9.3. Μέθοδοι και Υλικά

Η υλοποίηση των εφαρμογών ΕΠ εξαρτάται από τα λειτουργικά χαρακτηριστικά κάθε συστήματος. Σύμφωνα με αυτά, αναγνωρίζουμε τα παθητικά συστήματα όπου ο χρήστης μετακινείται στο εσωτερικό ενός εικονικού κόσμου χωρίς τη δυνατότητα άσκησης ελέγχου και τα ενεργητικά συστήματα στα οποία ο χρήστης ασκεί ένα επίπεδο ελέγχου. Η δεύτερη κατηγορία διαχωρίζεται με τη σειρά της σε καθαρά εξερευνητικά περιβάλλοντα στα οποία η κίνηση της κάμερας είναι ελεύθερη αλλά, όμως, δεν υπάρχει η δυνατότητα αλληλεπίδρασης με τα αντικείμενα του εικονικού περιβάλλοντος και στα αλληλεπιδραστικά περιβάλλοντα στα οποία παρέχονται όλες οι προαναφερθείσες δυνατότητες.

Σημείωση: Ένα απλό παράδειγμα παθητικού συστήματος είναι η δυνατότητα Walk του σχεδιαστικού λογισμικού SketchUp, σύμφωνα με την οποία μια εικονική κάμερα ακολουθεί τη διαδρομή που χαράζει ο χρήστης υπακούοντας στα βελάκια πάνω, κάτω, αριστερά και δεξιά του πληκτρολογίου.

Στις αλληλεπιδραστικές εφαρμογές ΕΠ, εκτός από τη δυνατότητα άσκησης ελέγχου στα ενεργά αντικείμενα του εικονικού χώρου, οι χρήστες μπορούν να αλληλεπιδράσουν και με άλλους ταυτόχρονους επισκέπτες του ίδιου εικονικού χώρου. Το είδος και η ένταση της αλληλεπίδρασης εξαρτώνται από τις προδιαγραφές του υλικού και του λογισμικού που ισχύουν κατά την ανάπτυξη και χρήση των εφαρμογών. Παρακάτω ακολουθεί μια περιεκτική περιγραφή των συνηθέστερων στοιχείων υλικού και λογισμικού, καθώς και μια σύντομη περιγραφή των κοινών λειτουργικών χαρακτηριστικών που έχουν τα ίδια τα εικονικά περιβάλλοντα, ανεξάρτητα από τις συγκεκριμένες πλατφόρμες που χρησιμοποιούν για τη δημιουργία και την προβολή τους.

9.3.1. Μέθοδοι Ανίχνευσης Θέσης και Προσανατολισμού

Οι συσκευές που αναφέρθηκαν παραπάνω κάνουν χρήση διαφόρων τεχνικών και μεθοδολογιών για την ανίχνευση των σημάτων εισόδου ανάλογα με τον τύπο της συσκευής. Παρακάτω περιγράφονται ορισμένες από τις πλέον συνήθεις τεχνικές ανίχνευσης της κίνησης των ματιών, του κεφαλιού, ολόκληρου του σώματος, των χειρονομιών και της απτικής πληροφορίας.

Ανίχνευση της κίνησης του ματιού (EyeTracking)

Η ανίχνευση της κίνησης του ματιού (EyeTracking) είναι η διαδικασία μέτρησης είτε της κατεύθυνσης που κοιτάει ο χρήστης, είτε της κίνησης του ματιού. Σε κάθε περίπτωση η θέση του κεφαλιού λαμβάνεται ως αναφορά. Η τεχνική EyeTracking επιτυγχάνεται με τρεις τρόπους:

• α) μέτρηση της θέσης και της κίνησης ενός αντικειμένου που επαφίεται στο μάτι όπως είναι οι φακοί επαφής. Χρησιμοποιεί μαγνητικούς αισθητήρες για να καταγράψει τη θέση του ματιού σε κάθε χρονική στιγμή υπό την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει σημαντική ολίσθηση του φακού πάνω στο μάτι. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει την ανίχνευση της κάθετης, οριζόντιας κίνησης και της συστροφής του ματιού και μάλιστα με υψηλή ευαισθησία.
• β) μέτρηση της θέσης και της κίνησης χωρίς άμεση επαφή με το μάτι. Αυτή η μέθοδος βασίζεται στην εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας η οποία ανακλάται από το μάτι και ανιχνεύεται από μια κάμερα ή άλλους οπτικούς αισθητήρες. Από τη μελέτη των αλλαγών της ανάκλασης του υπέρυθρου φωτός βγαίνουν συμπεραίνεται η περιστροφή του ματιού. Οι ανιχνευτές με επιτήρηση βίντεο χρησιμοποιούν τις εικόνες από την αντανάκλαση του κερατοειδούς (Purkinje Reflexes) και το κέντρο της κόρης του ματιού. Μια πιο ευαίσθητη παραλλαγή αυτής της μεθόδου παρακολουθεί τα τριχοειδή αγγεία του ματιού καθώς το μάτι περιστρέφεται.
• γ) μέτρηση της ηλεκτρικής δραστηριότητας με τη χρήση ηλεκτροδίων γύρω από το μάτι. Το ηλεκτρικό πεδίο παράγεται από ένα δίπολο το οποίο έχει τον θετικό πόλο του στον κερατοειδή και τον αρνητικό στον από ένα δίπολο με θετικό πόλο του στο κερατοειδή και αρνητικού πόλου του στον αμφιβληστροειδή. Δύο ζευγάρια ηλεκτροδίων τοποθετούνται στο δέρμα πέριξ του ματιού και έτσι παράγεται το Ηλεκτροφθαλμογράφημα (Electrooculogram-EOG). Όταν το μάτι μετακινείται από το κέντρο προς την περιφέρεια, τότε ο αμφιβληστροειδής χιτώνας πλησιάζει το ένα ηλεκτρόδιο, ενώ ο κερατοειδής πλησιάζει το αντιδιαμετρικό ηλεκτρόδιο. Αυτή η μετατόπιση στον προσανατολισμό του διπόλου αφήνει το αποτύπωμά της στο Ηλεκτροφθαλμογράφημα. Η ηλεκτρική δραστηριότητα του ματιού μπορεί να ανιχνευθεί ακόμη και στο σκοτάδι με τα μάτια κλειστά.

Position Tracking

Η ανίχνευση της θέσης και του προσανατολισμού του σώματος ή κάποιου μέλους του (κεφάλι, άνω και κάτω άκρα) ονομάζεται Motion Capture (MoCap), ενώ για την συνεχή παρακολούθηση προτιμάται ο όρος Μotion Τracking. Σε γενικές γραμμές, ως Video Tracking ονομάζουμε τις μεθόδους ανίχνευσης οι οποίες βασίζονται στη χρήση κάμερας, είτε πρόκειται για απλές κάμερες (π.χ. Webcams) ή κάμερες βάθους RGB-D.

Η ανίχνευση της θέσης του σώματος ή κάποιου μέλους του προϋποθέτει κινήσεις που γίνονται σε χαμηλότερη ταχύτητα σε σχέση με τη συχνότητα δειγματοληψίας της κάμερας (frame rate). Η ανίχνευση του προσανατολισμού του κεφαλιού και ειδικότερα των κινήσεων του μπορεί να γίνει με υψηλή ευαισθησία έτσι ώστε να απαιτούνται μόνο μικρές και ανεπαίσθητες κινήσεις του κεφαλιού, χωρίς ο χρήστης να αφήσει από τα μάτια του την οθόνη (Εικόνα 9.10). Η ανίχνευση αναφέρεται σε όλες στις πιθανές κινήσεις του κεφαλιού, δηλαδή σε 6 βαθμούς ελευθερίας (Degrees of Freedom-DOF). Η κάμερα, συνήθως, τοποθετείται μπροστά από τον χρήστη πάνω στην οθόνη του σταθερού ή φορητού υπολογιστή (όπως π.χ. στο TrackIR της Natural Point Inc.).

Εικόνα 9.10. Συσκευή ανίχνευσης των κινήσεων του κεφαλιού (Head Tracking) (Πηγή: Wikimedia Commons, Shijarnoc Dreams, Natural Point Track IR 4: PRO, CCBY-SA 3.0

Η τεχνική βασίζεται στη μελέτη διαδοχικών καρέ του βίντεο έτσι ώστε να παρακολουθείται η θέση και το περίγραμμα των υπό παρακολούθηση αντικειμένων (στόχων). Συχνά η ανίχνευση της κίνησης συνδέεται απ’ ευθείας με τον έλεγχο μιας συσκευής κατάδειξης ή για να προσομοιώσει το ποντίκι, το πληκτρολόγιο ή το χειριστήριο (joystick). Η εσωτερική αναπαράσταση του κεφαλιού προσεγγίζεται με ένα δισδιάστατο σχήμα όπως η έλλειψη πάνω στις εικόνες-καρέ του βίντεο. Η θέση του κεφαλιού αποκτάται με την ανάλυση του ιστογράμματος της εικόνας. Αυτή είναι μια γρήγορη τεχνική η οποία όμως δεν δύναται να ανιχνεύσει τον προσανατολισμό. Άλλες μέθοδοι χρησιμοποιούν ένα 3Δ μοντέλο του κεφαλιού ως στερεό σώμα. Η 3Δ αναπαράσταση ως κύλινδρος έχει μεγάλες ανοχές σε λάθη περιστροφής μικρής κλίμακας ως προς τον άξονα Ζ. Άλλες μέθοδοι χρησιμοποιούν τις αποστάσεις μεταξύ των 3Δ χαρακτηριστικών του κεφαλιού προκειμένου να εκτιμήσει τη στάση του στο χώρο.

Αναγνώριση Χειρονομιών

Η αλγοριθμική αναγνώριση των χειρονομιών ονομάζεται Gesture Recognition. Οι χειρονομίες συμπεριλαμβάνουν κινήσεις του σώματος ή στάσεις. Πιο συχνά αναφέρονται στα άνω άκρα και το πρόσωπο. Δευτερευόντως, οι μέθοδοι gesture recognition με τις εκφράσεις του προσώπου χρησιμεύουν στην αναγνώριση της συναισθηματικής κατάστασης του χρήστη και της μη λεκτικής επικοινωνίας (Proxemics). Έτσι, επιτυγχάνεται μια πιο φυσική αλληλεπίδραση μεταξύ του χρήστη και του υπολογιστή.

Στην πιο συνηθισμένη περίπτωση χρησιμοποιείται μια κάμερα και τεχνικές μηχανικής όρασης για την αναγνώριση κινησιολογικών προτύπων (patterns). Σε άλλες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται κάμερες βάθους για να σχηματιστεί ένας χάρτης του βάθους της σκηνής (depthmap) μέσα στον οποίο προσδιορίζονται οι θέσεις και οι κινήσεις των χεριών ή του σώματος. Εναλλακτικά, ένα ζεύγος από στερεοσκοπικές κάμερες για τις οποίες είναι γνωστή η απόσταση που τις χωρίζει, όπως επίσης και ο προσανατολισμός τους, μπορεί να αναλύσει τη σκηνή. Και στις δύο παραπάνω περιπτώσεις το εξαγόμενο αποτέλεσμα είναι η κατασκευή ενός ογκομετρικού ή σκελετικού μοντέλου που περιγράφει τις κινήσεις των χεριών και του σώματος.

Επειδή βέβαια η λεπτομερής μοντελοποίηση καταναλώσει σημαντικό ποσοστό πόρων του συστήματος, αντί για τα μέλη του σώματος χρησιμοποιούντα στερεά σχήματα που προσεγγίζουν κάθε μέλος του ανθρώπινου σώματος. Για παράδειγμα, το χέρι από τον ώμο μέχρι τον αγκώνα και από τον αγκώνα μέχρι τον καρπό μπορεί να προσεγγιστεί με έναν κύλινδρο. Έτσι, όταν ο χρήστης κινεί το χέρι του μπροστά στην κάμερα, ένα μοντέλο δύο κυλίνδρων αναπαράγει τις κινήσεις του χεριού. Τα σκελετικά μοντέλα συνδέουν τα δύο μέρη με μια άρθρωση δύο βαθμών ελευθερίας για τη συγκεκριμένη περίπτωση. Όταν γίνεται χρήση οπτικών δεικτών (Optical Markers), τότε ειδικά σχεδιασμένα βοηθητικά αντικείμενα τοποθετούνται σε σημεία κλειδιά του σώματος για να είναι εύκολα αναγνωρίσιμα από τις κάμερες. Η καταγραφή της θέσης κάθε σημείου (marker) και η αναπαραγωγή του πάνω στο 3Δ μοντέλο του σώματος μας δίνει το μοντέλο της κίνησης.

Υπάρχουν βέβαια και μέθοδοι για τις πιο συμβατικές συσκευές εισόδου όπως είναι το ποντίκι. Αυτές χρησιμοποιούνται στην αναγνώριση χειρονομιών που γίνονται με τον κέρσορα σε μια οθόνη (mouse gesture recognition).

Σε γενικές γραμμές, οι χειρονομίες χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες. Η πρώτη κατηγορία συμπεριλαμβάνει όλες εκείνες τις χειρονομίες οι οποίες χειρίζονται με άμεσο τρόπο ένα αντικείμενο ή μια κατάσταση. Για παράδειγμα, η κίνηση απομάκρυνσης των χεριών μεταξύ τους μπορεί να σημαίνει αυξομείωση ενός αντικειμένου. Στη δεύτερη κατηγορία ανήκουν οι χειρονομίες οι οποίες ενεργοποιούν μια προσυμφωνημένη εντολή μετά την ολοκλήρωσή τους. Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτής της κατηγορίας είναι η επιλογή μιας εντολής όπως λόγου χάρη η επιλογή επόμενης εικόνας σε ένα άλμπουμ φωτογραφιών.

Απτική Αντίληψη (Haptics)

Η απτική επικοινωνία αναφέρεται στην αίσθηση της αφής και αφορά την εξομοίωση των ασκούμενων δυνάμεων, των δονήσεων και των κινήσεων διαφόρων εικονικών αντικειμένων. Η μεταφορά της απτικής πληροφορίας από και προς τη μηχανή εξομοίωσης του εικονικού κόσμου γίνεται με απτικούς αισθητήρες (tactile sensors) και γάντια ΕΠ. Παρότι η απτική αλληλεπίδραση είναι σχετικά νέο και αναδυόμενο πεδίο αλληλεπιδραστικής δραστηριότητας, οι απτικές διεπαφές δίνουν εντυπωσιακά αποτελέσματα καθώς συμπληρώνουν την παραδοσιακή οπτικοακουστική επικοινωνία ανθρώπου-μηχανής που επικρατούσε για μεγάλο χρονικό διάστημα. Σε πιο πρόσφατες έρευνες μάλιστα, γίνονται πειραματισμοί συνδυαστικής χρήσης της ολογραφικής προβολής με την απτική αντίληψη των εικονικών σκηνών [Hoshi et al., 2010].

Η απτική απόδοση (haptic rendering) είναι η διαδικασία εκείνη η οποία συνθέτει τα επιθυμητά και απαραίτητα ερεθίσματα προς τον χρήστη ώστε να του μεταδοθούν οι φυσικές ιδιότητες ενός εικονικού αντικειμένου (σχήμα, ελαστικότητα, υφή, μάζα, κ.α.). Οι απτικές συσκευές (Haptic Devices) λειτουργούν ταυτόχρονα ως συσκευές εισόδου και εξόδου και αντιδρούν στις κινήσεις του χρήστη όταν αυτός τις χειρίζεται μετακινώντας τον ακροδέκτη τους (end-effector) στο χώρο για να αισθανθεί τελικά μία δύναμη αντίστασης (Εικόνα 9.11).

Εικόνα 9.11. Είσοδος και έξοδος μιας απτικής συσκευής: η θέση του ακροδέκτη στέλνεται στο σύστημα επικοινωνίας ανθρώπου-μηχανής και υπολογίζεται η κατάλληλη δύναμη, η οποία αποστέλλεται πίσω στην απτική συσκευή.

