθεί είναι η C#, έχει μετατραπεί σε μορφές που να είναι συμβατές με άλλες γλώσσες προγραμματισμού. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι το FLARtoolkit, που επιτρέπει την χρήση βασικών λειτουργιών του αρχικού προγράμματος σε εφαρμογές δημιουργημένες με το Flash. DART To Dart (Designers Augmented Reality Toolkit) είναι ένα σύνολο εργαλείων που υποστηρίζουν την γρήγορη ανάπτυξη εφαρμογών επαυξημένης πραγματικότητας. Ενδείκνυται για την δημιουργία πρωτοτύπων και αρχικών εκδοχών. To Dart είναι βασισμένο για το περιβάλλον του προγράμματος 19
Director, που είναι ένα λογισμικό που επιτρέπει την δημιουργία εφαρμογών πολυμέσων. Το DART Αναπτύχθηκε στο Τεχνικό Πανεπιστήμιο της Γεωργίας, ΗΠΑ (GIT) 1.12 Εφαρμογές Επαυξημένης Πραγματικότητας Η επαυξημένη Πραγματικότητα, παρ` όλο που συναντάει ακόμη σοβαρά πρακτικά προβλήματα που οφείλονται στις ελλείψεις των τεχνολογιών στις οποίες βασίζεται, προσφέρει μεγάλα πλεονεκτήματα και νέες διαστάσεις στην διάδραση ανθρώπουμηχανής. Έχει σημειωθεί μεγάλη έρευνα στην ανάπτυξη ιατρικών εφαρμογών επαυξημένης πραγματικότητας, ιδίως με σκοπό να ελαχιστοποιείται και να βελτιστοποιείται η διαδικασία των χειρουργικών επεμβάσεων με την κατάλληλη καθοδήγηση του χειρούργου. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την παρουσίαση αποτελεσμάτων από αξονικές τομογραφίες απευθείας πάνω από το σώμα ασθενών [State, 1996] [Stetten, 2001]. Όσον αφορά την παρουσίαση προϊόντων, η τρισδιάστατη απεικόνιση (visualization) πληροφορίας είναι ιδιαίτερα σημαντική για την σχεδίαση αλλά και την κατανόηση της μορφής ενός αντικειμένου. Η επαυξημένη πραγματικότητα επιτρέπει την τρισδιάστατη παρουσίαση αυτήν, δίνοντας παράλληλα την δυνατότητα μιας βελτιωμένης μορφής διάδρασης αλλά και έκθεσης του εικονικού αντικειμένου στον χώρο για τον οποίων προορίζεται. Πολλές εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας εμφανίζονται που προορίζονται για την βιομηχανία, με στόχο να προσφέρουν ενδείξεις και βοηθήματα κατά τον χειρισμό πολύπλοκων μηχανημάτων [Pentenrieder, 2007] [Bischoff, 2004]. 20
Κεφάλαιο 2 ο ΦΟΡΗΤΗ ΕΠΑYΞΗΜΕΝΗ ΠΡΑΓΜΑTΙΚΟTΗTΑ 2.1 Εισαγωγή Σήμερα είμαστε μάρτυρες μιας δραματικής αύξησης στην χρήση φορητών συσκευών. Το 2008 υπήρχαν πάνω από 3,3 δισεκατομμύρια χρήστες κινητών τηλεφώνων παγκοσμίως, ενώ ταυτόχρονα εμφανίζονται ολοένα και περισσότερες φορητές συσκευές στην αγορά για την αναπαραγωγή μουσικής και video. Γενικά οι πρόοδοι της τεχνολογίας, κυρίως στην μείωση του όγκου και την αύξηση σε επεξεργαστική και αποθηκευτική ισχύ, έχουν επιτρέψει την καθιέρωση μιας νέας προσέγγισης στον σχεδιασμό. Λόγω της φορητότητας, ο χρήστης νιώθει έναν μεγαλύτερο προσωπικό δεσμό με το προϊόν (Personalization). Αντίστοιχα, παρατηρείται και ένας διαρκώς αυξανόμενος αριθμός λειτουργιών, που δημιουργούνται για τις συσκευές αυτές. Έτσι υπάρχουν πλέον κινητά τηλέφωνα που προωθούνται βάση των πολυμεσιακών δυνατοτήτων τους, και όχι ως απλά μέσα επικοινωνίας. Πολύ συχνά οι ίδιες συσκευές παρέχουν και λειτουργικά συστήματα, τα οποία υποστηρίζουν