Υπάρχουν δύο μεγάλες κατηγορίες απτικών συσκευών. Οι συσκευές μονού σημείου αλληλεπίδρασης διαθέτουν ένα ακροδέκτη σε σχήμα ράβδου ή μπίλιας, την οποία χειρίζεται ο χρήστης σαν στυλό. Η αλληλεπίδραση βασίζεται στην υπόθεση ότι υπάρχει ένα αντίγραφο του ακροδέκτη μέσα στο εικονικό περιβάλλον το οποίο κινείται ανάλογα με τις κινήσεις του χρήστη. Οι συσκευές μονού σημείου έχουν 6 βαθμούς ελευθερίας (Degrees of Freedom) ως προς την κίνηση του χρήστη (θέση και προσανατολισμός ακροδέκτη) και άλλους 3 βαθμούς ελευθερίας για ανάδραση δύναμης. Εκτός από τη δύναμη, σε περιπτώσεις εφαρμογών με μεγάλες απαιτήσεις ακριβείας όπως είναι για παράδειγμα η χειρουργική, εξελιγμένες συσκευές μπορούν να αποδώσουν ανάδραση δύναμης και ροπής με 6 βαθμούς ελευθερίας.

Αντίθετα, οι συσκευές πολλαπλών σημείων αλληλεπίδρασης βασίζονται σε πολλές μονάδες απτικής ανάδρασης, οι οποίες συνήθως τοποθετούνται ως εξωσκελετικό σύστημα στο χέρι του χρήστη, συμπεριλαμβανομένων των δακτύλων. Στις περισσότερες συσκευές, μπορεί να ασκηθεί δύναμη σε συγκεκριμένη κατεύθυνση (δηλαδή ενός βαθμού ελευθερίας) σε κάθε δάκτυλο του χεριού. Η χρήση εξωσκελετικών συσκευών μπορεί να συνδυαστεί με τα γάντια (datagloves) για να παρέχει στο σύστημα πληροφορία σχετικά με την ακριβή θέση και προσανατολισμό όλων των φαλάγγων των δακτύλων του χεριού.

Όσον αφορά την αρχιτεκτονική της απτικής απόδοσης, η σημαντικότερη ίσως λειτουργία να είναι η σωλήνωση απτικής ανάδρασης (haptic itnteraction pipeline) η οποία χρησιμοποιείται για να περιγράψει τον τρόπο επεξεργασίας των δεδομένων προκειμένου να υλοποιηθεί η απτική αλληλεπίδαση ανθρώπου-μηχανής. Αποτελείται από 3 κύρια υποσυστήματα:

• Οι αλγόριθμοι ανίχνευσης σύγκρουσης παρακολουθούν τις συγκρούσεις που λαμβάνουν χωρά μεταξύ ενός απτικού αντιγράφου και των εικονικών αντικειμένων.
• Οι αλγόριθμοι υπολογισμού δύναμης επιστρέφουν πληροφορίες σχετικά με τη δύναμη δράσης/αντίδρασης που ασκείται ως αποτέλεσμα της σύγκρουσης μεταξύ ενός εικονικού αντικειμένου και του απτικού αντιγράφου.
• Οι αλγόριθμοι ελέγχου υπολογίζουν τη δύναμη που πρέπει να ασκηθεί στον ακροδέκτη της απτικής συσκευής έτσι ώστε να ελασχιστοποιηθεί το σφάλμα μεταξύ της θεωρητικής υπολογιζόμενης και της ασκούμενης δύναμης λαμβάνοντας υπόψη τους πριορισμούς και τις ιδιότητες της απτικής συσκευής.

9.3.2. Υλικό (Hardware)

Τα εικονικά περιβάλλοντα υλοποιούνται με πολύ διαφορετικούς τρόπους και κάθε δημιουργική ομάδα επιλέγει τη δική της διαδρομή μέσα από μια σειρά διασωληνομένων διαδικασιών (pipelined processes). Παρακάτω αναζητείται αυτό που είναι κοινό σε όλες τις υλοποιήσεις και έχει να κάνει και με το λογισμικό (software) δημιουργίας και αναπαραγωγής μιας εφαρμογής ΕΠ, αλλά και με το χρησιμοποιούμενο υλικό (hardware). Η συνολική εμπειρία που αποκομίζει ο τελικός χρήστης από ένα σύστημα ΕΠ καθορίζεται από κοινού βάσει των δυνατοτήτων και του υλικού αλλά και του λογισμικού.

Όπως ειπώθηκε και στην αρχή του κεφαλαίου, σε περιβάλλοντα πλήρους εμβύθισης, όπως αυτά της ΕΠ, ο χρήστης φέρει ειδικό εξοπλισμό (Πίνακας 9.1)όπως είναι τα κράνη εικονικής πραγματικότητας (Head Mounted Displays-HMD), αλλά και ακουστικά για ηχητική απομόνωση από τον περιβάλλοντα χώρο, γάντια (Data Gloves), ή ακόμη και ολόκληρες φόρμες (Body Suits).

Με διάφορες τεχνικές πλοήγησης ο χρήστης μετακινείται στον τρισδιάστατο χώρο (3Δ navigation). Αυτές οι τεχνικές μπορεί να συνδυάζουν από απλές κινήσεις του ποντικιού, ειδικού χειριστηρίου (joystick), χρήση του πληκτρολογίου, μέχρι αναγνώριση κινήσεων και στάσεων σώματος (gesture recognition). Επίσης, έχουν αναφερθεί υλοποιήσεις που βασίζονται στην αναγνώριση της κόρης των ματιών (eye-tracking) για να ανιχνεύσουν πού κοιτάει ο χρήστης.

Σε άλλες περιπτώσεις, στο υλικό ενός συστήματος ΕΠ εισάγονται συσκευές που, ενδεχομένως, αρχικά να μην είχαν σχεδιαστεί για χρήση σε ΕΠ, όπως είναι οι webcams, οι αισθητήρες RGB-D όπως το Kinect της Microsoft και το Wii της Nintendo, αλλά η δημιουργική φαντασία των ομάδων σχεδιασμού και ανάπτυξης τα εισήγαγε για να αυξήσει τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των υλοποιήσεων και τα είδη των κοινωνικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των χρηστών [Fox et al., 2009].

Με αυτές τις τεχνικές ή συνδυασμούς των παραπάνω επιτυγχάνεται μετακίνηση της εικονικής κάμερας (viewpoint) μέσα στο συνθετικό περιβάλλον της ΕΠ. Το σύστημα προβολής (οθόνη, HMD, Cave) αναπροσαρμόζεται αυτόματα στις κινήσεις που ο χρήστης εκτελεί με το σώμα του, τις κινήσεις του κεφαλιού ή του ενεργού γαντιού που φέρει. Στον Πίνακα 9.1 παρουσιάζονται μερικές από τις πιο συνηθισμένες συσκευές ΕΠ.

Από τις συσκευές HMD οι οποίες είναι εξοπλισμένες με συνδυαστικές λειτουργίες, οι περισσότερες διαθέτουν ενσωματωμένα ηχεία, επομένως, μπορούν να καλύψουν άνετα εκτός από το οπτικό και το ακουστικό μέρος. Ο ήχος μέσα σε ένα εικονικό περιβάλλον είναι πιο ρεαλιστικός όταν είναι τρισδιάστατος, δηλαδή, όταν αναπροσαρμόζεται δυναμικά η ένταση του ήχου σε κάθε ακουστικό (κανάλι) ανεξάρτητα το ένα από το άλλο και ανάλογα με την κατεύθυνση που κοιτάει ο χρήστης και την εικονική απόσταση από την πηγή του ήχου.

Πίνακας 9.1. Λίστα με το συνήθη εξοπλισμό Εικονικής Πραγματικότητας

Όνομα συσκευής	Περιγραφή
Οθόνες προσαρμογής στο κεφάλι (Head Mounted Display - HMD)	Ένα τυπικό κράνος Εικονικής Πραγματικότητας διαθέτει LCD οθόνες, μία για κάθε μάτι. Αυτές προβάλουν εικόνες στα μάτια του παρατηρητή με στερεοσκοπικό τρόπο. Στις τυπικές υλοποιήσεις, ένα HMD διαθέτει γυροσκοπικό μηχανισμό ως ανιχνευτή του προσανατολισμού του κεφαλιού. Έτσι γίνονται κάποιες υποθέσεις για το πού κοιτάει ο χρήστης για να συγχρονίζεται η προβολή των εικόνων στις οθόνες. Επίσης, για εργονομικούς λόγους τα HMD διαθέτουν ακουστικά ή και μικρόφωνο. Επικοινωνούν ενσύρματα ή ασύρματα με μια κεντρική μονάδα επεξεργασίας.
Γάντι εισαγωγής πληροφορίας κίνησης (Data Glove)	Ένα γάντι εικονικής πραγματικότητας είναι εξοπλισμένο με απτικούς αισθητήρες και αισθητήρες ανίχνευσης της θέσης προκειμένου να προσφέρει τη δυνατότητα χειρισμού εικονικών αντικειμένων και συσκευών. Η χρήση του γαντιού συνδυάζεται με προβολή της εικόνας του στον εικονικό κόσμο για να εντοπίζεται εύκολα από τους χρήστες. Η αντίληψη της θέσης του γαντιού στο χώρο είναι προϋπόθεση για να μπορέσει ο εγκέφαλος να υπολογίζει την απόσταση που πρέπει να διανύσει για να φτάσει στο στόχο του.
Φόρμα ΕΠ (Data Suit)	Πρόκειται για φόρμες που εφαρμόζουν πάνω στο σώμα του χρήστη και καλύπτουν μάλιστα όλο το σώμα, εκτός από τα χέρια και το κεφάλι. Οι φόρμες αυτές είναι εξοπλισμένες με κατευθυντικούς αισθητήρες για να μεταφέρουν στην κεντρική μονάδα τη στάση του σώματος και τις κινήσεις του χρήστη. Τα ηλεκτρικά σήματα των αισθητήρων μετατρέπονται σε ψηφιακά και οδηγούν τις κινήσεις του avatar στο σύστημα προβολής.
Κεντρική Μονάδα Επεξεργασίας (ΚΜΕ)	Όπως είναι αναμενόμενο, απαιτείται να υπάρχει μια κεντρική μονάδα επεξεργασίας η οποία καλείται να επεξεργαστεί την είσοδο από τους αισθητήρες (ψηφιοποιημένο σήμα) και να αναπαράγει την εμπειρία εξομοίωσης συνυπολογίζοντας ένα μεγάλο αριθμό παραγόντων. Στη μνήμη του συστήματος βρίσκεται αποθηκευμένη η αρχιτεκτονική του εικονικού κόσμου, η τεχνητή ευφυΐα του συστήματος και ο έλεγχος.
Καταγραφέας Οφθαλμοκινήσεων (Eye Tracker)	Με την ανίχνευση του βλέμματος του χρήστη το σύστημα μπορεί να παρακολουθεί πού κοιτάει, ποιο είναι το αντικείμενο ενδιαφέροντος κάθε χρονική στιγμή και πώς το οπτικό ενδιαφέρον μοιράζεται στην επιφάνεια της προβολής. Η τεχνική eye tracking μετράει τη σχετική θέση της κόρης του ματιού σε σχέση με τη θέση του κεφαλιού. Η μέτρηση γίνεται χωρίς επαφή της συσκευής με το μάτι (μη-επεμβατικές οπτικές μέθοδοι) με ικανοποιητική ακρίβεια.
3D Glasses και συσκευές κατάδειξης με οπτικούς δείκτες (Optical Markers)	Υπάρχουν συσκευές και αξεσουάρ που ενισχύονται με οπτικούς δείκτες, για να μπορούν εύκολα να εντοπίζονται από ένα σύστημα από κάμερες. Οι οπτικοί δείκτες όταν τοποθετούνται πάνω σε γυαλιά 3D, τότε μπορούν να εντοπίζουν τη θέση και τον προσανατολισμό αυτού που τα φοράει. Αντίστοιχα, διάφορα αξεσουάρ, όπως συσκευές κατάδειξης, μπορούν να κινούν την κάμερα (viewport) για να εξετάζουν ένα εικονικό αντικείμενο από διαφορετικές οπτικές γωνίες. Πάνω σε αυτήν την αρχή βασίζεται το σύστημα AdvancedRealtimeTracking (ART).
Wii	Ο ασύρματος ελεγκτής Wii μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συσκευή κατάδειξης χειρός και ελέγχει την κίνηση στις τρεις κατευθύνσεις του χώρου. Με τη βοήθεια μετρητών επιτάχυνσης και ανιχνευτή υπερύθρων προσδιορίζεται η θέση και ο προσανατολισμός της συσκευής στο χώρο. Επιπλέον, διαθέτει κουμπιά επιλογής για διάφορες λειτουργίες.
Οθόνη	Εκτός από τις εφαρμογές που απαιτούν ειδικό εξοπλισμό υπάρχει και μια κατηγορία επιτραπέζιων εφαρμογών ΕΠ που χρησιμοποιούν την οθόνη του υπολογιστή ως μέσο επαφής με τον εικονικό κόσμο. Ενίοτε, όταν ο τύπος της οθόνης υποστηρίζει στερεοσκοπική προβολή (3DTV), το περιεχόμενο του εικονικού κόσμου προβάλλεται μέσα από στερεοσκοπικά γυαλιά.

Άλλες συσκευές στοχεύουν σε επιπρόσθετες ανθρώπινες αντιληπτικές διαδικασίες με εμπλοκή αισθήσεων όπως είναι η αφή. Οι απτικές συσκευές προσφέρουν μια επιπλέον πηγή εισόδου για το σύστημα ΕΠ, καθώς οι επιλογές του χρήστη που γίνονται με το γάντι, μεταφέρονται στο σύστημα ΕΠ και υπόκεινται σε επεξεργασία με ανάλογο τρόπο (π.χ. μεταφορά ενός αντικειμένου από ένα σημείο του εικονικού κόσμου σε ένα άλλο). Η χρήση του γαντιού, λοιπόν, μεταφέρει στο κεντρικό σύστημα τη θέση, τον προσανατολισμό και τη γωνία στρέψης κάθε άρθρωσης του γαντιού, ενώ ταυτόχρονα μεταφέρει ως έξοδο την απτική ανάδραση (haptic feedback). Στον Πίνακα 9.2 παρουσιάζονται δύο άλλες λύσεις που δε χρησιμοποιούν HMD, αλλά είναι σύνθετες συσκευές προβολής και πλοήγησης.

9.3.3. Το Λογισμικό

Υπό τον όρο ‘λογισμικό’ ομαδοποιούνται όλα τα μη υλικά μέρη ενός συστήματος ΕΠ τα οποία συνεργάζονται με το υλικό για να δημιουργήσουν την τελική εμπειρία του χρήστη. Κάθε υλοποίηση έχει τη δική της συλλογή από προγράμματα, πρωτόκολλα και κανόνες που διέπουν τη λειτουργία της. Το χρησιμοποιούμενο λογισμικό διακρίνεται σε λογισμικό δημιουργίας περιεχομένου, λογισμικό συστήματος και χαμηλού επιπέδου λογισμικό (middleware&firmware), που έχει να κάνει με τη διασύνδεση και τον έλεγχο των περιφερειακών συσκευών.

Πίνακας 9.2. Σύνθετες συσκευές-συστήματα ΕΠ

Όνομα πολυσυσκευής / Εικόνα	Περιγραφή
	Το Binocular Omni-Orientation Monitor (BOOM) της Fakespace είναι ένα σύστημα οθόνης που στηρίζεται σε ένα βραχίονα. Ο χρήστης του συστήματος κοιτάει μέσα από δύο οπές και ταυτόχρονα μπορεί να μετακινεί τη συσκευή προβολής μέσα στο χώρο λειτουργίας της. Η ανίχνευση της κίνησης του κεφαλιού (head tracking) γίνεται μέσα από αισθητήρες που βρίσκονται στους συνδέσμους του βραχίονα που κρατάει το κουτί προβολής. Τέτοια συστήματα έχουν εκλείψει σήμερα από την αγορά.
Τα προβολικά συστήματα τύπου Cave (Cave Automatic Virtual Environment) προσφέρουν την εντύπωση της εμβύθισης με τη στερεοσκοπική προβολή κινούμενων εικόνων πάνω στα τοιχώματα ενός κύβου. Ο κύβος έχει διαστάσεις δωματίου και ο χρήστης εισέρχεται μέσα σε αυτόν με το φυσικό του σώμα. Οι προβολές στους τοίχους είναι στερεοσκοπικές και απαιτείται η χρήση ειδικών γυαλιών για την εντύπωση του βάθους.
	Ως ανοιχτά συστήματα ονομάζονται τα συστήματα εντοπισμού χρήστη, που χρησιμοποιούν παθητικούς οπτικούς δείκτες και ένα σύστημα από δύο κάμερες. Οι κάμερες ανιχνεύουν τη θέση και τον προσανατολισμό ενός συνόλου οπτικών δεικτών, είτε ενσωματωμένων στα 3Δ γυαλιά, είτε σε συσκευή χειρός και ανάλογα προσαρμόζουν το περιεχόμενο της προβολής. Η διαφορά από τα CAVES είναι ότι η προβολή γίνεται στερεοσκοπικά μόνον σε μία μόνο επιφάνεια.

Στην κατηγορία λογισμικό δημιουργίας περιεχομένου περιλαμβάνονται εργαλεία τρισδιάστατου σχεδιασμού μοντέλων όπως το 3D StudioMax, Blender, Maya,Cinema 4D και άλλα. Ο σκοπός τους είναι να προσφέρουν εργαλεία σχεδιασμού 3D μοντέλων με πολλές δυνατότητες μορφοποίησης όγκων και επιφανειών. Αποτελούν πολύπλοκα περιβάλλοντα εργασίας και απαιτούν πολυετή εκμάθηση για τις στοιχειώδεις απαιτήσεις μιας επαγγελματικής δουλειάς. Τα πιο απαιτητικά λογισμικά δημιουργίας θεωρούνται αυτά με οποία σχεδιάζονται οργανικές μορφές, όπως είναι οι ανθρώπινοι ή μη ανθρώπινοι χαρακτήρες. Ειδικά για τη δημιουργία χαρακτήρων προτείνεται η χρήση ακόμη πιο εξειδικευμένων λογισμικών όπως είναι το Poser.

Ως επέκταση των λογισμικών σχεδιασμού χρησιμοποιούνται εργαλεία δημιουργίας σκελετικής κίνησης (bone animation) ή δυναμικής συμπεριφοράς των επιφανειών και των υφών τους, μοντελοποίησης του μακρινού περιβάλλοντος (skycubes) και διαφόρων εφέ όπως η δημιουργία συστημάτων σωματιδίων (particles), ο κυματισμός της θάλασσας και των ενδυμάτων κ.α.. Η ομάδα εργαλείων δημιουργίας περιεχομένου ολοκληρώνεται με την προσθήκη λογισμικού για δημιουργία και επεξεργασία υφών όπως π.χ. το PhotoShop και αντίστοιχα εργαλείων επεξεργασίας ήχου για το ακουστικό μέρος της εμπειρίας του χρήστη. Στο σύνολό τους, τα δημιουργικά προγράμματα υπολογιστή χρησιμοποιούνται για οτιδήποτε μπορεί να αντιληφθεί ο χρήστης με τις αισθήσεις του όταν αλληλεπιδρά με τον εικονικό κόσμο (π.χ. Open Haptics toolkit για τον έλεγχο της απτικής εμπειρίας).

Ως λογισμικό συστήματος θεωρείται κάθε λογισμικό που εμπλέκεται στην αναπαραγωγή της επιθυμητής συμπεριφοράς του συστήματος ΕΠ. Αυτό συμπεριλαμβάνει τις διεπαφές χρήστη (Interfaces) αλλά δεν περιορίζεται μόνο σε αυτές. Περιλαμβάνει το λογισμικό της γραφικής απόδοσης (Rendering Engine), σύνθεσης και ελέγχου όλης της σκηνής.

Το λογισμικό σύλληψης και επεξεργασίας των ενεργειών του χρήστη, όπως και το χαμηλού επιπέδου λογισμικό των διασυνδεδεμένων συσκευών (Firmware) είναι η τρίτη κατηγορία που συμπληρώνει τη συνολική εικόνα του λογισμικού. Η παραμετροποίηση και αρχικοποίηση των συσκευών γίνεται με προγραμματιστικά εργαλεία που προσφέρουν οι εταιρίες κατασκευής του υλικού (π.χ. 5DT DataGlove SDK για την αναγνώριση χειρονομιών (gesture recognition) με γάντια ΕΠ.

Στο σύνολό τους, το υλικό και το λογισμικό υλοποιούν από κοινού ένα σύστημα ΕΠ το οποίο, ακόμη και στην απλή του εκδοχή που περιλαμβάνει μόνον εικόνα και ήχο (Εικόνα 9.12) επιτυγχάνει ένα λειτουργικό επίπεδο απομόνωσης από τον περιβάλλοντα φυσικό χώρο και τα ερεθίσματά του.

Εικόνα 9.12. Γενικό διάγραμμα μιας τυπικής χρήσης της ΕΠ με HMD [Πηγή Skydeas, Boy wearing OculusRift HMD, CC]

9.3.4. Το Εικονικό Περιβάλλον

Εικονικό δε σημαίνει κατ’ ανάγκη φανταστικό. Οι εικονικοί κόσμοι μέσα στους οποίους εμβυθίζεται ο χρήστης, άλλες φορές είναι εξομοιώσεις φυσικού χώρου δηλαδή Τεχνητή Πραγματικότητα ή Artificial Reality [Krueger, 1991] και άλλες φορές είναι εντελώς φανταστικοί, όπως συμβαίνει κατά κανόνα στα βιντεοπαιχνίδια. Σε κάθε περίπτωση το ζήτημα είναι να δημιουργηθεί η εντύπωση της αισθητηριακής εμπειρίας, που θέλει το χρήστη εκ του αποτελέσματος παρόντα στον εικονικό χώρο. Προς αυτήν τη προσπάθεια υπάρχουν τρεις θεμελιώδεις έννοιες που χαρακτηρίζουν ένα εικονικό περιβάλλον: η εμβύθιση, η αλληλεπίδραση και η πλοήγηση.

Η τεχνολογικά υποστηριζόμενη εμβύθιση, όπως περιγράφηκε προηγούμενα με τις συσκευές HMD και τις στερεοσκοπικές προβολές των Caves, επιτυγχάνει την απομόνωση των εξωτερικών ερεθισμάτων από το φυσικό περιβάλλον με τεχνητό τρόπο. Οι εφαρμογές Desktop VR (Επιτραπέζια Εικονική Πραγματικότητα) [Βολιώτη και συν., 2010; Δημητριάδης και συν., 2008; Robertson et al., 1997; Zheng et al., 2010], οι οποίες θεωρούνται μια ανεξάρτητη κατηγορία εφαρμογών, επιτυγχάνουν παρόμοια αποτελέσματα στη συνειδητή αίσθηση παρουσίας ως αποτέλεσμα νοητικής συγκέντρωσης (Εμπλοκή) [Witmer & Sinfer, 1998]. Ο επιθυμητός βαθμός απομόνωσης, λοιπόν, επιτυγχάνεται με την πρόκληση των ψυχολογικών καταστάσεων της εμβύθισης και της εμπλοκής. Έτσι το εικονικό περιβάλλον αποτελεί το εν δυνάμει περιβάλλον δράσης των συμμετεχόντων.

Η εικονική κάμερα (viewport) είναι ο τρόπος για να βλέπει ο χρήστης το εικονικό περιβάλλον ομοίως με τον τρόπο που βλέπουμε στο φυσικό περιβάλλον. Η κάμερα μπορεί να είναι πρώτου προσώπου (firstperson) με έξι βαθμούς ελευθερίας, ή τρίτου προσώπου (thirdperson) (Εικόνα 9.13), ενώ συνήθως οι χρήστες έχουν τη δυνατότητα εναλλαγής μεταξύ των δύο. Στην περίπτωση της κάμερας τρίτου προσώπου μπορεί να υπάρχει ολική ή μερική θέαση ενός εικονικού σώματος (avatar) διά μέσου του οποίου ο χρήστης αποκτάει ένα εικονικό σώμα ώστε να βλέπει τον εαυτό του να κινείται στο χώρο. Παρακάτω θα εξεταστεί η έννοια του avatar σε μεγαλύτερο βάθος. Προς το παρόν λαμβάνουμε υπόψη το γεγονός ότι τα εικονικά περιβάλλοντα εξερευνώνται με την εφαρμογή κοινών κανόνων, ομοιόμορφων για όλους. Υπάρχουν κανόνες που εισάγονται εκ των προτέρων από τους σχεδιαστές του συστήματος, όπως επίσης και κανόνες που αποτελούν απόρροια των συνολικών κοινωνικών αλληλεπιδράσεων των χρηστών (cyber culture) και είναι κατά βάση, άγραφοι. Υπάρχουν, όμως, και κανόνες που διέπουν τη λειτουργία ορισμένων αυτοματισμών του εικονικού περιβάλλοντος και οι οποίοι συστηματοποιούνται, κωδικοποιούνται και τελικά γενικεύονται υπό τον όρο Τεχνητή Ευφυΐα του συστήματος.

Εικόνα 9.13.Εικονική κάμερα πρώτου προσώπου (αριστερά) και τρίτου προσώπου (δεξιά) από εφαρμογή παρακολούθησης της ενεργειακής κατανάλωσης κτιρίων [EcoBuilding Project, Ioannidis et al., 2015]

Τα εικονικά περιβάλλοντα που εξομοιώνονται είναι είτε επικίνδυνα στην πραγματική τους εκδοχή (π.χ. ηφαιστειακό ή ραδιενεργό περιβάλλον), είτε κρύβουν την πιθανότητα ενδεχόμενου λάθους από πλευράς χειριστών, το οποίο εκτιμάται ότι θα μπορούσε να αποβεί μοιραίο (π.χ. εκμάθηση χειρισμού αεροσκάφους). Σε άλλες περιπτώσεις τα εικονικά περιβάλλοντα αποτελούν το μοναδικό τρόπο επαφής με ένα περιβάλλον, όπως συμβαίνει στο μακρόκοσμο (π.χ. στην εξερεύνηση ενός γαλαξία), στο μικρόκοσμο (π.χ. εξομοίωση υποατομικών φαινομένων), ή σε δυσπρόσιτα/απόκοσμα περιβάλλοντα (π.χ. μελέτη του ναυαγίου του Τιτανικού).

Σε ιδιαίτερες περιπτώσεις ένα εικονικό περιβάλλον μπορεί να προσφέρει επιπλέον κίνητρα για συμμετοχή. Πιο συγκεκριμένα, ο μόνος λόγος της δημιουργίας μιας εφαρμογής ΕΠ γύρω από αυτά τα περιβάλλοντα είναι καθαρά η παροχή κινήτρων. Τα κίνητρα αυτά αφορούν στη συχνότητα χρήσης ή στη συνολική διάρκεια ενεργητικής εμπλοκής, όπως συμβαίνει συχνά με τις εκπαιδευτικές εφαρμογές.

Τα εικονικά περιβάλλοντα δημιουργούνται κατά βάση με σχεδιαστικό λογισμικό (CAD) και μια σειρά από βοηθητικά εργαλεία που συμπληρώνουν την ανάπτυξη περιεχομένου. Οι εικονικοί χαρακτήρες, αν και εισάγονται στο εικονικό περιβάλλον για να δράσουν όπως σχεδιάστηκαν, δε θεωρούνται μέρος του περιβάλλοντος. Οι περισσότεροι επιστήμονες και επαγγελματίες του χώρου συμφωνούν ότι εικονικό περιβάλλον είναι: α) το σταθερό και αμετάβλητο μέρος του εικονικού κόσμου (αρχιτεκτονική) μαζί με β) τα ενεργά αντικείμενα που εισάγονται στο εσωτερικό του (αντικείμενα που αλληλεπιδρούν με τους χρήστες) και γ) η τεχνητή ευφυΐα του συστήματος, η οποία ρυθμίζει τη συμπεριφορά διαφόρων ορατών και αόρατων οντοτήτων (π.χ. καιρικές συνθήκες, χλωρίδα και πανίδα, ανίχνευση παραβίασης κοινά συμφωνημένων κανόνων, συμβολική επιβράβευση χρηστών).

9.3.5. Τα avatars

Η έννοια του avatar είναι θεμελιώδης για τις εφαρμογές ΕΠ καθώς αυτή θα αποτελέσει το όχημα με το οποίο ο χρήστης θα εξερευνήσει τον εικονικό χώρο και θα παράγει δράση. Επίσης, συνήθως, είναι η πρώτη εικόνα στα μάτια του χρήστη με την είσοδό του στο σύστημα ΕΠ με ό,τι συνεπάγεται αυτό για την κέντριση του ενδιαφέροντός του.

Τα avatars δεν είναι μόνο χρήσιμα στην προσπάθεια να πειστεί ο χρήστης ότι πράγματι βρίσκεται μέσα στον εικονικό κόσμο, αλλά αποτελούν μέσο θέασης των άλλων επισκεπτών του εικονικού κόσμου οι οποίοι, συνήθως, είναι απομακρυσμένοι επισκέπτες (distant visitors) αλλά μοιράζονται τον ίδιο χώρο. Χώρος για κοινωνικές αλληλεπιδράσεις υπάρχει άφθονος στα πολυχρηστικά περιβάλλοντα ΕΠ (Multiuser Virtual Environments -MUVE’s), όπως είναι το SecondLife, τοSmeet, το IMVU, το InWorldz , το ActiveWorlds και άλλα. Οι χρήστες σε αυτά τα περιβάλλοντα ονομάζονται πολίτες (residents) και κατοικούν σε εικονικές πόλεις όπου διαδραματίζονται κοινωνικά, επιστημονικά, εμπορικά και εκπαιδευτικά γεγονότα κοινού ενδιαφέροντος. Επίσης έχει γίνει αναφορά στο σύνολο αυτών των αλληλεπιδράσεων ως εναλλακτικές πραγματικότητες που δομούνται με ποικίλους τρόπους [Ensslin, 2011].

Με τη χρήση των avatars, λοιπόν, ο ένας επισκέπτης έχει επίγνωση της παρουσίας του άλλου, ενώ η εμφάνιση των avatars υποδηλώνει συχνά τα προνόμια που έχει ο χρήστης του μέσα στον εικονικό χώρο∙ το avatar είναι φορέας των ενδυματολογικών επιλογών του χρήστη που το κινεί, και της κοινωνικής θέσης ή της κατάστασης που βρίσκεται (status) μέσα στον εικονικό κόσμο. Παρόλο, δηλαδή, που ένας επισκέπτης μπορεί να μη γνωρίζει τίποτα εκ των προτέρων για ένα avatar που συναντάει στο εικονικό περιβάλλον, από την όψη του και μόνο θα πρέπει να μπορεί να συμπεράνει κάποια βασικά χαρακτηριστικά όπως αν είναι χρήστης ή ευφυής πράκτορας (intelligent agent) και τις δυνατότητες επικοινωνίας μαζί του. Εξάλλου, οι εικονικοί χαρακτήρες για να είναι αληθοφανείς (human‐like) θα πρέπει να επιδεικνύουν την κατάλληλη συμπεριφορά [Khular & Badler, 2001].

Οι χρήστες μπορούν να χρησιμοποιήσουν ένα έτοιμο avatar ή να κατασκευάσουν το προφίλ του δικού τους εικονικού χαρακτήρα. Πολλοί σχεδιαστές αφήνουν ένα μέρος της εξωτερικής εμφάνισης στην ελεύθερη επιλογή του χρήστη ώστε να εξυπηρετήσουν την προσωποποίηση της εμφάνισης του avatar και επομένως να ενισχύσουν περισσότερο τη σχέση που αναπτύσσεται μεταξύ των χρηστών και των ιδεατών προσώπων τους.