διάφορες επιπλέον λειτουργίες που μπορούν να αναπτυχθούν από ανεξάρτητες ομάδες. Με άλλα λόγια, οι φορητές συσκευές γενικά τείνουν να μετατραπούν σε πολυμεσιακούς σταθμούς χρήσης, ανοίγοντας δρόμο για ολοένα και περισσότερες εφαρμογές. Οι πρόσφατες εξελίξεις σε θέματα τεχνολογίας, λογισμικού, και επικοινωνίας που έχουν σημειωθεί, υποστηρίζουν την εφαρμογή διαφόρων μορφών διαδραστικών φορητών συστημάτων [Renevier et al, 2004]: Τα νομαδικά συστήματα μετακινούνται μαζί με τον χρήστη. Απαιτούνται ασύρματες, μικρές σε μέγεθος και ελαφριές συσκευές. Τα πανταχού παρόν συστήματα, που προσφέρουν υπηρεσίες σε οποιοδήποτε σημείο, επιτρέπουν την μετακίνηση του χρήστη, αλλά παραμένουν αόρατα. Σαν μορφή αλληλεπίδρασης βασίζεται στην κατανόηση και την χρήση φυσικών αντικειμένων. 21
Τα συστήματα που επηρεάζονται από τις συνθήκες χρήσης. Τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά είναι η τοποθεσία και η κατεύθυνση του χρήστη. Ιδίως οι τελευταίες δύο μορφές διάδρασης είναι πλέον βοηθητικές για την ανάπτυξη συστημάτων επαυξημένης πραγματικότητας, εφόσον η φορητότητα του συστήματος αποτελεί την διάσταση της επίγνωσης συνθηκών και το γεγονός ότι πρόκειται ουσιαστικά για τον συνδυασμό του πραγματικού περιβάλλοντος με εικονικό περιεχόμενο αναφέρεται στην δεύτερη περίπτωση. Η Επαυξημένη Πραγματικότητα, όπως αναφέρθηκε και στο προηγούμενο κεφάλαιο, είναι μια τεχνολογία που επιτρέπει και ενδείκνυται για την μετακίνηση του χρήστη σε έναν υπαρκτό χώρο, ώστε να διαδράει με την εικονική πληροφορία κατά την περιπλάνησή του. Για τον λόγο αυτόν, οι φορητές συσκευές υπερτερούν για την υποστήριξη μιας τέτοιας τεχνολογίας, έναντι των επιτραπέζιων συστημάτων. Παρόλο που τέτοιες στατικές καταστάσεις διάδρασης είναι χρήσιμες για εφαρμογές, οι οποίες είναι ατομικές και μη συσχετισμένες με το περιβάλλον, τα φορητά διαδραστικά συστήματα είναι στενά συνυφασμένα με την υπάρχουσα δραστηριότητα του χρήστη, τα φυσικά αντικείμενα και τις δυνατότητες του χώρου της εφαρμογής [Rodden 1998]. 2.2 Είδη φορητών συσκευών. Ο όρος φορητή συσκευή έχει έναν βαθμό ασάφειας. Ως φορητές συσκευές μπορούνε να χαρακτηριστούν οποιεσδήποτε ηλεκτρονικές συσκευές που είναι μικρές σε μέγεθος και δεν είναι σχεδιασμένες για ένα στατικό περιβάλλον. Ωστόσο, στον ορισμό αυτόν μπορούνε να συμπεριληφθούν από ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές μέχρι μετρητές ραδιενέργειας. Το ενδιαφέρον της εργασίας αυτής εστιάζεται σε φορητές συσκευές, οι οποίες έχουν την δυνατότητα να υποστηρίξουν εφαρμογές επαυξημένης πραγματικότητας. Αυτό προϋποθέτει από τις συσκευές να έχουν δυο βασικά χαρακτηριστικά: Τα απόλυτα κρίσιμα στοιχεία που πρέπει να υπάρχουν από πλευράς εσωτερικού εξοπλισμού (hardware) είναι: εσωτερικός επεξεργαστής, μνήμη, και συστήματα αναπαράστασης εικόνας, με άλλα λόγια οθόνη και μια μονάδα γραφικών. Επιπλέον, για τις ανάγκες τις επαυξημένης πραγματικότητας που βασίζεται σε οπτική ανίχνευση (computer vision) και αναπαράσταση, είναι απαραίτητη η παρουσία ενσωματωμένης κάμερας στο φορητό σύστημα. 22