Ένα μεγάλο κεφάλαιο στην εν γένει εμφάνιση και εκδηλούμενη συμπεριφορά ενός avatar είναι οι εκφράσεις του προσώπου. Η πιθανότητα να αποτυπώνει ένα avatar εκφράσεις του προσώπου του χρήστη του είναι σπάνια στις εμπορικές εφαρμογές ευρείας χρήσης, λόγω των εγγενών δυσκολιών στην κατασκευή και αναπαραγωγή τους. Η μελέτη της συμπεριφοράς του ματιού (Oculesics) είναι μέρος του κινησιολογικού τμήματος (Kinesics) της μη-λεκτικής επικοινωνίας. Επίσης, απαιτείται ειδικός εξοπλισμός όπως κάμερα προσώπου και ανιχνευτής της κίνησης των ματιών, για να μεταφερθεί σε πραγματικό χρόνο η έκφραση του προσώπου. Σε απλές περιπτώσεις οι εκφράσεις αποτελούνται από προσχεδιασμένες κινήσεις των δομικών στοιχείων του προσώπου του avatar που αναπαράγονται σε επιλεγμένες χρονικές στιγμές (π.χ. σε περίπτωση νίκης, μια έκφραση ενθουσιασμού, ή μιας έκφρασης αποστροφής για ένα δυσάρεστο γεγονός).

9.4. Πλοήγηση, Αλληλεπίδραση και Επικοινωνία

Στόχος της ΕΠ είναι να προσφέρει πολυαισθητηριακή αλληλεπίδραση μέσα από τέσσερις κύριες αισθητηριακές συνιστώσες: την οπτική, την ακουστική, την κινηματική και την απτική. Η συμβολή των παραπάνω συνιστωσών στη διαμόρφωση της τελικής εμπειρίας του χρήστη είναι καθοριστική. Στις παρακάτω παραγράφους θα περιγραφούν τα πιο ενεργητικά χαρακτηριστικά της αλληλεπίδρασης του χρήστη με το εικονικό περιβάλλον. Αυτά είναι: η πλοήγηση, η αλληλεπίδραση με τον εικονικό κόσμο και η επικοινωνία με άλλους επισκέπτες.

Η πλοήγηση είναι η περιήγηση στον εικονικό κόσμο και το σύνολο των δυνατοτήτων μεταφοράς από το ένα σημείο του εικονικού χώρου προς ένα άλλο. Αποτελεί δε απαραίτητη προϋπόθεση για την ουσιαστική συμμετοχή των χρηστών στον 3Δ εικονικό χώρο. Κατά αντιστοιχία με την κατανόηση του φυσικού χώρου και των σχέσεων των αντικειμένων μέσα σε αυτόν (special relations), αναπτύσσεται έμφυτα η ικανότητα ερμηνείας του εικονικού χώρου και των ιδιοτήτων του από τους χρήστες χωρίς καταβολή οποιασδήποτε επιπλέον προσπάθειας [Παλιόκας 2007]. Οι χρήστες διά μέσου των avatars που τους εκπροσωπούν στον εικονικό κόσμο, δημιουργούν τις δικές τους μικρές ιστορίες και διαδρομές.

Στις επιπλέον δυνατότητες πλοήγησης συμπεριλαμβάνεται το teleportation το οποίο είναι η αυτόματη μεταφορά σε άλλο σημείο του ίδιου ή συγγενούς εικονικού κόσμου χωρίς την κάλυψη της ‘φυσικής’ απόστασης που χωρίζει τα δύο σημεία εκκίνησης και τερματισμού. Η πλοήγηση γίνεται, συνήθως, με τη χρήση του πληκτρολογίου, παλαιότερα με το joystick, ενώ πιο μοντέρνες πρακτικές κάνουν χρήση της αναγνώρισης στάσεων του σώματος ή χειρονομιών (gesture recognition).

Ένας εικονικός κόσμος, ως περιβάλλων χώρος, καλλιεργεί τις προϋποθέσεις για δημιουργία αλληλεπιδράσεων μεταξύ ανθρώπων και αντικειμένων, όπως επίσης και μεταξύ ανθρώπων. Ποιες δυνατότητες αλληλεπίδρασης θα δώσει η δημιουργική ομάδα στους χρήστες εξαρτάται από το γενικότερο σκοπό του εικονικού κόσμου, τις πληροφορίες, την οργάνωση και τις διαδικασίες που διαδραματίζονται μέσα σε αυτόν. Πάντως, ορισμένα, και όχι όλα τα αντικείμενα του εικονικού κόσμου, είναι ενεργά υπό την έννοια ότι μπορεί ένας χρήστης να προκαλέσει μια ενέργεια πάνω σε αυτά.

Επίσης, υπάρχουν ενέργειες που οδηγούν σε μεταβολή/αναδιάταξη μεταβλητών του ίδιου του χώρου, ή ενέργειες πλοήγησης που καλούνται μέσα από ενεργά αντικείμενα τα οποία λειτουργούν ως συνδέσεις (links). Οι συνδέσεις αυτές μπορεί να είναι εσωτερικές ως προς τον εικονικό κόσμο ή εξωτερικές προς τον Παγκόσμιο Ιστό.

Η αναγνώριση χειρονομιών εφαρμόζεται και στον έλεγχο των αλληλεπιδράσεων, όπως είναι η επιλογή ενός αντικειμένου και η εφαρμογή μιας προκαθορισμένης ενέργειας πάνω του (Εικόνα 9.14). Οι χειρονομίες μπορεί να μιμούνται τη χρήση φυσικών αντικειμένων (π.χ. εκτέλεση βολών με μπάλα του μπάσκετ) ή να είναι χειρονομίες ελέγχου του περιβάλλοντος.

Εικόνα 9.14.Ψυχαγωγική και αθλητική εφαρμογή (παιχνίδι μπάσκετ σε εικονικό γήπεδο) στην οποία το σύστημα αναγνωρίζει τις κινήσεις του παίκτη με κάμερες RGBD.

Οι δράσεις των χρηστών στο εσωτερικό του εικονικού κόσμου εμπλουτίζονται με το αποτέλεσμα προσποιητών φυσικών δυνάμεων ή φυσικών φαινομένων (π.χ. αλλαγή καιρού, ηλιακή διαδρομή, βαρύτητα). Υπάρχει η εντύπωση και η αντίληψη της ροής του χρόνου (Chronemics). Επίσης, μπορεί να δίνεται η ψευδαίσθηση του κόπου (πχ. μείωση δύναμης ή αντοχής του avatar) και άλλων περιορισμών του φυσικού κόσμου οι οποίες λειτουργούν συμπληρωματικά προς τα άλλα χαρακτηριστικά πλοήγησης και αλληλεπίδρασης.

Το μέρος της ηχητικής πληροφορίας το οποίο, όμως, δεν είναι λεκτικό αποδίδει συμπληρωματικά σε διάφορες ενέργειες και φαινόμενα που συμβαίνουν μέσα στον εικονικό κόσμο. Μερικά παραδείγματα από τέτοια φαινόμενα είναι ο ήχος του ανέμου, η αυτοματοποιημένη ηχητική συμπεριφορά παρευρισκόμενων ζώων, ενέργειες προκαλούμενες άμεσα ή έμμεσα από ένα avatar, όπως είναι το περπάτημα, το τρέξιμο, το άνοιγμα μιας πόρτας κ.ά.

Η οσφρητική αντίληψη (Olfactics) στις εφαρμογές ΕΠ συναντάται εξαιρετικά σπάνια και απαιτεί πολύ εξειδικευμένες συσκευές αναπαραγωγής οσμών. Στην αδυναμία απόδοσης οσφρητικής πληροφορίας προτείνεται η ψευτο-οσφρητική έκφραση μέσα από ενστικτώδεις αντιδράσεις ενός avatar. Για παράδειγμα, όταν ένα avatar εισέρχεται σε χώρους που υποτίθεται ότι εκπέμπουν δυσάρεστες οσμές ή έρχεται σε επαφή με ένα δύσοσμο αντικείμενο, εκτελείται μια κίνηση προσώπου (facial animation) για να εκφράσει με μη οσφρητικό τρόπο την αποστροφή του avatar. Αυτές οι αυτόματες αντιδράσεις συμβαίνουν χωρίς την ενεργή επιλογή του χρήστη και ανήκουν στη συμπεριφορά που προκαλείται από την τεχνητή ευφυΐα του συστήματος.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η αλληλεπίδραση με τον εικονικό κόσμο γίνεται ενστικτωδώς από τους χρήστες και, συνήθως, δεν απαιτείται καμία εκμάθηση νέων κανόνων πλοήγησης ή χειρισμού αντικειμένων από τους νέους χρήστες, εφόσον αυτοί γνωρίζουν πώς να χειρίζονται τα αντίστοιχα αντικείμενα του υπαρκτού κόσμου με φυσικό τρόπο. Υπάρχουν βέβαια και ορισμένες διαφοροποιήσεις προς διευκόλυνση των χρηστών, όπως για παράδειγμα το γεγονός ότι στο φυσικό κόσμο δεν είναι δυνατή η ενεργοποίηση ή επιλογή ενός αντικειμένου από απόσταση, ενώ στα εικονικά περιβάλλοντα αυτό τείνει να γίνει συνηθισμένο και αναμενόμενο (π.χ. επιλογή οχήματος από απόσταση).

Η μορφή της επικοινωνίας που θα αναπτυχθεί ανάμεσα στους χρήστες καθορίζεται από τις τεχνολογικές δυνατότητες της εφαρμογής ΕΠ και το σύνολο των μέσων που χρησιμοποιούνται. Η επικοινωνία δίνει πολλές δυνατότητες, μπορεί να είναι σύγχρονη, ασύγχρονη, ένας-προς-πολλούς, ένας-προς-έναν, μπορεί θα βασίζεται σε μηνύματα απλού κειμένου, φωνή σε πραγματικό χρόνο (voice chatting), βίντεο-επικοινωνία, ή συνδυασμός των παραπάνω. Οι επισκέπτες ανταλλάσουν γνώμες περί της εμπειρίας τους στον εικονικό κόσμο, προσφέρουν βοήθεια ο ένας στον άλλο για την εξερεύνηση του χώρου ή εργάζονται πάνω σε μια κοινή εργασία. Η επικοινωνία πραγματικού χρόνου απαιτεί δύο ή περισσότερους επισκέπτες στον ίδιο εικονικό χώρο, αλλά χωρίς την απαίτηση της χωρικής συνάντησης (στο ίδιο σημείο του εικονικού περιβάλλοντος). Στην επικοινωνία αυτής της μορφής, απομακρυσμένοι στον εικονικό χώρο επισκέπτες μπορούν να συνομιλούν με εικονικά κινητά τηλέφωνα ή άλλες παρόμοιες εικονικές συσκευές ή να συνομιλούν όλοι μεταξύ τους χωρίς γεωγραφικούς περιορισμούς (και ως προς τον πραγματικό κόσμο και ως προς τον εικονικό). Επιπλέον, σε ορισμένες υλοποιήσεις, κυρίως εκπαιδευτικού χαρακτήρα, είναι δυνατός ο διαμοιρασμός ενός κοινού χώρου ανταλλαγής γραπτού λόγου και διαγραμμάτων, όπως συμβαίνει με τις εφαρμογές διαμοιρασμού μαυροπίνακα (blackboard sharing).

Τα χαρακτηριστικά της εμφάνισης, του τρόπου πλοήγησης και της αλληλεπίδρασης χαρακτηρίζουν τη γενικότερη αίσθηση παρουσίας και τη συνολική εμπειρία που αποκομίζει ο τελικός χρήστης. Σε αυτό συμμετέχουν [Παλιόκας & Κέκκερης, 2007]:

• Τα μορφικά χαρακτηριστικά του χώρου που επαναλαμβάνονται, όπως στοιχεία αρχιτεκτονικής, οι ταπετσαρίες στους τοίχους και η υφή των αντικειμένων, η μινιμαλιστική ή παραδοσιακή επίπλωση/εξοπλισμός.
• Τα κινησιολογικά χαρακτηριστικά, όπως η κίνηση των avatars στο χώρο, οι εκφράσεις του προσώπου, ο τρόπος χρήσης της προοπτικής απεικόνισης.
• Τα αλληλεπιδραστικά χαρακτηριστικά μεταξύ των επισκεπτών, του επισκέπτη και των αντικειμένων, του επισκέπτη και της τεχνητής ευφυΐας, είτε πρόκειται για πράκτορες (agents) είτε για πιο απλούς αυτοματισμούς, όπως άνοιγμα-κλείσιμο πόρτας, λειτουργία ασανσέρ, teleportation και προειδοποιητικά μηνύματα.

9.5. Αρχιτεκτονικές και Πρότυπα

9.5.1. Γενική Αρχιτεκτονική

Ο Επεξεργαστής Εισόδου είναι η μονάδα του συστήματος ΕΠ η οποία επεξεργάζεται τις διαδικασίες σημάτων εισόδου. Τα σήματα προέρχονται από τις συσκευές εισόδου, δηλαδή το πληκτρολόγιο, το ποντίκι, το μικρόφωνο, την ιχνόσφαιρα (trackball), την πινακίδα αφής (TouchPad), τα χειριστήρια (joystick), τους διάφορους ανιχνευτές θέσης (position trackers) όπως είναι τα γάντια ΕΠ, ο ανιχνευτής κίνησης του κεφαλιού, οι φόρμες και άλλα. Σ’ ένα τοπικό σύστημα, τα σήματα εισέρχονται στην κεντρική μονάδα με ενσύρματο τρόπο ή ασύρματα, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες Bluetooth. Στα δικτυακά συστήματα ΕΠ η επεξεργασία γίνεται με σήματα που καταφτάνουν από απομακρυσμένα σημεία μέσω γνωστών δικτυακών πρωτοκόλλων.

Ο πιο σημαντικός παράγοντας στη λειτουργία του επεξεργαστή εισόδου είναι η ταχύτητα λήψης και προώθησης των ψηφιακών σημάτων σε όλα τα μέρη του συστήματος. Ακόμη και μια μικρή καθυστέρηση στην ανταπόκριση του συστήματος λόγω καθυστέρησης στην παράδοση ενός σήματος εισόδου, μπορεί να αποβεί επιζήμια για την εμπειρία του χρήστη.

Στον επεξεργαστή εισόδου εδράζεται η αρχική επεξεργασία που δέχονται τα σήματα. Η αναγνώριση χειρονομιών για παράδειγμα λαμβάνει ως είσοδο τα δεδομένα του γαντιού και ανιχνεύει πότε ο χρήστης έχει κάνει μια χειρονομία. Παρόμοια, η αναγνώριση φωνής παρακολουθεί, συνεχώς, τη φωνητική ροή από το μικρόφωνο και ανιχνεύει λέξεις ή φράσεις που αποτελούν εντολές για το σύστημα.

Ο Εξομοιωτής είναι η μονάδα του συστήματος η οποία, όπως αποκαλύπτει και το όνομά της, δημιουργεί τον εικονικό κόσμο μέσα από μια εφαρμογή εξομοίωσης. Οι διαδικασίες του εξομοιωτή επεξεργάζονται τις θέσεις και τον προσανατολισμό κάθε αντικειμένου του εικονικού περιβάλλοντος και ανιχνεύει συγκρούσεις (Collision Detection) μεταξύ αντικειμένων. Επίσης, εκτελεί τον κώδικα της δυναμικής συμπεριφοράς των ενεργών αντικειμένων, των κανόνων της φυσικής και διατηρεί, συνεχώς, ενημερωμένη την κατάσταση του εικονικού κόσμου στην κάθε του λεπτομέρεια. Η ροή του χρόνου αποτελεί ένα επιπλέον αλλά πολύ σημαντικό στοιχείο που κάνει όλα τα εμπλεκόμενα μέρη να συγχρονίζονται μεταξύ τους.

Ο συντονισμός για τον εξομοιωτή δε σταματάει, όμως, εδώ. Στις περιπτώσεις που ο εικονικός χώρος χωρίζεται σε πολλά δωμάτια, ή κόσμους, η παρακολούθηση και η άσκηση ελέγχου πάνω σε διαφορετικά χρονικά νήματα (time tracks) γίνεται πιο απαιτητική. Στην περίπτωση αυτή, το κάθε δωμάτιο ή εικονικό περιβάλλον λειτουργεί ανεξάρτητα από τα υπόλοιπα, ή τουλάχιστον αυτή η εντύπωση πρέπει να δίνεται στους χρήστες.

Η Μονάδα Γραφικής Απόδοσης (Graphics Rendering Unit) επεξεργάζεται τις διεργασίες του εικονικού περιβάλλοντος οι οποίες αποτελούν έξοδο προς το χρήστη. Σε μια διαδικτυακή εφαρμογή η μονάδα γραφικής απόδοσης εξάγει δεδομένα προς άλλες δικτυακές διεργασίες, όπως για παράδειγμα η ανάγνωση της κατάστασης ενός εικονικού κόσμου από τον εξομοιωτή και η άμεση αντίδραση με γεγονότα ορατά στο χρήστη. Η οπτική απόδοση (η πιο συνηθισμένη διεργασία της μονάδας) προσπαθεί να διατηρήσει ένα σταθερό και όσο το δυνατόν πιο υψηλό ρυθμό ανανέωσης της εικόνας εξόδου. Ο ρυθμός ανανέωσης μετράται σε στάσεις, ή πλαίσια ανά δευτερόλεπτο (frames per second-fps) και εκφράζει την ταχύτητα ανανέωσης του οπτικού μέρους που γίνεται σήμα εξόδου προς τις οθόνες, τους προβολείς, ή το HMD. Ένας ρυθμός ανανέωσης 25 fps θεωρείται τυπικός και αναμενόμενος. Αυτό περίπου είναι και το όριο αντίληψης της ροής για το ανθρώπινο μάτι. Οι κινήσεις, δηλαδή, που συμβαίνουν στο εσωτερικό του εικονικού κόσμου γίνονται αντιληπτές ως συνεχείς στη ροή του χρόνου, χάρη στο ρυθμό ανανέωσης. Όσο πιο υψηλός είναι αυτός, τόσο πιο ποιοτική είναι η εξομοίωση στη διάσταση του χρόνου. Οι μέθοδοι επεξεργασίας των σκηνών βασίζονται στην εφαρμογή των αλγορίθμων σχεδίασης που εξετάστηκαν στο κεφάλαιο της Σχεδίασης (Γραμμές σάρωσης, Z-buffer, κτλ.) σε κάθε αντικείμενο που συμμετέχει σε μια σκηνή, υπολογισμού των ορατών ακμών, απόδοσης χρώματος και υφής και της επίδρασης που έχουν τα συνήθη στοιχεία φωτισμού, όπως θα περιγραφούν λίγο παρακάτω.

Η διατήρηση ενός υψηλού ρυθμού ανανέωσης γίνεται συχνά αιτία να απορριφθεί μια αργή φωτορεαλιστική μέθοδος, όπως είναι η raytracing ή η radiocity. Πολύ συχνά, η τόσο υψηλή ποιότητα φωτορεαλισμού θυσιάζεται, προκειμένου να κινηθεί ο εικονικός κόσμος με μεγαλύτερη φυσικότητα και να εξελιχθούν τα φαινόμενα που συμβαίνουν εκεί με όσο το δυνατόν πιο ρεαλιστικό τρόπο. Η υπερβολική προσήλωση στην ποιότητα του φωτορεαλισμού ενδεχομένως να επηρεάσει την απόκριση του συστήματος στις κινήσεις του χρήστη, όπως για παράδειγμα σε μια αλλαγή γωνίας στην κάμερα πρώτου προσώπου∙ θα καθυστερούσε υπερβολικά η πλοήγηση στο χώρο και η εμπειρία του χρήστη θα ήταν απογοητευτική.

Τι γίνεται, όμως, στην περίπτωση που η φωτορεαλιστική απόδοση του εικονικού κόσμου είναι απαραίτητη; Στην αρχιτεκτονική και στη διακόσμηση εσωτερικών χώρων για παράδειγμα, η φωτορεαλιστική απόδοση είναι ένα από τα βασικά ζητούμενα. Σε αυτές τις περιπτώσεις, δημιουργούνται προ-επεξεργασμένες και μη-διαδραστικές διαδρομές. Γι’ αυτό το λόγο οι αρχιτεκτονικού ενδιαφέροντος εικονικές περιηγήσεις, συνήθως, γίνονται από παθητικά συστήματα. Ο χρόνος γραφικής απόδοσης της σκηνής και της διαδρομής μέσα σε αυτήν είναι μεν αρκετός (εξαρτώμενος από τη σύνθεση του υπολογιστή, αλλά, συνήθως, μετράται σε ώρες), ωστόσο η αναπαραγωγή του γίνεται σε πραγματικό χρόνο (εντός του ορίου των 25 fps).

Η Μονάδα Ηχητικής Απόδοσης (Auditory Rendering Unit) είναι μια μονάδα πολύ κοντά στη μονάδα γραφικής απόδοσης. Ο ρόλος της είναι να επεξεργάζεται και να αναπαράγει το ηχητικό μέρος σε συγχρονισμό με το οπτικό. Η ηχητική απόδοση είναι πιο εντυπωσιακή στον τρισδιάστατο ήχο (3D audio). Σύμφωνα με αυτό, τα ακουστικά στοιχεία (audio components) τοποθετούνται σε συγκεκριμένα σημεία του εικονικού περιβάλλοντος και έχουν μια σειρά από ιδιότητες όπως είναι ο προσανατολισμός, η βηματική σβέση του ακουστικού σήματος, η ευρύτητα και η συνολική απόσταση που διανύει ο ήχος πριν αποσβεστεί πλήρως. Τα ηχητικά στοιχεία θα περιγραφούν πιο αναλυτικά σε ξεχωριστό υποκεφάλαιο λίγο παρακάτω.

Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούν μια συνάρτηση που ονομάζεται Head Related Transfer Function (HRTF) η οποία μοντελοποιεί τις κινήσεις του κεφαλιού για να εξομοιώσει τον 3D ήχο. Μια υπολογίσιμη επιβάρυνση στον υπολογιστικό φόρτο, η HRTF υπολογίζει την κρουστική απόκριση που δημιουργεί μια πηγή ήχου τοποθετημένη μέσα στο εικονικό περιβάλλον. Αντίθετα με άλλες τεχνικές και μεθόδους που θεωρούν σταθερό σημείο ακρόασης (π.χ. η τεχνική Dolby Surround), η HRTF υπολογίζει εκ νέου για κάθε νέα θέση μιας εικονικής διαδρομής (path) του χρήστη το ποσοστό και το είδος του φιλτραρίσματος του ήχου σε κάθε ακουστικό.

Σημείωση: Στο φυσικό κόσμο, η ανατομία του αυτιού και του κεφαλιού δημιουργεί μια συνάρτηση που ονομάζεται Anatomic Transfer Function (ATF) και η οποία, όπως και η HRTF, βασίζεται στην ανατομία διαφόρων μερών του ανθρώπινου σώματος (εκτός του κεφαλιού) και μάς βοηθάει στη λύση της απορίας από πού προέρχεται ένας ήχος. Αλλοιώνοντας ελαφρώς τη φασματική σύνθεση του ήχου, δηλαδή, λαμβάνοντες υπόψη τις χρονικές διαφορές στα δύο αυτιά (Interaural Time Differences - ITD) και τις διαφορές στην ένταση του ήχου (Interaural Level Differences - ILD), το ανθρώπινο ακουστικό σύστημα μπορεί να κατασκευάσει την ‘ηχητική εικόνα’ του περιβάλλοντος γύρω μας.

Στο χώρο του κινηματογράφου, όπου βρίσκει πρακτική εφαρμογή η μέθοδος Vector Based Amplitude Panning (VBAP) της DolbySurround [Pulkki, 1997], αντιστοιχίζεται η κατεύθυνση της πηγής του ήχου με αναπροσαρμογές στην ένταση του κάθε ηχείου, έτσι ώστε να προσομοιωθεί η ηχητική εμπειρία. Πάντως, από ψυχοακουστικής άποψης ο 3Δ ήχος δεν έχει απαλλαγεί εντελώς από προβλήματα όπως είναι η δυσκολία εντοπισμού της πηγής του ήχου (πρόβλημα ηχοεντοπισμού) (Εικόνα 9.15). Αυτή είναι η εγγενής δυσκολία εντοπισμού της κατεύθυνσης και της απόστασης μιας ηχητικής πηγής. Συνολικά, η μονάδα ηχητικής απόδοσης αναλαμβάνει να μεταφέρει την ηχητική αντίληψη από το φυσικό περιβάλλον στο εικονικό με δεδομένα δύο είδη προβλημάτων: α) αυτά τα οποία ήδη υπάρχουν στον πραγματικό κόσμο, και β) τα προβλήματα που δημιουργούνται εξαιτίας της παραγωγής του ήχου στο εικονικό περιβάλλον.

Σημείωση: Ενώ ο ηχοεντοπισμός προσφέρει ένα σημαντικό εξελικτικό πλεονέκτημα στο ζωικό βασίλειο, η μεταφορά της συνάρτησης ATF στον εικονικό κόσμο δεν είναι εύκολη για αντικειμενικούς λόγους. Η ανατομία του άνω μέρους του σώματος χάνεται σαν πληροφορία, με αποτέλεσμα ο ηχοεντοπισμός να υφίσταται εξασθένιση. Επίσης, στο φυσικό κόσμο υπάρχει ένα ακόμη φαινόμενο που ονομάζεται κώνος της σύγχυσης (cone of confusion). Σύμφωνα με αυτόν, υπάρχει μια επιφάνεια σε σχήμα κώνου με κατεύθυνση προς τα έξω του ανθρώπινου αυτιού, στα σημεία της οποίας όταν τοποθετείται μια πηγή ήχου, τότε ο ήχος δεν μπορεί να εντοπιστεί. Αυτό συμβαίνει διότι ο ήχος από τα σημεία αυτής της επιφάνειας παράγει πανομοιότυπες καθυστερήσεις φάσης και διαφορές έντασης (ITD & ILD). Έτσι, υπάρχει αντικειμενική δυσκολία στο να καταλάβουμε αν ένας ήχος προέρχεται από το μπροστινό μέρος του κεφαλιού ή το πίσω μέρος. Επίσης, δυσκολευόμαστε να καταλάβουμε το ύψος της ηχητικής πηγής σε σχέση με το ύψος των αυτιών μας.

Εικόνα 9.15.Ο κώνος της σύγχυσης (cone of confusion) είναι υπεύθυνος για τη δυσκολία εντοπισμού της πηγής του ήχου πάνω στα σημεία του, (μεγάφωνα άνω-κάτω και αριστερά-δεξιά), επειδή αυτά παράγουν πανομοιότυπες καθυστερήσεις φάσης και διαφορές έντασης.

Ανάλογα με το διαθέσιμο εξοπλισμό, σε ένα σύστημα ΕΠ εισάγονται πιο εξειδικευμένες μονάδες επεξεργασίας. Για παράδειγμα, η Μονάδα Απτικής Απόδοσης ασχολείται με την παραγωγή της αίσθησης της επαφής μεταξύ του ανθρώπου και ενός εικονικού αντικειμένου. Η εντύπωση της δύναμης (force feedback) κατανέμεται σε κάθε σημείο του γαντιού ξεχωριστά προκειμένου να εξομοιωθεί η απτική εμπειρία. Παρόλο που η εξομοίωση αυτή θεωρείται ακόμη πολύ απαιτητική, υπάρχουν σημαντικές εξελίξεις και βήματα προόδου στον ανερχόμενο αυτό επιστημονικό τομέα. Μερικά παραδείγματα από τις πιο δύσκολες εξομοιώσεις είναι η αίσθηση που αφήνει στο δέρμα το τρεχούμενο νερό και το χάιδεμα μιας γούνινης επιφάνειας. Η τρέχουσα έρευνα ασχολείται, κυρίως, με την κιναισθητική και την ανίχνευση της δράσης διαφόρων δυνάμεων που δρουν στον εικονικό κόσμο μέσω εξομοίωσης.

9.5.2. Διαδικασία Εξομοίωσης

Η εξομοίωση ως διαδικασία διατρέχει έναν κύκλο με συγκεκριμένα βήματα. Με εκκίνηση την ανίχνευση της κατάστασης εισόδου, η μοντελοποίηση της γεωμετρίας (Geometric Modeling) σχηματίζει τα πλέγματα και τις επιφάνειες των 3Δ αντικειμένων, και σε δεύτερο βήμα αποδίδει σκίαση και υφή. Στη συνέχεια δημιουργείται το κινηματικό μοντέλο (Kinematic Modeling) που περιγράφει τις κινήσεις των αρθρώσεων, των μετατοπίσεων, αυξομειώσεων και των περιστροφών στο χώρο, χωρίς να ενδιαφέρεται για τις αιτίες πρόκλησης αυτών των κινήσεων. Έπεται το φυσικό μοντέλο (Physical Modeling), το οποίο περιγράφει τις δυνάμεις που ασκούνται και τις δυναμικές αλληλεπιδράσεις στην επεξεργασία της απτικής πληροφορίας. Τέλος προστίθεται η ευφυής συμπεριφορά (Intelligent Behavior) και ο κύκλος ολοκληρώνεται με τη διαχείριση του σύνθετου αυτού μοντέλου (Model management).

Έχει σημασία να τονιστεί ο τρόπος χειρισμού των αντικειμένων ως σύνολα που έχουν σχέσεις μεταξύ τους και αλληλοεπηρεάζονται. Η κίνηση στην άρθρωση του μηρού στο πόδι ενός εικονικού σώματος μετατοπίζει και το πέλμα εφόσον το δεύτερο αποτελεί φυσική επέκταση του πρώτου και επιπλέον διαφοροποιείται η κίνησή του λόγω ύπαρξης άρθρωσης μεταξύ τους. Για να μοντελοποιηθεί λοιπόν η σχέση μεταξύ των 3Δ αντικειμένων και η σχέση μεταξύ των επιμέρους τμημάτων τους, εισάγεται η ιεραρχική μοντελοποίηση. Οι ιεραρχίες αντικειμένων είναι σύνολα αντικειμένων από τα οποία άλλα είναι γονείς (υψηλού επιπέδου) και άλλα τέκνα (χαμηλότερου επιπέδου σε σχέση με τους γονείς τους). Η κίνηση του γονέα επιφέρει αλλαγές στη κινηματική κατάσταση του τέκνου και δεν ισχύει το αντίστροφο. Στο ανώτατο επίπεδο τα ιεραρχίας τοποθετείται η οπτική γωνία και ο τρόπος θέασης της σκηνής.

9.5.3. Ανίχνευση Συγκρούσεων

Στον κύκλο της εξομοίωσης υπάρχει μεγάλος υπολογιστικός ρυθμός καθώς κάθε βήμα προσθέτει το δικό του υπολογιστικό φόρτο. Ιδιαίτερη αναφορά χρειάζεται η ανίχνευση των συγκρούσεων (Collision Detection), θέμα υψηλού ενδιαφέροντος στη κινηματική και φυσική μοντελοποίηση. Κάθε τρισδιάστατο αντικείμενο, ως εικονικό σώμα που καταλαμβάνει όγκο στον εικονικό χώρο, περιέχεται μέσα σε ένα πρωτογενές σχήμα όπως ένας κύβος (bounding box). Με βάση αυτό το σχήμα υπολογίζονται οι συγκρούσεις ενός σώματος με άλλα παρακείμενα αντικείμενα. Ένα κυβικό σχήμα όμως, δεν είναι πάντοτε η καλύτερη επιλογή για περιβάλλον σχήμα (Εικόνα 9.16), αλλά είναι το πιο βολικό για μια γρήγορη ανίχνευση σύγκρουσης.

Όταν γίνεται έλεγχος ενδεχόμενης σύγκρουσης δύο εικονικών αντικειμένων, τότε το αποτέλεσμα μπορεί αν είναι προσεγγιστικό, ακριβές, ή δυαδικό. Στο προσεγγιστικό ερώτημα η απάντηση έρχεται στη μορφή μιας προσέγγισης της απόστασης κάτω από ένα προκαθορισμένο εύρος σφάλματος. Στο ακριβές ερώτημα αναζητείται η ακριβής απόσταση μεταξύ των αντικειμένων, δηλαδή το μήκος της μικρότερης γραμμής που ενώνει τα δύο αντικείμενα. Δοσμένων δύο συνόλων Α και Β που περιγράφουν δύο αντικείμενα, η απόσταση μεταξύ τους περιγράφεται ως:

Από την άλλη, το μέγεθος επικάλυψης ορίζεται ως η ελάχιστη απόσταση κατά την οποία πρεπει να μετατοπιστεί το ένα από τα δύο αντικείμενα ώστε τελικά να μην υπάρχει επικάλυψη. Το μέγεθος επικάλυψης ορίζεται ως:

Τέλος, η δυαδική αναζήτηση σύγκρουσης απλά συγκρίνει την απόσταση μεταξύ των δύο αντικειμένων με μια προκαθορισμένη τιμή για να αποφανθεί με ένα ΝΑΙ ή ΟΧΙ (τιμές 1 ή 0 αντίστοιχα) αν τα δύο αντικείμενα συγκρούονται.

Επειδή η λεπτομερής ανίχνευση σύγκρουσης η οποία βασίζεται στο πραγματικό σχήμα των αντικειμένων είναι μια πιο αργή διαδικασία, στην πράξη προτιμάται μια υβριδική λύση δύο σταδίων. Σύμφωνα με αυτήν, πρώτα εκτελείται στα γρήγορα η ανίχνευση σύγκρουσης με κυβικά bounding boxes και σε περίπτωση θετικού αποτελέσματος (ενδείξεις σύγκρουσης), στη συνέχεια ακολουθεί η λεπτομερείς ανίχνευση σύγκρουσης για να αποφανθεί με ακρίβεια το σύστημα.

Από την άλλη πλευρά, υπάρχει η περίπτωση μια σύγκρουση να μην ανιχνευθεί. Αυτό συμβαίνει όταν η μεγαλύτερη απόσταση d μεταξύ των bounding boxes δύο αντικειμένων Α και Β είναι:

όπου v είναι η ταχύτητα του αντικειμένου Α κατά μήκος της ευθείας που ενώνει το Α με το Β. Σε μια τέτοια περίπτωση, η πολύ μεγάλη ταχύτητα ενός κινούμενου αντικειμένου είναι παράγοντας που μπορεί να οδηγήσει στην απώλεια μιας σύγκρουσης που θα ήταν αναμενόμενο να έχει συμβεί (Εικόνα 9.17).

Αλγοριθμικά, η ανίχνευση συγκρούσεων γίνεται με ελέγχους της μονάδας ελέγχου του συστήματος σε κάθε χρονική στιγμή. Έτσι, σε κάθε βήμα (step), το σύστημα είναι σε θέση να αναγνωρίζει ποια αντικείμενα εφάπτονται σε ποια για να πράξει ανάλογα. Στις Λίστες 1 έως 4, παρουσιάζονται παραδείγματα ψευδοκώδικα που υλοποιεί μια σειρά από συνήθεις ελέγχους ανάλογα με το σχήμα των υπό εξέταση αντικειμένων.

Εικόνα 9.16. Παρόλο που το avatar (αριστερά) δεν αγγίζει το αυτοκίνητο (δεξιά), το σύστημα αναγνωρίζει ότι αυτά τα δύο σώματα βρίσκονται σε επαφή διότι το περιβάλλον σχήμα του ενός αγγίζει ή εισέρχεται στο εσωτερικό του άλλου.

Εικόνα 9.17. Αποτυχία ανίχνευσης της σύγκρουσης ανάμεσα στο αντικείμενο Α και Β

9.5.4. Στοιχεία Φωτισμού

Ορισμένα κατασκευαστικά θέματα στη δημιουργία των σκηνών παρουσιάζουν ισχυρές ομοιότητες που τείνουν να θεωρηθούν πρότυπα. Αυτά είναι τα είδη και ο τρόπος λειτουργίας των φωτεινών και ηχητικών πηγών. Παρακάτω περιγράφονται τα κοινά χαρακτηριστικά των πηγών φωτισμού που συναντώνται στις εφαρμογές ΕΠ.

Για να διατηρηθεί υψηλό το επίπεδο της επεξεργασίας του φωτός (lighting effects), στη φάση του σχεδιασμού μιας σκηνής, η μελέτη φωτός γίνεται πάνω σε αντικείμενα χωρίς υφή. Σύμφωνα με αυτήν την πρακτική, όλα τα αντικείμενα εμφανίζονται λευκά όταν φωτίζονται και σκούρα γκρι όταν δε φωτίζονται ή βρίσκονται σε μεγάλο βάθος ή μεγάλη απόσταση από φωτιστικά στοιχεία. Η μελέτη φωτός απαιτεί πολύ χρόνο καθώς με επαναληπτικές δοκιμές σωστού και λάθους (trial and error) οι σχεδιαστές αναζητούν μια ισορροπημένη κατανομή των φωτιστικών στοιχείων στο χώρο και της επίδρασης που έχουν αυτά πάνω στα αναπαριστώμενα αντικείμενα.

Γενικά, υπάρχουν τρία είδη πηγών φωτισμού, όπως αρχικά είχαν καθοριστεί από το πρότυπο της VRML το 1997, αλλά χωρίς να διαφέρουν αισθητά από άλλα πρότυπα. Κάθε είδος έχει με τα δικά του χαρακτηριστικά που το κάνουν να ξεχωρίζει από τα υπόλοιπα (Πίνακας 9.3).

Η κατευθυντική πηγή φωτισμού (Directional Light) , όπως ειπώθηκε και στο κεφάλαιο του φωτισμού (Κεφάλαιο 6), είναι μια πηγή με παράλληλες ακτίνες τοποθετημένη στο άπειρο. Το φυσικό της ανάλογο είναι ο Ήλιος ο οποίος φωτίζει όλα τα αντικείμενα από την ίδια κατεύθυνση κάθε φορά. Μια κατευθυντική πηγή φωτός δεν έχει συγκεκριμένη θέση μέσα στον εικονικό χώρο, παραδεχόμαστε ότι βρίσκεται πολύ μακριά (σε άπειρη απόσταση). Διαθέτει χρώμα (π.χ. τιμή RGB) και φωτεινότητα (ένταση φωτός) και φωτίζει όλα τα ορατά αντικείμενα διαπερνώντας κάθετα και οριζόντια την ιεραρχία των κόμβων μιας σκηνής. Η γραφική αναπαράσταση ενός κατευθυντικού φωτός παρουσιάζεται στην πρώτη γραμμή του πίνακα.

Το σημειακό φως είναι το εικονικό ανάλογο της λάμπας (γλόμπος). Έχει ιδιότητες όπως θέση στον 3Δ χώρο (x,y,z), αλλά όχι προσανατολισμό, καθώς φέγγει ομοιόμορφα προς όλες τις κατευθύνσεις. Εκτός από ένταση και χρώμα, διαθέτει ιδιότητες απόστασης στην οποία μπορεί να φωτίζει αντικείμενα. Εναλλακτικά, η βηματική εξασθένηση μπορεί να δίνεται ως συντελεστής εξασθένησης στον τύπο [Web 3D Consortium, 2015]:

Όπου I είναι η ένταση του φωτός σε απόσταση R από τη σημειακή πηγή και οι συντελεστές Α, Β και C αναπαριστούν τρία επίπεδα απόσβεσης: 1) αντιστρόφως ανάλογα της απόστασης από τη σημειακή πηγή, 1) αντιστρόφως ανάλογα με το τετράγωνο της απόστασης και 3) ένα σταθερό συντελεστή.

Πίνακας 9.3. Είδη στοιχείων φωτισμού και ιδιότητες αυτών

Τύπος πηγής φωτισμού	Παράδειγμα VRML	Ιδιότητες
(a) Directional Light (Ήλιος)	Directional Light { on TRUE intensity 1 ambient Intensity 0 color 1 1 1 direction 0 -1 0}	On: θέτει το φως on ή off Intensity: τιμές από 0.0 έως 1.0 (δυνατότερο φως) Ambient Intensity: τιμές από 0.0 έως 1.0 Color: τιμέςRGB Direction: Ένα διάνυσμα παράλληλα με το οποίο θα ταξιδεύουν οι ακτίνες του φωτός
(b)Point Light (λάμπα)	Point Light { on TRUE intensity 1 ambient Intensity 0 color 1 1 1 location 0 0 0 attenuation 1 0 0 radius 10}	On:-όπως παραπάνω- Intensity:- όπως παραπάνω – Ambient Intensity:-όπως παραπάνω – Color:- όπως παραπάνω – Location: συντεταγμένες της φωτεινής πηγής Attenuation: τιμές>0 για εξασθένηση της έντασης του φωτός (αρχική τιμή 100). Radius: τιμές>0 για μέγιστη απόσταση που φτάνει το φώς
(c) Spot Light (προβολέας)	Spot Light { on TRUE intensity 1 ambient Intensity 0 color 1 1 1 location 0 0 0 direction 0 0 0 attenuation 1 0 0 radius 100 cut Off Angle 0.78 beam Width 1.57 }	On:- όπως παραπάνω - Intensity:- όπως παραπάνω - Ambient Intensity:- όπως παραπάνω - Color:- όπως παραπάνω - Location: - όπως παραπάνω - Direction: - όπως παραπάνω - Attenuation: - όπως παραπάνω - Radius: - όπως παραπάνω - Cut Off Angle&Beam Width: Δέσμη του προβολέα

Ένα παράδειγμα δημιουργίας σημειακού φωτός φαίνεται στη λίστα Λίστα 9.5. Αυτή η πηγή μπορεί να φωτίζει όλα τα αντικείμενα μέχρι απόσταση 200 μονάδων απόστασης (εικονικά ‘μέτρα’) χωρίς καμία εξασθένηση. Για αντικείμενα που βρίσκονται σε απόσταση από την πηγή 200 μονάδων απόστασης και πάνω ισχύουν οι υπόλοιποι συντελεστές εξασθένησης της setAttenuation (coefficientA=10 σταθερός, coefficientB=0.05 γραμμικός και coefficientC=0.008 τετραγωνικός). Οι παραπάνω ρυθμίσεις δίνουν ένα αρκετά ρεαλιστικό αποτέλεσμα, αν και στην πράξη η βέλτιστη λύση αναζητείται μέσα από πολλούς κύκλους δοκιμής και λάθους. Σε κάθε βήμα αλλάζουν κατά λίγο οι ρυθμίσεις και ελέγχεται με οπτικό τρόπο το αποτέλεσμα που έχει η κάθε ρύθμιση πάνω στη σκηνή.

Λίστα 9.5. Δημιουργία σημειακού φωτός με βάση το παράδειγμα της κοινότητας του Ogre3D

Ένας προβολέας (Spot Light) προκύπτει από το συνδυασμό μιας σημειακής πηγής φωτισμού και ενός κατευθυντικού φωτός, υπό την έννοια ότι συνδυάζονται οι ιδιότητες των δύο αυτών κατηγοριών φωτεινών πηγών. Η διαφορά είναι ότι η συμπεριφορά του φωτός επηρεάζεται από δύο ακόμη ιδιότητες που σχετίζονται με το σχήμα ενός κώνου. Η μία προσδιορίζει το άνοιγμα του κώνου (BeamWidth) μέσα στον οποίο η ένταση του φωτός παραμένει σταθερή και μία ακόμη η οποία θέτει ένα άνω όριο στο πόσο πλατύς μπορεί να είναι ο κώνος (CutOffAngle).

9.5.5. Ηχητικά Στοιχεία

Ο ήχος είναι απαραίτητο αισθητηριακό στοιχείο σε μια εμπειρία εμβύθισης. Ανεξάρτητα από το περιεχόμενο του ήχου, οι παραγωγοί του ήχου (μπορούμε να τα φανταστούμε σαν μεγάφωνα) στο εσωτερικό του εικονικού περιβάλλοντος είναι στοιχεία που διαθέτουν θέση (x,y,z), προσανατολισμό, ένταση και διάφορες άλλες ιδιότητες όπως θα δούμε παρακάτω, τα οποία επηρεάζουν τον τρόπο διάδοσης της ηχητικής πληροφορίας στον εικονικό χώρο.

Σε γενικές γραμμές η ένταση του ήχου εξασθενεί ανάλογα με την απόσταση του ακροατή (avatar) από την πηγή του ήχου. Υπάρχει, όμως, μια περιοχή που ξεκινάει λίγο πίσω από το ‘μεγάφωνο’ και φτάνει μέχρι μια απόσταση μπροστά του, μέσα στην οποία η ένταση του ήχου είναι σταθερή σε όλα τα σημεία. Αυτή η περιοχή είναι ελλειψοειδής (Εικόνα 9.18) και καθορίζεται στο χώρο από δύο μεταβλητές: τις MinBack και MinFront. Αυτή η έλλειψη βρίσκεται στο εσωτερικό μιας μεγαλύτερης έλλειψης η οποία καθορίζει την περιοχή εξασθένησης του ήχου. Οι μεταβλητές MaxBack και MaxFront οριοθετούν την περιοχή σταδιακής εξασθένησης. Όταν, δηλαδή, ένα avatar κινείται από τη θέση της ηχητικής πηγής προς το εξωτερικό του κώνου, τότε μέχρι το σημείο P₃ ακούει τον ήχο με την ίδια ένταση, όταν, όμως, ξεπεράσει το κατώφλι του P₃ με κατεύθυνση το P₄, τότε η ένταση του ήχου μειώνεται σταδιακά (αντίστροφα με την απόσταση από την πηγή) μέχρι του σημείου P₅, πέραν του οποίου ο ήχος σιωπά και δε γίνεται αντιληπτός.

Εικόνα 9.18. Κόμβος ήχου και επίπεδα έντασης [Paliokas et al., 2007]

Ανάλογα τώρα με τις διάφορες τιμές που μπορούν να πάρουν οι μεταβλητές που οριοθετούν τις περιοχές του ήχου, ξεχωρίζουν τέσσερις καταστάσεις, όπως φαίνεται στην Εικόνα 9.19.

Κάθε αρχείο ήχου απαιτείται να είναι συνδεδεμένο με έναν ή περισσότερους κόμβους ήχου (‘μεγάφωνα’) σε συγκεκριμένες θέσεις, για να μπορεί να αναπαράγεται κατά βούληση μέσα στον εικονικό κόσμο.

Εικόνα 9.19.Τέσσερις τύποι ηχητικών στοιχείων, όπως προκύπτουν από διαφοροποιήσεις των τιμών των μεταβλητών του ‘μεγαφώνου’ και παραδείγματα: α) πέτρα που πέφτει στη λίμνη, πιάτο που σπάει από πτώση, β) άνεμος, τζιτζίκια, c) μεγάφωνα σε καφετέρια, συναυλία, άνθρωπος που μιλάει, d) μηχανές αυτοκίνητων, βοή καταρράκτη.

9.5.6. Κωδικοποίηση Αρχείων, Σκηνών και Λειτουργικότητας

Κατά καιρούς προτάθηκαν διάφορα πρότυπα και γλώσσες για τη δημιουργία και λειτουργία εφαρμογών ΕΠ. Μεταξύ άλλων, οι Neural File Format (NFF), Persistence of Vision (POV), Open Inventor, (αρχικά IRIS Inventor) αποτέλεσαν παραδείγματα προτύπων χωρίς κανένα από αυτά να μπορέσει τελικά να επικρατήσει.

Παλαιότερα χρησιμοποιήθηκε αρκετά η τεχνολογία VRML (Virtual Reality Modeling Language) ( ISO/IEC 14772-1:1997) που αργότερα εξελίχθηκε στο X3D ( ISO/IEC 19775-1), ένα ISO στάνταρ για την αναπαράσταση και επικοινωνία των 3Δ σκηνών και αντικειμένων μέσα από τo γνωστό πρότυπο XML (ένα παράδειγμα με χρήση shaders). Αυτό είναι ένα πρότυπο για αρχεία που αναπαριστούν 3Δ διαδραστικά σχεδιογραφικά γραφικά. Αποτελεί αρχείο κειμένου (textfile) όπου οι πληροφορίες των ακμών και των κορυφών αποθηκεύονται μαζί με το χρώμα ή την υφή των επιφανειών που αυτά σχηματίζουν. Επιπλέον πληροφορίες είναι η λαμπρότητα και η διαπερατότητα των επιφανειών.

Από την αρχή η VRML σχεδιάστηκε για το Διαδίκτυο. Tα αντικείμενα της VRML μπορούν να αναζητηθούν στο Διαδίκτυο, όπως στο παράδειγμα που φαίνεται στη Λίστα 9.6. Η κίνηση (animation), οι ήχοι και οι πηγές φωτός μπορούν να αλληλεπιδρούν με τους χρήστες ή να πυροδοτούνται από εξωτερικούς μηχανισμούς, όπως για παράδειγμα τα Χρονονήματα (Timers). Η δυναμική συμπεριφορά των αντικειμένων της VRML καθορίζεται από κώδικα σεναρίων (σε Java ή σε ECMAScript) μέσα σε ειδικούς κόμβους (ScriptingNodes).

Λίστα 9.6. Παράδειγμα κώδικα VRML που δημιουργεί ένα panel με υφή έναν πίνακα ζωγραφικής

Τα αρχεία της VRML έχουν κατάληξη .wrlκαι ως αρχεία κειμένου που είναι, μπορούν να συμπιεστούν σε πολύ υψηλό βαθμό πριν τη μεταφορά τους μέσα από το δίκτυο από προγράμματα όπως το gzip. Αρκετά, αν όχι τα περισσότερα λογισμικά επεξεργασίας 3Δ γραφικών, εξάγουν σε VRML μορφότυπο. Για την αναπαραγωγή ενός αρχείου wrl απαιτείται η εγκατάσταση κάποιου VRML player ως πρόσθετο στο φυλλομετρητή (π.χ. Cortona VRML Client, ή το Blaxxun Contact).

Στα ανταγωνιστικά πρότυπα συγκαταλέγονται το 3DMarkupLanguageforWeb (3DMLW), το COLLAborative Design Activity(COLLADA, ISO/PAS 17506, byKhronosGroup), toO3D (της Google) και μερικά άλλα μικρότερα πρότυπα. Το Ο3D προσφέρεται σε δύο μορφές: α) ως πρόσθετο στο GoogleChrome, και β) ως βιβλιοθήκη (API) της JavaScript.

9.6. Εργαλεία Δημιουργίας

Ο σχεδιασμός και η υλοποίηση εικονικών περιβαλλόντων διαφέρει αισθητά από την ανάπτυξη 2Δ διεπαφών. Πρέπει να λαμβάνεται υπόψη όχι μόνον η διαφορετική εργονομία (Human ergonomics) του 3Δ χώρου, αλλά και η κλίμακα του ανθρώπινου σώματος (Human Scale). Ο σχεδιασμός απαιτεί γνώσεις σε λογισμικά δημιουργίας 2Δ και 3Δ περιεχομένου και εμπλέκει, συνήθως, πολλά διαφορετικά εργαλεία. Όλα τα εξαγώγιμα αρχεία θα συνεργαστούν αρμονικά στην επίτευξη του κοινού σκοπού που δεν είναι άλλος από τη λειτουργία του εικονικού κόσμου κάτω από τις δοθείσες λειτουργικές και αισθητικές προδιαγραφές. Η δημιουργία περιεχομένου είναι μια διασωληνωμένη διαδικασία (Pipelined Process) στην πορεία της οποίας ένα αρχείο μοντέλου, εικόνας, ή κώδικα βελτιώνεται, συμπληρώνεται, επεκτείνεται και, κυρίως, συνεργάζεται με άλλα. Ο κεντρικός έλεγχος πραγματοποιείται από ένα περιβάλλον ενσωμάτωσης που θα φορτώσει όλα τα άλλα αρχεία και θα εκτελέσει διαδικασίες δοκιμαστικού ελέγχου. Αυτά τα περιβάλλοντα διαφέρουν από τα περιβάλλοντα σχεδιασμού όπως είναι π.χ. το Blender (για 3Δ), το Photoshop (για 2Δ), ή τα κλασικά προγραμματιστικά περιβάλλοντα. Στις παρακάτω παραγράφους περιγράφονται εν συντομία ορισμένα από τα πιο γνωστά frameworks ανάπτυξης εφαρμογών ΕΠ.

Το λογισμικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη εφαρμογών ΕΠ δεν περιορίζεται σε συγκεκριμένα εργαλεία ή πλατφόρμες. Εν δυνάμει, όλα τα προγραμματιστικά περιβάλλοντα με 3D γραφική έξοδο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το σκοπό αυτό. Ιδιαίτερα, οι μηχανές των βιντεοπαιχνιδιών (Game Engines) οι οποίες προσφέρουν σύγχρονα προγραμματιστικά και σχεδιαστικά εργαλεία ενοποιημένα σε ένα πακέτο προγραμμάτων. Παρακάτω παρουσιάζονται σύντομα μερικά από τα πιο ολοκληρωμένα πλαίσια δημιουργίας (Frameworks).

Το OpenSceneGraphείναι ένα ανοιχτού κώδικα πλαίσιο για δημιουργία διαδραστικών 3D γραφικών σκηνών σε μορφή εργαλειοθήκης (toolkit). Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορες κατηγορίες ΕΠ, από απλή μοντελοποίηση, έως εξομοιωτές, παιχνίδια και εφαρμογές επιστημονικής οπτικής αναλυτικής (Scientific Visualization). Χρησιμοποιεί ως βάση την OpenGL και τρέχει σε περιβάλλοντα Windows, Linux και Solaris.

Από την εκκίνησή της το 1998, η βιβλιοθήκη OpenSceneGraph ξεκίνησε με βήματα εκμοντερνισμού του αρχικού κώδικα και υποστήριξης πολυπύρηνων επεξεργαστών (2007). Από την έκδοση 3.0.0 και μετά, οι προγραμματιστές μπορούν να την χρησιμοποιούν και για ανάπτυξη εφαρμογών σε κινητά τηλέφωνα iOS και Android. Ως πλατφόρμα ανάπτυξης εφαρμογών έγινε αρκετά δημοφιλής χάρη στα τεχνικά χαρακτηριστικά της και το γεγονός, βέβαια, ότι είναι δωρεάν και ανοιχτού κώδικα (OpenSource). Υποστηρίζει πληθώρα αρχείων (όπως OpenFlight, TerraPage, OBJ, 3DS, .fbx, .dxf, JPEG, PNGκαι GeoTIFF), particles, υποστήριξη για γεωχωρικά μοντέλα εδάφους, directshow για αναπαραγωγή βίντεο, υποστήριξη POV-Ray για φωτορεαλιστική απεικόνιση με παρακολούθηση ακτίνας (raytracing) και άλλα. Οι δυνατότητες της OpenSceneGraph είναι μεν πλούσιες, αλλά περιορίζονται στη γραφική απεικόνιση.

Μια πιο ολοκληρωμένη λύση που προσφέρει υψηλότερα επίπεδα ολοκλήρωσης με εισαγωγή τυπικών δυνατοτήτων των βιντεοπαιχνιδιών είναι η Delta3D. Αυτή η βιβλιοθήκη διαμοιράζεται κάτω από τους όρους της GNU Lesser General Public License (LGPL) και είναι ανοιχτού κώδικα με μεγάλη κοινότητα χρηστών (Community)∙ ενώ αποτελεί μια προγραμματιστική διεπαφή υψηλού επιπέδου (High level API), επιτρέπει έως ένα βαθμό την πρόσβαση σε χαμηλού επιπέδου (low level) λειτουργικότητα. Επίσης βασίζεται στην OpenGL και ενσωματώνει και αυτή μια μεγάλη γκάμα από 2D και 3D αρχεία. Τέλος, υποστηρίζει πολλαπλά λειτουργικά συστήματα (Windows, OSXκαι Linux) κατά τρόπο ώστε να απαιτούνται μικρής έκτασης αλλαγές στον κώδικα προκειμένου να μεταφερθεί ο πηγαίος κώδικας από το ένα OS σε ένα άλλο. Το πακέτο της Delta3D ενσωματώνει διάφορα προϊόντα ανοιχτού κώδικα (όπως η OpenGL, OpenSceneGraph, Cal3D και άλλες) και με τη σειρά της βασίζει τη μηχανή εξομοίωσης Simulation Core (ή SimCore) η οποία προσφέρει τις βασικές υπηρεσίες για ανάπτυξη ενός Massively Multiplayer Online Role-Playing Game (MMORPG).

Η Unity3D αποτελεί ένα σύγχρονο και ολοκληρωμένο πακέτο εργαλείων για την ανάπτυξη εφαρμογών ΕΠ και 3Δ διαδραστικών σκηνών. Συνδυάζει εργαλεία δημιουργίας περιεχομένου και άσκησης ελέγχου επί των εικονικών σκηνών με προγραμματιστικό τρόπο και έτσι αποτελεί από μόνο του ένα ‘οικοσύστημα’ εργαλείων δημιουργίας. Προσφέρεται ως ένα περιβάλλον εργασίας ανεξάρτητο πλατφόρμας και είναι δωρεάν για προσωπική χρήση. Χρησιμοποιεί την τεχνολογία Direct3D της Microsoft προκειμένου για υπολογιστές Windows και την παιχνιδομηχανή (Game Console) XBOX, ενώ για Android και iOS χρησιμοποιεί την OpenGL. Η OpenGL χρησιμοποιείται και για Windows και για Mac. Υποστηρίζει σύγχρονες τεχνικές όπως bump και reflection mapping, δυναμική σκίαση με τη χρήση shadow maps, render-to-texture και screen space ambient occlusion (SSAO). Η τελευταία είναι μια νέα τεχνική που υπολογίζει για κάθε εικονοστοιχείο το ποσοστό επηρεασμού του από το φωτισμό του περιβάλλοντος (ambient light) και δίνει πιο ρεαλιστικά αποτελέσματα σε περιπτώσεις που η σκηνή περιέχει επιφάνειες με έντονες αυλακώσεις και αντικείμενα που κρύβονται πίσω από άλλα. Επίσης υποστηρίζει μηχανές φυσικής (Physics Engines) όπως είναι η PhysXκαι μηχανές παραγωγής συστημάτων σωματιδίων (particles).

Η κωδικοποίηση γίνεται με scripting γλώσσες όπως είναι η javascript, η C#, η Βοο και μια δική της γλώσσα που ονομάζεται UnityScript. Η Unity3D καθιερώθηκε χάρη στη φιλοσοφία σχεδιασμού της να συνδυάζει πολλά εργαλεία σε ένα κοινό (compact) περιβάλλον εργασίας και χάρη στην ικανότητά της να εξάγει τα εκτελέσιμα αρχεία σε πολλές πλατφόρμες όπως smartphones, επιτραπέζιοι υπολογιστές, κονσόλες παιχνιδομηχανών και φυλλομετρητές ιστού. Ιδιαίτερα για τους φυλλομετρητές, η Unity3D διανέμει δωρεάν ένα πρόσθετο (addon) για την αναπαραγωγή των εφαρμογών της μέσα από ιστοσελίδες του Διαδικτύου (Unity WebPlayer).

Δε θα μπορούσαν να μην αναφερθούν και άλλα παρόμοια περιβάλλοντα ανάπτυξης εφαρμογών όπως είναι το Microsoft XNA GameStudio της Microsoft που βασίζεται στην πλατφόρμα .NET Framework και διαμοιράζεται δωρεάν στους δημιουργούς παιχνιδιών και διαφόρων τίτλων ψηφιακής ψυχαγωγίας.

Υπάρχει πληθώρα εμπορικών και δωρεάν εργαλείων για να συνδυάσει κανείς ετερογενείς βιβλιοθήκες περιεχομένου και πηγαίου κώδικα τα οποία βρίσκονται διάσπαρτα στο Διαδίκτυο. Αξίζει να αναφερθεί η Free VR library για την ενσωμάτωση βιβλιοθηκών τρίτων κατασκευαστών και τη χρήση διαφόρων συσκευών εισόδου/εξόδου. Επίσης, υπάρχουν διαδικτυακές βιβλιοθήκες με έτοιμο υλικό, όπως είναι το 3D Warehouse της Google για διαμοιρασμό 3Δ μοντέλων, ή το FreeSoundγια ήχους και ηχητικά εφέ, αλλά χρειάζεται προσοχή στα δικαιώματα χρήσης.

Ο σχεδιασμός εικονικών περιβαλλόντων απαιτεί πολυετή εμπειρία και γνώσεις από διάφορα επιστημονικά αντικείμενα και εκτός της πληροφορικής, όπως είναι η ψυχολογία και η κοινωνιολογία, οικονομία και η ηθική [Bartie, 2003]. Σε καμία περίπτωση δεν είναι αρκετή η γνώση μερικών προγραμμάτων υπολογιστή για ένα τόσο σύνθετο έργο. Καθώς η ΕΠ κρατάει συνεχώς ενεργό το ερευνητικό και βιομηχανικό ενδιαφέρον, οι μελλοντικές εξελίξεις αναμένονται ακόμη περισσότερο ενδιαφέρουσες. Η είσοδος στην αγορά νέων συσκευών και η συγκράτηση των τιμών στο υλικό- λογισμικό της ΕΠ αναμένεται στα επόμενα χρόνια να αυξήσει τη συμμετοχή ευρύτερων κοινωνικών και οικονομικών στρωμάτων.

9.7. Προτεινόμενες Ασκήσεις και Προβλήματα

Άσκηση 1) Κατά αντιστοιχία με τις Λίστες 1 έως 4, να αναπτύξετε μια μέθοδο που να ονομάζεται pointRect και να ανιχνεύει συγκρούσεις ανάμεσα σε ένα σημείο και ένα ορθογώνιο παραλληλόγραμμο (πλαίσιο). Άσκηση 2) Να τροποποιήστε τον κώδικα του παραδείγματος που παρουσιάζεται στη Λίστα 9.6ώστε: · Να φορτώνει ένα αντικείμενο 3Δ από τοπικό αρχείο · Να περιστρέφεται το αντικείμενο με σταθερή συχνότητα γύρω από τον άξονα του Άσκηση 3) Πειραματιστείτε με τις δυνατότητες της μηχανής φυσικής (Physics Engine) που είναι ενσωματωμένη στο Unity3D. Δημιουργήστε μια εικονική περιήγηση πρώτου προσώπου μέσα σε ένα λαβύρινθο. Άσκηση 4) Με βάση τo παράδειγμα από τη Λίστα 9.5, να δημιουργήσετε μια σκηνή με την Ogre3D η οποία να φωτίζεται με όλα τα δυνατά είδη κόμβων φωτισμού. Για εξάσκηση να ρυθμίσετε τις πηγές φωτισμού έτσι ώστε να αλληλεπικαλύπτονται σε επιλεγμένα τμήματα της σκηνής.

9.8. Βιβλιογραφία/Αναφορές

• Anstey J., Pape D., Sandin D. (2000). Building a VR Narrative. In Proceedings of the SPIE vol. 3957, Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems VII.
• Aoki H., Oman CM., Buckland DA., Natapoff A. (2007). Desktop-VR System for Preflight Navigation Training, Acta Astronautica, 63(7-10), pp. 841-847.
• Anderson EF., McLoughlin L., Liarokapis F., Peters C., Petridis P., de Freitas S. (2009). Serious Games in Cultural Heritage. In Proceedings of the 10^thInternational Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage (VAST).
• Arendarski B., Termath W., Mecking P. (2008). Maintenance of Complex Machines in Electric Power Systems Using Virtual Reality Techniques. In Proceedings of the 2008 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, pp. 483-487.
• Banerjee P., Zetu D. (2001). Virtual Manufacturing, New York: John Wiley and Sons Ltd.
• Bartie RR. (2003). Designing Virtual Worlds, Harlow: Pearson Education Ltd.
• Botella CM., Juan MC., Baños RM., Alcañiz M., Guillén V. Rey. B. (2005). Mixing realities? An application of augmented reality for the treatment of cockroach phobia, CyberPsychology & Behavior, 8(2), pp. 162-171.
• Bouchard S., Guitard T., Bernier F., Robillard G. (2011). Virtual Reality and the Training of Millitary Personnel to Cope with Acute Stressors. In Proceedings of the Advanced Computational Intelligence Paradigms in Healthcare 6, SCI 337, pp. 109-128.
• Bouchlaghem D., Shang H., Whyte J., Ganah A. (2005). Visualisation in architecture, engineering and construction (AEC). International Journal of Automation in Construction, Vol. 14, pp. 287-295.
• Bourdakis V. (2001). On developing standards for the creation of VR city models, Architectural Information Management. In the Proceedings of the 19^theCAADe-Conference), pp. 404-409.
• Burdea GC., Coiffet P. (2003). Virtual Reality Technology, 2^nd Edition, John Wiley & Sons: New Jersey.
• Calongne C., Hiles J. (2007). Blended Realities: A Virtual Tour of Education in Second Life. In Proceedings of the Technology, Colleges & Community (TCC2007), pp. 70-90.
• Chau KW., Anson M., Zhang JP. (2004). 4D dynamic construction management and visualization software, Development, Automation in Contruction, 14(4), pp. 512-524.
• Dawood N., Scott D., Sriprasert E., Mallasi Z. (2005). The virtual construction site (VIRCON) tools: An industrial evaluation. ITcon, vol. 10, Special Issue from 3D to nD modelling, pp. 43-54.
• Eichenberg C. (2011). Application of Virtual Realities in Psychotherapy: Possibilities, Limitations and Effectiveness. In Jae-Jin Kim (Ed.), DOI: 10.5772/12914.
• Engel S., Alda W., Boryczko K. (2009). Real-time Computer Simulator of Hydraulic Excavator. In Proceedings of the 7th Conference on Computer Methods and Systems, pp. 357-362.
• Ensslin A. (2011). Creating Second Lives: Community, Identity and Spatiality as Constructions of the Virtual, London: Routledge.
• (de) Freitas S., Rebolledo‐Mendez G., Liarokapis F., Magoulas M., Poulovassilis A. (2010). Learning as immersive experiences: Using the four‐dimensional framework for designing and evaluating immersive learning experiences in a virtual world, British Journal of Educational Technology, 41(1), pp. 69-85.
• Frischer B., Abernathy D., Favro D., Livernani P., De Blaauw S. (2000). Virtual reality and Ancient Rome: The UCLA Cultural VR Labs Santa Maria Maggiore Project. In Virtual Reality in Archaeology, BAR International Series 843, Oxford, 155-162.
• Fox J., Arena D., Bailenson JN. (2009). Virtual Reality: A Survival Guide for the Social Scientist, Journal of Media Psychology, 21(3), pp. 93-113.
• Georgiou J., Dimitropoulos K., Manitsaris A. (2007). A Virtual Reality Laboratory for Distance Education in Chemistry, International Journal of Social and Human Sciences, I, pp. 306-313.
• Gold JI., Kant AJ., Kim SH., Rizzo A. (2005). Virtual anesthesia: The use of virtual reality for pain distraction during acute medical interventions. Perioperative Medicine and Pain, 24, pp. 204-210.
• Hoshi T., Takahashi M., Iwamoto T., Shinoda H. (2010). Noncontact Tactile Display Based on Radiation Pressure of Airborne Ultrasound, IEEE Transactions on Haptics, 3(3), pp. 155-165.
• Ioannidis D., Krinidis S., Drosou A., Tzovaras D., Likothanasis S. (2015). Occupant-Aware Indoor Monitoring for Enhanced Building Analysis, SimAUd 2015, pp. 85-92.
• Kanter J.(2000). Realism vs. Reality: creating virtual reconstructions of prehistoric architecture. In Virtual Reality in Archaeology, BAR International Series 843, Oxford, 47-52.
• Kapp, K. (2009) Avoiding the Virtual Ghost Town.eLearning-Learning Community,available online at: http://karlkapp.blogspot.com/2009/05/avoiding-virtual-ghost-town.html
• Karampati P., Patrinos AI. (2009). The use of computer games as educational tools for museum: The case of the Macedonian Revolution Museum, (Museology Notebooks) 5.
• Khular S., Badler N. (2001). Where to Look? Automating Attending Behaviours of Virtual Human Characters, Autonomous Agents and Multi-Agent Systems. Kluwer Academic Publishers, (4), 9-23.
• Krueger M. (1991). Artificial Reality 2, Addison-Wesley Professional, ISBN 0-201-52260-8.
• Lamson RJ., Ladouceur F., Burdic B., Roth K. (2011). Virtual Therapy: prevention and treatment of psychiatric conditions by immersion in virtual reality environments, Ralph Lamson.
• Lanier J., Minsky M., Fisher S., Druin A. (1989). Virtual Environments and Interactivity: Windows To The Future. In Proceedings of theInternational Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques. ACM Siggraph 89 Panel Proceedings, 7-18.
• Liarokapis F., Sylaioy S., Basu A., Mourkoussis N., White M., Lister PF. (2004). An Interactive Visualisation Interface for Virtual Museums, 5^thInternational conference on Virtual Reality, Archaeology and Intelligent Cultural Heritage (VAST), pp. 47-56.
• Liarokapis F., Brujic-Okretic V., Papakonstantinou S. (2007).Exploring Urban Environments Using Virtual and Augmented Reality, Journal of Virtual Reality and Broadcasting, 3(5), pp. 1-13.
• Lin AYM., Novo A., Weber PP., Morelli G., Goodman D., Schulze JP. (2011). A Virtual Excavation: Combining 3D Immersive Virtual Reality and Geophysical Surveying, Advances in Visual Computing, LNCS6939, pp. 229-238.
• Manetta C., Blade R. (1995). Glossary of Virtual Reality Terminology. International Journal of Virtual Reality, 1(2), pp. 35-39.
• Melzack R., Wall PD. (1965). Pain mechanisms: a new theory. Science, 150(3699), pp. 971–919.
• Messner JI., Horman MJ. (2003). Using Advanced Visualization Tools to Improve Construction Education. In Proceedings of the Conference on Construction Applications of Virtual Reality (CONVR 2003), pp. 145-155.
• Messner JI., Yerrapathruni SCM., Baratta AJ., Whisker VE. (2003). Using Virtual Reality to Improve Construction Engineering Education, American Society for Engineering Education Annual Conference.
• Meyer É., Grussenmeyer P., Perrin J., Durand A., Drap P. (2006). Intra-site Level Cultural heritage Documentation: Combination of Survey, Modeling and Imaginery Data in Web Information Systems. In Proceedings of the e-volution of Information Communication Technology in Cultural Heritage, Nicosia, pp. 129-134.
• Moschonas P., Paliokas I., Tzovaras D. (2014). A novel accessibility assessment framework for the elderly: evaluation in a case study on office design, REHAB 2014, Oldenburg, Germany, pp. 366-369.
• Mourkoussis N., Liarokapis F., Darcy J., Pettersson M., Petridis P., Lister P.F., White M.(2002). Virtual and Augmented Reality Applied to Educational and Cultural Heritage Domains. In Proceedings of the Business Applications of Virtual Reality, Poznan, pp. 367-372.
• Nedeb C., Friedewald A., Schafer C., Schleusener S. (2009). Deploying Virtual Reality (VR) Technology in Shipbuilding by using a Construction Kit for VR Applications Focused on the Business Processes. In Proceedings of the 8^thInternational Conference on Computer and IT Applications in the Maritime Industries (COMPIT '09), pp. 271-286.
• Olivier AH. Bruneau J., Cirio G., Pettre J. (2014). A Virtual Reality Platform to Study Crowd Behaviors, Transportation Research Procedia, 2, pp. 114-122.
• Paliokas I., Tsakiris A., Vidalis A., Tzovaras D. (2014). Sense of Presence and Metacognition Enhancement in Virtual Reality Exposure Therapy in the Treatment of Social Phobias and the Fear of Flying, Interactive Technologies for Virtual and Augmented Reality-HCII2014,LNCS 8526, Heraklion, Greece, pp. 316-328.
• Paliokas I., Arapidis C., Mpimpitsos M. (2011). PlayLOGO 3D: A 3D Interactive Video Game for Early Programming Education: Let LOGO Be a Game, Games and Virtual Worlds for Serious Applications (VS-GAMES), pp. 24-31.
• Paliokas I. (2009). Mapping the Spaces of Virtual Learning Environments, 4^th International Conference on Virtual Learning: Virtual Learning-Virtual Reality, Iasi, Romania, pp. 83-90.
• Paliokas I., Lambadas A., Tseggelidis F. (2007). Virtual Reality technology in Landscape Architecture: A case study, Landscape Architecture and New Technologies-LANT07, Drama, Greece, pp. 37-53.
• Papaioannou, G., Gaitatzes, A., Christopoulos, D.(2003). Enhancing Virtual Reality Walkthroughs of Archaeological Sites. In Proceedings of the4th International Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Intelligent Cultural Heritage, Brighton, pp. 175-184.
• Parson TD., Rizzo AA. (2008). Affective outcomes of virtual reality exposure therapy for anxiety and specific phobias: A meta-analysis, Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry, 39, pp. 250–261.
• Petridis P., Dunwell I., Panzoli D., Arnab S., Protopsaltis A., Hendrix M., de Freitas S. (2012). Game Engines Selection Framework for High-Fidelity Serious Applications, International Journal of Interactive Worlds, p. 19.
• Petridis P., Pletinckx D., White M.(2005). A Multimodal Interface for Presenting and Handling Virtual Artifacts. In Proceedings of the11^th International Conference On Virtual Systems and Multimedia, Belgium, 91-100.
• Pietroni E., Forte M. (2007). A virtual collaborative environment for archaeology through multi-user domain in the web. In Proceedings of the XXI International CIPA Symposium, Athens.
• Poitschke T., Ablabmeier M., Reifinger S., Rigolli G. (2007). A Multifunctional VR-Simulator Platform for the Evaluation of Automotive User Interfaces,In Proceedings of the HCII 2007, LNCS 4553, pp. 1120-1129.
• PrenskyM. (2002). The motivation of Gameplay: The Real twenty-first Century Learning Revolution. On the Horizon, 10, pp. 5-11.
• Pulkki V. (1997). Virtual sound source positioning using vector base amplitude panning, Journal of the Audio Engineering Society, 45(6), pp. 456-466.
• Riva G. (2003). Applications of virtual environments in medicine. Methods Inf Med, 42(5), pp. 524-534.
• Rickel J., Johnson WL. (1999). Animated Agents for Procedural Training in Virtual Reality: Perception, Cognition, and Motor Control, Applied Artificial Intelligence, 13, pp. 343–382.
• Robertson G., Czerwinski M., van Dantzich M. (1997). Immersion in Desktop Virtual Reality.In Proceedings of the 10^thannual ACM symposium on User interface software and technology, pp. 11-19.
• Rothbaum B., Hodges L., Alarcon R., Ready D., Shahar F., Graap K., Pair J., Hebert P., Gotz D., Wills B., Baltzell D. (1999). Virtual reality exposure therapy for PTSD Vietnam veterans: A case study. Journal of Traumatic Stress, 12, pp. 263-271.
• Ryan NS.(1996)Computer-based visualization of the Past: technical realism and historical credibility. In Proceedings of theImaging the Past: Electronic Imaging and Computer Graphics in Museums and Archaeology, British Museum Occasional Papers, 114, pp. 95-108.
• Semeraro F., Frisoli A., Bergamasco M., Cerchiari EL. (2009). Virtual reality enhanced mannequin (VREM) that is well received by resuscitation experts, Resuscitation, 4, pp. 489-492.
• Slater M., Usoh M., Steed A. (1994). Depth of Presence in Virtual Environments, Presence-Teleoperators and Virtual Environments , 6(6), pp. 603-616.
• Sylaiou S., Killintzis V., Paliokas I., Mania K., Patias P. (2014). Usability Evaluation of Virtual Museums' Interfaces Visualization Technologies, Applications of Virtual and Augmented Reality-HCII2014, LNCS 8526, Heraklion, Greece, pp. 124-133.
• Sylaiou S., Liarokapis F., Kotsakis K., Patias P. (2009). Virtual museums, a survey and some issues for consideration, Journal of cultural Heritage, 10(4), pp. 520-528.
• Su P., Wang S. (2012). Virtual reality practice in architecture design. In Proceedings of the 2012 Symposium on Electrical & Electronics Engineering (EEESYM), pp. 98-101.
• Thalmann D., Musse SR., Kallmann M. (2000). Virtual Humans’ Behaviour: Individuals, Groups, and Crowds, Digital Media: The Future, pp. 239-256.
• Tsakiris, P. Moschonas, K. Moustakas, D. Tzovaras (2012). An open framework for immersive and non-immersive accessibility simulation for smart living spaces, ICOST 2012. In Proceedings of the 10^thInternational Conference On Smart homes and health Telematics, Artimino, Italy
• Tsakiris A., Filippidis I., Grammalidis N., Tzovaras D., Strintzis MG. (2005). VRLAB: Remote Experiment Laboratories using Virtual Reality Technologies: The VRLab Project. In Proceedings of theICTAMI-International Conference on Theory and Applications in Mathematics and Informatics, Alba Lulia, Romania.
• Ullrich S., Grottle O., Fried E., Frommen T., Liao W., Rossaint R., Kuhlen T., Deserno TM. (2009). An intersubject variable regional anesthesia simulatorwith a virtual patient architecture, International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery, 4, pp. 561-570.
• Viciana-Abad R., Reyes Lecuona A. (2005). Patient modelling using Expert Systems for medical training simulations based on Virtual Reality, International conference on virtual reality, pp. 10-19.
• Web 3D Consortium (2015). X3D ClassicVRML Encoding (V3.3), Lighting equations, available on the Internet at: http://www.web3d.org/documents/specifications/19775-1/V3.3/index.html
• Westera W. (2005). Beyond functionality and technocracy: Creating human involvement with educational technology. Educational Technology & Society, 8(1), 28-37.
• Whyte J. (2003). Industrial Applications of Virtual Reality in Architecture and Construction, ITcon, 8, pp. 43-50.
• Witmer BG., Singer MJ. (1998). Measuring Presence in Virtual Environments: A Presence Questionnaire, Presence, 7(3), pp. 225-240.
• Xie H., Tudoreanu ME., Shi W. (2006). Development of a Virtual Reality Safety-Training System for Construction Workers. In Proceedings of the 6^thInternational Conference on Construction Applications of Virtual Reality.
• ZampoglouM., MalamosAG., SardisE., DoulamisA., KapetanakisK., KontakisK., MoulosV., VafiadisG. (2013). A Content-Aware Cloud Platform for Virtual Reality Web Advertising. In Proceedings of the 9^thInternational Conference on Intelligent Environments, pp. 246 - 251.
• Zheng JM., Chan KW., Gibson I. (2010). Desktop virtual reality interface for computer aided conceptual design using geometric techniques, Journal of Engineering Design, 12(4), pp. 309-329.
• Βολιώτη Χ., Παπαβασιλείου Α., Πολυμεράκη Ε. (2010). Μια νέα οπτική γωνία της 3D Εικονικής Πραγματικότητας και της επίδρασής της στην εκπαιδευτική Διαδικασία. ΣταΠρακτικά του7^ου Πανελληνίου Συνεδρίου με Διεθνή Συμμετοχή 'Οι ΤΠΕ στην Εκπαίδευση', σελ. 1-7.
• Δημητριάδης Σ., Καραγιαννίδης Χ., Τσιάτσος Θ. (2008). Ευέλικτη Μάθηση με χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας & Επικοινωνιών, Εκδόσεις Τζιόλα.
• Λαμπαδάς Α., Παλιόκας Ι., Τσεγγελίδης Φ. (2007). Αναμόρφωση της Πλατείας Ελευθερίας στη Θεσσαλονίκη, Poster από WorkShop (Διοργ. Καλτσίδης Γ.), Δράμα.
• Μπούρας Χ., Τσιάτσος Θ. (2008). Ένα Παράδειγμα Εικονικού Συνεργατικού Εκπαιδευτικού Περιβάλλοντος. Στο Αβούρης Ν., Καραγιαννίδης Χ. & Κόμης Β. (επιμ.) Συνεργατική Τεχνολογία, Συστήματα και Μοντέλα Συνεργασίας για Εργασία, Μάθηση Κοινότητες Πρακτικής και Δημιουργία Γνώσης, Εκδ. Κλειδάριθμος, Αθήνα, 2008.
• Παλιόκας Ι., Κέκκερης Γ. (2007). Μια δημιουργική προσέγγιση της σεναριογραφίας των εκπαιδευτικών περιβαλλόντων εικονικής πραγματικότητας (VRLE), Εκπαίδευση και Νέες Τεχνολογίες, 5, σελ. 30-50.

Κουίζ αυτοαξιολόγησης

Η συγγραφική ομάδα του βιβλίου